压裂施工井下监测技术

压裂施工井下监测技术

简介

二O一七年五月二十五日

压裂施工井下监测技术简介

1 开展压裂施工井下监测的目的意义

水力压裂是油气层增产的最有效方法之一，目前尽管水力压裂在理论、设备、工艺技术等方面都有了较快的发展，但在现场施工中仍存在不少问题。例如现场施工时如何根据施工曲线确定裂缝类型、裂缝的延伸状况及准确获得裂缝的几何尺寸、滤失系数、闭合压力、闭合时间、地层主应力等都没得到有效的解决。随着油气藏整体压裂技术的发展，压裂的实时监测及压后评估技术必将受到广泛重视，相应的压力分析及解释技术也急需进一步的发展和完善。此外，同一区块一口井的压裂测试和解释，对于准确取得压裂所需要的参数并即时修改压裂设计是非常必要的，从而为下一次压裂措施作业提供借鉴和指导作用，这也是近年来实时监测及压后评估受到广泛关注的重要原因。

压裂压力是指压裂施工过程和停泵后井底或井口压力，压裂压力曲线是指压裂压力随时间的变化关系。由于目前缺少直接测量水力裂缝的长度及导流能力等重要参数的手段，因此影响了分析压裂成败的原因及进一步提高水力裂缝效果的途径。但是地下填砂裂缝的存在总要反映在压裂前后油井压力与产量的变化上来，特别是压力与产量随时间的变化速度与水力裂缝的长短、导流能力的大小等参数有直接关

系。通过对施工过程中压力曲线的分析，可以确定裂缝的延伸方式和施工期间任意时刻裂缝的几何参数，对停泵后压力曲线（称为压降曲线）的分析，能为压裂设计提供重要的设计参数，如地层有效滤失系数、压裂液效率等。因而对压裂压力曲线的分析可以提高压裂施工的成功率和有效率。

2 压裂施工监测技术的发展趋势

压裂施工过程及其后的排液过程中都包含有许多反映油气层和裂缝性质的参数，如何进行该过程的动态监测及反演地层参数及有关裂缝的参数的获得是今后发展的主要方向，它可以及时、快速、高效、准确地了解地层参数及有关裂缝的参数，达到快速评价压裂效果的目的。同时可以部分取消压裂后的试井测试（如测温、关井静压、示踪测井等），减少不必要的测试费用并可提前生产等。

根据国内外文献报道，在压裂施工中井口压力与井下层位附近的压力有很大的区别，井下压力消除了磨阻影响，更加客观、真实地反映层位部位在施工过程中的压力变化，其井下压力监测资料分析结果可更真实地评价压裂施工效果，对下次压裂设计指导意义更大。鉴于江汉油田目前压裂施工动态监测中存在的问题和缺陷，采油院环测所研究一套压裂施工井下监测的新理论、新方法，充分利用压裂施工过程中压力监测的信息，达到快速、高效评价压裂效果、反演地层参数及裂缝参数的目的。利用这一方法，可以达到如下目的：

（1）快速。利用本项目研究的方法可以快速地了解地层参数，在压裂施工完成后，即可求出地层及裂缝的参数，如在压裂施工完成停泵后只要再继续监测2-3小时的井底压力随时间的下降情况，就可以了解压裂施工形成的裂缝长度、裂缝高度和裂缝导流能力等。

（2）节约测试费用。利用本课题提出的测试方法，可以极大地节约测试费用，可以不再进行部分压裂后的试井测试。

（3）能够比较准确地计算压裂的有关参数，包括裂缝的高度，裂缝的长度和裂缝的导流能力等，使得我们能够准确地评价压裂的效果。

3 压裂施工井下压力监测方案

将适合压裂施工过程超高压的井下存储式压力实时监测短节（如图所示），接在压裂施工管柱的尾部或封隔器下方

作为压裂管柱的一部分随管柱下至所需压裂的油

层部位进行测量，记录压裂施工的井下压力变化全

过程（包括压前、压裂过程中、压后排液过程等井

下压力），施工后回放出测试数据，根据渗流力学

理论编制专门的软件，分析压裂裂缝导流能力、裂

缝长度等施工参数，再指导下次压裂施工作业设

计。

井下存储式压力实时监测短节主要技术指标：

（1）．压力测试范围0 ～100 MPa 精度0.5%

（2）．温度测试范围0 ～125 ℃精度0.5%

（3）．压力计外径φ20 mm

（4）．测量装置外径φ114 mm

（5）．测量装置长度φ500 mm

（6）．测量装置通径φ62 mm（内径与油管内径相同，对原压裂管柱影响可忽略不计）

4、现场应用实例

（1）压裂井基本数据：

表1 压裂施工管汇及射孔数据表

压裂井井筒半径(mm) 0.100 射孔段长度(m) 2.40

12

压裂施工管内径(mm) 121.0 射孔孔眼密度

(1/m)

压裂施工管长度(m) 0.0 射孔孔径(m) 0.01

射孔段深度(m) 3105.0 射孔孔眼长度(m) 1.50

（2）油藏基本参数输入：

表2 压裂层储层物性及岩石力学参数表

储层压力(MPa) 32.5 储层孔隙度(%) 15.8

综合压缩系数 1.00 储层渗透率(md) 19.70

表3 压裂液及支撑剂性能参数表

0.05 支撑剂粒径(mm) 3.0

压裂液稠度系数

(Pa.s^n)

0.9

压裂液流态指数0.48 支撑剂密度

(Kg/m^3)

1.20

压裂液密度(Kg/m^3) 1.10 支撑剂的圆球度

(%)

30.0

施工注入时间(min) 28.0 支撑剂总注入体

积m^3

（3）压裂施工基本参数：

表4 压裂施工压裂液泵注程序简表

项目注入时间

(min)

注入排量

(m^3/min)

注入砂比

(%)

前置液11.5 11.5 5.0 携砂液 3.0 3.0 2.0 顶替液 1.0 30.0 0.0 合计28.0 8.0 31.0

表5压裂措施井常规测井数据

DEP TH AC GR CA

L

PO

R

FER

M

DE

N

3016. 3

232.

7

127.

8

20.6 0.0 0.0 2.6

3032. 7

224.

8

28.0 21.3 0.0 0.0 2.3

3049. 1

256.

3

101.

7

20.6 0.0 0.0 2.5

3065. 5

226.

4

19.1 21.7 0.0 0.0 2.1

3081. 9

215.

1

105.

9

20.7 0.0 0.0 2.6

3098. 3

228.

1

124.

7

20.6 0.0 0.0 2.7

3114. 7

236.

131.

2

20.5 0.0 0.0 2.6

3131. 1

224.

6

55.3 20.4 0.1 13.1 2.5

3147. 5

210.

4

81.7 19.8 0.0 0.0 2.5

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 （4）压裂井施工过程

表6 压裂施工过程中井下有效监测数据表

时间（min）压力（Mpa）温度（Mpa）时间（min）压力（min）温度（Mpa）

4.5 59.4 99.0 106.0 3

5.1 73.0

10.0 59.0 70.5 110.5 34.0 74.2

14.5 59.2 55.7 116.0 32.8 75.4

20.0 59.5 46.3 122.3 31.7 76.5

24.5 59.6 43.6 149.8 29.4 80.3