壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及案例

尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、專家：

上午好！

1.壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及案例主講：曾凡輝電話-mail:zengfanhui023024@126.com2.目錄一、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論二、壓裂設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)三、壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化四、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化五、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件六、水力壓裂評(píng)估技術(shù)七、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例3.封閉邊界無限大地層中心一口垂直單相油流井穩(wěn)定生產(chǎn)產(chǎn)量公式：對(duì)具體井層，地層條件(ko,h)、流體性質(zhì)(o,Bo)和井特性(re,rw)已經(jīng)確定。提高產(chǎn)量的措施有:注水保持地層壓力;人工舉升降低井底流動(dòng)壓力;對(duì)于低滲透儲(chǔ)層：水力壓裂產(chǎn)生負(fù)表皮系數(shù)。4.水力壓裂是利用地面高壓泵組將高粘液體以超過地層吸收能力的排量注入到井中，在井底附近憋起高壓超過井壁附近地應(yīng)力及巖石抗張強(qiáng)度的壓力后，在地層中形成裂縫。繼續(xù)注入帶有支撐劑的液體，裂縫在長(zhǎng)、寬、高方向上延伸。施工結(jié)束后形成具有一定長(zhǎng)度的高導(dǎo)流能力填砂裂縫。填砂裂縫具有很高的滲流能力，它能降低油氣流入到井底阻力，使油井獲得增產(chǎn)。1、水力壓裂的概念5.地層參數(shù)：厚度、地應(yīng)力差、地層壓力....壓裂材料：壓裂液、支撐劑...施工參數(shù)：排量、砂量、壓力...壓裂工藝：限流壓裂、分層壓裂...壓裂設(shè)備：泵車(組)、砂車、儀表車...現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施、質(zhì)量監(jiān)控、壓后評(píng)估...1、水力壓裂的概念6.(2)油氣井增產(chǎn)、水井增注

(1)提高勘探含油氣評(píng)價(jià)，增加可采儲(chǔ)量Wattenberg氣田安塞特低滲油田H=1000-1300m，h=12.2m，Φ=12.4%,kair=1-2md,ke<0.5md,So=55-57%,pr=8.3-9.8MPa2、水力壓裂的作用7.(5)其它方面（工業(yè)排污、廢核處理）(3)調(diào)整層間矛盾，改善產(chǎn)油、吸水剖面(4)提高采收率

電模擬和數(shù)模表明；大慶小井距試驗(yàn)證實(shí)。2、水力壓裂的作用8.3、水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理

(1)溝通油氣儲(chǔ)集區(qū)，增加單井控制儲(chǔ)量（連通透鏡體和裂縫帶）、擴(kuò)大滲流面積(2)變徑向流動(dòng)為線性流動(dòng)(3)解除污染井裂縫井9.4、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)概念壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)是在給定的油層地質(zhì)、開發(fā)與工程條件下，借助油氣藏模型、水力裂縫模型與經(jīng)濟(jì)模型計(jì)算軟件，反復(fù)模擬評(píng)價(jià)不同支撐縫長(zhǎng)與導(dǎo)流能力的裂縫所長(zhǎng)生的經(jīng)濟(jì)效益，從中選出能實(shí)現(xiàn)少投入、多產(chǎn)出的壓裂設(shè)計(jì)即為優(yōu)化的壓裂設(shè)計(jì)。10.問題新區(qū)塊？否是注水開發(fā)？否復(fù)壓？是水力裂縫與井網(wǎng)匹配的研究地應(yīng)力場(chǎng)與分層應(yīng)力壓裂模擬技術(shù)壓裂施工工藝壓裂材料否是復(fù)壓？否是重復(fù)壓裂選井選層研究第一次裂縫失效原因分析裂縫周圍應(yīng)力場(chǎng)研究復(fù)壓裂縫轉(zhuǎn)向的可能性研究不同施工材料對(duì)裂縫開始轉(zhuǎn)向距離的影響研究施工參數(shù)對(duì)裂縫開始轉(zhuǎn)向距離的影響研究不同復(fù)壓裂縫情況下，注采動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)研究單井裂縫優(yōu)化設(shè)計(jì)壓裂液優(yōu)化設(shè)計(jì)支撐劑的篩選施工參數(shù)優(yōu)選測(cè)試壓裂設(shè)計(jì)施工質(zhì)量控制測(cè)試壓裂解釋及原設(shè)計(jì)的完善水力裂縫評(píng)估壓裂后增產(chǎn)效果評(píng)估及建議單井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合對(duì)注采動(dòng)態(tài)的影響研究對(duì)探井5、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)研究對(duì)象11.

☆

既定儲(chǔ)層和注采井網(wǎng)下，預(yù)測(cè)單井不同縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力的壓后生產(chǎn)動(dòng)態(tài)；

☆

根據(jù)儲(chǔ)層條件選擇壓裂材料類型和用量；

☆

確定泵注方式、施工排量、設(shè)備功率等參數(shù)；

☆

確定施工泵注程序；

☆

評(píng)價(jià)施工方案的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)少投入、多產(chǎn)出；

☆

設(shè)計(jì)方案檢驗(yàn)（開發(fā)與增產(chǎn)的要求、現(xiàn)有壓裂材料與設(shè)備能力、施工安全的要求）。6、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的任務(wù)12.壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論裂縫優(yōu)化設(shè)計(jì)模型材料優(yōu)化模式施工參數(shù)優(yōu)化模式質(zhì)量控制模式資料收集；水力裂縫建模生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)；經(jīng)濟(jì)優(yōu)化壓裂液及其添加劑室內(nèi)評(píng)價(jià)及優(yōu)化支撐劑室內(nèi)研究及其篩選施工排量施工砂液比施工泵注程序設(shè)備準(zhǔn)備情況壓裂液室內(nèi)實(shí)驗(yàn)支撐劑物理性能實(shí)驗(yàn)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)測(cè)試壓裂技術(shù)設(shè)計(jì)的完善7、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容13.目錄一、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論二、壓裂設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)三、壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化四、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化五、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件六、水力壓裂評(píng)估技術(shù)七、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例14.一個(gè)優(yōu)化的壓裂設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)深化對(duì)壓裂目的層的認(rèn)識(shí)，采取準(zhǔn)確可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)。不可控制參數(shù)：指無法進(jìn)行調(diào)整的儲(chǔ)層特征參數(shù)。包括：巖礦組成、孔隙度、滲透率；儲(chǔ)層流體特性及其飽和度；厚度；應(yīng)力狀態(tài)；鄰近遮擋層的厚度及其延伸范圍和應(yīng)力狀態(tài)；儲(chǔ)層壓力和溫度?？煽刂茀?shù)：可以加以調(diào)整來進(jìn)行優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)的完井特征參數(shù)。包括：

井筒套管、油管及井口狀況；井下設(shè)備；射孔位置和射孔數(shù)；壓裂液和支撐劑；壓裂參數(shù)、經(jīng)濟(jì)參數(shù)、壓裂裝備等。一）、壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)分類15.在實(shí)際壓裂過程中，壓裂參數(shù)可以歸納為油氣井參數(shù)、油氣層參數(shù)、壓裂參數(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)4類。油氣井參數(shù)決定了壓裂井的施工條件。包括：★壓裂井井別、注采井網(wǎng)類型、布井方位、井距與壓裂目的井在其中的位置；★井徑、井下管柱（套管、油管）與井口裝置的規(guī)范、尺寸與壓力定額；★儲(chǔ)層段及其上下固井質(zhì)量;★射孔井段的位置、長(zhǎng)度、射孔方式、彈型、相位角、孔眼尺寸；★

井下工具的名稱、規(guī)范、尺寸、承壓與承溫定額及其下入位置。

1、油氣井參數(shù)16.油氣層參數(shù)決定了井在壓裂前后的生產(chǎn)反映。包括：★儲(chǔ)集層有效滲透率、孔隙度、含油氣飽和度與有效厚度等在垂向及平面上的展布；★儲(chǔ)層目前地層壓力與靜態(tài)地層溫度；★儲(chǔ)集層流體性質(zhì)，包括油、氣、水密度、粘度、壓縮系數(shù)與礦化度等；★儲(chǔ)集層巖石力學(xué)性質(zhì)，如彈性模量、泊松比、抗壓強(qiáng)度與孔隙彈性常數(shù)等；★

儲(chǔ)集層（上下遮擋層）巖性、厚度、就地應(yīng)力的垂向分布（就地應(yīng)力剖面）及最大、最小水平主應(yīng)力方位；★壓裂井與周圍鄰井及對(duì)應(yīng)注水井的試油，開發(fā)生產(chǎn)與生產(chǎn)測(cè)試等動(dòng)態(tài)資料等。2、油層參數(shù)17.壓裂參數(shù)決定了產(chǎn)生裂縫的幾何尺寸、導(dǎo)流能力與泵注參數(shù)等。包括：★裂縫破裂壓力、延伸壓力、停泵壓力、閉合壓力與凈壓力等；★壓裂液類型及其在儲(chǔ)層就地條件下的流變性、粘溫粘時(shí)特性以及濾失、傷害等特征；★支撐劑類型、粒徑、顆粒密度以及就地條件下的抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)流能力與裂縫滲透率等指標(biāo)；★施工排量、平均砂比以及泵注程序等；★

壓裂設(shè)備及壓力-排量極限；★過去本井與周圍鄰井的壓裂實(shí)踐及其壓裂前后的生產(chǎn)反映作為本次設(shè)計(jì)的借鑒。3、壓裂參數(shù)18.壓裂經(jīng)濟(jì)參數(shù)決定了投入與產(chǎn)出的的關(guān)系。包括：★壓裂施工材料（壓裂液、支撐劑）用量及費(fèi)用；★壓裂設(shè)備及其它輔助作業(yè)支出費(fèi)用；★增產(chǎn)的油氣量及同時(shí)（或每一段時(shí)間）油氣價(jià)格，它們是壓裂的收入；★計(jì)算凈收益的時(shí)間（最短投入回收期）與凈貼現(xiàn)值（最大的投資純利潤）。這些參數(shù)在壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)中均有重要作用，它們是制定壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

4、壓裂經(jīng)濟(jì)參數(shù)19.

