压裂诊断

What we get?
Orientation with respect to natural fracs
What we want
What we get?
Fracture Treatment Optimization
Pay zone coverage
Or
Pay zone
What we want
What we get?
地面倾斜仪裂缝监测显示裂缝沿井筒发生中心改变
713600 713400
Perforation Locations Wellbore
Northing (feet)
713200
Stage 2 perfs Stage 2 frac
713000
712800 1491200
1491400
Well 527HZ3-34
Injector line
Producer line
Injector line
What we want
Injector line
Producer line
Injector line
What we get?
Infill drilling locations
Infill well
Infill well
What we want
– 独立性不高，因而需要直接远场诊断技术进行校核 – 无法获得更详细的裂缝扩展的信息
直接近井筒诊断
• 提供近井筒裂缝几何参数 • 是在压裂之后进行—因此不具备实时的功能 • 工艺包含一些测井工具 • 主要的局限:
– 只能获得井筒附近1-2英尺范围内的地层信息 – 只能提供裂缝高度的最小值 – 没有裂缝扩展更细节的信息
Horizontal well trajectory
Horizontal well
Horizontal well
Pay zone
What we want
What we get?
Perforation strategy
What we want
What we get?
Pay zone
What we want
带状覆盖/压裂多层的有效性
(A) 施工井 DHT (A) MS (A) 观察井 DHT
地面倾斜仪测量
地面倾斜仪测量规范和需注意的事项
•地面倾斜信号是深度和注入排量/体积的函数
–成功的测绘 > 10,000’ at 15 bpm –成功的测绘 > 13,000’ at 80 bpm
HIT 可以提供裂缝闭合应力的估计
表面压力vs.反射系数, 图中显示在井口压力大 约为1300psi时裂缝闭合
Surface Pressure (psi)
1500 1400 1300 1200 1100 1000
900
1483
Surface Pressure vs. Reflection Coefficient
1st reflection from open fracture
Induced pulses from HIT
2nd reflection from open and closed fractures
1st reflection from closed fracture
2
4
6
8
10
12
Time (sec)
Pad
Early Brady Sand Understim ulated Perfs Unstimulated Perfs
地面倾斜仪裂缝监测结果显示裂缝向上过度增长
温度测井证实裂缝向上过度增长
Stage 1 temperature anomaly indicates growth into steamzone
F300 ft Pay zone
What we want
What we get?
Fracture growth versus time
Multizone coverage
Pay zone Pay zone Pay zone
What we want
What we get?
• 很多手段仅能观测井筒或几英寸远范 围内 (例如放射性示踪测井)
• 裂缝可能更高，但并不沿井筒方向扩 展 (仪器测不到)
井 裂缝
15°角
水力全电阻测试
• 其它技术测量近井筒裂缝几何参数
– 压裂层的深度 – 裂缝闭合应力梯度
• 井口产生的动态压力脉冲传播到井底并被反射 • 反射的本质可以判断裂缝的产生和位置 (主要应用于注入井) • 通过判断裂缝闭合应力有助于水力压裂 • 相对比较便宜并且容易实施 (仅需要一个阀门和压力传导器) • Non-evasive 方法, 使用地面设备进行井下测量
Or What we get?
压裂诊断手段分类
• 间接诊断技术
– 净压力分析 – 产量数据分析 – 试井等
• 直接近井筒诊断
– 示踪剂,温度,产量测井
– 水力阻抗测试(HIT)
• 直接远场诊断
– 倾斜仪裂缝测量(地面,观察井井下,施工井井下) – 微地震成像
间接诊断
• 是最主要的应用形式，相对比较便宜 • 提供“大约的” 裂缝扩展的估计 • 主要包括压力分析、产量分析和试井分析 • 主要的局限:
措施的有效性和经济性
压裂诊断技术
• 测井手段 • 水力阻抗测试 (HIT) • 倾斜仪裂缝监测
– 地面倾斜仪裂缝监测 – 井下倾斜仪裂缝监测 • 微地震裂缝成像
测井手段
• 放射性同位素示踪剂 – 在压裂过程中加入 (有时采用多同位素) – 支撑剂压裂之后进行光谱伽马射线测井 – 对于限流压裂的情况，非常有帮助
HIT施工结构图
HIT 可用来判断闭合压力
Delta Pressure (psi) Delta Pressure (psi)
O pen F rac ture 200
150
100
50
0
-5 0
-1 0 0
-1 5 0
-2 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tim e (s ec )
N o F rac ture 200
• 温度测井 – 测量由于注入导致地层温度的下降 – 将压裂后测井和基线测量进行比较
• 生产测井 – 声波测井/微流量测井能够确定液体流动的差异 – 可用于多产层情况
测井手段
• 井筒成像测井 – 天然和诱导裂缝可以提供有关最小主应力方向的信息
• 井下录像 – 可以直接观察不同射孔方向的液流
• 多井径测井(椭圆度测井) – 可以提供井筒崩落的方向和椭圆率, 提供最小主应力方向
• 更好地了解压后产量情况
– 裂缝是否覆盖了目的层 – 裂缝和天然裂缝是否交叉
• 压裂优化和产量经济评价
