水力壓裂效果評價(jià)技術(shù)

1、歡迎：各位選修《石油工程概論》!欣慰：有緣“國貿(mào)、金融”專業(yè)的教學(xué)！,歡迎各位來到山清水秀、美麗、現(xiàn)代、休閑的成都！ 向來自全國各大油田的領(lǐng)導(dǎo)、專家和同行們致敬！ 有不妥之出請批評指正！,水力壓裂效果評價(jià)技術(shù),2005年9月,主 講：李 勇 明 （博士） Tel：13072896966 028-83032076 (h) Email:

2、swpifrac@163.com swpi_lym@sina.com西南石油學(xué)院,0 概 述,水力壓裂效果評價(jià)的意義,效果評價(jià)(3個(gè)方面)： 實(shí)際的裂縫狀況？ —幾何尺寸、導(dǎo)流能力、有關(guān)參數(shù)。 壓后產(chǎn)量情況？ 經(jīng)濟(jì)效益？,0 引 言,水力壓裂效果評價(jià)的意義,評價(jià)的意義(3個(gè)方面)：主壓裂前（小型壓裂）：獲取參

3、數(shù)、用以指導(dǎo)主壓裂設(shè)計(jì)施工結(jié)束后：確定裂縫的幾何尺寸，便于與設(shè)計(jì)對比，同時(shí)為預(yù)測壓后產(chǎn)量提供輸入?yún)?shù) 產(chǎn)量評價(jià)：計(jì)算經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、優(yōu)化壓裂規(guī)模,0 引 言,水力壓裂效果評價(jià)的意義,評價(jià)的結(jié)果可以驗(yàn)證或修正水力壓裂中使用的模型、選擇壓裂液、確定加砂量、加砂程序、采用的工藝以及開發(fā)方案等，進(jìn)而降低壓裂成本和提高油氣采收率，達(dá)到合理高效開發(fā)油氣田的目的。,水力壓裂效果評價(jià)內(nèi)容,依賴于所采取的模型和方法，主要評價(jià)以下參數(shù)：裂縫的長、寬、

4、高裂縫的導(dǎo)流能力（短期、長期）壓裂液的濾失系數(shù)預(yù)測產(chǎn)量計(jì)算壓裂收益,水力壓裂效果評價(jià)的手段,關(guān)于裂縫幾何尺寸（水力裂縫參數(shù)） 直接測量的裂縫繪圖技術(shù) 如：裂縫高度的測試 間接測量分析 包括：壓裂壓力分析、壓裂試井分析、壓后產(chǎn)量歷史擬合,● 溫度測井,,壓裂施工期間，壓裂液使地層冷卻，由壓前和壓后的井溫剖面對比，確定壓裂裂縫的高度。,壓前和壓后的井溫測量,,● 伽瑪射線測試,,— 監(jiān)測壓裂液和支撐劑

5、中的放射性示蹤劑，確定壓裂施工期間壓裂液和支撐劑所到達(dá)的區(qū)域?！?使用不同的放射性同位素可以確定不同的施工階段。 要求：放射性同位素應(yīng)不發(fā)生自然擴(kuò)散。,伽瑪射線測井與溫度測井對比(Dobkins,1981),,● 井下閉路電視(Simith,1982),,—測試結(jié)果清楚地顯示出留在井筒處的裂縫面。 —井筒內(nèi)含有透光的液體，可以通過觀察裂縫的張開與閉合，確定井筒處裂縫的高度。 —對井筒處的裂縫高度提供真實(shí)的評估。

6、,● 井下三維地震,,,使用地下聲波遙測技術(shù)，利用震源的壓縮波和剪切波先后到達(dá)的時(shí)間差，確定震源到各檢波器之間的距離。 利用井下三維的地震聲波和震動記錄，可確定裂縫方位，以及在目標(biāo)層上、下鄰近層內(nèi)的裂縫延伸狀況。,主要講解的內(nèi)容,單井壓裂： 壓裂壓力分析 壓裂試井分析 壓裂井產(chǎn)能分析井組壓裂： ※ 油藏整體壓裂模擬與評價(jià),第一部分 壓裂壓力分析,,分析的數(shù)據(jù)：施工(泵注期

7、間)或停泵后井底或井口壓力與時(shí)間的變化關(guān)系曲線基本思想：裂縫起裂和延伸等均與施工壓力有關(guān) 凈壓力：井底壓力與閉合壓力之差,一、閉合壓力確定方法 二、泵注期間的壓力分析 三、壓裂壓力遞減分析 四、微裂縫儲層濾失問題,第一部分 壓裂壓力分析,,,使已存在的裂縫張開的最小縫內(nèi)壓力 （已有裂縫閉合時(shí)的流體壓力） 理想的情況下（地層均質(zhì)），pc= σmin（最小就地主應(yīng)力） 即：在整個(gè)裂縫

8、高度上出儲層的最小應(yīng)力在大小和方向都沒任何改變時(shí)， pc= σmin,一、閉合壓力（Pc）確定方法定義：,,實(shí)際： — 由于儲層巖性的變化 、天然裂縫等使得σmin在整個(gè)產(chǎn)層段內(nèi)的大小及方向通常變化較大 — pc 由整個(gè)裂縫高度上σmin平均值確定， 此時(shí)， pc取決于裂縫幾何形狀和方向 地應(yīng)力是局部參數(shù)、閉合壓力是裂縫(無支撐劑條件下)自由閉合的整體特性參數(shù)。,一、閉合壓力（Pc）確定方法,一

9、、閉合壓力（Pc）確定方法,1、礦場測試2、理論計(jì)算,,— 評估局部應(yīng)力需要形成較小的裂縫（注入排量相對較低）； — 確定Pc則要求在整個(gè)產(chǎn)層厚度上形成水力裂縫，則排量相對較高— 形成的裂縫較小時(shí)，則凈壓力亦較小，井底關(guān)井壓力即為主應(yīng)力或閉合壓力；—如果凈壓力較高時(shí)，關(guān)井壓力差異較大，必須進(jìn)行分析計(jì)算Pc,1、Pc 礦 場 測 試,階梯注入測試,,階梯注入測試：各階段持續(xù)時(shí)間相等 (1~2min，排量改變、維持恒定且進(jìn)行壓力記

