压裂压力诊断

(p p p )
net
w
c
p p p
f
f
c
p p p p p
f
c
net
w
c
β取决于液体粘度、裂缝端部区域压降
压裂压力诊断
第19页
●注入期间净压力系数
PKN : (n 2) /(n 3 a) (Nolte,1991) P
a — 从井筒到裂缝端因为热效应和剪切梯度造成流体粘 度降低程度
[w ] c f pnet
[w]: 在整个裂缝区域内的平均缝宽
裂缝柔度取决于地层的平面应变模量E、系数
及相关的2D裂缝几何模型
压裂压力诊断
h f
cf
2E
2L (32
/
3
2
)
R
PKN KGD
径向
第22页
3 泵注期间压力分析
3.1 极限液体效率
3.2 由压力解释裂缝几何尺寸
3.3 控制裂缝高度延伸期诊疗
1 引言
● 压裂递减分析意义
— 压裂设计需要真实储层和压裂液资料，压裂设计有 效性也决定于所需数据质量
— 压裂图示技术，如放射性示踪剂、地面和井底斜仪 和各种电磁测量等用于推断裂缝几何尺寸；提供资料有 限(裂缝方位、高度)，整个压裂施工结束后才可用
— 复杂微地震测量已被发展应用于推断裂缝几何尺寸， 观察范围有限、仪器昂贵
— 压裂施工或压裂后压力分析，统计井筒压力为裂缝
诊疗提供了一个廉价方法，定量描述了裂缝延伸，也为
主压裂参数估算提供依据
压裂压力诊断
第1页
● 压裂施工中井底压力改变曲线
测试压裂或小型压裂是在正式压裂前不加支撑剂条件下，
模拟正式压裂来实现，图中显示了压力动态测量次序
3h
18h
压裂过程增加、闭合和闭合后期压裂压力为压
— 因为储层岩性改变 、天然裂缝等使得σmin变为就地方 向性量；此时， pc取决于裂缝几何形状和方向
— pc由整个裂缝高度上σmin平均值确定
— 进行小型压裂测试，可间接估算裂缝闭合压力
压裂压力诊断
第4页
闭合压力（Pc）评定
σmin : 在整个产层段内大小及方向通常改变较大
Pc : 在整个层段中较为平均
阶段1 可能发生在相对较小层或施工层厚很大时裂缝起裂短
时间内 压裂压力诊断
第30页
3.2由压力解释裂缝几何尺寸
第二阶段：
当产层上下隔层地应力 大于产层应力时，在第一阶段 后裂缝高度被限制；裂缝再按圆形扩展，裂缝长度延伸严 重，伴随缝长大于缝高会造成压力上升；双对数下 斜率 1/8~1/4 第三阶段：
— 裂缝闭合后：因为液体滤失引发油藏内动态压力反应， 且表现为线性流或一长时间径向流特征
—复杂测试程序: 每一阶段所得压力资料综合处理
压裂压力诊断
第3页
● 闭合压力（Pc） 定义：已经有裂缝闭合时液体压力
— 理想情况下（地层均质），pc等于储层中最小就地主 应力σmin; 即：在整个裂缝高度上出储层最小应力在大小 和方向都没任何改变时， pc= σmin
裂缝增加快慢比较
0 1
0 1
第26页
3.1 极限液体效率
PKN
KGD
p t1/ 4( n1) net
p t1/( 2n3) net
p t n / 2 ( n1) net
p t n /( n2 ) net
0 1
0 1
径向
p t 3n / 8( n1) net
p t n /( n2) net
1/( 3 n6 )
* ( 2n ) /( 3 n6 )
第25页
3.1 极限液体效率
经典压裂液 n=0.4~1
PKN
L t1/2 L t ( 2 n2) /( 2 n3)
0 1
压裂压力诊断
KGD
L t1/2 L t ( n1)/( n2 )
径向
R t1/4 R t ( 2 n2) /(3n6)
（例外：泡沫压裂液、酸压中CO2产生）
滤失Vlp
VLS关井期间液体滤失
存放Vfp
Vf裂缝 体积
泵注结束Vi=Vfp+Vlp
Vprop泵入支撑 剂砂堆体积
泵入体积 Vi=qitp
滤失Vlp 存放Vfp
Vlp→CL,κ κ:初滤失有效系数
Vfp→w,hf,L
压裂压力诊断
第16页
2.2 物质平衡或质量守恒
由压裂液效率极限关系式理论分析斜率
裂缝模型 η→0
η→1
PKN
0.179
0.263
KGD
-0.143
-0.167
径向
-0.107
-0.167
压裂压力诊断
第28页
3.2由压力解释裂缝几何尺寸
压裂压力诊断
泵注中裂缝几何形状
第29页
