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小型测试压裂技术


第2 9卷 第 1 期 2 0 0 7年 2月

石 油 钻 采         





V o l . 2 9N o . 1 F    e h .2 0 0 7

OI L DRI L L I NG & P ROD UC T I ON T E C HNOL OGY

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文章编号 : 1 0 0 0 一 7 3 9 3 ( 2 0 0 7 ) 0 1 一 0 0 6 1 一 4 0

基于小型测试对压裂地质特征分析的现场施工
蒋 建 方 ‘王 晓 东 “刘 建 安 2慕 立 俊 “陆 红 军 “何 治 武 ,
( 1 .中国地质大学能源学院, 北京 1 00 0 3; 8 2 长庆油田公司油气工艺研 究院, 陕西西安 7 00 1 1) 2

摘要:      为了 提高长庆油田低孔、 特低渗、 低压油藏压裂规模, 优化施工参数, 获得较好 的压裂效果, 采用

r F c a p o r 叮1 0 . 2 压裂软件对长庆董志、 姬源油田 低渗储层3 口 探井实 施的活性水、 压裂液侧试压裂进行了 解释分析,
结果显示该区储层岩石具有破裂压力和闭合应力低、 近井筒弯曲摩阻小的岩石力学性质, 停泵后裂缝中的净压力 小, 裂缝延伸不明显等力学特征及储层特低渗、 滤失系数小等地层特性。依据对储层压裂特征的认识及分析获得

的参数, 对3口 井的施工设计进行了 优化及现场实 施, 压后试油日 产分别为3 3. 9 耐、 6. 2 5 时 和1 75 时, 成为长庆
油田2 0 0 5 年的 3口高产井, 为探井压裂进行储量评估和该区以后水力压裂设计提供 了重要依据。

关键词: 小型测试压裂; 压裂地质特征; 闭合应力; 净压力; 摩阻; 现场施工
中图分类号: T E 3 7. 5 2 文献标识码 : A

长庆油 田陇东地 区油层渗透率一般小 于 地层压力系数一般 1 0 / 1 0 一 ’ 林 m , , 孔隙 度1 2 %左 右, 为0 . 8 , 为典型的低孔、 特低渗、 低压油藏。油井一 般无自 然产能, 须经压裂改造方可投产, 因此, 压裂

技术成为陇东地区增储上产的主要措施[ ’ 〕 。为了
提高压裂规模、 优化施工参数, 获得满意的压裂效 果, 需要对加砂压裂进行优化设计。设计中的许多 参数, 如闭合应力梯度、 裂缝端部因子、 多裂缝特性、 综合滤失系数等往往不易获得, 而压裂前进行的测 试压裂, 也称小型压裂试验, 正是取得对储层压裂地 质特征认识和获得这些参数的重要手段, 目前该技 术已经成为认识储层压裂特性或重点井主加砂压裂 优化设计的重要途径。

计小型测试压裂分两步进行。 首先通过活性水降排量及关井测压降,      求得上 述参数, 并通过关井后的净压力拟合侧重求取储层 的有效渗透率; 然后通过压裂液升、 降排量及关井测 压降, 再次求取上述参数, 但侧重求取压裂液的综合
滤失系数。

2 测试压裂一般分析步骤
     净压力是驱使压裂裂缝扩展、 延伸的压力, 其大 小直接影响裂缝的几何尺寸与形态; 而裂缝闭合应 力分析又是净压力分析中最为关键性的参数, 对低 的净压力施工而言, 这将严重影响裂缝几何尺寸的 分析。因此, 闭合应力的求取是整个小型测试压裂, 甚至是主压裂设计中最为关键的参数。 测试压裂中闭合应力的分析主要集中在压裂后      的停泵阶段, 这时不必考虑难以准确分析的不同类 型的摩阻( 井筒摩阻、 射孔摩阻及近井筒弯曲摩阻 等) 及许多不确定的储层、 流体参数, 因此, 其数据 准确可靠, 简化了分析压裂裂缝闭合应力的过程, 提 高了估算该值的准确性。 摩阻的计算与分析也是小型测试压裂分析的重     