10、錄) ，注液增量大致相同。 如還繼續(xù)進(jìn)行回流測試，則注入的最后一個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間應(yīng)較長(5~10min)以確保形成一定尺寸的裂縫。,,,階梯注入測試的壓力與注入速率分析,,基質(zhì)注入壓力：斜率較大,,裂縫延伸壓力：較平緩,,,一般地，裂縫延伸壓力比Pc高50~200psi (1psi≈7kPa),,C,,點(diǎn)C：測試前的井底壓力；如此前無大量液體注入，則為儲層壓力,Rutqvist室內(nèi)測試驗(yàn)證了該方法的可靠性(1996),即使未

11、出現(xiàn)斜率較大的基質(zhì)注入壓力直線，裂縫延伸壓力直線在Y軸上的截距，也近似代表了 Pc。,,回 流 測 試,在階梯注入測試后，以最后注入速率的 1/6~1/4 的恒定速率回流一段時(shí)間關(guān)鍵：壓力下降期間，保持穩(wěn)定的回流速度,,,裂縫閉合,,閉合后,,兩直線交點(diǎn),測定Pc的首選方法：階梯注入測試與回流測試的結(jié)合,,回流測試曲線：（時(shí)間平方根圖） G曲線：,,,導(dǎo)數(shù),,斜率變化點(diǎn),兩條曲線的斜率發(fā)生變化點(diǎn)：

12、閉合壓力值導(dǎo)數(shù)曲線：放大斜度的變化并增強(qiáng)對斜率變化點(diǎn)的識別說明：平方根曲線或G曲線，可能沒有明顯的斜率變化，或顯示多重斜度變化,小型壓裂（測試壓裂）確定Pc,通過小型壓裂施工，測試停泵后的壓降曲線，繪制壓力隨時(shí)間的平方根曲線，也可確定Pc。 由于小型壓裂形成的裂縫比階梯注入/返排法形成的裂縫更長更寬，得到的Pc的精度不太高。,Pc測試建議 (Talley,1999),①對于氣井，宜在開采前進(jìn)行測試，以盡可能減少井筒中氣體膨脹

13、對壓降數(shù)據(jù)的影響；②對于深井或高溫儲層中，隨著壓力下降和溫度升高，井筒內(nèi)液體會膨脹（井筒存儲效應(yīng)），盡量需安裝井下儀表進(jìn)行測試。③考慮到壓力數(shù)據(jù)受裂縫表面和濾餅持續(xù)固化（擠壓）的影響，小型壓降測試的關(guān)井時(shí)間至少為總閉合時(shí)間的4~5倍。,④為判斷閉合壓力的準(zhǔn)確性和客觀性，可預(yù)先估算出地層壓力。 地層壓力的估算方法： a. 測得的穩(wěn)定井底壓力 b. 測得的穩(wěn)定地面壓力 c.依據(jù)油田建立的精確地層壓力梯度,2、Pc 的

14、理論計(jì)算,,,二、泵注期間的壓力分析,壓裂施工壓力曲線圖 PF—破裂壓力 PE —延伸壓力 PS —地層壓力,,,,,,,,,,壓力,時(shí)間,,,,,,,,,,排量不變，提高砂比，壓力升高反映了正常的裂縫延伸,裂縫閉合壓力（靜）,裂縫延伸壓力（靜）,凈裂縫延伸壓力,管內(nèi)摩阻,地層壓力（靜）,,,,破裂,前置液,攜砂液,裂縫閉合,加砂,停泵,b,a,a—致密巖石b—微縫高滲巖石,F,E,C,S,二、泵注期間的

15、壓力分析,1、施工壓力與時(shí)間的關(guān)系2、典型施工壓力分析3、由施工壓力確定裂縫幾何參數(shù),● 二維裂縫模型簡介,Cater模型,(1)在縫長和縫高方向，縫寬度相等且不隨時(shí)間變化 (2)壓裂液從裂縫壁面線性地滲入地層 (3)裂縫內(nèi)某點(diǎn)的濾失速度取決于該點(diǎn)接觸液體的時(shí)間： (4)裂縫內(nèi)各點(diǎn)壓力相同，且等于井底延伸壓力,Cater模型假設(shè),,KGD模型,KGD二維裂縫延伸模型,PKN模型,KGD 與

16、 PKN 模型的比較,(1)裂縫形狀： KGD: 垂直剖面為矩形; PKN: 垂直剖面為橢圓形(2)凈壓力變化： KGD: 隨時(shí)間降低; PKN:隨時(shí)間增加(3)適用范圍： KGD: 淺層或塊狀厚油氣層; PKN: 目的層較薄且上下有致密頁巖、泥巖等作為遮擋層或油層較深、層間的摩擦力較大不易產(chǎn)生滑動的情況實(shí)際觀察表明：KGD:長高比較小 PKN:長高比較大。,1、施工壓力與時(shí)間的關(guān)系,

17、,三個(gè)方程： 裂縫寬度方程 裂縫內(nèi)壓力方程 連續(xù)性方程三維模型多一個(gè)方程： 縫高方程,裂縫寬度方程,縫內(nèi)壓力梯度取決于壓裂液的流變性、液體流速、縫寬,,沿縫長的壓力梯度：,,,壓 力 方 程,連續(xù)性方程 (質(zhì)量守恒),水基或油基壓裂液，液體體積變化相對裂縫彈性應(yīng)變很小忽略液體的壓縮性，使用體積平衡代替質(zhì)量守恒 （例外：泡沫壓裂液、酸壓中CO2產(chǎn)生）,,,,由上述方程可得到，施工過程中凈壓力方程：,,,,,,,,PKN

18、： L↑則 pnet↑、 KGD: L↑則 pnet↓ 徑向模型： R↑則 pnet↓,,,,,,,,,極限壓裂液效率下的凈壓力:,,,,,,,,,,,,,,極限壓裂液效率下的凈壓力:,,,,,,在雙對數(shù)坐標(biāo)中凈壓力與時(shí)間關(guān)系為一直線，其斜率等于各自的指數(shù)：對于PKN為正值，對KGD和徑向情況為負(fù)值 對于通常所用壓裂液(n=0.5)，PKN情況的斜率都小于1/4，且隨液體效率下降而下降,● Pnet~ t 雙對數(shù)