– 随施工规模的增加可以获得多少的裂缝长度和高度增长 – 多少阶段比较合适 – 获得最优的压裂设计
Intro-06
压裂诊断应用概述
Field Development Optimization
Water/steam flooding
1491600 Easting (feet)
1491800
1492000
温度测井证实裂缝中心发生转移
Main fracture intersects well 80 ft away from stage 2 perfs
Stage 2 perfs
测井手段—主要局限
• 仅能获得沿井筒方向的支撑缝高度 ( 通常裂缝不完全沿井筒方向扩展)
直接诊断技术
非预测
校核模型更加真实地预测不同设计下裂缝 的物理扩展
结论
• 在特定地层环境下，压裂要比我们想象的复杂 • 当今开发面临的地质条件更加复杂和广泛采用定向钻井，使得水力
压裂更加复杂 • 压裂诊断技术可以让我们更好地了解裂缝的扩展情况 • 先进压裂技术（相对于过简单的）的应用大大增加了水力压裂增产
直接压裂诊断- 敏感性
方位
(A) STM (A-) MS (B) 多观察井 DHT
裂缝半长
(A) 观察井 DHT (A) MS
裂缝高度
(A) 施工井 DHT (A) MS (A-) 观察井 DHT
不对称裂缝
(A) 多观察井 DHT和/或 MS (B) MS (C-) STM
压裂模型校正
(A) 施工井 DHT (A) MS (A-) 观察井 DHT
1419 1368 1312
1263 1213
Open Fracture Closed Fracture
1152 1103 1053 1000 949
898
800
-1
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
Reflection Coefficient
HIT 可用来判断（多）裂缝的产生及其位置
直接远场诊断
• 提供估算裂缝扩展的大轮廓 • 利用观察井或地面监测点 • 主要包含倾斜仪裂缝监测和微地震裂缝监测 • 能够监测压裂过程中裂缝扩展 • 主要局限：
– 观测距离增加，分辨率降低 – 没有支撑剂铺置和导流能力方面的信息 – 没有裂缝扩展的细节信息
新方法:模拟vs.测量
裂缝扩展模型
不完全的物理理解
压裂诊断技术
PINNACLE TECHNOLOGIES
为什么进行裂缝监测
不合理的 液体分配
裂缝高度过 大的增长
不完全的覆盖
T-形裂缝
水平多裂缝
裂缝扭转
垂直多裂缝
压裂模型的发展过程
• 开始于70年代末/80年代初的3-D 模型 • 80年代末/90年代初修正的裂缝增长预测模型，更接近于实际(
比如实际的净压力)。 • 90年代末的直接诊断技术，有时与模型一致，不过有时差异
井中沿井筒方向不同深度一条裂缝的存在 Reflection #1 = 2011 (ft)
Delay Time #1 = 0.829 sec
Reflection #2 = 10929 (ft)
Delay Time #2 = 4.507 sec
Reflection #3 = 13276 (ft)
Delay Time #3 = 5.475 sec
放射性同位素示踪剂测井实例
• 利用R/A 示踪剂评价处理层的支 撑剂覆盖情况
• 示踪剂测井表明层段内的有些部 分覆盖率低
• 重新压裂差的支撑层，改变将来 井的射孔方案
Sand Concentration (lbs/sq ft)
Relative Distance Propped Width
Late RCS
较大。 • 正在进行有关裂缝增长预测模型与直接观察趋一致的研究
新的工程方法
压裂设计考虑：测井响应，建 模和经济角度
实际施工&压裂压力评价 &压后产量数据
压裂设计敏感性评价&压 裂优化经济
直接测量裂缝几何形 状
“校核” 压裂模 型
压裂诊断手段
为什么要进行压裂诊断
• 更好地了解压裂施工
– 裂缝的大致尺寸 – 是否产生了多裂缝 – 砂堵的原因
地面倾斜仪测量
• 裂缝方位,倾角(对时间)和扩展(多平面) • 裂缝中心的大致位置 • 裂缝复杂度 (多平面中的增长) • 实时地层沉降监测
井下观察井倾斜仪测量
• 裂缝高度，长度和宽度(对时间) • 校正压裂模型
井下压裂井倾斜测量
• 裂缝高度和宽度 (对时间) • 校正压裂模型
观察井压裂微地震测量
• 裂缝高度，长度和方位 (对时间) • 校正压裂模型
水力压裂引起的典型的变 形场
压裂引起的地面凹陷
诱导的倾斜反应出水力裂 缝的几何形状和方位
裂缝
观察井中的井下倾斜仪
微地震裂缝监测原理
水力压裂产生的微地震事件
• 弱应力平面的滑移 • 应力和孔隙压力的改变
多接收仪的探测
• 压缩和剪切波到达的时间 • 压缩波的微粒运动
解释为环绕在裂缝周围的轮廓
可以从直接压裂诊断获得什么
150
100
50
0
-5 0
-1 0 0
-1 5 0
-2 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tim e (s ec )
HIT 通常用来探测裂缝闭合，进行实时分析
Pressure (psi)
4100 3900 3700 3500 3300 3100 2900 2700
0
Pulse 16, 3440 psi Pulse 17, 3385 psi
1450
- pls26.hit - Reflection Locations from Time Delay
#1
#2
#3
#4
1400
1350
Surface Pressure (psi)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time(secs)
Reflection Locations
井口压力vs.时间曲线, Origin for Delay Calculation = 1.074 图sec 中显示油管中几处交汇和一口注入
直接的诊断技术
直接，远场
• 2 种技术 • 4 种实施方法
倾斜仪测量 (倾斜)
• 地面 • 井下观察井 • 井下施工井 • 2 类井下测斜工具
– 普通 II (外径2-7/8”, 居中)
• 细工具 (外径1-11/16”, 偏心)
– 下一部研发更高温度(高于300°F)
压裂微地震监测
直接压裂诊断技术的倾斜仪裂缝测量原理