1 测试压裂方案设计
     为了获得储层的破裂压力、 裂缝的延伸压力、 停 泵压力、 闭合应力梯度、 裂缝闭合时间、 摩阻、 压裂液 综合滤失系数及储层的有效渗透率等特性参数, 优 化压裂施工设计, 通常采取不同的测试压裂程序来 实现。为了准确求取储层有效渗透率与综合滤失系 数, 克服曲线拟合过程中二者间的相互影响, 特别设

重点项 目: 中国石油天然气股份有限公司十五重点项 目 “ 特低渗透油田压裂技术研究” 部分成果
作者简介 : 蒋建方, 1 9 7 年生、 6 1 9 9 年毕业于江汉石油学院采油工程专业, 8 2 02 年获石油大学( 北京) 油气田开发硕士学位, 现在廊坊分

院压裂酸化技术服务中 心从事储层改造方面的室内实验与油田现场的压裂酸化增产增注施工, 中国地质大学( 北京) 油气田

开发专业在读博士生。电 话: 0 1 0 一 6 9 2 1 3 1 9 2 , E 一 m a i l : j j B I 9 8 9 @1 2 6 . c o m , j j 8 I 9 8 9 @s i n a . o 0 ; , ,

石油钻采工艺 2 00 7 年2月( 第2 9 卷) 第1 期 要参数, 不同的摩阻将导致施工过程中裂缝里不同 的净压力。利用降排量过程中的压力变化可以准确 裂软件, 首先对井底测定压力曲线添加压降斜率曲 线, 确定瞬时停泵压力。在平方根曲线 上根据不同 压降段斜率作2 条切线, 确定闭合应力、 闭合应力梯 度、 闭合时间、 隐含的携砂液效率及估算的净压力 值。分别在 G函数曲线上对井底测定压力的导数 作切线, 在双对数曲线上对压力差的迭加导数作切 线, 分别求取上述参数。根据以上3 种方法确定的 各相关值, 取平均值作为闭合应力分析中的最终结 果, 见表 1 。 3口 井测试过程中活性水和压裂液的地 面破裂压力分另 1 1 2 8 一 3 0M P a 、 2 0一 2 5M P a , 而施工 压力一般在 2 0M P a 左右, 不超过 3 OM P a , 对2 0 0 0 多米深的地层而言, 都是比较低的。活性水和压裂 液测试过程 中的闭合应力梯度也较小, 分别为
0 . 0 1 2 6一 0 . o l 3 7M P 彭m、 0 . 0 1 3 2一 0 . o l s lMP 盯m。

分析上述3 类摩阻的大小L Z 〕 。 如果能获得施工过程
中的井底压力, 由于不必考虑井筒摩阻, 且射孔摩阻 与排量的平方成正比, 近井筒弯曲摩阻与排量的平 方根成正比, 可使上述摩阻的分析大大简化, 用解析 的方法求解获得。通过对近井筒弯曲摩阻的分析, 了解压裂裂缝的复杂程度, 可预测支撑剂是否桥塞
动态裂缝。

     在获得了储层的闭合应力和不同摩阻以后, 可 以拟合裂缝中的净压力, 使模拟净压力与测定净压 力一致。小型测试压裂分析的实质是净压力的拟 合, 通过净压力的拟合认识压裂裂缝特征, 并获得上 述重要参数。

3 小型测试与储层压裂地质特征分析

.1 闭 3 合 应力的 分析[ 1 2
根据停泵后的压力数据,      采用F a r c r P o T1 P 0 . 2 压
井号

活性水和压裂液测试压裂停泵后, 裂缝中的净压力 分别为 1 . 4 8 一 3 . 1 7M P a 、 0 . 5 8 一 1 . 2 3M P a , 表明停 泵后裂缝延伸不明显。因此, 在分析、 优化设计压裂 模型中应选用“ 在停泵处冻结裂缝尺寸” 模型。
延伸压力
/ MP a
6. 9 2

