压裂测试施工压力资料分析课件.ppt

1、.水力压裂过程的监测水力压裂过程的监测 施工监测施工监测 压力波动监测压力波动监测 水力裂缝参数监测水力裂缝参数监测.施工监测施工监测n注入排量监测注入排量监测n涡轮流量计涡轮流量计 n计数泵计数泵 n从压裂液罐内计量泵入液体的体从压裂液罐内计量泵入液体的体积和泵人时间积和泵人时间 .施工监测施工监测n加砂量加砂量 加砂量的测量同样是困难的工作，整个施工过程中测量误差很小也可能导致施工结论本质上的差别。加砂量可用几种方法进行验证，所有的方法应互相配合使用以使误差最小。.施工监测施工监测n支撑剂用量支撑剂用量 监测支撑剂用量的最可靠方法就是计量支撑剂储罐，在压裂施工期间，应按预先设计的加砂程序表

2、，确定各个不同施工阶段用完一罐支撑剂的时间，其差值会经常出现，可在不影响施工设计的情况下得到校正。.压力波动监测压力波动监测 在压裂施工期间，进行估算时最关键的问题之一是施工压力的波动。为了有效地采取补救措施，必须正确地找出压力变化的原因。有四种引起压力波动的原因，即力学问题、胶体性能变化、支撑剂浓度的改变和地层响应。.压力波动监测压力波动监测n力学问题引起的压力波动 引起施工压力异常高的最通常的力学问题是压裂流体通过射孔孔眼时受到限制，当流体通过孔眼时要产生压力降落。当某些孔眼不能流过流体时，则其余的每个孔眼的流量就会增加，因而造成更高的压力降落，这会导致地面的施工压力比预料的要高，还可能会

3、不得不改变施工程序。.压力波动监测压力波动监测n胶体性能变化引起的压力波动 当压力升高或降低时，很难确定是由于地层的裂缝性能所引起的还是由于胶液的性能所引起，关键因素是发生压力变化的时间（如下图），如果这段时间与液体通过油管或套管所需要的时间相致，则它可能反映了施工液体性能的变化，其它的压力变化通常是和裂缝几何和动态特性的改变有关。.压力波动监测压力波动监测.压力波动监测压力波动监测n支撑剂浓度的改变引起的压力波动 由于难以使支撑剂浓度保持稳定，就会因为静水柱压力的升高或降低而引起压力波动。聚合物（胶液）浓度的变化也会引起压力的变化。聚合物混合不均匀，会在压裂液储罐内形成不同浓度的分层、这样，

4、有时会造成在一罐液体将要用完时引起压力升高，而在开始使用另一满罐液体时引起压力降低。均匀的混合将会减少这种影响。倒换不同密度的支撑剂将同样影响压力变化。.压力波动监测压力波动监测n地层响应引起的压力波动 距离井筒有一定距离的地方，会发生一些其它类型的脱砂，这种压力上升在开始时是逐渐的，然后，随着裂缝充满砂子，上升急剧加快。地面施工压力有明显上升趋势。.水力裂缝参数监测水力裂缝参数监测 压裂过程中对压裂裂缝的几何形态测量是压裂作业的一项重要工作，为了获得较为准确的裂缝形态，人们采用不同的检测方法进行广泛的比较，同时使用几种不同的方法来提高解释的准确性。.水力裂缝参数监测水力裂缝参数监测n裂缝高度

5、检测裂缝高度检测 n井温测量方法n放射性同位素示踪法 n裂缝方位和宽度检测裂缝方位和宽度检测n压裂实时资料监测技术压裂实时资料监测技术 实时监控与监测技术是通过在现场实时测定压裂液、支撑剂和施工参数，模拟水力裂缝几何形状变化，随时修改施工方案，以获得最优的支撑裂缝和最佳的经济效益。.水力裂缝参数的识别水力裂缝参数的识别 n闭合压力的确定闭合压力的确定n矿场测试法矿场测试法 n理论计算法理论计算法 n施工过程压力分析施工过程压力分析 n裂缝几何模型裂缝几何模型 n水力裂缝几何尺寸的计算方法及选用原则水力裂缝几何尺寸的计算方法及选用原则 n施工压力与时间的变化关系施工压力与时间的变化关系 n压裂施