19、斜率的應(yīng)用(判斷裂縫延伸模型),已知： n=0.4 雙對數(shù)坐標(biāo)系下凈壓力的斜率為-0.11問：屬于哪類裂縫延伸模型？,由壓裂液效率極限關(guān)系式的理論分析斜率,2、典型的施工壓力分析,Ⅰ：較小的正斜率(0.125~0.2)，與PKN模型一致，裂縫正常延伸，表明裂縫在高度方向受阻。,Ⅲ：斜率≥ 1，裂縫端部受阻，縫內(nèi)砂堵或端部脫砂。,2、典型的施工壓力分析,Ⅳ：斜率〈 0，縫高增加、壓開多條裂縫、或遭遇大規(guī)模裂縫體系。,2、典型的施工

20、壓力分析,Ⅱ：壓力不變，意義不明確?？赡埽鹤⑷肱c濾失平衡、裂縫幾乎不延伸。若后面壓力下降，則可能是縫高增加；若后面壓力升高，則可能是二次縫隙使濾失增大。,泵注壓降的導(dǎo)數(shù)分析,,壓力導(dǎo)數(shù)對壓力變化的敏感度提高了，用于量化縫高延伸至高應(yīng)力遮擋層的程度；并實(shí)現(xiàn)端部脫砂的早期發(fā)現(xiàn),,整個(gè)壓力數(shù)據(jù)無顯著的變化，壓力導(dǎo)數(shù)在50min時(shí)快速增加 (25min時(shí)的壓力導(dǎo)數(shù)增加，由于支撐劑加入粘度增加),3、由施工壓力確定裂縫幾何參數(shù),基本思想： 二

21、維模型： 縫長、縫寬、連續(xù)性方程聯(lián)立，調(diào)整參數(shù)使計(jì)算壓力與實(shí)際施工壓力較為接近。 三維模型：擬合計(jì)算時(shí)間較長，壓力擬合確定參數(shù)（PT軟件）。,,擬合原理,實(shí)測壓力數(shù)據(jù),擬合遞減數(shù)據(jù),根據(jù)設(shè)定參數(shù)，計(jì)算機(jī)自動求解一系列在不同裂縫幾何尺寸以及相關(guān)參數(shù)下獲取的擬合曲線，并對比實(shí)測壓降數(shù)據(jù)與所有的擬合曲線的誤差平方和，誤差函數(shù)最小的擬合曲線即是最佳的擬合效果：,,擬合目標(biāo)函數(shù),,,三、壓裂壓力遞減分析,G函數(shù)分析方法（圖版擬合或曲

22、線擬合）無因次參數(shù)：,,,G函數(shù)圖版,三、壓裂壓力遞減分析,分析步驟：①根據(jù)礦場壓裂數(shù)據(jù)，作②圖版擬合確定擬合壓力 P*③計(jì)算相關(guān)參數(shù) 壓裂液濾失系數(shù) 、裂縫閉合時(shí)間 、裂縫最大寬度和平均寬度 、停泵時(shí)裂縫長度 、壓裂液效率,,四、微裂縫儲層濾失問題,第二部分 垂直裂縫試井分析,,通過一定的測試工藝和測試手段測試產(chǎn)量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)。 再由一定的數(shù)學(xué)模型來解釋裂縫參數(shù)。 試井分析的實(shí)質(zhì)是反問題，解不

23、唯一,第二部分 垂直裂縫試井分析,,一、壓后流體流動方式 二、試井分析步驟 三、分析實(shí)例,一、壓后流體流動方式,1、以井筒存儲為主的流動2、裂縫線性流動3、雙線性流4、地層線性流5、擬徑向流,,有限導(dǎo)流垂直裂縫模型,,,,,,,,,xf,xf,,,,,w,井,裂縫,基本假定:,（1）、只壓開一條裂縫，與井筒對稱，半長為Xf；（2） 裂縫具有一定的滲透率，沿著裂縫存在壓降；（3）裂縫的寬度為W?０；（4）裂縫滲透率

24、Kf比油層滲透率K大得多。,幾個(gè)重要的無因次參數(shù)： 無因次時(shí)間 ： 無因次壓力： 無因次導(dǎo)流能力：,,曲線特征，特種識別曲線,,,— 由于井筒內(nèi)含有可壓縮液體，關(guān)井初期的可引起明顯的井筒存儲效應(yīng)； — 井筒存儲效應(yīng)持續(xù)時(shí)間的長短，主要取決從井筒體積和井筒內(nèi)流體的壓縮性。 — 井底關(guān)井可明顯減小井筒效應(yīng)。,1、以井筒存儲為主的流動（關(guān)井早期 ）,,lg ?p,lg t

25、,,m=1,雙對數(shù)曲線特征(診斷曲線),1、以井筒存儲為主的流動,,2、裂縫線性流動,產(chǎn)生條件：井筒存儲效應(yīng)很小,裂縫線性流的時(shí)間很短，在不能忽略井筒存儲的情況下，通常被掩蓋，因此很難進(jìn)行這種不穩(wěn)定特性的分析,,,,,,,,2、裂縫線性流動,,3、雙線性流,存在兩個(gè)線性流動結(jié)構(gòu)，裂縫中的流動主要取決于導(dǎo)流能力，常用雙線性流階段來確定導(dǎo)流能力。,,,裂縫和地層的雙線性流,,3、雙線性流,曲線特征： >1.6：曲線尾部

26、上翹 <1.6：曲線尾部向下彎曲 快速的診斷確定導(dǎo)流能力的范圍,,雙線性流期間的直角坐標(biāo)圖,,,3、雙線性流,,,曲線截距(如果不為0)： >0 ：近井帶的導(dǎo)流能力傷害 <0：近井帶導(dǎo)流能力增強(qiáng),曲線斜率：計(jì)算裂縫導(dǎo)流能力，與縫長無關(guān),,3、雙線性流,,,雙線性流結(jié)束時(shí)間：,適用條件：,≤2,：裂縫高度與產(chǎn)層凈厚之比,,4、地層線