表 1 储层闭合应力分析结果
油层中部深度
/        m 21 1 1

汉 d 试介质
活性 水

破裂压力
/    MP a

解释方法
平方根   
G一函数

闭合应力梯度
/MP a?m

净压力
/ MP a
勺一 I 0
n 目
       …

董7 7 一 5 7

8. 2 7 8

0    . 0 1 2 2
0.    01 2 7

1 勺 只

7 0 0

C U

双对数   

0 01    2 8 0    . 0 1 3 3 0    . 0 1 31 0    . 0 1 3 2 0    . 01 3 4
0.    01 2 7 0.    01 41 0    . 01 51 0.    01 5 0 0.    01 51







压裂液

0. 2 6 3

8 . 1 3

平方根   
G一函数



0 0

7 1 、 J

6 【

双对数   

董6 9 一 6 0

2 0 1 4

活性水

2 9 . 3 3

9. 3 8

平方根   
G一函数

3 . 1 4
4 』 、〕 6 【

双对数   

压裂液

3. 2 6 3

1 1 . 4 5

平方根   
C一函数

0. 7 0

98 67 00 88 80 09 40

0 0

双对数   
耿 7 0



2 2 4 5

活性 水

2 8 . 0

1 2 . 51

平方根   
C一函数

0    . 01 3 5
0.    01 3 7 0    . 01 4 0 0.    01 41 0.    01 3 9 0.    01 4 0

1 0

双对数   



压裂液

3. 2 6

1 29 9

平方根   
G一函数 双 对数   

.2 摩阻的分析[ 3 ] z
根据井底 压力和施 工排量测试数据,      利用

F a r “ r P 0 T1 P .2 0 三维压裂软件, 采用阶 梯降排量法,
解释了注活性水阶段的射孔孔眼摩阻和近井筒弯曲 摩阻; 根据地面泵压和井底测定压力、 油管下人深度 和液体密度, 回归拟合了不同排量下活性水和压裂

液的管柱摩阻关系, 结果见表 2 。近井筒摩阻均小 于I M a, P 表明不存在多裂缝和明显的弯曲, 地层的 起裂比较容易, 裂缝壁面比 较平整, 具有明显的脆弹 J 性 力学特性, 不易出现桥塞砂堵, 有利于提高瞬时砂 比、 增大加砂量和铺砂浓度。孔眼摩阻分布在 1 . 3 4 一 3 . 5M 6 a 之间, P 通过砂液比的逐渐增大, 在携砂



蒋建方等: 基于小型测试对压裂地质特征分析的现场施工
液的冲蚀下得到减小, 也可通过增大射孔密度减小。 由于活性水中含有一定的表面活性剂, 回归拟合的

活性水管柱摩阻是清水摩阻的8 5% 一 5%, 9 而压裂 液的管柱摩阻为清水摩阻的4 0 %一 5%。 4
相关系数
/    R Z
0 . 9 9 3 5
0. 9 7 51 09 5 0 5 0. 9 9 4 3 0 . 9 8 7 3 0. 9 8 4 6

表 2 摩阻分析结果
井号 测试 介 质 活性 水
/MP      a /MP    a /m ?ml                                    n一 ’ /MP a 1 . 8 8 2 . 0 8 1 . 7 8 1 . 7 9 1 . 5 6
1 . 5 8

                           排量 孔眼摩阻 近井筒摩阻 管柱摩阻 管柱摩阻关系
0. 5 9 0. 8 8 0. 3 8 0. 5 3 3 . 6 5 2 . 2 2 . 9 2 2. 8 4 2 0. 0 3

董7 7一 5 7

= 05 0 9 l e ] ‘ 5 5 9 。
= 0 . 8 5 0 4 e o 8 7 4 。
17 3 4 R , 08 7 ] q

尸 尸

压裂液

1 10 6
2 3 . 71 1 0. 0 5

董6 9 一 6 0
耿7 0

活性 水

P f 二 0 . 5 3 6 8 e P 「 = 0 . 5 7 8 8 e

压裂液
活性 水

P ; =1 . 0 4 9 7 e

0 . 2 9
04 0

2 . 0 4
1 . 4 3

1 7 . 8 2
9. 1 6

] . 6 7 8 3 叮

压裂液

13 6 3 9 叮 P f = 0 . 4 7 2 8 e

注: 施工管柱为内 径6 2n m 的必 l 3m 7 m T B G油管; 尸 : 为单位管 柱摩阻, M P 盯l 00 m , q 为施工 排量, n 1 3 / 而n