6、工压力的解释压裂施工压力的解释 n增大的压力速率分析增大的压力速率分析 n由施工压力曲线确定裂缝几何参数由施工压力曲线确定裂缝几何参数 .闭合压力的确定闭合压力的确定n矿场测试法矿场测试法 矿场确定闭合压力最可靠的方法是在加砂压矿场确定闭合压力最可靠的方法是在加砂压裂施工之前进行阶梯排量注入裂施工之前进行阶梯排量注入/返排试验，基本返排试验，基本原理如下图所示。首先以阶梯型变化的排量注入原理如下图所示。首先以阶梯型变化的排量注入足够量的液体造成一条裂缝，紧接着以恒定的速足够量的液体造成一条裂缝，紧接着以恒定的速率返排，返排速率用一个调节阀、油嘴或速率调率返排，返排速率用一个调节阀、油嘴或速率调

7、节器来控制，如果返排速率控制合适，则得到的节器来控制，如果返排速率控制合适，则得到的压力递减曲线在闭合压力处将出现一个从正到负压力递减曲线在闭合压力处将出现一个从正到负的变化拐点，该点对应的压力即为裂缝闭合压力。的变化拐点，该点对应的压力即为裂缝闭合压力。.闭合压力的确定闭合压力的确定.闭合压力的确定闭合压力的确定 矿场确定闭合压力的另一种方法是通过小型压裂(或称压裂测试)施工，测试停泵后的压力降曲线，通过绘制压力随时间的平方根曲线也可以确定闭合压力，如图.闭合压力的确定闭合压力的确定 由于小型压裂形成的裂缝比阶梯注入/返排法形成的裂缝长且宽，因此得到的闭合压力精度不太可靠，但小型压裂使用与正

8、式压裂相同的排量和压裂液，对后续的大型压裂施工具有很好的指导作用。.闭合压力的确定闭合压力的确定n理论计算法理论计算法 对闭合压力的计算是基于地下的三向主应力分布和岩石力学参数，Hagoort导出地层破裂压力、延伸压力和闭合压力的计算公式：.闭合压力的确定闭合压力的确定n破裂压力 n闭合压力 n延伸压力 ApApTihivF22122/12/1ApApihivC21125.02AlEppCFPFPFEppp,min.施工过程压力分析施工过程压力分析n压裂过程中井底压力变化曲线.施工过程压力分析施工过程压力分析n裂缝几何模型裂缝几何模型图.施工过程压力分析施工过程压力分析n水力裂缝几何尺寸的计算

9、方法及选用原则水力裂缝几何尺寸的计算方法及选用原则 n基于垂直平面的平面应变理论的Perkins与Kem以及后来Nordgren改进的裂缝扩展延伸模型，简称PKN模型；n以水平平面应变条件为基础的Christianovich和Geertsma以及后来Daneshy的模型，简称KGD模型；n以裂缝径向延伸为基础的Penny模型，简称Penny模型或径向模型。.施工过程压力分析施工过程压力分析n施工压力与时间的变化关系施工压力与时间的变化关系 施工压力与时间的变化关系可以应用裂缝内流动方程和Snedden缝宽公式及连续性方程来确定，具体如下(以PKN模型为例)。.施工过程压力分析施工过程压力分析n

10、基本方程 n裂缝宽度 n裂缝内任一点的平均缝宽 txpEHtxWff,2,maxtxpCtxpEHtxWtxWfnff,2,4,max.施工过程压力分析施工过程压力分析n裂缝内流动方程n连续性方程 12162nnffWHqKdxdp ttxAxtCHxqf,2.施工过程压力分析施工过程压力分析n定解条件 n初始条件：n边界条件：00,xW0,txW)(tLx tQtq,0 tQtq21,0（全缝长）（半缝长）.施工过程压力分析施工过程压力分析n压力与时间的关系式 22112221nnfnnnwtLHqCKtpnnn1222.施工过程压力分析施工过程压力分析n施工过程中井底净压力随时间的变化为：