27、性流,無量綱縫導(dǎo)流能力超過接近80，裂縫內(nèi)引起的壓力損失可忽略。,,曲線特性：,,有限導(dǎo)流垂直裂縫面的地層線性流,,,4、地層線性流,曲線的起點(diǎn)與終點(diǎn)：,,曲線特征：壓力與壓力導(dǎo)數(shù)偏差為lg2,,,在雙對數(shù)坐標(biāo)上地層線性流的壓力和壓力導(dǎo)數(shù),,,,,4、 地層線性流,由壓力或壓力導(dǎo)數(shù)與時(shí)間的曲線斜率： 確定裂縫長度,,,,地層線性流的直角坐標(biāo),,,,,,,5、擬徑向流,,,,,,,,線性流動結(jié)束后，則進(jìn)入擬徑向流動階段。,

28、,,,,,,,,,,,,,,,5、擬徑向流,流動特性：在無限邊界擬徑向流作用期間，裂縫內(nèi)的流量穩(wěn)定，壓裂裂縫的作用相當(dāng)于未壓裂井的有效井徑擴(kuò)大，徑向流表皮系數(shù)是 的函數(shù)。,,,,,,,無量綱時(shí)間：,有效井筒半徑,5、擬徑向流,,,,,,無因次時(shí)間,,,近似為3時(shí)，開始出現(xiàn),,擬徑向流出現(xiàn)時(shí)間：(為無因次導(dǎo)流能力的函數(shù)),全面的擬徑向流,,各階段流動特征小結(jié),(1)壓力和壓力導(dǎo)數(shù)反映的雙對數(shù)診斷分析(2)采用特殊的直角坐標(biāo)進(jìn)行流動

29、范圍(流動階段)的分析和驗(yàn)證(3)使用確定的（分析前已知的）和解釋的儲層及裂縫參數(shù)模擬整個(gè)壓力不穩(wěn)定歷史(4)結(jié)合流動范圍的分解，檢查確認(rèn)所得到的參數(shù)評估,二、試井分析步驟,,三、試井分析實(shí)例,已知： h,φ,So,Sw,pw,Bo,Ct ,rw,(hf=h) 地層均質(zhì)且各向同性 地層滲透率 K未知 井A：鋁土礦為支撐劑 井B：常規(guī)壓裂砂作支撐劑 兩口井的壓裂液量相等，先定產(chǎn)100bbl/天生產(chǎn)兩個(gè)月,使壓裂液

30、有效返排，然后關(guān)井兩個(gè)月，監(jiān)測壓力恢復(fù)數(shù)據(jù),,,,,,,(1) 例井A（ 高導(dǎo)流能力井）,,,,① 雙對數(shù)曲線特征診斷,,斜率 1/2：地層線性流,,,,,水平直線：擬徑向流,,計(jì)算點(diǎn),選取與 1/2 斜率導(dǎo)數(shù)特性相符的數(shù)據(jù)，由地層線性流公式計(jì)算：,,,②直角坐標(biāo)進(jìn)行流動階段的驗(yàn)證,擬合的線性流曲線與驗(yàn)證的線性流數(shù)據(jù)點(diǎn)重合，選擇的流動階段可靠，則：,,將計(jì)算得到的 和已知

31、參數(shù)代入地層線性流的△p~ △t1/2方程得：,,,,,③有限導(dǎo)流能力曲線擬合 (例：Cino-Ley曲線),,,,,曲線擬合值：,,,則:,,典型曲線擬合與診斷繪圖分析結(jié)果 7607mD.ft2 符合較好,,④半對數(shù)曲線分析（Horner法）,,,,,,,半對數(shù)直線斜率:1880 確定p1h(半對數(shù)直線上t=1h時(shí)的延伸壓力)：6023psia Horner方程計(jì)算： 有效滲透率 Ko=0.458mD 視徑向穩(wěn)態(tài)表皮系數(shù)：-

32、5.02,,,由于出現(xiàn)了擬徑向流，半對數(shù)分析有效,,⑤擬徑向流分析 （確定滲透率和表皮系數(shù)）,,,,,,滲透率K的計(jì)算：選取徑向流壓力導(dǎo)數(shù)曲線上任一點(diǎn)(水平直線，與橫坐標(biāo)無關(guān)) 視徑向流穩(wěn)態(tài)表皮系數(shù)計(jì)算：選取雙對數(shù)壓力曲線最后的壓力點(diǎn)(720h,3222.4psia): S=-5.21,,,,計(jì)算 K 的選點(diǎn),,計(jì)算S的選點(diǎn),圖12.34,,,例井A 分析結(jié)果小結(jié),,,,,,,結(jié)論：Ko≈0.45mD，Xf=130ft，Kfw=1

33、0000mD.ft,計(jì)算: CfD=171, 地層線性流開始和結(jié)束時(shí)間分別為： 0.72h， 3.14h 與繪圖診斷中展示的不穩(wěn)定特性相符,(2) 例井B（中等導(dǎo)流能力井）,,,,① 雙對數(shù)曲線特征診斷,,斜率 1/4：雙線性流,,,,,水平直線：擬徑向流,計(jì)算點(diǎn),選取與 1/4 斜率導(dǎo)數(shù)特性相符的數(shù)據(jù)，由雙線性流公式計(jì)算：

34、,,,,,不穩(wěn)定流,,②直角坐標(biāo)進(jìn)行流動階段的驗(yàn)證,擬合的線性流曲線與選取的斜率 1/4 的流動階段的實(shí)測數(shù)據(jù)擬合較好。,,將計(jì)算的 和已知參數(shù)代入地層線性流的△p~ △t1/4方程得：,,,,③有限導(dǎo)流能力曲線擬合 (例：Cino-Ley曲線),,,,,曲線擬合值：,,,則:,,與診斷繪圖分析結(jié)果:1.03×106mD3.ft2 符合較好

35、,,,計(jì)算雙線性流的結(jié)束時(shí)間： 0.0181h 實(shí)際診斷繪圖上擬合上的點(diǎn)均 < 0.018h,,④半對數(shù)曲線分析（Horner法）,,,,,,,半對數(shù)直線斜率:1870 確定p1h(半對數(shù)直線上t=1h時(shí)的延伸壓力)：6019psia Horner方程計(jì)算： 有效滲透率 Ko=0.461mD 視徑向穩(wěn)態(tài)表皮系數(shù)：-4.98,,,由于出現(xiàn)了擬徑向流，半對數(shù)分析有效,,,⑤擬徑向流分析 （確定滲透率和表皮系數(shù)