3.2 由压力解释裂缝几何尺寸
第一阶段：
不论是径向，还是椭圆形模型，净压力伴随连续泵入会 降 低。 斜率为-1/8~1/4 ,压力下降反应为伴随阻力下降、裂缝优先 增加，且伴随裂缝扩张裂缝进入非限制区域。
倍
压裂压力诊断
第13页
2 水力压裂基本理论
2.1 裂缝中流体流动 2.2 物质平衡或质量守恒 2.3 岩石弹性应变
压裂压力诊断
第14页
2.1 裂缝中流体流动
裂缝：一条宽度沿长度和高度而改变通道
缝内压力梯度取决于压裂液流变性、液体流速、缝宽
沿缝长压力梯度：
dp
Kv n x
(层流)
dx
w 1n
v q /wh
压裂压力诊断
造壁性液体， G曲线可给出很好显示 第10页
Pc评定 — 回流测试
在阶梯注入测试（最终注入阶段延长时间）后，以 最终注入速率 1/6~1/4 恒定速率回流一段时间 关键：压力下降期间，保持稳定回流速度
裂缝闭合
两直 线交点
闭合后
测定Pc首选方法：阶梯注入测试与回流测试结合
压裂压力诊断
第11页
E
2
n1
Kq n i
)
e
1 hL2 n
e
p net
(
E
2
n1
Kq n i
)
e
1 R3n
e
其中e 1/(2n 2)
增加裂缝穿透距离L或R，对于PKN模型pnet增加， 但对KGD模型和径向模型pnet降低
压裂压力诊断
第24页
3 泵注期间压力分析
● 缝宽方程
2Lh
A f
qt i
[w]
q t* i
3.4 泵注压降导数分析
3.5 非理想裂缝延伸诊疗
3.6 地层压力能
3.7 脱砂后压力动态
3.8 由双对数曲线斜率进行裂缝判断(n=0.5)
3.9 近井筒效应
压裂压力诊断
第23页
3 泵注期间压力分析
● 净压力方程 PKN
KGD
径向
e
p net
(E2n1 Kq n i
)e
L h 3n1
f
p net
(
或显示多重斜度改变
压裂压力诊断
第9页
Pc评定 — 关井递减曲线测试
可能出现斜率改变情况：
①裂缝高度从边界收缩
②裂缝延伸与收缩之间过分
③裂缝闭合
④闭合后，聚合物滤饼固结而且裂缝呈不规则形状
⑤储层流体呈线性流动
⑥储层流体呈径向流动
结论： 关井测试通常不能真实反应Pc，不应作为测定 Pc主要方法
经验表明：造壁性不足以控制滤失液体， 平方根曲线 能够提供很好闭合显示
⑤对于空井筒而言，应安装井下关井设备，以尽可 能降低因为液体膨胀而破坏无流动假设条件
⑥用储层参数估算值和液体滤失特征设计小型压降 测试；就必须满足一定泵速标准，以在适当初间内 形成径向流
⑦考虑到压力数据受裂缝表面和滤饼连续固化（挤
压）影响，固化连续时间约是注液时间和闭合时间
之和；小型压降测试关井时间最少为总闭合时间4~5
0 1
在双对数坐标中净压力与时间关系为一直线，其斜率等于各
自指数：对于PKN为正值，对KGD和径向情况为负值
对于通常所用压裂液(n=0.5)，PKN情况斜率都小于
压裂1压力/诊4断，且随液体效率下降而下降
第27页
● Pnet~ t 双对数斜率应用 — 径向裂缝延伸例子（9.4.4.2）
已知： n=0.4 双对数坐标系下净压力力斜率为-0.11 裂缝延伸模型？
2( p )d
w
f
min
E
w w
4
max
平面应 变模量
E E /(1 v2)
8( p )R
w
f
min
E
w 2w 3 第18页max
2.3.1 液体压力校正
应变方程中假设缝中压力为常数。
实际缝中存在压力梯ห้องสมุดไป่ตู้，故需校正：
缝中平均净压力 △pf 与井筒净压力 pnet 之比：
p
f
p net
— 评定局部应力需要形成较小裂缝（液体泵速和排量 相对较低）；确定Pc则要求在整个产层厚度上形成水 力裂缝，则液体泵速和排量相对较高
— 形成裂缝较小，则净压力亦较小，关井压力通常作 为一阶应力近似值；确定Pc净压力较高时，此时关井 压力(ISIP)差异较大，必须采取一定方法进行评定
压裂压力诊断
第5页
x
i
f
n
dp dx
K w 12 n
q i
h f
牛顿液(n 1, K ,压裂液粘度) :
dp dx
w2
q i
wh f
在渗透率 w 2时,该式与达西定律形式一致
压裂压力诊断 隐含假设：未考虑沿缝高方向上缝宽改变
第15页
2.2 物质平衡或质量守恒