3 . 3 净压力的拟合

(      )具有一定的孔眼摩阻, 3 但近井筒弯曲摩阻
低。基本认为储层无天然裂缝、 多裂缝 , 具有较强的 脆弹性力学特征, 属较低应力区, 对裂缝的起裂比较 有利。 (      4 ) 储层的净压力低, 停泵后, 裂缝的延伸不明 显, 该区施工设计优化时可选用“ 在停泵处冻结裂缝 尺寸” 模型。

     根据停泵后的井底压力数据和前文解释的有关 参数, 分别对活性水及压裂液测试停泵后裂缝中的 净压力进行了拟合, 解释了储层的有效渗透率和压 裂液的综合滤失系数, 结果见表 3 。隔层与储层的闭

合应力梯度差平均仅0 . o o ZM l P 盯m , 应力差小, 对
缝高控制极为不利。因此, 在施工排量优化过程中 应充分利用储层岩石脆弹性、 易破裂的特性, 在保证 一定携砂能力情况下, 尽量降低施工排量, 减小缝高 的过度延伸。储层的有效渗透率低、 滤失系数小, 表 明储层天然裂缝不发育或无天然裂缝。因此, 在优 化设计中应通过控制排量, 实现造长缝的目 标; 通过 降低前置液百分数减小压裂液对储层的损害, 同时 还可实现较大规模的加砂量而不会导致砂堵。
表 3 净压力拟合分析结果               
隔层             储层 闭合

4 压裂井施工参数的优化
4 . 1 压裂设计原则

     ( )储层低施工压力、 1 无天然裂缝、 无多裂缝、 弯 曲摩阻小的脆弹性力学性质使得该区压裂施工通常 容易完成, 不必过于担心砂堵, 有利于优化施工参 数, 提高参数指标, 实现初期高产与较长时间稳产的
总 目标。

井号

应力梯度 应力梯度

有效渗透率

滤失系数

     ( )施工排量优化中, 2 尽量选用较低排量, 以最 大限度降低缝高, 增大缝长, 满足特低渗储层造长缝      ( )增大施工规模, 3 优化砂量、 平均砂比、 最高砂 比, 保证较高的铺砂浓度, 提高裂缝长期导流能力。 (      4 ) 充分利用储层滤失小、 无天然裂缝的特点, 尽可能降低前置液用量, 减小压裂液对储层的损害。 4 . 2 施工参数优化

a . m        / M P a . m一 ! /MP 0 . 01 2 9 . 0 1 2 6 董7 7 一 5 70

/ 1 0 一 , 耐 / 1 0 一 4 m ? 而 n 一 ‘ , ’ 的要求。
0 . 2 0 2 0 . 1 6 0
0 . 2 ( 抖 1 . 2 6 1 . 3 5 2. 3 5

董6 9 一 6 0
耿 7 0

0 . 0 1 3 4
0. 01 3 4

0 . 0 1 5 0
0. 01 5 0

3 . 4 储层压裂地质特征 通过活性水和压裂液小型测试分析,      认为储层 具有如下压裂地质特征。
M P 盯m以下, 部分层甚至在 0 . l3M o P 盯m以下。隔 层与储层应力差小, 对缝高的控制和支撑剂的有效 支撑不利, 排量的优化极为重要。 (      ) 储层具有较低的施工压力, 2 一般不会超过

根据      上 述 认识与 设计原则, 采用F a r 叩 o r 叮1 0 . 2
化, 结果见表4 , 模拟计算的裂缝几何尺寸等参数见 表5 。表4 数据显示通过优化设计实现了低排量、 低 前置液百分数、 高砂比和高砂浓度的设计目 标。表5 数据表明优化设计后的裂缝几何尺寸基本实现了对 缝高的控制, 达到了造长缝、 宽缝的目的, 具有较高
的导流能力。