36、）,,,,,滲透率K的計(jì)算：選取徑向流壓力導(dǎo)數(shù)曲線的點(diǎn)，這里取不穩(wěn)定視徑向流穩(wěn)態(tài)表皮系數(shù)計(jì)算：選取雙對數(shù)壓力曲線最后的壓力點(diǎn)(720h,3274psia): S=-5.05,,,計(jì)算 K 的選點(diǎn),,計(jì)算S的選點(diǎn),圖12.38,,第三部分 壓裂井產(chǎn)能分析,,一、典型曲線圖版法 二、穩(wěn)定產(chǎn)量解析計(jì)算 三、影響壓裂井產(chǎn)量的因素分析 四、數(shù)值模擬方法 五、壓裂經(jīng)濟(jì)評價(jià),一、典型曲線圖版法 增產(chǎn)倍比：指相同生產(chǎn)條件下壓裂

37、后與壓裂前的日產(chǎn)水平之比。(J/J0) — 經(jīng)典法 — 近似解析法,1 Prats方法,,Prats方法的假設(shè)條件： 穩(wěn)態(tài)流動（定產(chǎn)量生產(chǎn)、外邊界定壓） 圓形泄流面積 不可壓縮流體 無限大裂縫導(dǎo)流能力 支撐縫高等于產(chǎn)層厚度,2 McGuire & Sikora圖版,a. 對低滲透儲層（k<1?10-3?m2）,很容

38、易得到較高的裂縫導(dǎo)流能力比值（大于0.4），欲提高壓裂效果，應(yīng)以增加裂縫長度為主。,d. 無傷害油井最大增產(chǎn)比為13.6倍。,c. 對一定縫長，存在一個(gè)最佳裂縫導(dǎo)流能力，超過該值而增加導(dǎo)流能力的效果甚微，例如對Lf/Le=0.5，當(dāng)導(dǎo)流能力比值為0.5時(shí)，增加裂縫導(dǎo)流力基本上不能增加增產(chǎn)比Jf/J0。,b. 高滲透地層，不容易獲得較高的裂縫導(dǎo)流能力比值，提高裂縫導(dǎo)流能力是提高壓裂效果的主要途徑，不能片面追求壓裂規(guī)模而增加縫長。,Raym

39、ond & Binder 公式污染井增產(chǎn)倍數(shù)計(jì)算：,,在Lf/Re≤0.5 時(shí)，該式計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確。,二、穩(wěn)定產(chǎn)量解析計(jì)算,(1)蔣廷學(xué)方法(以壓裂氣井為例),穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能研究,(1) 氣井壓裂后形成對稱分布于氣井兩側(cè)的垂直裂縫；(2) 裂縫剖面為矩形，高度恒定，并等于油層厚度；(3) 裂縫寬度相對于氣藏的供給半徑非常小，在進(jìn)行保角變換時(shí)可忽略不記；(4) 氣藏及裂縫內(nèi)均為單相流動，且氣藏中氣體的流動 符

40、合達(dá)西線性定律，而裂縫中的氣體流動符合Forchhermer非達(dá)西流動方程；,假設(shè)條件,壓裂井井口標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量公式：,,非達(dá)西流修正系數(shù),式中,,式中,穩(wěn)定產(chǎn)能研究,(2)楊正明方法,,線性流區(qū)域,徑向流,徑向流,,(2)楊正明方法,,(3)穩(wěn)定產(chǎn)量計(jì)算的問題,穩(wěn)定？ 產(chǎn)量隨時(shí)間變化單相？ 很多油田含水80%以上，有水氣藏導(dǎo)流能力變化？裂縫污染？地層非均質(zhì)性？ 給予不同假設(shè)條件，計(jì)算結(jié)果的差異較大，兩種方

41、法的對比性差。 應(yīng)謹(jǐn)慎使用上述公式計(jì)算井的穩(wěn)定產(chǎn)量。,三、影響壓裂井產(chǎn)量的因素分析,最重要的是：地質(zhì)條件（含油性、油層厚度、地層滲透率、地層能量…） 水力壓裂是油氣井增產(chǎn)的有效手段，但必須有一定油氣儲量作支撐，所謂“巧婦難為無米之炊”。 這里主要指除縫長、導(dǎo)流能力外的壓裂相關(guān)參數(shù)。,三、影響壓裂井產(chǎn)量的因素分析,1、非達(dá)西滲流2、多相流動3、裂縫傷害 4、地層非均質(zhì)性5、長期導(dǎo)流能力6、應(yīng)力敏感7、啟動壓力

42、梯度,1、非達(dá)西滲流,— 地層流體在孔隙介質(zhì)中高速流動時(shí)，由于較短時(shí)間內(nèi)的加速或減速形成滑脫效應(yīng)而產(chǎn)生壓力損失，出現(xiàn)紊流(慣性流)現(xiàn)象，這種壓力損失通常不服從達(dá)西定律 — 非達(dá)西流主要針對氣井滲流分析，對于高產(chǎn)油井也有一定影響 — 水力裂縫中的非達(dá)西效應(yīng)比儲層中的非達(dá)西效應(yīng)更明顯。,非達(dá)西系數(shù)對氣產(chǎn)量的影響,非達(dá)西系數(shù)對累計(jì)氣產(chǎn)量的影響,非達(dá)西系數(shù)越小，非達(dá)西效應(yīng)越強(qiáng)，氣的產(chǎn)量越低。,2、多相流動 (氣水、油水),,,,,,

43、圖 各種含水飽和度的產(chǎn)量遞減曲線,圖 各種含水飽和度的累計(jì)產(chǎn)量,同一裂縫長度下，累計(jì)氣產(chǎn)量隨含水飽和度的增加而減小。,圖 含水飽和度對累計(jì)產(chǎn)量的影響,累計(jì)氣產(chǎn)量隨含水飽和度的增加幾乎線性下降。,圖 各種含水飽和度的產(chǎn)水率,產(chǎn)水率隨含水飽和度的增加而增加。,低滲透氣層內(nèi)由于流體濾失引起水堵（即相對滲透率的影響）可導(dǎo)致壓裂井的產(chǎn)量明顯下降。 (改變相對滲透率曲線),3、裂縫傷害,,裂縫傷害表皮系數(shù):,K,,,bs,,,Ks,b