1、儲(chǔ)集能力參數(shù)—有效孔隙度、含油（氣）飽和度與有效厚度；2、儲(chǔ)集層生產(chǎn)能力參數(shù)—有效滲透率、有效厚度、與儲(chǔ)層流體性質(zhì)、地層壓力；

3、水力裂縫幾何形態(tài)參數(shù)—巖石彈性模量、泊松比與就地應(yīng)力場(chǎng)、巖石斷裂韌性；

4、壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)—地層破裂壓力（梯度）、延伸壓力、凈壓力、閉合壓力；

5、施工條件參數(shù)—射孔、油（套）管抗壓強(qiáng)度；

6、壓裂材料參數(shù)—溫度、壓裂液、支撐劑二）、壓裂設(shè)計(jì)主要參數(shù)作用及采集方法：20.21

定義：儲(chǔ)集層巖樣中自身連通的孔隙體積與巖樣體積的比值，記作Φe。

作用：

★衡量?jī)?chǔ)集層巖石孔隙空間儲(chǔ)集油、氣流體能力的一個(gè)重要量度；

★檢驗(yàn)油氣層壓裂前后生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、評(píng)價(jià)壓裂效果的關(guān)鍵；（1）孔隙度21.22采集方法：

以巖心測(cè)試為基礎(chǔ)，借助測(cè)井資料予以確認(rèn)。兩者差值應(yīng)小于1.0%~1.5%。國內(nèi)外對(duì)油藏孔隙度的定性評(píng)價(jià)孔隙度，%定性評(píng)價(jià)分類美國中國0~5無價(jià)值可忽略5~10不好極差10~15中等差15~20較好一般20~25好良25~30優(yōu)＞30極優(yōu)（2）孔隙度22.23含油（氣）飽和度：在原始狀態(tài)下，油、氣在儲(chǔ)集層巖石有效孔隙中的充滿程度，記作So或Sg。

★衡量?jī)?chǔ)集層儲(chǔ)存能力的主要參數(shù)；

★檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)井在壓裂前后產(chǎn)量的重要依據(jù)；采集方法：

★選取具有代表性的巖心，采用還原法實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層環(huán)境確定。

★精心設(shè)計(jì)、仔細(xì)標(biāo)定的測(cè)井解釋能夠獲得具有代表性的含油（氣）飽和度值。（2）含油氣飽和度23.油（氣）層有效厚度：在目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下、達(dá)到儲(chǔ)量起算標(biāo)準(zhǔn)的含油（氣）層系中具有工業(yè)產(chǎn)油氣能力儲(chǔ)層厚度。具備三個(gè)條件：可動(dòng)油（氣）；在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下可提供開發(fā)；產(chǎn)量達(dá)到工業(yè)油（氣）流標(biāo)準(zhǔn)。

★

有效厚度大小及其在平面上展布是影響射孔位置、壓裂規(guī)模、施工排量的重要參數(shù)；

★壓裂選井選層的主要依據(jù)。（3）有效厚度儲(chǔ)層有效厚度與有效孔隙度及含油飽和度的乘積（hφS）定義為油氣藏的儲(chǔ)能系數(shù)。物理意義是儲(chǔ)集層中的純油厚度，代表了儲(chǔ)油能力和含油豐度，其值大小可以作為油氣藏的綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。24.獲取方法：

★以巖心分析為基礎(chǔ)，單層試油結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合測(cè)井解釋資料予以確定；

★

利用有效厚度等值圖估算壓裂層的有效厚度。。（3）有效厚度25.

1、儲(chǔ)集能力參數(shù)—有效孔隙度、含油（氣）飽和度與有效厚度；2、儲(chǔ)集層生產(chǎn)能力參數(shù)—有效滲透率、儲(chǔ)層流體性質(zhì)、地層壓力；

3、水力裂縫幾何形態(tài)參數(shù)—巖石彈性模量、泊松比與就地應(yīng)力場(chǎng)、巖石斷裂韌性；

4、壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)—地層破裂壓力（梯度）、延伸壓力、凈壓力、閉合壓力；

5、施工條件參數(shù)—射孔、油（套）管抗壓強(qiáng)度；

6、壓裂材料參數(shù)—溫度、壓裂液、支撐劑二）、壓裂設(shè)計(jì)主要參數(shù)作用及采集方法：26.（1）滲透率

絕對(duì)滲透率：在一定壓差下，巖石允許流體通過的能力。它是巖石自身性質(zhì)的一種量度，為一常數(shù)；

有效滲透率：當(dāng)多相流體共存和流動(dòng)時(shí)，巖石允許各相流體的通過能力；

相對(duì)滲透率：多相流體共存和流動(dòng)時(shí)，單相流體有效滲透率與基準(zhǔn)滲透率（絕對(duì)滲透率、氣測(cè)滲透率）的比值。27.★

儲(chǔ)層定性評(píng)價(jià)的指標(biāo)，劃分增產(chǎn)措施類別的依據(jù)；

★影響壓裂液濾失量的重要因素；★選擇支撐劑類型、尺寸與施工砂比的依據(jù)。（1）滲透率28.10-3時(shí)間，Δt

壓力，

p

30405060708010-210-1110102續(xù)流段徑向流段邊界反映段◆利用斜率m計(jì)算滲透率K

（1）滲透率★壓力恢復(fù)試井；★產(chǎn)能試井；★巖心測(cè)試確定；

★

測(cè)井曲線求??；獲取方法29.

地層水：主要是礦化度、離子成分、水型及pH值；影響無機(jī)沉淀、有機(jī)沉淀及水敏損害程度；

原油：含蠟量，粘度，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和硫含量，析蠟點(diǎn)，凝固點(diǎn)：影響有機(jī)沉淀的堵塞情況引起酸渣堵塞損害及高粘乳狀液堵塞損害；

天然氣：主要是H2S和CO2的含量；

粘度：為原油內(nèi)部某一部分相對(duì)于另一部分流動(dòng)時(shí)摩擦阻力的度量。（2）地層流體物性參數(shù)30.

★

地層流體粘度是確定壓力恢復(fù)試驗(yàn)取得流動(dòng)系數(shù)（Kh/μ）和流動(dòng)度（K/μ）必不可少參數(shù)，其大小會(huì)影響有效滲透率的準(zhǔn)確性；

★

粘度和壓縮系數(shù)影響壓裂液濾失系數(shù)，影響裂縫幾何尺寸；

★

預(yù)測(cè)壓后產(chǎn)量及評(píng)價(jià)壓裂效果的重要參數(shù)；獲取方法：

★PVT實(shí)驗(yàn)獲取

★

相關(guān)經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算(Standing等)；（2）地層流體物性參數(shù)31.地層壓力：巖層孔隙空間內(nèi)的流體壓力，又稱孔隙流體壓力。

★

原始地層壓力：油氣層在未開采前從探井中測(cè)得的油氣層中部壓力；

★

目前地層壓力：油氣藏投入開發(fā)后，在某一時(shí)期內(nèi)測(cè)得的油氣層中部壓力；

★

靜止壓力：它是指油氣井在關(guān)井后，待壓力恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所測(cè)得的油氣層中部壓力。（3）地層壓力32.

★

衡量?jī)?chǔ)集層驅(qū)油（氣）入井能力的量度，也是選井選層與優(yōu)選壓裂液類型的主要依據(jù)之一；

★

壓裂液返排的關(guān)鍵參數(shù)；采集方法

★

壓力恢復(fù)試井確定（Horner法、MDH法等）

★

借用鄰井、井組、區(qū)塊或油氣藏的目前地層壓力值得出的壓力梯度，推算壓裂井、層的目前地層壓力。（3）地層壓力33.

1、儲(chǔ)集能力參數(shù)—有效孔隙度、含油（氣）飽和度與有效厚度；2、儲(chǔ)集層生產(chǎn)能力參數(shù)—有效滲透率、與儲(chǔ)層流體性質(zhì)、地層壓力；

3、水力裂縫幾何形態(tài)參數(shù)—巖石彈性模量、泊松比與就地應(yīng)力場(chǎng)、巖石斷裂韌性、蓋底層性質(zhì)、儲(chǔ)層展布；

4、壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)—地層破裂壓力（梯度）、延伸壓力、凈壓力、閉合壓力；

5、施工條件參數(shù)—射孔、油（套）管抗壓強(qiáng)度；

6、壓裂材料參數(shù)—溫度、壓裂液、支撐劑二）、壓裂設(shè)計(jì)主要參數(shù)作用及采集方法：34.泊松比：當(dāng)巖石受壓應(yīng)力時(shí)，在彈性范圍內(nèi)，巖石的側(cè)向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值；彈性模量：巖石壓應(yīng)力時(shí)，負(fù)荷增加到一定程度后（在彈性范圍內(nèi)），應(yīng)力與應(yīng)變曲線的比值。（1）巖石力學(xué)參數(shù)(泊松比、彈性模量)35.

★

彈性模量越大，表明巖石越致密、壓開縫寬窄，且需要的泵壓高；

（1）巖石力學(xué)參數(shù)(泊松比、彈性模量)36.

★

泊松比大小則關(guān)系到裂縫高度在縱向上的擴(kuò)展程度與就地應(yīng)力剖面的解釋；不同巖石的靜態(tài)彈性性質(zhì)巖石種類彈性模量，104MPa泊松比砂巖0.5-80.25頁巖1-3.50.30泥巖2-50.35石灰?guī)r1-80.30白云巖4-8.40.25（1）巖石力學(xué)參數(shù)(泊松比、彈性模量)37.獲取方法

★實(shí)驗(yàn)室?guī)r心試驗(yàn)：?jiǎn)屋S或三軸試驗(yàn)取得的巖石彈性性質(zhì)參數(shù)（泊松比、彈性模量等）；★使用長(zhǎng)源距數(shù)字聲波測(cè)井（LSDS）的全聲波形計(jì)算，動(dòng)態(tài)值；

★使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，準(zhǔn)靜態(tài)值。

（1）巖石力學(xué)參數(shù)(泊松比、彈性模量)38.地應(yīng)力是由于上覆巖層重力、地殼內(nèi)部垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)及其它因素綜合作用引起介質(zhì)內(nèi)部單位面積上的作用力。地下巖石應(yīng)力狀態(tài)通常是三個(gè)相互垂直互不相等的主應(yīng)力。（2）儲(chǔ)層三向地應(yīng)力大小和方向=+xzyyxz地層巖石處于三維應(yīng)力狀態(tài)+壓應(yīng)力為正，拉張應(yīng)力為負(fù)39.①

垂向應(yīng)力的大小決定裂縫形態(tài)和方位；（2）儲(chǔ)層三向地應(yīng)力大小和方向z最小，水平裂縫；x<z、y<z，垂直裂縫。40.壓裂施工中裂縫凈壓力隨著地應(yīng)力的增加而增大，反映到現(xiàn)場(chǎng)施工過程中出現(xiàn)高泵壓，以致不能完成施工任務(wù)。

②影響壓裂施工的難易及有效率。41.