(      )储层具有较低的闭合应力, 1 基本在 0 . 16 三维压裂软件, 0 进行了3口井的压裂施工参数的优

0M 3 a, P 大多集中在 2 0M a 左右, P 使得施工容易进
行, 但易掩盖施工参数的科学合理性。

石油钻采工艺 2 00 7 年2月( 第2 9 卷) 第1 期
表4 压裂施工参数的优化
井号
董 董
7 7一5 7 6 9一6 0

排量

前置液

携砂 液

砂量

前置液百分数

平均砂 比

最高砂比

最高砂浓度

/ m 3 ? m i n 一 ’
n 目 只) 4
勺 ̄ 1 1
         …

/ m 3
28 23
. 7 . 7

/ m 3
1 3 4 . 0
1 1 5. 2

/ m 3
3 5 . 0 3 0 . 4 1 6. 2

/ %
2 , ̄
n U CU

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, . 孟 内 、 勺} 飞以

/ %
』 、 J 』 、J l l} 工 勺

/ k g ? m 一 3
n , n ,
O C 只)
勺 .且 勺 . .1

耿7 0

裂缝参数的优化与产量预测
井号





1 今 、)

 ̄ 、公 咤」

n ,

0 八

曰 .. 1

半缝长
/m   

缝高
/m 3 9. 6 3 7. 4
2 2 . 7

平均缝宽
/    mm

最大缝宽
/    mm ! 7. 】 1 6 . 5 1 4 . 4

平均铺砂浓度 裂缝导流能力
/ k g

OO

地层渗透率
/ 1 0一 3 林 m Z
0. 2 0 2 0 1 3 3 0. 1 7 8

/ 卜 m
1 8 . 1 9
C 曰

压后初产预测 /      m 3 . d 一 1
3 0 . 41
1 8 . 1 5 2 4‘ 1 5

41 . 2 童7 7一 5 7 1

1 0 . 5 8 . 6 7. 6

董6 9 一 6 0
耿7    0

,1

1 6 9 . 2
1 71 . 2

1 0 . 9 6
1 4. 61

3 . 4 6

5 现场实施与效果分析
     在完成了小型测试压裂的设计与分析及主加砂 压裂的优化后, 现场组织了上述 3口井的实施。完 全按优化设计顺利执行, 各项施工参数的性能指标

与设计一致。表6 是上述 3口井压后试油结果, 压 后日 产与优化设计的产量预测吻合性较好; 动液面、 抽深数据反映了储层的渗透性, 也与小型测试分析 的结果比较一致。说明小型测试分析和优化设计反
映了储层的压裂地质特征, 适合储层地质情况。
动液 面

表6 ? 压后试油成果
井号
董7 7一 5 7

日 班 次

日 抽 次
5] 5l 5 4

抽 深 / m
1 4 0 0 1 8 5 0
1 9 5 0

日产油

日产水

氛根

/ m
1 2 5 0 1 7 0 0
1 8 0 0

/ m ,
3 3 . 9 1 7 . 5
2 6 . 5

/ m ,

/ m g ? L 一 1
3 9 4 9

董6 9 一 6 0
耿7    0

6 认识与结论
     ( )通过小型测试获得了关于储层岩石脆弹性 1 力学性质的压裂地质特征的认识, 为优化主加砂压 裂提供了设计原则和方法。 (      2 ) 通过对曲线的拟合与分析, 为优化压裂设 计提供了储层的闭合应力梯度、 近井筒摩阻、 孔眼摩 阻、 井筒摩阻、 净压力、 储层有效渗透率和综合滤失 系数等重要参数。 (      ) 基于小型测试的压裂优化设计各项施工参 3 数指标高, 而且顺利实施, 压后效果显著, 实践证明 了小型测试的重要作用, 为以后的压裂设计提供了

重要参数与方法。

( ) 压后高产为上述 3口探井评估该区储量提 4 供了非常有意义的依据。
参考文献 :
r es es L r es
「 一 一 一 一 飞.. J

雷群 测试压裂在长庆低渗透油田的应用「 J ] . 石油钻 0 0 0 2 采工艺 2 2 ( 4 ) : 7 3 一 7 5 . 杨 丽娜 陈 勉 张旭东. 小型压裂理论模型进展综述 [ J ] . 石油钻采工艺, 2 )2 ( 0 , 2 4 ( 2 ) : 4 5 一 4 8 .
( 收稿 日期 2 06 一 0 4一 2 7 )

l 2

〔 编辑 付丽霞〕


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