44、s：儲層中傷害區(qū)域從裂縫面向外擴(kuò)展的距離K/Ks：未傷害區(qū)的滲透率與傷害帶的滲透率之比,,● 裂縫表皮系數(shù)計(jì)算實(shí)例： 已知：V液、xf、hf、w、Ko、Kro、φ、Soi、Sor (1) 裂縫體積 Vf=2xfwhf=178bbl (2)濾失的壓裂液量 VL= V液-Vf=122bbl (3)壓裂液穿過裂縫表面進(jìn)入地層的距離： bs=VL/[4φ(1-Swi-Sor)hXf]=0.13ft（4）有效滲

45、透率 對于油：K=5mD Ks=0.625mD (5) 裂縫表皮系數(shù),● 高滲裂縫內(nèi)的傷害,,低滲透層中裂縫較長,計(jì)算的表皮系數(shù)較??；高滲透層的裂縫長度較短，裂縫傷害嚴(yán)重，表皮系數(shù)較大 Mathur(1995)綜合表皮系數(shù),簡化：令Kr=K1、K2= K3簡化為：,4、地層非均質(zhì)性,平均滲透率：,平均存儲系數(shù)：,單層和多層平均水力擴(kuò)散系數(shù)分別為：,縱向上非均質(zhì)性的處理：,4、地層非均質(zhì)性,平面非均質(zhì)性,對

46、同樣的地層有效滲透率，垂直于裂縫延伸方向的滲透率越大則產(chǎn)量越高。,,,5、長期導(dǎo)流能力,勝利采油院實(shí)驗(yàn)結(jié)果,測試的導(dǎo)流能力下降了40~70%,導(dǎo)流能力遞減對產(chǎn)氣量的影響(單位：104m3/d),,6、應(yīng)力敏感,,圖 不同時(shí)間的滲透率變化,圖 不同滲透率模數(shù)的生產(chǎn)動態(tài)對比,α,α,α,7、啟動壓力梯度 由于在壓裂氣井的實(shí)際生產(chǎn)過程中，只有在作用壓力梯度大于一臨界值時(shí)（即啟動壓力梯度），流體才能流動,,四、數(shù)值模擬方法,解

47、析法、圖圖版法很少考慮實(shí)際油藏的諸多因素的影響，只能簡單計(jì)算壓后的增產(chǎn)倍比或穩(wěn)定產(chǎn)量，無法預(yù)測壓裂井在一段時(shí)間里生產(chǎn)動態(tài)的變化。用數(shù)值模擬方法研究壓裂井產(chǎn)能動態(tài)，可以考慮地層、流體等諸多因素的影響，將壓裂井與油藏結(jié)合起來，較好油藏壓裂井的增產(chǎn)效果。,考慮高速非達(dá)西效應(yīng)的氣水兩相數(shù)值模擬,1、數(shù)學(xué)模型的建立 2、數(shù)學(xué)模型的求解3、壓裂井?dāng)?shù)值模擬軟件,? IMPES氣相壓力方程?半隱式水相飽和度方程,1、數(shù)學(xué)模型的建立,基本假

48、設(shè)基本滲流微分方程,[流入質(zhì)量]－[流出質(zhì)量]＋[注入質(zhì)量]＝[累積質(zhì)量],引入Forchheimer二項(xiàng)式方程,,?輔助方程,2 、 數(shù)學(xué)模型的求解,選取 和 作為求解變量,IMPES差分方程：,=,=,?氣相壓力差分方程,?水相方程的半隱式處理：,3、壓裂井?dāng)?shù)值模擬軟件,軟件特點(diǎn)： 考慮地層非均質(zhì)性、非達(dá)西效應(yīng)、裂縫長期導(dǎo)流能力、壓裂油氣井實(shí)際工作制度的變化。 自動時(shí)間步長控制。 響

49、應(yīng)用戶事件。 由此，提出了一套地層測試資料、油氣井實(shí)際生產(chǎn)歷史資料的擬合方法，形成了一套實(shí)用的單井壓裂增產(chǎn)評價(jià)、效果預(yù)測和方案優(yōu)化的技術(shù)和方法。,這套技術(shù)，最近在四川盆地官南構(gòu)造須家河氣藏官，準(zhǔn)噶爾盆地的永1井，二連油田等的歷史擬合、增產(chǎn)評價(jià)等得到了較好的應(yīng)用，為這些井（特別是探區(qū)、新井、新層）的壓裂方案設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了有力的支撐。,產(chǎn)量預(yù)測軟件應(yīng)用體現(xiàn)在三個(gè)方面： 壓前產(chǎn)量預(yù)測，指導(dǎo)壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì) 壓后產(chǎn)量模擬，指導(dǎo)開采

50、工藝技術(shù) （如確定合理的生產(chǎn)壓差） 產(chǎn)量歷史擬合確定裂縫參數(shù),關(guān)鍵的輸入?yún)?shù)： 油的黏度、水的黏度、相滲曲線、生產(chǎn)壓差,本井試采33-35#層,初期日產(chǎn)油2.2t/d，動液面414m,流壓10.9MPa；2005年3月，日產(chǎn)油1.2t/d，動液面1683m,生產(chǎn)動態(tài)曲線如下圖所示：,(地層測試結(jié)果）,例：二連油田 X井壓裂產(chǎn)能分析,生產(chǎn)動態(tài)曲線,X井預(yù)測產(chǎn)量與測試產(chǎn)量對比,X井生產(chǎn)歷史擬合(截止20