水基或油基压裂液，液体体积改变相对裂缝弹性应变很小忽略 液体压缩性，使用体积平衡代替质量守恒
Pc评定 — 阶梯注入测试
阶梯注入测试：各阶段连续时间相等 (1~2min，排量改变、维 持恒定且进行压力统计) ，注液增量大致相同
— 如还继续进行回流测试，则注入最终一个阶段连续时间应 较长(5~10min)以确保形成足够尺寸裂缝
注入速率要求：含有低于基质破裂排量数据 和高于裂缝延伸
压 压裂压力力诊断数据，普通：1~10bbl/min (0.159~1.59m3/min)
a.液体注入前测得稳定井底压力
b.液体注入超压储层前测得稳定地面压力
c. 欠压储层，由地面压力和静水柱估算，静水柱 压力可由准确测量完全注入井筒内液体得出
压裂压力诊d断.依据油田建立准确储层压力梯度
第12页
Pc分析方法提议(Talley,1999)
④在深井或高温储层中，因为在关井静水压力下降 期间，伴随压力下降和温度升高，井筒内液体会膨 胀,需安装井下仪表
0.9
KGD
3 2 / 32 0.925 径向
第20页
●停泵前后压力和排量(Nolte,1986)（PKN数值模拟）
停泵后缝中流体流动直到裂缝闭合才结束；停泵后流动会造
成停泵期间裂缝深入延伸（液体效率高时更为显著）
压裂压力诊断
第21页
2.3.2 裂缝柔度
裂缝柔度Cf ：描述了对可压缩性流体系统中，固体 物质在外部负荷条件下应变
线，在交绘图上较平缓裂缝延伸压力直线在Y轴上 截距，也近似代表了 Pc
压裂压力诊断
第8页
Pc评定 — 关井递减曲线测试（校正Pc）
关井递减曲线：（时间平方根图）
G曲线：
导数
两条曲线斜率发生改变点：闭合压力值
斜率改变点
导数曲线：放大斜度改变并增强对斜率改变点识别
说明：平方根曲线或G曲线，可能没有显著斜率改变，
第6页
阶梯注入测试压力与注入速率分析
基质注入 压力： 斜率较大
裂缝延伸 压力： 较平缓
C
普通地，裂缝延伸压力比Pc约高50~200psi 点C：基质注入压力直线外推到注入速率为0点~ 测试前井 底压裂压压力诊断力；如以前无大量液体注入，则为储层压力 第7页
室内测试验证了方法可靠性(Rutqvist，1996) 即使没有出现倾斜度较大表示基质注入压力直
压裂液效率：
V fP
V
i
V V V
i
fp
LP
V (1)V
LP
i
V (t) V V (t)
f
fp
LS
V V (t ) V
fP
LS
C
prop
V V V V (t )
i
prop
LP
LS
C
Vprop— 泵入支撑剂砂堆体积
压裂压力诊断
△tc— 裂缝闭合时间
第17页
2.3 岩石弹性应变
压裂压力诊断
压裂压力诊裂断 设计提供了相关补充资料
第2页
● 主要内容概要
— 水力压裂基本理论：控制水力压裂三个基本方程物质 平衡、压裂液流动、岩石弹性应变
— 泵注期间压力分析：净压力与时间双对数曲线确定裂 缝几何特征；双对数导数图用于判断复杂裂缝和支撑 剂影响
— 裂缝闭合期分析：与时间特殊函数压降曲线(G曲线)估 算液体效率和滤失系数，G函数分析原理及应用、非理 想压力动态分析校正
定常粘度剖面：a=0 线性改变剖面：a=1 (即相对于裂缝顶端 0 粘度)
KGD : 估计值0.85 (Daneshy,1973) P
径向模型: 流体从有限射孔段进入，因为泵入流 速 高由此产生高压力梯度，βp<1 ●裂缝闭合阶段净压力系数
压裂压力诊断
(2n 2) /(2n 3 a)PKN
S
[w]
2Lh
R2
t*：下降时间 (Nolte,1991)
PKN KGD 径向
PKN
1/( 2 n3 )
w
Kq n1 i
Ehn f
(t )* 1/( 2 n3)
KGD
1/( 2 n4 )
w
Kq n2 i
E h n 2 f
(t )* 1/( n2)
压裂压力诊断
径向
n2
Kq i w E (t ) 2
Pc分析方法提议(Talley,1999)
①除非使用关井阀，不然储层压力应等于或大于井 筒静水柱压力；以确保闭合后分析满足无流动假设
②对于气井，宜开采前进行测试；以可能降低压降 期间井筒中气体膨胀影响；
③闭合后分析是含有非唯一性反演问题，闭合后分 析可由估算储层压力、闭合时间、初滤失量得以改 进。储层压力估算方法：