裂縫高度完全取決于取決于壓裂層與其上下隔層的最小應(yīng)力差。如果該值大于4MPa或者7MPa，會(huì)對(duì)裂縫的垂向延伸起控制作用，但難有如此理想條件。通常采用降低泵注排量、壓裂液粘度、施工規(guī)?；蚴褂闷∏颉⒅亓η虻葴p緩其效果。

③垂向上最小水平主應(yīng)力的大小顯著裂縫高度；42.給定注采井網(wǎng)下，水力裂縫的延伸相對(duì)于注采井網(wǎng)有“有利”與“不利”之分。有利裂縫：水力裂縫與注水井排或采油井排的連線平行；反之則為不利裂縫。如果注水井壓裂的裂縫方位位于不利方位，壓裂縫越長(zhǎng)，掃油效率降低。

④人工裂縫與井網(wǎng)的關(guān)系會(huì)顯著影響開采效果；

43.

大小獲取方法

（1）微型壓裂（2）儲(chǔ)層三向地應(yīng)力大小和方向44.

大小獲取方法（2）長(zhǎng)源距數(shù)字聲波測(cè)井（2）儲(chǔ)層三向地應(yīng)力大小和方向45.

方向獲取方法

（2）儲(chǔ)層三向地應(yīng)力大小和方向井壁崩落法確定地應(yīng)力典型“井壁崩落”照片鉆井過程中，井壁出現(xiàn)的應(yīng)力崩落和應(yīng)力培塌都是由于井壁附近應(yīng)力集中產(chǎn)生剪切破壞的結(jié)果，應(yīng)力崩落和應(yīng)力垮塌的方向與區(qū)域最小水平主應(yīng)力方向一致。崩落方向與地應(yīng)力關(guān)系46.

方向獲取方法

井徑測(cè)井（2）儲(chǔ)層三向地應(yīng)力大小和方向井徑測(cè)井曲線與井眼幾何形態(tài)47.一系列微震源點(diǎn)代表裂縫的空間展布井距取決于巖性微地震事件壓裂作業(yè)井監(jiān)測(cè)井多級(jí)三分量檢波器微地震壓裂監(jiān)測(cè)示意圖

方向獲取方法

微地震監(jiān)測(cè)（2）儲(chǔ)層三向地應(yīng)力大小和方向48.49巖石斷裂韌性：裂縫端部附近應(yīng)力大小，取決于裂縫尺寸所加載荷，MPa?m1/2。

★

判斷裂縫是否會(huì)發(fā)生擴(kuò)展的重要參數(shù)；采集方法：

★

三軸巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)、巴西劈裂實(shí)驗(yàn)獲取；

★

通過地應(yīng)力測(cè)試和測(cè)井資料獲取目的層圍壓和抗拉強(qiáng)度值，再推斷導(dǎo)出巖石的斷裂韌性值；（3）巖石斷裂韌性49.蓋、底層性質(zhì)是指產(chǎn)層上蓋層、下底層的巖性、厚度分布及最小水平主應(yīng)力的大小。蓋、底層具有一定厚度且地應(yīng)力值遠(yuǎn)大于油氣層：裂縫高度將限制在儲(chǔ)層之內(nèi)；蓋、底層較薄，地應(yīng)力與儲(chǔ)層相近：裂縫將穿透蓋、底層，直至遇到有效遮擋層為止。(4)蓋、底層性質(zhì)50.蓋、底層性質(zhì)不但影響到裂縫幾何尺寸、施工規(guī)模，而且直接關(guān)系到壓裂作業(yè)的成敗。(4)蓋、底層性質(zhì)獲取方法：巖石三軸力學(xué)參數(shù)測(cè)試；測(cè)井資料計(jì)算。51.(5)儲(chǔ)層展布特征52.

1、儲(chǔ)集能力參數(shù)—有效孔隙度、含油（氣）飽和度與有效厚度；2、儲(chǔ)集層生產(chǎn)能力參數(shù)—有效滲透率、與儲(chǔ)層流體性質(zhì)、地層壓力；

3、水力裂縫幾何形態(tài)參數(shù)—巖石彈性模量、泊松比與就地應(yīng)力場(chǎng)、巖石斷裂韌性；

4、壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)—地層破裂壓力（梯度）、延伸壓力、凈壓力、閉合壓力；

5、施工條件參數(shù)—射孔、油（套）管抗壓強(qiáng)度；

6、壓裂材料參數(shù)—溫度、壓裂液、支撐劑二）、壓裂設(shè)計(jì)主要參數(shù)作用及采集方法：53.破裂壓力：使地層產(chǎn)生水力裂縫時(shí)的井底流體壓力，MPa；破裂壓力梯度：地層破裂壓力與地層中部深度的比值，MPa/100m；

★選擇井下管柱、井下工具、井口裝置與泵注設(shè)備壓力極限的依據(jù)；確定施工時(shí)地面最高泵壓、排量以及設(shè)備功率；

★推斷水力裂縫形態(tài)。（1）地層破裂壓力和破裂壓力梯度當(dāng)GDF為2.26-3.45MPa/100m時(shí)，水平縫；當(dāng)GDF為1.47-1.77MPa/100m時(shí)，垂直縫。54.采集方法：

★現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)計(jì)算；

★

統(tǒng)計(jì)分析；

★理論公式計(jì)算（Eaton法、Stephen法）；

（1）地層破裂壓力和破裂壓力梯度55.

裂縫延伸壓力：水力裂縫在長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向擴(kuò)展所需要的縫內(nèi)流體壓力。凈壓力：裂縫延伸壓力與閉合壓力之差?！锸桥袛嗔芽p延伸模式的依據(jù)。（2）裂縫延伸壓力（凈壓力）ⅠⅡⅢⅣlgPlgt線段1—壓力斜率在0.125-0.2之間，裂縫向地層深處延伸。線段II—壓力斜率不變。注入量等于濾失量；裂縫在長(zhǎng)度上已停止延伸?？p內(nèi)即將出現(xiàn)堵塞（III）；裂縫高度即將失控(IV)。線段III—壓力斜率為1?？p內(nèi)發(fā)生堵塞，注入液體只能增加縫寬。線段IV—壓力斜率為負(fù)。說明裂縫在高度上已失去控制或遇到了規(guī)模較大的天然微裂隙。56.

裂縫閉合壓力：開始張開一條已存在的裂縫所必須的流體壓力。

★

壓裂壓力分析的基礎(chǔ)參數(shù)；

★

選擇支撐劑類型和粒徑大小的主要依據(jù)。獲取方法

★

注入返排實(shí)驗(yàn)；

★

注入關(guān)井實(shí)驗(yàn)（3）裂縫閉合壓力C點(diǎn)C：儲(chǔ)層壓力57.

1、儲(chǔ)集能力參數(shù)—有效孔隙度、含油（氣）飽和度與有效厚度；2、儲(chǔ)集層生產(chǎn)能力參數(shù)—有效滲透率、與儲(chǔ)層流體性質(zhì)、地層壓力；

3、水力裂縫幾何形態(tài)參數(shù)—巖石彈性模量、泊松比與就地應(yīng)力場(chǎng)、巖石斷裂韌性；

4、壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)—地層破裂壓力（梯度）、延伸壓力、凈壓力、閉合壓力；

5、施工條件參數(shù)—射孔、油（套）管抗壓強(qiáng)度；

6、壓裂材料參數(shù)—溫度、壓裂液、支撐劑二）、壓裂設(shè)計(jì)主要參數(shù)作用及采集方法：58.(1)射孔參數(shù)射孔孔眼是溝通井筒與地層的通道。壓裂施工時(shí)壓裂流體需經(jīng)孔眼進(jìn)入地層，壓后油氣流經(jīng)孔眼進(jìn)入井筒。射孔參數(shù)主要有射孔位置、尺寸以及相位等。①射孔位置：一般射開砂體最純、物性最好；59.(1)射孔參數(shù)②孔眼尺寸：較低支撐劑濃度時(shí)，孔眼直徑應(yīng)是支撐劑顆粒直徑的2-3倍,在濃度大于917kg/m3后,孔眼直徑至少應(yīng)為支撐劑顆粒直徑的6倍?？籽厶?，孔眼處高速剪切，高粘壓裂液降解，發(fā)生砂堵。60.61③射孔相位：一般按照多相位（60°）射孔。多相位射孔增加了與裂縫延伸方向一致的可能性，可降低壓裂中的破裂壓力并減少早期脫砂的可能。(1)射孔參數(shù)夾角(度)射孔與最大主應(yīng)力夾角與破裂壓力的關(guān)系沿80°射孔時(shí)裂縫擴(kuò)展路徑61.62(2)壓裂液注入方式選擇油管注入：優(yōu)點(diǎn)是有利于保護(hù)套管,能保持較高的流速,減少或避免在井筒內(nèi)脫砂,以及便于壓后井下作業(yè)。缺點(diǎn)：高沿程摩阻增加了地面泵壓,使泵注排量受到限制且要消耗大部分設(shè)備功率,以致降低壓裂的凈收益。

套管、油套環(huán)空注入：優(yōu)點(diǎn)是沿程摩阻小、地面泵壓低、泵注排量大，可節(jié)約設(shè)備功率,降低施工成本。缺點(diǎn)是套管每一部分都需要承受最高施工壓力。最終泵注參數(shù)的確定主要受到油、套管尺寸、抗拉、抗內(nèi)壓、抗外擠等性能參數(shù)，以及壓裂泵注排量、井口裝置以及安全作業(yè)等因素的控制。62.