11、321141:nenPKN ewttp122:nnennKGD1832:nnennPenny.施工过程压力分析施工过程压力分析 从井底净压力与时间的比例关系式可以看到，如果把施工压力与时间处理为双对数形式，将得到如图的结果，很显然，利用这种变化趋势可以解释裂缝的延伸方式。.施工过程压力分析施工过程压力分析n压裂施工压力的解释压裂施工压力的解释.施工过程压力分析施工过程压力分析n裂缝延伸方式n斜率小的、负的双对数段A，A 此时裂缝以KGD或径向模型方式延伸，裂缝最有可能形成圆形而不受任何限制，A段表示流体进入地层被限制在一个点源(射孔段长度较短)；A段流体入口从线源扩展到整个裂缝段(如压裂段全射

12、开或裸眼完井)，这种无限制流体入口情况，裂缝延伸的早期阶段与KGD模型一致，当裂缝延伸到阻挡层时，垂向延伸受阻，压力变化由下降转为平缓或上升。.施工过程压力分析施工过程压力分析n斜率小的、正的双对数(B，C，D段)当上下阻挡层限制裂缝径向发展时，裂缝长度将大于高度，导致井底压力上升，这时类似于PKN模型的裂缝延伸形式(如情况C)。如果上下层的应力大于压裂层，由于高应力层的限制，施工压力将继续增加，直到井底净压力接近于压裂层与较低遮挡层应力差的一半为止，若井底净压力继续增加且超过时，很小的压力增加就会导致明显的裂缝高度增加，最终井底净压力接近一极限值，如图中D点。.施工过程压力分析施工过程压力分

13、析n典型压裂压力分析 在众多的施工压力曲线中，虽然压力变化的形式有所差别，但一般可归纳为四种典型情况，如图。.施工过程压力分析施工过程压力分析 对压裂施工压力的分析，需要了解压裂层段及相邻层的地应力大小分布，以及改造层的物性参数等，在压力曲线分析时，一般对0斜率段的出现比较关注，因为它说明裂缝的延伸速度将下降，随后有可能出现砂堵，所以应采取相应措施。.施工过程压力分析施工过程压力分析n增大的压力速率分析增大的压力速率分析 LHqEMPKNfi212nfiCAqMrfirLHqEMPKN212ffiLHqEMPKN2012.施工过程压力分析施工过程压力分析n增大的压力速率分析增大的压力速率分析r

14、frLLMMmPKN0220rrLLMMmKGDf330rfrrrMMmPenny.施工过程压力分析施工过程压力分析 上式表明压力增加的速率越大，流动受限点则越靠近井简。特别地，对于径向模型，若流动限制发生在裂缝内，该式会给出一很大的斜率，而如果恒定高度裂缝的一翼在井眼处完全堵塞，对PKN模型m2，对KGD模型m4。这样，双对数斜率接近1表明在裂缝端部的延伸受到限制，而斜率大于1表明流动限制发生在裂缝内部。.施工过程压力分析施工过程压力分析n由施工压力曲线确定裂缝几何参数由施工压力曲线确定裂缝几何参数 压裂施工曲线反映了地下裂缝的延伸方式和几何特征，因此，利用施工曲线可以近似确定施工过程中裂缝

15、几何参数的变化。.施工过程压力分析施工过程压力分析n井底净压力方程：PennyrqEKKGDtLHqEKPKNHtLqEKtpnnfnnnnnnnnfnnnnnnnnnnnnnwf221312221222122121222122212211322112221222131622.施工过程压力分析施工过程压力分析n井底平均缝宽：PennyrEKqKGDHtLEKqPKNtLHEKqWnnfnnnnnfnnnnnnnnwf2222212212212221221221122122131622.施工过程压力分析施工过程压力分析n裂缝内平均净压力：n裂缝的平均宽度：其中：tptpwfwfWWPennyKGDPKNann,95.09.032.软件主界面软件主界面.软件基本数据录入软件基本数据录入1 1.软件基本数据录入软件基本数据录入2 2.软件井底净压力软件井底净压力.软件双对数图软件双对数图.软件拟合分析求参软件拟合分析求参