压裂施工动态曲线与特征分析

压裂施工动态曲线及特征分析

压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，其基本方法是利用地面高压泵

组将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，随即在井底蹩起高压，当此压力大

于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层裂缝内继续注入带有支撑剂的

携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在地层内形成一条

只有一定长度、宽度和高度的高导流能力的填砂裂缝供油气流进筒内，由于裂缝导流能力比

地层的孔隙通道导流能力大得多，相应地油气渗流阻力大为降低，达到增产目的。

压裂施工过程的主要步骤

1.循环：每台压裂车在地面管线系统单独循环（不通过井口），即从供液罐—混砂车、压裂车—高压管

汇—供液罐组成一个循环系统。目的是了解供液罐供水情况和每台压裂车的上水情况。

2.试压：地面高压管汇试压，目的是检查井口（总闸门以上部位）及高压管线系统

连接部位受压情况，以保证正常施工。

3.试挤：用1～2台压裂车小排量向地层挤入液体，了解井下管柱是否畅通和地层的吸收能力。

4.压裂：在试挤的基础上，证明地层有一定的吸收能力后，继续提高排量，在井底产

生足够的压力，迫使地层形成裂缝。

5.加砂：地层已形成裂缝后，用压裂液携带一定数量的砂子（支撑剂）沿着形成的裂

缝向地层注入。

6.替挤：预定的携砂液注完后，泵入不带砂子的压裂液（或其它液体），将井筒内的

携砂液全部替入地层裂缝内。

7.求产：利用原压裂液施工管柱或更换压裂施工管柱进行压裂液返排，并求得稳定

的地层产量后投入开发。

上述的试挤、压裂、加砂、替挤是压裂施工中的4个主要步骤，其间的施工泵压、排量、混砂比、套压随施工时间的变化曲线组成压裂施工动态变化曲线。

压裂施工动态曲线分析

1.试挤—压裂过程中两种曲线类型

试挤、压裂是整个过程中短时间内的两个连续步骤，约占整个施工时间的1/5，往往把

试挤、压裂两个过程的施工曲线统称为试挤曲线。

（1）试挤曲线类型

①有破裂显示型：指地层有明显压开显示。往往有三种情况可以判定地层是否压开：第一，泵压迅速下降，排量上升；第二，泵压不变，排量上升；第三，排量不变，泵压上升到一定高

度后迅速下降。

②无破裂显示：指地层无明显的压开显示。泵压随着排量的增加而增加。

（2）试挤曲线认识分析

①试挤曲线的类型与压裂液性质关系不大。统计结果说明，用不同性质的压裂液，其试挤

曲线类型所占比例基本接近，由此可以说“试挤”曲线类型与压裂液性质关系不大。从理论上讲，一次破裂显示产生一条裂缝，多次破裂可能显示多条裂缝。

②无明显破裂显示可能与地层的原生裂缝有关。无明显破裂显示，并不等于地层没有形成

裂缝，而只能说明地层产生裂缝时所引起的泵压或排量变化在地

面反映不明显。在现场施工时尽管无明显破裂显示，只要判断地层确定挤压开了，同样

可以将支撑剂（砂子）加入地层中。据统计分析无明显破裂显示的层往往是：地层位于

断层附近、地层微裂缝发育、地层处于构造轴部、重复措施层、高含水地层。

2.加砂施工过程中曲线类型

（1）加砂施工过程中曲线类型、特点

①下降型：其特点是当注入排量稳定，随压开裂缝的延伸和扩展，混砂比逐渐加大，泵压

连续下降。

②下降稳定性：其特点为注入排量相对稳定时，随着裂缝延伸和扩展，混砂比逐步增加，泵压连续下降，但下降至一定程度后处于一个相对稳定的区间。上述两种曲线基本上属于同一

种类型，目前，大多数压裂施工加砂曲线均属此两种曲线类型。

③波动型：特点为注入液体排量稳定，混砂比基本稳定，随着裂缝的延伸和扩展，泵压

波动起伏。目前现场发现此类曲线类型约占20%左右。

④上升型：其曲线特点为注入液体排量稳定，混砂稳定或提高，泵压连续上升，此类曲线类型约占10%。

⑤稳定型：其特点为注入液体的排量稳定，混砂比

稳定或提高，泵压基本不变，此类曲线类型约占5%～10%。

（2）加砂曲线形态认识分析

①加砂曲线的形态与压裂液的性质有关：压裂液性质好坏，其携砂能力、摩阻等有很大差别，实践证实在其他条件相同时，高粘度水基压裂液（μ＞1000mPa·s）比低粘度水基压裂液（μ＜50mPa·s）

造成的裂缝宽度和长度要大3～5倍。因此高粘度凝胶水基压裂液能产生长而宽的裂缝，携

砂液容易在裂缝中运动，往往高粘度压裂液的加砂曲线形态多为下降型和下降稳定型；低

粘度压裂液的加砂曲线形态有下降型、下降稳定型和波动型，部分还为上升型。

②加砂曲线形态与地层地质性质有关：地层物性较好，且均质，其曲线多为下降型，地层物性变化大，渗透率变化时好时差，携砂液在裂缝中形成时通时

阻，致使泵压上、下波动，曲线多为波动型。

③加砂曲线特点剖析

裂缝中液体流动的连续方程式为

Q= λ+dv /dt （1）

裂缝的体积V=LWH

由于裂缝在延伸过程中的缝宽与缝内压力的变化基本是一致的，即C=W/P，因此

V=LPCH

（2）

式中各参数都是沿缝长的平均值，把（2）式代入（1）式，并表示之为t不增量，得

Q=λ+LPCH（L/L+ P/P+ C/C+ H/H）/ t

（3）式中：Q——流入裂缝的体积流量；

λ——液体的体积漏失速度；

L、△L——缝长及其增量；

P、△P——缝内压力及其增量；

C、△C——缝宽与压力参数比例系数及其增

量；