1、儲(chǔ)集能力參數(shù)—有效孔隙度、含油（氣）飽和度與有效厚度；2、儲(chǔ)集層生產(chǎn)能力參數(shù)—有效滲透率、與儲(chǔ)層流體性質(zhì)、地層壓力；

3、水力裂縫幾何形態(tài)參數(shù)—巖石彈性模量、泊松比與就地應(yīng)力場(chǎng)、巖石斷裂韌性；

4、壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)—地層破裂壓力（梯度）、延伸壓力、凈壓力、閉合壓力；

5、施工條件參數(shù)—射孔、油（套）管抗壓強(qiáng)度；

6、壓裂材料參數(shù)—溫度、壓裂液、支撐劑二）、壓裂設(shè)計(jì)主要參數(shù)作用及采集方法：63.64地層溫度：地層靜止無干擾條件下所的溫度，℃。

★優(yōu)選壓裂液的首要依據(jù)；

★壓裂后關(guān)井時(shí)間和破膠劑選擇及加量的關(guān)鍵參數(shù)；

★選用井下工具的依據(jù)；(1)地層溫度超高溫壓裂液體系180℃粘度-時(shí)間曲線低溫壓裂液體系180℃粘度-時(shí)間曲線64.壓裂液起著傳遞壓力、形成地層裂縫和攜帶支撐劑進(jìn)入裂縫的作用。選擇壓裂液應(yīng)考慮施工工藝要求；巖石、儲(chǔ)層及所含流體的物理和化學(xué)性質(zhì)。(2)壓裂液★

與地層巖石和地下流體的配伍性；★熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性、有效地懸浮和輸送支撐劑；★

濾失少；★

低摩阻；★

低殘?jiān)?、易返排?5.66強(qiáng)度高；雜質(zhì)少、粒徑均勻，圓球度好；密度低；高溫鹽水中呈化學(xué)惰性；貨源充足，價(jià)格便宜。（3）支撐劑支撐劑作用在于分隔并有效支撐裂縫兩個(gè)壁面，使壓裂施工結(jié)束后裂縫始終能得到有效支撐，從而消除地層中大部分徑向流，使地層流體以線性流方式進(jìn)入裂縫。66.目錄一、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論二、壓裂設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)三、壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化四、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化五、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件六、水力壓裂評(píng)估技術(shù)七、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例67.油藏驅(qū)動(dòng)方式是指油藏開采過程中，主要依靠哪一種能量來驅(qū)油，是全部油層工作條件的綜合。一）彈性開采裂縫參數(shù)優(yōu)化彈性驅(qū)動(dòng)是指依靠油層巖石和流體的彈性膨脹能量驅(qū)油的油藏。特點(diǎn)是該驅(qū)動(dòng)方式下油藏?zé)o邊水（底水或注入水），或有邊水而不活躍，油藏壓力始終高于飽和壓力。生產(chǎn)過程中，隨著壓力降低，地層將不斷釋放彈性能量，將油趨向井底。二）整體壓裂開發(fā)裂縫參數(shù)優(yōu)化油藏流體流動(dòng)主要靠邊水或注入水推動(dòng)，流動(dòng)的彈性能不起作用或作用很少，驅(qū)動(dòng)能量主要是邊水（或底水、注入水）。68.

①

壓裂相當(dāng)于將井徑擴(kuò)大到裂縫半徑，此時(shí)利用徑向流動(dòng)公式：（1）比爾登(Bearder)方法

認(rèn)為壓出的是對(duì)稱水平裂縫，則可用下述兩種方法預(yù)測(cè)產(chǎn)量。

1、水平裂縫井產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法

壓裂前壓裂后69.

②

相當(dāng)于在地層中存在不連續(xù)的徑向滲透率。如果在裂縫半徑內(nèi)的壓降為，供油半徑至裂縫半徑處的壓降為，則從供油半徑到井底的總壓降為，平均滲透率為：增產(chǎn)倍數(shù)可近似表示為：1、水平裂縫井產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法70.增產(chǎn)倍數(shù)是壓裂前后油氣井采油指數(shù)的比值，它與油層和裂縫參數(shù)有關(guān)。①②（2.1）麥克奎爾圖版2、垂直裂縫井產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法71.普拉茲認(rèn)為如果裂縫導(dǎo)流能力及填砂裂縫長(zhǎng)度有限，壓裂裂縫相當(dāng)于增加了井的有效半徑。如果井半徑較小，填砂裂縫又具有較高的導(dǎo)流能力，井有效半徑可按縫長(zhǎng)的1/4計(jì)算。壓裂井增產(chǎn)倍數(shù)：（2.2）Prats方法72.以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層供給流體和裂縫輸送流體能力相匹配獲得油井最大產(chǎn)量為手段優(yōu)化裂縫參數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：（1）考慮了裂縫與砂體規(guī)模的匹配；（2）強(qiáng)調(diào)裂縫長(zhǎng)度與導(dǎo)流能力的匹配；（3）計(jì)算結(jié)果形成的圖表使用簡(jiǎn)單、方便，便于大規(guī)模使用。（2.3）支撐劑指數(shù)方法（NP）73.采油指數(shù)JD

裂縫導(dǎo)流能力CfD裂縫穿透比Ix支撐劑指數(shù)Np

對(duì)于已知滲透率和規(guī)模的油藏，儲(chǔ)層中支撐劑體積對(duì)應(yīng)唯一的支撐劑指數(shù)；該支撐劑指數(shù)下對(duì)應(yīng)的最優(yōu)裂縫導(dǎo)流能力就能獲得最大采油指數(shù)，相應(yīng)的就能確定唯一的最優(yōu)裂縫參數(shù)。74.

Np≤0.1時(shí)：

CfD=1.6時(shí)，獲得最大無因次采油指數(shù)。

對(duì)于相對(duì)高滲透儲(chǔ)層，Np≤0.1。Np≤0.1無因次裂縫導(dǎo)流能力無因次采油指數(shù)75.對(duì)于相對(duì)低滲透儲(chǔ)層，Np

>0.1。

Np>

0.1時(shí)：支撐劑指數(shù)不同，最優(yōu)的無因次裂縫導(dǎo)流能力不同。無因次裂縫導(dǎo)流能力CfD無因次采油指數(shù)JDNp>0.176.（1）準(zhǔn)確獲取儲(chǔ)層滲透率和就地裂縫滲透率

測(cè)井滲透率主要反映巖石物理性質(zhì)，不能直接用于裂縫參數(shù)優(yōu)化。而巖心分析滲透率則綜合反映了巖石性質(zhì)和流體的流動(dòng)特征。裂縫參數(shù)優(yōu)化時(shí)取測(cè)井滲透率的1/10。巖心分析和測(cè)井解釋滲透率結(jié)果對(duì)比

不同閉合壓力下裂縫滲透率裂縫滲透率主要取決于儲(chǔ)層埋藏深度、支撐劑類型以及壓裂液殘?jiān)笮〉取０凑招袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試了不同閉合壓力下過破膠液后的支撐裂縫滲透率。

優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟77.以某區(qū)塊為例：埋藏深度1643-2136m、300m×300m井網(wǎng)；石英砂支撐劑、kf=150Dc，k測(cè)=10~20

mD,kd=kf/k最大無因次采油指數(shù)與裂縫穿透比關(guān)系最優(yōu)裂縫寬度與最優(yōu)裂縫穿透比關(guān)系（2）結(jié)合開發(fā)井網(wǎng)和儲(chǔ)層、裂縫滲透率優(yōu)化裂縫參數(shù)支撐劑指數(shù)增加，支撐縫長(zhǎng)和縫寬變大，壓裂后產(chǎn)量越高。支撐縫長(zhǎng)主要考慮井網(wǎng)、井距限制，推薦穿透比85%；支撐縫寬主要考慮滿足生產(chǎn)需求以及支撐劑粒徑、類型，壓裂液性能，施工設(shè)備和水平等因素，推薦延長(zhǎng)油田支撐縫寬3mm﹤w≤10mm。

優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟78.

（1）當(dāng)儲(chǔ)層滲透率相對(duì)較低時(shí)（kd較大），定縫長(zhǎng)（穿透比85%）優(yōu)化支撐縫寬：①w≤

3mm時(shí)，按照縫寬3mm取值；②3mm

﹤w≤10mm，按照優(yōu)化的實(shí)際縫寬取值。

（2）當(dāng)儲(chǔ)層滲透率相對(duì)較高時(shí)（kd較?。芽p寬度（10mm）優(yōu)化裂縫長(zhǎng)度。（3）結(jié)合支撐劑指數(shù)法優(yōu)化裂縫參數(shù)原則，確定裂縫參數(shù)某采油廠裂縫參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟根據(jù)層位、井網(wǎng)、支撐劑類型和儲(chǔ)層滲透率，查表就能獲得優(yōu)化的裂縫參數(shù)。79.油藏驅(qū)動(dòng)方式是指油藏開采過程中，主要依靠哪一種能量來驅(qū)油，是全部油層工作條件的綜合。

一）彈性開采裂縫參數(shù)優(yōu)化彈性驅(qū)動(dòng)是指依靠油層巖石和流體的彈性膨脹能量驅(qū)油的油藏。特點(diǎn)是該驅(qū)動(dòng)方式下油藏?zé)o邊水（底水或注入水），或有邊水而不活躍，油藏壓力始終高于飽和壓力。生產(chǎn)過程中，隨著壓力降低，地層將不斷釋放彈性能量，將油趨向井底。

二）整體壓裂開發(fā)裂縫參數(shù)優(yōu)化油藏流體流動(dòng)主要靠邊水或注入水推動(dòng)，流動(dòng)的彈性能不起作用或作用很少，驅(qū)動(dòng)能量主要是邊水（或底水、注入水）。80.811、整體壓裂改造數(shù)值模擬研究-垂直裂縫

根據(jù)低滲透油藏的生產(chǎn)特點(diǎn)和人工裂縫滲流特征，建立油藏與裂縫的物理模型和數(shù)學(xué)模型；由于人工裂縫與油藏的接觸滿足壓力相等和流量相等，建立裂縫和油藏的內(nèi)邊界條件；通過五點(diǎn)井網(wǎng)和反九點(diǎn)井網(wǎng)單元的簡(jiǎn)化，由對(duì)稱性得到油藏計(jì)算單元和外邊界條件。（1）研究思路81.82