51、05.3.23日),壓裂前的歷史擬合確定基本參數(shù),不同壓裂裂縫長度時(shí)產(chǎn)油量隨時(shí)間的變化,壓后產(chǎn)量歷史擬合確定裂縫參數(shù),所謂“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”、“遺傳算法”+“產(chǎn)量數(shù)值模擬”的自動擬合確定裂縫參數(shù)，實(shí)現(xiàn)起來的難度很大 (海量計(jì)算)半自動擬合：主要依賴于對參數(shù)敏感程度的把握，調(diào)參的經(jīng)驗(yàn)。,壓裂綜合評價(jià)解釋技術(shù)： 壓裂施工壓力分析 壓裂壓力遞減分析 壓裂試井分析 產(chǎn)量歷史擬合,綜合壓裂設(shè)計(jì)、壓裂施工數(shù)據(jù)和壓后測試數(shù)據(jù)進(jìn)行壓裂評價(jià)，以

52、減少某一種評估技術(shù)方法在解釋實(shí)際壓裂資料時(shí)所出現(xiàn)的誤差。 壓裂綜合評價(jià)應(yīng)得出壓裂裂縫的有效長度。 這里的“有效”裂縫長度定義為壓裂施工結(jié)束后清除干凈并且對壓后產(chǎn)量有貢獻(xiàn)的壓裂裂縫長度。,課題組完成了吉林油田某區(qū)塊壓裂綜合評價(jià)，正進(jìn)行長慶、大牛地氣田的壓裂綜合評價(jià)。,五、壓裂經(jīng)濟(jì)評價(jià),,,,,,,,凈現(xiàn)值,原油銷售收入,原油生產(chǎn)成本,壓裂費(fèi)用,,,,,壓裂施工成本: (1)壓裂車費(fèi)用 (2)混砂車費(fèi)用

53、 (3)設(shè)備折舊費(fèi)用 (4)完井測試費(fèi)用 (5)其它費(fèi)用壓裂材料成本: (1)壓裂液費(fèi)用 (2)支撐劑費(fèi)用 (3)添加劑費(fèi)用生產(chǎn)成本: (1)原油生產(chǎn)成本 (2)污水處理成本 (3)注水成本（非注井壓裂，此項(xiàng)為0）,五、壓裂經(jīng)濟(jì)評價(jià),,“多方案”模擬結(jié)果，直接輸出到Word文檔,※ 油藏整體壓裂數(shù)值模擬,實(shí)施油藏的整體壓裂開發(fā)，提高油藏的采收率。整體壓裂工藝是近年

54、壓裂工藝應(yīng)用和發(fā)展的方向，它的意義在于對一個(gè)開發(fā)區(qū)塊全面實(shí)施壓裂改造，以達(dá)到充分改造油層結(jié)構(gòu)、改善油氣滲流方式、提高區(qū)塊總產(chǎn)能的目的。,整體壓裂開發(fā)與常規(guī)壓裂工藝相比有以下特點(diǎn)： (1)整體壓裂針對的區(qū)塊地層雖然具有低滲透特性，但應(yīng)含油氣性好，具備壓裂后的開發(fā)前景； (2)整體壓裂改造是在油氣藏?cái)?shù)值模擬基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它充分重視單井壓裂與區(qū)塊全面改造的相互關(guān)系和整體效益； (3)整體壓裂要求從開發(fā)設(shè)計(jì)到鉆井、固井、

55、完井等方面都符合單井壓裂以及區(qū)塊配產(chǎn)要求；,(4)整體壓裂要求高標(biāo)準(zhǔn)的配套技術(shù)，對工藝設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、設(shè)備配置、材料選取、效果監(jiān)測及管理等方面進(jìn)行系統(tǒng)工程規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的壓裂設(shè)計(jì)和施工； (5)整體壓裂改造需要采油工藝的相應(yīng)配套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)開發(fā)。,反五點(diǎn)井網(wǎng)裂縫有利的采出收率與裂縫穿透比的關(guān)系,反五點(diǎn)井網(wǎng)裂縫不利的采收率與穿透比的關(guān)系,整體壓裂數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)至關(guān)重要,反五點(diǎn)井網(wǎng),裂縫有利、不利 裂縫穿

56、透比,反九點(diǎn)井網(wǎng),裂縫有利、不利 裂縫穿透比,,數(shù)學(xué)模型的求解,,由于生產(chǎn)過程中裂縫及井底附近的壓力梯度大，而遠(yuǎn)離裂縫的壓力梯度小，因此采用不均勻網(wǎng)格。裂縫附近網(wǎng)格取密一些，向外逐漸稀疏。壓裂裂縫節(jié)點(diǎn)的劃分與油藏網(wǎng)格相對應(yīng)。,√網(wǎng)格劃分原則,整體壓裂數(shù)值模擬軟件 以反五點(diǎn)井網(wǎng)、反九點(diǎn)井網(wǎng)為研究對象，考慮壓裂裂縫處于有利和不利的裂縫方位，預(yù)測不同的開發(fā)井網(wǎng)系統(tǒng)與水力裂縫系統(tǒng)組合的壓裂開發(fā)指標(biāo)，以采出程度或采收率為

57、目標(biāo)，確定合理的裂縫長度、導(dǎo)流能力。 已在吉林、勝利、大港、新疆等油田應(yīng)用。,軟 件 特 點(diǎn),軟件模型 模型體現(xiàn)了整體壓裂數(shù)值模擬評價(jià)方面的最新研究成果，也融入了油田的專家智慧，這使得軟件在實(shí)現(xiàn)模型先進(jìn)、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，更方便現(xiàn)場應(yīng)用。,數(shù)據(jù)輸入界面友好 表格數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫操作，可方便地進(jìn)行插入、刪除，也可通過鼠標(biāo)直接對曲線進(jìn)行修正,,考慮了反九點(diǎn)和反五點(diǎn)井網(wǎng)的開發(fā)模式,考慮了壓裂裂縫方位處于有

58、利和不利方位的情況,考慮了裂縫方位有利、不利，油水井壓裂或不壓裂多種情形。,軟件實(shí)現(xiàn)了“任意多個(gè)”方案的自動模擬，充分利用計(jì)算資源，達(dá)到“人休息、計(jì)算機(jī)工作”的效果。,動態(tài)顯示運(yùn)行界面，時(shí)間步長控制,,結(jié)果輸出報(bào)告直接形成Word文檔，真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、圖表和曲線的編輯 （ FracproPT10.1未實(shí)現(xiàn)此功能 ）,,軟件應(yīng)用實(shí)例 一（反五點(diǎn)井網(wǎng)）,生產(chǎn)井產(chǎn)能歷史擬合確定油藏基本參數(shù),擬合的基本原則: 輸入油藏的井可以明確確定流體高壓物