裂縫與注采井的關(guān)系當(dāng)裂縫方向上的采油井水淹后，一般是將其改變?yōu)樽⑺?，發(fā)展為沿裂縫方向注水，向裂縫兩側(cè)驅(qū)油的開采方式。因此，主要匹配關(guān)系可概括為圖示的三種情形。（2）裂縫與注采井的關(guān)系1、整體壓裂改造數(shù)值模擬研究-垂直裂縫82.2.1油藏滲流模型

裂縫性油藏整體壓裂后,流體在基質(zhì)和天然裂縫中的滲流速度與壓力梯度之間仍為線形關(guān)系,滿足達(dá)西定律。因此將達(dá)西單相流公式加以推廣可以描述基質(zhì)、天然裂縫中三相流運(yùn)動(dòng)方程。2、整體壓裂改造數(shù)值模擬研究-垂直裂縫83.2.2裂縫流體流動(dòng)模型

壓裂裂縫的導(dǎo)流能力很高，裂縫較長(zhǎng)，壓裂裂縫的存在克服了近井地帶的較大流動(dòng)阻力，流體在裂縫中流速加快。特別是氣體在壓裂裂縫中自身滲流速度快，粘度低，此時(shí)流動(dòng)偏離達(dá)西定律，變?yōu)楦咚俜沁_(dá)西流動(dòng)。將Forchheimer二項(xiàng)式方程推廣到三相滲流就可以描述壓裂裂縫中流體的運(yùn)動(dòng)情況。3、整體壓裂改造數(shù)值模擬研究-垂直裂縫84.2.3整體裂縫滲流方程

整體壓裂裂縫性油藏中流體滲流方程包括基巖系統(tǒng)、天然裂縫系統(tǒng)和人工裂縫系統(tǒng)滲流方程。假定任何一種組分i在油、氣、水三相中的質(zhì)量分量是Xio，Xig，Xiw，由物質(zhì)守恒原理可導(dǎo)出壓裂裂縫中組分i的連續(xù)性方程：

4、整體壓裂井產(chǎn)量預(yù)測(cè)85.2.4定解條件整體壓裂油藏?cái)?shù)值模擬中的邊界條件分為兩大類：一是外邊界條件。系指油藏外邊界所處的狀態(tài)；二是內(nèi)邊界條件，系指壓裂生產(chǎn)井（或注入井）所處的狀態(tài)。

(1)外邊界條件(2)內(nèi)邊界條件定井底壓力定井產(chǎn)量

4、整體壓裂井產(chǎn)量預(yù)測(cè)86.目錄一、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論二、壓裂設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)三、壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化四、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化五、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件六、水力壓裂評(píng)估技術(shù)七、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例87.

目前使用的設(shè)計(jì)模型有二維(PKN、KGD)，擬三維(P3D)和真三維模型，其主要差別是裂縫擴(kuò)展和裂縫內(nèi)的流體流動(dòng)方式不同。①二維模型假設(shè)裂縫高度是常數(shù)，即流體僅沿縫長(zhǎng)方向流動(dòng)；②擬三維模型假設(shè)裂縫內(nèi)流體仍是一維流動(dòng)；③真三維模型假定在縫長(zhǎng)、縫高方向均有流動(dòng)。（1）概述1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型88.①發(fā)展概況

★

假設(shè)：地層均質(zhì)和各向同性；裂縫高度是恒定；二維巖石變形；一維流體流動(dòng)。

★

計(jì)算裂縫幾何尺寸最簡(jiǎn)單方法，可滿足施工規(guī)模小、地層條件較為簡(jiǎn)單（具有高就地應(yīng)力或很厚隔層的油藏）。（2）二維裂縫擴(kuò)展模型1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型89.

①發(fā)展概況

★20世紀(jì)50年代-70年代開發(fā);

★

從形態(tài)分為三種：平行板；PKN型（在縱向和水平方向都是橢圓形）；GDK型(縱向是矩形，水平方向是橢圓型)。（2）二維裂縫擴(kuò)展模型PKN模型GDK模型1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型90.

②基本方程

★裂縫擴(kuò)展的寬度方程：巖石變形的平衡方程二維模型把裂縫看成是一無限大的平板上有一狹長(zhǎng)裂縫，縫內(nèi)受有均勻壓力Pc,裂縫寬度可看作是橢圓縫的張開位移?！锪黧w壓降方程Poiseuille給出的冪律型流體在壓裂裂縫中的壓降梯度公式。（2）二維裂縫擴(kuò)展模型1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型91.

★流體連續(xù)性方程注入壓裂液總量等于裂縫體積和濾失體積之和?！锪芽p延伸準(zhǔn)則裂縫在擴(kuò)展過程中，受周圍巖層的斷裂韌性KIC的控制。只有當(dāng)裂縫邊緣某一點(diǎn)上的強(qiáng)度因子KI大于巖石斷裂韌性KIC，裂縫才會(huì)擴(kuò)展。1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型92.

③

選擇二維模型的一般原則

★根據(jù)井底壓力的變化趨勢(shì)：

★壓裂層埋藏深度：淺層選用GDK，深層選用PKN；

★壓裂層與上下巖層的地應(yīng)力差：上下巖層的地應(yīng)力大于壓裂層且差值大于13.8MPa,PKN和GDK都適用。上下巖層的地應(yīng)力小于壓裂層且差值小于13.8MPa,薄層選PKN；塊狀厚層或射孔段長(zhǎng)的井選GDK。1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型93.裂縫延伸模擬基礎(chǔ)參數(shù)不同裂縫延伸模型模擬結(jié)果1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型94.（3）三維裂縫擴(kuò)展模型

★

致密低滲透油氣層大型壓裂的興起，開發(fā)了擬三維、全三維模型，主要代表者是Nolte&Smith、Sttari&Cleary以及Palmer模型。

★

擬三維是將兩個(gè)二維壓裂模型組合在一起計(jì)算裂縫長(zhǎng)度和裂縫高度：一般是以二維PKN模型求解裂縫在長(zhǎng)度上的延伸；另一個(gè)二維GDK模型求解裂縫在高度上的增長(zhǎng)。1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型95.

（3）三維裂縫擴(kuò)展模型

★全三維壓裂模型起始于70年代末，至80年代有了很大的發(fā)展，這種模型以彈性的三維模型與二維流體在縫內(nèi)的流動(dòng)的組合推導(dǎo)出來的。主要代表人物是Abou和Sayed（1984年）、Cleary(1983年)、Lam與Touboul（1986年）以及Vandamme和Jeffrey（1986年）等?！锶S壓裂模型可描述具有變彈性性質(zhì)和濾失特性的多層井段以及由地應(yīng)力剖面決定的復(fù)雜裂縫形態(tài)。1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型96.

（3）三維裂縫擴(kuò)展模型全三維壓裂模型可以解決：

★確定給定就地條件和注入條件的裂縫幾何形態(tài)；

★根據(jù)裂縫在三維方向上的擴(kuò)展，估算支撐劑粒徑、前置液用量和施工總用液量；★有利于研究射孔部位的影響；★通過小型壓裂壓力與模擬壓力的比較來診斷就地閉合應(yīng)力。1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型97.

（3）三維裂縫擴(kuò)展模型集總的三維模型1986年Cleary與Crokett等在全三維壓裂模型基礎(chǔ)上提出了稱之為“集總的綜合水力壓裂模型”具有的特點(diǎn)：★與全三維壓裂模型缺乏計(jì)算效率相反，這種模型的計(jì)算速度快，達(dá)到大于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)。★可進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬與實(shí)時(shí)分析，使室內(nèi)的優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)真正轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)的優(yōu)化壓裂施工。1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型98.

（3）三維裂縫擴(kuò)展模型

集總的三維模型

—

模型由四部分組成:

★

在管內(nèi)壓裂流體與含有支撐劑流體的流動(dòng)；

★

水力裂縫的形成與延伸；

★

支撐劑的輸送、沉降與裂縫閉合；

★

在裂縫與地層之間的熱量與流體的交換。

—

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，集總的綜合模型不僅可以實(shí)時(shí)地模擬壓裂全過程，而且可以用于壓前設(shè)計(jì)與壓后分析評(píng)價(jià)，使全三維模型真正成為一種實(shí)用性強(qiáng)的工程手段，為證實(shí)模型符合實(shí)際程度建立了研究方法。1、水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型99.2、支撐劑運(yùn)移分布模型1)全懸浮型支撐劑設(shè)計(jì)模型是指壓裂液粘度足以把支撐劑完全懸浮起來，在整個(gè)施工過程中沒有支撐劑的沉降，停泵后支撐劑充滿整個(gè)裂縫內(nèi)，因而攜砂液到達(dá)的位置就是支撐裂縫的位置。這種壓裂液稱為全懸浮壓裂液。懸浮壓裂液適合于低滲透儲(chǔ)層，因?yàn)椴⒉恍枰芨叩牧芽p導(dǎo)流能力就能獲得較好的增產(chǎn)效果。100.2、支撐劑運(yùn)移分布模型2)沉降型支撐劑分布設(shè)計(jì)模型由于剪切和溫度等降解作用，壓裂液在裂縫內(nèi)的攜砂性能并不能達(dá)到全懸浮，在裂縫延伸過程中，部分支撐劑隨攜砂液一起向縫端運(yùn)動(dòng)，另一部分則可能沉降下來。支撐劑沉降速度、砂堤堆起高度等都與裂縫參數(shù)(長(zhǎng)、寬、高)有關(guān)。懸浮區(qū)，顆粒分布不均勻，存在濃度梯度砂堤面上的顆粒滾流區(qū)沉降下來的的砂堤，在平衡狀態(tài)下砂堤的高度為平衡高度無砂區(qū)101.3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)就是綜合分析壓裂目的層供給能力（存儲(chǔ)能力：φhs；產(chǎn)出能力kh或kh/μ；驅(qū)油能力：壓前目前地層壓力）、水力裂縫特征（形態(tài)、方位及其幾何尺寸）與工程條件（優(yōu)化的泵注施工參數(shù)組合、壓裂材料與支撐劑在縫中的鋪置及地面、地下的承壓極限）等因素，并在數(shù)學(xué)上把它們結(jié)合起來，完成總的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)（或掃油效率評(píng)價(jià)），最終得到一個(gè)預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)最經(jīng)濟(jì)有效的壓裂設(shè)計(jì)。102.1）儲(chǔ)層評(píng)價(jià)考慮因素儲(chǔ)層地質(zhì)、巖石力學(xué)、孔滲飽、油層油水接觸關(guān)系、巖層間界面性質(zhì)與與井筒技術(shù)要求。油氣井低產(chǎn)原因（1）油氣層孔隙度較低，或儲(chǔ)能系數(shù)低，可采能量低，儲(chǔ)集層沒有足夠的物質(zhì)基礎(chǔ)；（2）油氣層低滲、特低滲，或有效厚度薄，地層系數(shù)低；或地下原油粘度高，儲(chǔ)集層沒有足夠的產(chǎn)出能力；（3）由于鉆井、完井、修井等作業(yè)過程對(duì)地層傷害使近井地帶造成嚴(yán)重的堵塞；（4）“土豆?fàn)睢蓖哥R體地層，單井控油面積有限，難以獲得高產(chǎn)；3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化103.1）儲(chǔ)層評(píng)價(jià)成功壓裂作業(yè)的必備地質(zhì)條件：儲(chǔ)量和能量，適合壓裂的油氣層：(1)須經(jīng)壓裂才能投產(chǎn)的低滲、特低滲油氣層：滲透率越低，越要優(yōu)先壓裂，越要加大壓裂規(guī)模。(2)有效孔隙度大、含油飽和度高和有效厚度大的油氣層，一般要求So﹥35%、kh>0.5×10-3μm2.m。3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)104.1）儲(chǔ)層評(píng)價(jià)(3)已證明油氣層內(nèi)儲(chǔ)有大量油氣，由于近井污染、本井低產(chǎn)，而周圍鄰井高產(chǎn)。(4)油氣層井段的固井質(zhì)量好：套管、壓裂管柱、井下工具與井口承壓能力以及壓裂設(shè)備滿足完成壓裂施工任務(wù)；場(chǎng)地平整、地面和環(huán)保條件符合施工要求及國家法規(guī)。3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)105.

2)壓裂液體系優(yōu)選①

篩選基本添加劑（增稠劑、交聯(lián)劑、破膠劑），配制適合本井的凍膠交聯(lián)體系。②篩選與目的層配伍性好的粘土穩(wěn)定劑、潤濕劑、破乳劑、防蠟劑等添加劑系列。③篩選適合現(xiàn)場(chǎng)施工的耐溫劑、防腐劑、消泡劑、降阻劑、降濾劑、助排劑、pH值調(diào)節(jié)劑、發(fā)泡劑和轉(zhuǎn)向劑等。④對(duì)選擇的壓裂液，在室內(nèi)模擬井下溫度、剪切速率、剪切歷程、階段攜砂液濃度來測(cè)定其流變性及摩阻系數(shù)，并按石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面評(píng)定。3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)106.3)壓裂支撐劑優(yōu)選★儲(chǔ)層閉合壓力中國石英砂的使用極限為20MPa，如果儲(chǔ)集層閉合壓力大于該值，應(yīng)該選用陶粒。3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)107.3)壓裂支撐劑優(yōu)選★儲(chǔ)集層巖石的軟硬程度巖石楊氏模量小于1.3×104MPa的軟砂巖儲(chǔ)層，應(yīng)該選用粒徑大于0.9mm以上的支撐劑，并用多層排列的方式減緩支撐劑的嵌入；如果巖石巖石模量大于2.8×104MPa的硬砂巖，應(yīng)選用0.45-0.9mm的人造陶粒，以多層鋪置防止支撐劑的嵌入。3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)未包裹的支撐劑樹脂包裹砂未包裹的支撐劑巖心樹脂包裹砂巖心

樹脂包裹砂和未包裹微粒在阻礙支撐劑破碎和嵌入上的對(duì)比108.★儲(chǔ)層有效滲透率儲(chǔ)層滲透率越高，應(yīng)選用能產(chǎn)生高導(dǎo)流能力的陶粒支撐劑，并通過高砂比壓裂工藝或者端部脫砂壓裂工藝來實(shí)現(xiàn)；★壓裂液的攜砂能力壓裂液的攜砂能力強(qiáng)，則盡可能選擇高密度、大粒徑陶粒施工；否則照相反的處理；★壓裂設(shè)備的泵注能力壓裂設(shè)備在高泵壓下（大于60MPa）如能提高設(shè)計(jì)的排量需求，仍應(yīng)該選用高密度、大粒徑的陶粒；★經(jīng)濟(jì)上的考慮支撐劑作為壓裂材料在經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)作為一項(xiàng)支出，應(yīng)針對(duì)儲(chǔ)集層條件對(duì)選用支撐劑進(jìn)入投入/產(chǎn)出分析。4)壓裂支撐劑優(yōu)選3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)109.5）確定壓裂施工的泵注參數(shù)3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)為了確定最優(yōu)泵注參數(shù)，首先需要確定施工過程中的最高井口泵壓值。地質(zhì)條件限制：前者是指由井口泵壓產(chǎn)生的井底壓力應(yīng)低于儲(chǔ)集層的臨界壓力，以免縫高失控；工程條件限制：指井口泵壓不能大于井下管柱、井下工具、井口裝置和壓裂設(shè)備的極限。由于泵壓與泵注排量和壓裂液粘度成正比，因此，調(diào)節(jié)這兩個(gè)可控參數(shù)，即可使井口泵壓滿足井的地質(zhì)和工程條件要求來獲得最大施工效率。110.（1）操作上的限制：壓裂井段的長(zhǎng)度或預(yù)計(jì)的裂縫高度；施工管柱（油套管）的鋼級(jí)、壁厚、尺寸、抗內(nèi)壓與抗外擠強(qiáng)度；射孔孔徑與孔數(shù)；井口裝置與井下工具的壓力極限；設(shè)備功率與壓力極限。優(yōu)化的施工參數(shù)即是在上述限制條件下使它們達(dá)到某一平衡。5）確定壓裂施工的泵注參數(shù)3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)111.（2）泵注參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算：①井底壓力可寫成②PKN裂縫擴(kuò)展模型，壓裂壓力隨時(shí)間或縫長(zhǎng)而增大，牛頓型的裂縫凈壓力由下式給出上式中，泵注排量與壓裂液粘度是兩個(gè)可控參數(shù)。改變這兩個(gè)參數(shù)就可以控制裂縫的凈壓力pN，進(jìn)而控制井底壓力和泵壓。5）確定壓裂施工的泵注參數(shù)3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)112.最佳泵注參數(shù)組合有4種選擇：（1)小排量與低粘度的組合：將產(chǎn)生最低的壓裂效果，一般不予考慮；（2）大排量與高粘度的組合：如果壓裂規(guī)模較小，且不涉及到承壓界限，這一組合可以得到較高的施工效率；（3）小排量與高粘度的組合：在壓裂規(guī)模較大時(shí)它能夠獲得較高的施工效率；

（4）大排量與低粘度的組合：這是一組最佳匹配，適用于各種壓裂規(guī)模的施工，并可獲得最大的壓裂效果。5）確定壓裂施工的泵注參數(shù)3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)113.（1)根據(jù)地應(yīng)力剖面建立裂縫高度與地層臨界壓力之間的關(guān)系，避免逢高失控；（2）根據(jù)壓裂設(shè)備、井口與井下管柱的壓力極限、泵注方式、壓裂液的剪切降解與泵注的沿程摩阻，確定最大泵注排量與最高井口泵壓的關(guān)系；（3）確定泵注排量與壓裂液粘度之間的關(guān)系，滿足裂縫擴(kuò)展的凈壓力；（4）反復(fù)計(jì)算上述過程，在泵壓-排量-粘度之間達(dá)到一最佳平衡。這組參數(shù)組合可使施工泵壓與排量在極限（約束）條件下獲得最大施工效率，并能有效遏制住裂縫高度失控。5）確定壓裂施工的泵注參數(shù)3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)114.6）確定壓裂液用量和支撐劑用量

根據(jù)優(yōu)選的泵注參數(shù)和平均砂液比，就可以根據(jù)優(yōu)化的裂縫參數(shù)結(jié)合選擇水力裂縫模擬軟件獲得不同裂縫幾何尺寸所需要的壓裂液量和支撐劑量。3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)115.7）支撐劑的輸送

為了使支撐劑最大限度的填充裂縫，必須使支撐劑在達(dá)到預(yù)期縫長(zhǎng)的同時(shí)，前置液全部濾失完畢。此時(shí)的前置液量為最經(jīng)濟(jì)的前置液量；能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并能滿足裂縫導(dǎo)流能力要求的泵注程序稱之為最佳的泵注程序。

3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)前置液設(shè)計(jì)量過大前置液設(shè)計(jì)合理116.在加砂程序上應(yīng)以產(chǎn)生“契形”支撐裂縫為目標(biāo)。在同一（儲(chǔ)集層、泵注參數(shù)和施工參數(shù)）條件下，斜坡式加砂能夠獲得最大的增產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，多級(jí)漸進(jìn)式加砂方式又由于常規(guī)的階梯加砂方式。7）支撐劑的輸送

3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)117.8）壓裂液返排制度

由于壓裂目的可能位于儲(chǔ)層段不同應(yīng)力區(qū)域，因此即使施工規(guī)模相同，落實(shí)到目的層的支撐剖面、縫長(zhǎng)和縫中支撐劑的鋪置或?qū)Я髂芰?huì)有極大差別，因此獲得的壓裂效果相差懸殊。因此在設(shè)計(jì)之初即應(yīng)該根據(jù)地應(yīng)力剖面確認(rèn)裂縫高度、壓裂目的層相對(duì)位置和產(chǎn)生的支撐裂縫剖面來估算壓裂效果，對(duì)不理想的壓裂裂縫剖面估算壓裂效果，如壓后采取自然閉合或裂縫強(qiáng)制閉合技術(shù)來獲得最佳裂縫剖面。3、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)118.目錄一、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論二、壓裂設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)三、壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化四、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化五、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件六、水力壓裂評(píng)估技術(shù)七、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例119.Fracpro是美國GRI開發(fā)的，該軟件包括了較為齊全的設(shè)計(jì)分析模塊，優(yōu)點(diǎn)是比較適合現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)和施工人員應(yīng)用，目前被各大油田廣泛使用。壓裂分析、水平井壓裂、返排的影響等，模擬速度快120.

GOHFER是美國Stim-Lab公司開發(fā)的，采用三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)算法，動(dòng)態(tài)計(jì)算和模擬裂縫的三維擴(kuò)展，計(jì)算過程充分考慮了地層各向異性、多相多維流動(dòng)、支撐劑輸送、壓裂液流變性及動(dòng)態(tài)濾失、酸巖反應(yīng)等有關(guān)各種因素，能夠計(jì)算和模擬多個(gè)射孔段的非對(duì)稱裂縫擴(kuò)展?？煽紤]平面非均質(zhì)特征121.

MEYER是Meyer&Associates公司研制的一用于壓裂/酸壓工程設(shè)計(jì)和分析的軟件，它是目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛幾個(gè)軟件之一。該軟件經(jīng)過近二十年的研制、應(yīng)用和改進(jìn)，已成為一成熟、可靠且功能齊全的壓裂和酸壓工程軟件。最新版本增加了頁巖氣及煤層氣網(wǎng)絡(luò)裂縫模擬。

頁巖氣縫網(wǎng)模擬122.

StimPlan是由國際上久負(fù)盛名的壓裂專家K.G.Nolte、MikeSmith先生創(chuàng)建的NSI公司開發(fā)的全三維壓裂設(shè)計(jì)與分析軟件，它不僅繼承了壓裂酸化領(lǐng)域的最新研究成果，適合壓裂工程師進(jìn)行壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其是Nolte、Smith創(chuàng)建的壓裂壓力診斷技術(shù)，特別適合現(xiàn)場(chǎng)工程師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓裂分析。水平井壓裂模擬123.目錄一、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論二、壓裂設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)三、壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化四、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化五、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件六、水力壓裂評(píng)估技術(shù)七、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例124.

1、壓裂裂縫測(cè)試的意義壓后裂縫特性？形態(tài)、方位、長(zhǎng)度等水力裂縫測(cè)試技術(shù)內(nèi)華達(dá)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試點(diǎn)水平井中多個(gè)水力裂縫的分支裂縫井型與裂縫形態(tài)示意圖125.實(shí)驗(yàn)室測(cè)試包括對(duì)不定向巖心波速的各向異性、差應(yīng)變、凱塞效應(yīng)、古地磁等測(cè)試，最后綜合分析各測(cè)試結(jié)果，確定巖心主應(yīng)力大小和方向。2、實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法

聲發(fā)射試驗(yàn)巖心取樣示意圖聲發(fā)射測(cè)試曲線實(shí)驗(yàn)室測(cè)試地層最大主應(yīng)力方向，嚴(yán)格意義上講并非人工裂縫方位。126.實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)

擬合遞減數(shù)據(jù)擬合目標(biāo)函數(shù)①凈壓力分析

3.1間接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法127.①裂縫線性流

②地層線性流等壓線流線③擬徑向流②試井解釋技術(shù)

3.1間接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法128.井筒續(xù)流線性流過渡流擬徑向流②試井解釋技術(shù)

3.1間接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法129.（1）近井地帶直接法：井溫測(cè)試、放射性示蹤劑法、生產(chǎn)測(cè)井、井眼成像測(cè)井、井下電視、井徑測(cè)井XMAC測(cè)井；

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法壓裂施工期間，壓裂液使地層冷卻，由壓前和壓后的井溫剖面對(duì)比，確定壓裂裂縫的高度。130.①

水力裂縫測(cè)斜儀測(cè)試水力裂縫測(cè)斜儀的測(cè)量原理是利用非常精確的儀器來測(cè)量由裂縫所造成的巖石變形,并以此來推算出水力壓裂的幾何形狀和方位?！锼α芽p

在裂縫周圍巖石中形成有一定規(guī)則的形變；★測(cè)量在不同位置測(cè)量變形造成的傾斜角度變化；★分析通過一組由于變形造成的傾角的變化得到水力裂縫的幾何形態(tài)與方位。

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法（2）遠(yuǎn)井地帶131.a、地面測(cè)斜儀裂縫測(cè)試技術(shù)

在裂縫位置以上接近地面的多點(diǎn)布置一組測(cè)斜儀來測(cè)量由于壓裂引起巖石變形而導(dǎo)致的地層傾斜，經(jīng)過地球物理反演來確定造成大地變形場(chǎng)參數(shù)。地面測(cè)斜儀水平井布置方式①

水力裂縫測(cè)斜儀測(cè)試

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法132.b井下測(cè)斜儀

井下測(cè)斜儀要在一口井中使用多個(gè)傳感器（一般七到十二個(gè)），用單芯電纜下入井內(nèi)，在某些情況下也可應(yīng)用于兩口鄰井。儀器放置深度與壓裂目的層相同，壓裂過程中這些測(cè)斜儀連續(xù)記錄地層傾斜情況，從而得到水力裂縫的連續(xù)擴(kuò)展。水平裂縫產(chǎn)生的傾斜矢量以星束的形態(tài)朝四周發(fā)散垂直裂縫，大多數(shù)的傾斜矢量指向中心的波谷①

水力裂縫測(cè)斜儀測(cè)試

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法133.

②

井下微地震裂縫測(cè)試

技術(shù)原理

水力壓裂井中，地層被強(qiáng)制壓開一條大的裂縫，沿著這條主裂縫，能量不斷地向外輻射，形成主裂縫周圍地層的漲裂或錯(cuò)動(dòng)，這些張裂和錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)類似于地震向四周輻射彈性波—壓縮波（縱波）和剪切波（橫波）。

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法134.

技術(shù)原理

采用位于壓裂井鄰井井底中的三分向微地震檢波器實(shí)時(shí)接收壓裂過程中主裂縫周圍地層的張裂或錯(cuò)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的各個(gè)微地震信號(hào)，然后將接收到的信號(hào)進(jìn)行資料處理，反推出震源的空間位置，這個(gè)震源位置就代表了裂縫的位置。②

井下微地震裂縫測(cè)試

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法135.裂縫高度擴(kuò)展：高度增長(zhǎng)范圍；高度擴(kuò)展與斷層相關(guān)。SPE89876

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用②

井下微地震裂縫測(cè)試

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法136.

③

大地電位法監(jiān)測(cè)技術(shù)

技術(shù)原理通過測(cè)量注入到目的層的高電離能量的工作液所引起的地面電場(chǎng)形態(tài)的變化來認(rèn)識(shí)壓裂目的層水力裂縫方位的一種測(cè)試方法。壓裂井與鄰井充電形成大地電場(chǎng)，并以壓裂井為圓心，圓形布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)壓裂施工時(shí)，高含鹽量的水基壓裂液在裂縫中流動(dòng)，由于高含鹽量的水基壓裂液具有導(dǎo)電能力，所以形成的水力裂縫將引起相應(yīng)的地面的電位的變化，通過監(jiān)測(cè)壓裂前后地面電位的變化，即可判斷裂縫方位。

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法137.③

大地電位法監(jiān)測(cè)技術(shù)

技術(shù)原理

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法138.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用大地電位法測(cè)試地面儀器內(nèi)中圈電位異常環(huán)形圖③

大地電位法監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.2直接法3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法139.測(cè)試方法可能估計(jì)的項(xiàng)目主要的優(yōu)點(diǎn)主要的局限性長(zhǎng)度高度寬度方位體積導(dǎo)流凈壓力分析√√√√√可以描述裂縫的延伸情況，進(jìn)行裂縫高度、長(zhǎng)度、寬度解釋三種方法均不能進(jìn)行裂縫方位的解釋，而且解釋過程和結(jié)果的可信度對(duì)油藏描述準(zhǔn)確性、分析人員的經(jīng)驗(yàn)依賴程度大，得到的裂縫參數(shù)只處于理論階段。試井分析√√√可以得到裂縫導(dǎo)流力、縫長(zhǎng)等信息（1）間接法4、測(cè)試方法對(duì)比140.（2）近井地帶裂縫直接測(cè)試方法4、測(cè)試方法對(duì)比141.（3）遠(yuǎn)場(chǎng)裂縫直接測(cè)試方法4、測(cè)試方法對(duì)比142.目錄一、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論二、壓裂設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)三、壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化四、壓裂施工參數(shù)優(yōu)化五、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件六、水力壓裂評(píng)估技術(shù)七、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例143.實(shí)例一：透鏡狀砂體儲(chǔ)層壓裂規(guī)模優(yōu)化研究