59、性參數(shù)和油藏的有效厚度、孔隙度等參數(shù)，通過調(diào)整敏感性參數(shù)，如地層有效滲透率等，使模擬的產(chǎn)量與實(shí)際的產(chǎn)量盡可能地符合，從而確定部分未知的油藏參數(shù)和對部分參數(shù) (如測井解釋的滲透率) 進(jìn)行修正 敏感參數(shù): 原始含水飽和度、原油壓縮系數(shù)、相滲透率,X1井的產(chǎn)水量擬合結(jié)果,整體壓裂方案優(yōu)化設(shè)計(jì),,裂縫方位有利：5*6+1=31（個(gè)方案）,實(shí)施整體壓裂后，注水開發(fā)的采收率有著不同程度的提高。在裂縫導(dǎo)流能力大于5d.cm和裂縫穿透比

60、大于0.1時(shí)，整體壓裂后的采收率比不壓裂可提高 1 % ~1.8%，在XX油田實(shí)施整體壓裂對于提高采收率是有效的。,圖6.5 含水90%的采出程度與裂縫穿透比的關(guān)系曲線,除裂縫導(dǎo)流能力為5d.cm的曲線外，隨著裂縫穿透比的增加采收率不同程度的增加，但增加幅度降低。在各種導(dǎo)流能力下，曲線在裂縫穿透比為0.3時(shí)出現(xiàn)了較為明顯的拐點(diǎn)。對于裂縫方位有利時(shí)，提高裂縫的穿透比對于增加注水開發(fā)的采收率是有效的，考慮到實(shí)際施工很難達(dá)到0.45的裂縫穿

61、透比。,,在裂縫穿透比小于0.4時(shí)的采收率明顯較低；在各種穿透比下，各條曲線的導(dǎo)流能力為25d.cm時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)。,,從油田壓裂成本的回收時(shí)間來考慮，應(yīng)保持油田一定的采油速度。要獲得較高的采油速度，就必須達(dá)到一定的壓裂規(guī)模，分析此圖穿透比為0.4時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。 綜上分析，建議XX油田在壓裂裂縫方位有利時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力取25d.cm，裂縫穿比取0.4左右,裂縫方位不利:,,,建議XX油田在壓裂裂縫方位不利時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力取25d.

62、cm，裂縫穿透比控制在0.2左右,軟件應(yīng)用實(shí)例 二（反九點(diǎn)井網(wǎng)）,(1)裂縫方位有利水井不壓裂,圖3.3 含水90%的采出程度隨穿透比的變化曲線,含水90%的采出程度隨穿透比的變化曲線,(1)裂縫方位有利水井不壓裂,含水90%的平均采油速度隨穿透比的變化,(1)裂縫方位有利水井不壓裂,含水90%的平均采油速度隨穿透比的變化,(1)裂縫方位有利水井不壓裂,生產(chǎn)10年的采出程度隨穿透比的變化曲線,(1)裂縫方位有利水井不壓裂,,生產(chǎn)5年

63、的采出程度隨穿透比的變化,(1)裂縫方位有利水井不壓裂,,,含水90%的采出程度隨導(dǎo)流能力的變化曲線,以采收率和采油速度為主要的評價(jià)指標(biāo)，在壓裂裂縫有利且注水井不壓裂時(shí)，XX油田整體壓裂的裂縫導(dǎo)流能力取20Dc.cm，裂縫的穿透比取0.2左右(85m),(2)裂縫方位有利注水井壓裂,,含水90%的平均采油速度隨穿透比的變化,(2)裂縫方位有利注水井壓裂,,,生產(chǎn)10年的采出程度隨穿透比的變化,(2)裂縫方位有利注水井壓裂,,,,含水90

64、%的平均采油速度隨導(dǎo)流能力的變化,在壓裂裂縫有利且注水井壓裂時(shí)，XX油田整體壓裂的裂縫導(dǎo)流能力取15Dc.cm左右，穿透比取0.15左右(64m),(3)裂縫方位不利水井不壓裂,,含水90%的采出程度隨穿透比的變化曲線,,(3)裂縫方位不利水井不壓裂,在壓裂裂縫方位不利水井不壓裂時(shí)，XX油田整體壓裂的裂縫導(dǎo)流能力取15Dc.cm左右，裂縫的穿透比取0.2左右(60m),(4)裂縫方位不利水井壓裂,,Fd=25Dc.cm時(shí)水井壓裂與不壓裂

65、的采出程度對比,,(4)裂縫方位不利水井壓裂,含水90%的采出程度隨穿透比的變化曲線,在壓裂裂縫方位不利時(shí)，整體壓裂的裂縫導(dǎo)流能力取15Dc.cm左右，建議水井不壓裂；如果油水井均壓裂，裂縫的穿透比取0.1左右(30m),※ 酸壓模擬設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng),? 數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊 主要實(shí)現(xiàn)對油層基礎(chǔ)參數(shù)、壓裂液性能參數(shù)、酸液性能參數(shù)、相滲透率參數(shù)、毛管壓力參數(shù)等參數(shù)庫的數(shù)據(jù)錄入、添加、刪除、修改和查詢等操作，為單井酸壓模擬設(shè)計(jì)、壓后產(chǎn)能

66、預(yù)測等提供基礎(chǔ)參數(shù)，數(shù)據(jù)庫與各個(gè)功能模塊數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，充分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，減少用戶大量、繁瑣的數(shù)據(jù)錄入操作。,酸壓模擬設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng),油藏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理界面,? 酸壓模擬設(shè)計(jì)模塊采用三套裂縫延伸模型（PKN、GDK和三維模型），模擬酸壓施工中前置壓裂液或酸液在二維或三維裂縫中的流動以及動態(tài)裂縫在長、寬、高三方向上的延伸；模擬在不同酸液類型、不同排量的普通酸壓、前置液酸壓和多級交替注入酸壓工藝的酸巖流動反應(yīng)，預(yù)測酸濃度分布，實(shí)時(shí)計(jì)算酸蝕裂