144.1、問題的提出砂體分布主要受到沉積相控制，尤其是曲流河及分流河道的控制。三角洲平原亞相是砂體發(fā)育的最有利環(huán)境，該環(huán)境內(nèi)砂體展布連續(xù)性好；其次為沖積平原亞相，該環(huán)境辮狀河道限定性強(qiáng)；區(qū)流河道砂體分布面積小，寬度較窄。145.根據(jù)Elkins理論，儲(chǔ)層滲透率越低、施工規(guī)模愈大，支撐裂縫越長(zhǎng)，壓裂后產(chǎn)量越高。礦場(chǎng)實(shí)踐資料表明，透鏡砂體儲(chǔ)層的壓后產(chǎn)量與壓裂規(guī)模的關(guān)系并不完全遵循Elkins理論，即壓裂后的產(chǎn)量不單純隨著壓裂規(guī)模的增大而一直增加，而存在一個(gè)適度的最優(yōu)化壓裂規(guī)模。1、問題的提出？146.以四川盆地馬井氣田侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層為例，從地質(zhì)構(gòu)造、礦物沉積等角度分析了透鏡砂體儲(chǔ)層的成因和特點(diǎn)；從地應(yīng)力方向、儲(chǔ)層展布特征、裂縫評(píng)估、試井分析、壓后效果統(tǒng)計(jì)等方面論證了透鏡體儲(chǔ)層對(duì)壓裂規(guī)模的限制作用?；趦?chǔ)層厚度、砂體橫向展布特征、壓裂裂縫延伸特征，提出了透鏡砂體儲(chǔ)層壓裂改造優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般方法，并進(jìn)行了礦場(chǎng)應(yīng)用。2、研究方法147.馬井蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層沉積微相以不同環(huán)境的河道疊置砂體、三角洲前緣河口壩、席狀砂和濱岸灘壩砂沉積為主，具有縱向疊置、呈帶狀、透鏡體分布的特點(diǎn)，有利的油氣富集的微相主要有曲流河道和分流河道。①曲流河道：寬一般250-300m，局部可達(dá)500m。河流的流向呈近南北向、北東—南西向和東西向。砂體沿河道呈窄條帶分布，橫跨河道后、砂體迅速變薄，含泥加重而相變?yōu)槟鄮r。②分流河道：河道“枝枝蔓蔓”，地震資料顯示為強(qiáng)振幅異常呈網(wǎng)狀不連續(xù)分布，厚度較大、發(fā)育較穩(wěn)定。但因河道窄，砂體橫向變化快，儲(chǔ)層具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。3、蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層地質(zhì)特征148.蓬萊鎮(zhèn)組氣藏實(shí)質(zhì)上是由儲(chǔ)集砂體內(nèi)不同級(jí)別的儲(chǔ)滲體構(gòu)成，在勘探開發(fā)中具有以下特征：①相鄰井間沒有發(fā)現(xiàn)明顯的井間干擾；②投產(chǎn)一段時(shí)間后的井與新投產(chǎn)鄰井壓力差別較大；③動(dòng)態(tài)、靜態(tài)資料預(yù)測(cè)儲(chǔ)集體的半徑為76~328m，主要分布在100~200m之間。3、蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層地質(zhì)特征149.綜合巖心波速各向異性試驗(yàn)、井壁崩落、微地震監(jiān)測(cè)等方法，確定馬井蓬萊鎮(zhèn)組氣藏主應(yīng)力方位為110-130°；根據(jù)曲流河、分流河形成的古地理環(huán)境，壓裂裂縫基本上與河流道方向相垂直。而河流、曲流相砂體的橫向展布有限，這就為蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層的改造優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。長(zhǎng)軸方向玫瑰圖4、裂縫延伸方向研究

150.河流相砂體寬度與厚度具有較好的正相關(guān)關(guān)系，不同的河道沉積比例關(guān)系不一樣（表1）。蓬萊鎮(zhèn)組砂體厚度5-15m，預(yù)測(cè)砂體寬度100-900m?？紤]改造裂縫長(zhǎng)度為砂體寬度的一半，優(yōu)化蓬萊鎮(zhèn)組的支撐半縫長(zhǎng)為50-450m。表1河流相砂體寬度與砂體厚度的關(guān)系(1)河流相砂體橫向展布預(yù)測(cè)5、透鏡砂體規(guī)模大小研究151.蓬萊鎮(zhèn)組4井層統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，加砂強(qiáng)度1.8-2.6m3/m，擬合裂縫半長(zhǎng)150.8m-187.9m、微地震監(jiān)測(cè)裂縫半長(zhǎng)107.5m-153.0m、壓力恢復(fù)解釋裂縫半長(zhǎng)61.3m-102.0m?？梢钥闯鋈斯ち芽p半長(zhǎng)并不隨著加砂強(qiáng)度的增加持續(xù)增加。表2蓬萊鎮(zhèn)組裂縫長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(2)前期壓裂井裂縫參數(shù)分析5、透鏡砂體規(guī)模大小研究152.壓力恢復(fù)解釋結(jié)果表明：當(dāng)壓后氣井關(guān)井恢復(fù)產(chǎn)生的壓力響應(yīng)穿過大小、特性不一的透鏡體砂巖儲(chǔ)集體時(shí)，在儲(chǔ)集體內(nèi)曲線特征表現(xiàn)出具有壓裂井有限導(dǎo)流垂直裂縫井特征，但內(nèi)區(qū)的響應(yīng)過渡段之后，氣藏顯示出相應(yīng)于外層的均質(zhì)特征，雙對(duì)數(shù)曲線有明顯上翹。MP104井壓力恢復(fù)測(cè)試曲線(2)前期壓裂井裂縫參數(shù)分析5、透鏡砂體規(guī)模大小研究153.加砂強(qiáng)度2.1-3.1m3/m、壓后無阻1.714-1.948×104m3/m。當(dāng)加砂強(qiáng)度＞2.2m3/m時(shí)，隨著加砂強(qiáng)度進(jìn)一步增加，壓后無阻的增加并不顯著；而且隨著壓裂規(guī)模增加，入地液量不斷增大，壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害愈嚴(yán)重，反而降低了改造效果。（3)前期壓裂效果5、透鏡砂體規(guī)模大小研究154.儲(chǔ)滲體規(guī)模的大小，決定了蓬萊鎮(zhèn)組氣井壓后產(chǎn)能的高低，優(yōu)化的壓裂設(shè)計(jì)就是要使人工裂縫恰到好處的溝通展布整個(gè)儲(chǔ)滲體。對(duì)蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂時(shí)，壓裂裂縫在儲(chǔ)集體（砂巖儲(chǔ)層內(nèi)）延伸時(shí)比較容易。當(dāng)裂縫延伸到儲(chǔ)滲體周圍的致密封隔層時(shí)，由于封隔層地應(yīng)力增加以及泥巖產(chǎn)生塑性變形的特點(diǎn)，使得裂縫延伸受阻，裂縫延伸的凈壓力增加，施工壓力急劇上升。繼續(xù)施工，增加了砂堵幾率；另外一方面由于裂縫延伸進(jìn)入了非儲(chǔ)層段，形成無效裂縫。這也正是壓裂規(guī)模增加到一定程度后，壓后無阻不再增加的原因。（1）壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理6、透鏡體儲(chǔ)層壓裂參數(shù)優(yōu)化155.結(jié)合FracproPT裂縫延伸模擬軟件，推薦施工參數(shù)為：排量3.0-4.0m3/min，加砂強(qiáng)度2.0-3.0m3/m，平均砂比18.0-25.0%，前置液比例32.0-38.0%，就能形成有效縫長(zhǎng)62.2-95.5m、導(dǎo)流能力14.0-20.0μm2·cm的裂縫，能降低規(guī)模而不降低產(chǎn)量，滿足增產(chǎn)需要。（2）蓬萊鎮(zhèn)組儲(chǔ)層壓裂參數(shù)優(yōu)化排量對(duì)裂縫參數(shù)的影響加砂強(qiáng)度對(duì)裂縫參數(shù)的影響6、透鏡體儲(chǔ)層壓裂參數(shù)優(yōu)化156.實(shí)例二：水平井分段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)157.水平井是提高油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)開發(fā)技術(shù)。截止到2000年全世界已完鉆水平井23385口。水平井用于低滲透油藏的比例越來越高，成為低滲透油藏開發(fā)的熱點(diǎn)技術(shù)。低滲透油氣藏水平井不改造難以獲得經(jīng)濟(jì)有效的開采效果，水平井分段改造的裂縫參數(shù)優(yōu)化是提高水平井改造效果的重要支撐和保證。1、概述158.1、概述159.1、概述160.

水平井的裂縫方向取決于地應(yīng)力的大小和方向。由于井筒附近的應(yīng)力集中，裂縫在井筒上面開啟的方向可能與最終的延伸方向不同，最終方向會(huì)垂直于最小主應(yīng)力方向，或者沿著主自然裂縫。很多情況下，水力裂縫不是在一個(gè)簡(jiǎn)單的平面上。水平井壓裂后的裂縫形態(tài)主要可以分為3種：

縱向裂縫

橫向裂縫

扭曲裂縫2、水平井多段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論161.

橫向裂縫：

在井筒中可以產(chǎn)生多條裂縫，增加了油氣的滲流通道，有利于提高增產(chǎn)效果。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是裂縫相對(duì)比較小，減小了穿層的可能性。

縱向裂縫：

在裂縫性油藏中可以沿井筒溝通更多的天然裂縫，在高滲透率的地層中實(shí)行壓裂時(shí)產(chǎn)生縱向裂縫比產(chǎn)生橫向裂縫有更好的經(jīng)濟(jì)效果。對(duì)于低滲透油氣層則產(chǎn)生多條橫向裂縫效果較好，而對(duì)于高滲透率地層或裂縫性地層采用縱向裂縫較好。2、水平井多段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論162.

式中:

β—水平井的方位角、μ—巖石的力學(xué)性質(zhì)、—巖石孔隙度、—滲透性系數(shù)、α—多孔彈性系數(shù)、pp—地層中的初始孔隙壓力、—射孔方位。

（1）水平井破裂壓力及破裂點(diǎn)預(yù)測(cè)綜合考慮破裂點(diǎn)、壓后產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化完成對(duì)壓裂水平井方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。水平井的起裂壓力和起裂點(diǎn)分析遠(yuǎn)比直井復(fù)雜。水平井坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換示意圖2、水平井多段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論163.將任意一條裂縫2n等份，每份可以看成是一個(gè)點(diǎn)匯。利用無限大均勻地層點(diǎn)匯定流量的壓降公式，可以求出該點(diǎn)匯對(duì)地層中任意一點(diǎn)（x,y）產(chǎn)生的壓降:α(x,y,t)y2n（2）水平井壓裂產(chǎn)能預(yù)測(cè)裂縫等分示意圖2、水平井多段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論164.

根據(jù)復(fù)位勢(shì)理論和勢(shì)疊加原理，建立了壓裂水平井多條非規(guī)則、相互干擾裂縫的產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型。（2）水平井壓裂產(chǎn)能預(yù)測(cè)裂縫井筒物理模型2、水平井多段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論165.優(yōu)化模型采用逐步線性最小二乘法求解?！┕は迚海?）水平井壓后凈現(xiàn)值（4）水平井壓裂多參數(shù)優(yōu)化模型2、水平井多段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)理論166.水平段長(zhǎng)度：400m，井筒半徑為0.12m；油藏厚度：12m，滲透率：0.0075D，孔隙度：10%；原油體積系數(shù)：1.084，原油黏度：4.8mPa·s