裂縫凈壓力實(shí)時(shí)分析

實(shí)時(shí)裂縫凈壓力分析美國尖端技術(shù)公司1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的壓裂分析擬合壓力歷史是必須的，但不能充分的估算裂縫幾何尺寸2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的壓裂分析動(dòng)機(jī)基本點(diǎn)：增加井的產(chǎn)量和通過優(yōu)化降低作業(yè)成本減少砂堵問題獲得“適當(dāng)?shù)摹绷芽p導(dǎo)流能力和長度控制裂縫的增長特定層的深部穿透避免臨層不期望組分的產(chǎn)量3壓裂壓力分析–優(yōu)點(diǎn)每次壓裂壓裂作業(yè)都采集了分析所需的基本數(shù)據(jù)相對(duì)便宜和快捷的診斷注入技術(shù)的應(yīng)用為裂縫入口問題的現(xiàn)場診斷提供功能強(qiáng)大的分析工具根據(jù)觀察的裂縫特征可以進(jìn)行現(xiàn)場優(yōu)化設(shè)計(jì)4壓裂壓力分析-局限裂縫入口摩阻評(píng)價(jià)使用地面壓力增加了結(jié)果的不確定性近井筒摩阻級(jí)值是變化的凈壓力歷史擬合間接的診斷技術(shù)-從凈壓力和漏失情況來推斷裂縫幾何形態(tài)方法非唯一–得到結(jié)果的應(yīng)用需要慎重當(dāng)結(jié)果是綜合其它診斷校核過的，該技術(shù)特別有用產(chǎn)量數(shù)據(jù)&試井分析直接壓裂診斷5主壓裂壓力分析壓裂入口摩阻的評(píng)價(jià)射孔摩阻+近井筒摩阻壓裂施工問題產(chǎn)生的普遍原因凈壓力歷史擬合“校核”模型來觀察壓裂壓力數(shù)據(jù)結(jié)合壓裂設(shè)計(jì)和估測裂縫幾何形狀來觀察裂縫動(dòng)態(tài)6凈壓力的定義凈壓力是裂縫內(nèi)壓力減去裂縫閉合壓力凈壓力=2,500-2,000=500psi7凈壓力擬合812349模型輸入的最低要求巖石力學(xué)特性–測井?dāng)?shù)據(jù)重點(diǎn):揚(yáng)氏模量和滲透率完井和射孔施工規(guī)模，支撐劑和液體性質(zhì)施工數(shù)據(jù)應(yīng)用“錨點(diǎn)”地面壓力，砂比和支撐劑濃度的最低取樣速率應(yīng)3秒一點(diǎn)10凈壓力擬合的要求從服務(wù)公司記錄的數(shù)據(jù)獲得地面壓力從分段輸送的液體/支撐劑密度獲得靜液柱壓力從S/D測試獲得摩阻構(gòu)成從壓降分析獲得裂縫閉合壓力11診斷注入的設(shè)計(jì)和分析診斷注入的目的診斷注入的設(shè)計(jì)診斷注入的分析閉合應(yīng)力分析摩阻分析12“典型的”壓裂施工數(shù)據(jù)凈壓力?閉合?漏失?摩阻?13砂堵凈壓力?閉合?漏失?摩阻?“典型的”壓裂施工數(shù)據(jù)14凈壓力?閉合?漏失?摩阻?“典型的”壓裂施工數(shù)據(jù)15

?

無法提供足夠的數(shù)據(jù)（錨點(diǎn)）來進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（凈壓力）的壓裂分析不能對(duì)裂縫維數(shù)進(jìn)行可靠的估計(jì)

?

可以提供你需要的任何的裂縫尺寸，因?yàn)閷?shí)時(shí)數(shù)據(jù)（凈壓力）壓裂分析方法沒有限制條件“典型的”壓裂施工數(shù)據(jù)16診斷注入的目的提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（凈壓力）分析的錨點(diǎn)獲得裂縫中真實(shí)凈壓力的準(zhǔn)確值支撐劑輸送的診斷和修正近井筒彎曲度射孔摩阻壓裂液漏失基礎(chǔ)：

提供裂縫幾何形狀的精確估計(jì)17建議的診斷注入程序18現(xiàn)場壓裂診斷19“錨點(diǎn)”:裂縫閉合壓力20“錨點(diǎn)”:ISIP的大小21“錨點(diǎn)”:摩阻成分22診斷注入的要求100到200Bbl的KCl

水溶液除主壓裂外100-500Bbl交聯(lián)瓜膠(可選擇的)同不進(jìn)行診斷的壓裂施工相比，占用壓裂機(jī)組30min到3小時(shí)的時(shí)間。每隔1秒采集一次壓裂施工數(shù)據(jù)因此,診斷注入相對(duì)快捷，費(fèi)用低廉23閉合應(yīng)力測試的重要性提高估算裂縫尺寸可靠性獲得凈壓力的準(zhǔn)確值提供閉合應(yīng)力的大小采用實(shí)時(shí)凈壓力擬合液體效率可能的砂堵直接與裂縫尺寸相關(guān)聯(lián)小壓裂分析僅僅提供一個(gè)閉合應(yīng)力值更多的注入測試來估計(jì)臨層的閉合應(yīng)力支撐劑的正確選擇24低凈壓力下裂縫幾何形狀的實(shí)例裂縫受限擴(kuò)展25徑向裂縫高凈壓力下裂縫幾何形狀的實(shí)例26獲得裂縫閉合應(yīng)力的不同方法壓力降落分析平方根曲線G-函數(shù)分析曲線雙對(duì)數(shù)曲線排量標(biāo)準(zhǔn)化曲線霍納曲線(下限)

脈沖技術(shù)

返排測試

階梯升排量測試(上限)

水力阻抗測試(HIT)27壓降分析小壓裂后的壓力降落階段存在兩種流態(tài)：線性流;壓力降落取決于:液體漏失速率裂縫的柔度徑向流;壓力降落取決于:油藏的擴(kuò)散能力閉合應(yīng)力（壓力）通過兩種流態(tài)間的轉(zhuǎn)換來確定28從壓力降落分析可以得到什么呢？

裂縫閉合壓力(最小應(yīng)力)

液體效率

漏失系數(shù),油藏滲透率和壓力估算的裂縫幾何形狀29壓力降落分析–時(shí)間方根曲線30壓力降落分析－G函數(shù)曲線31壓降分析–雙對(duì)數(shù)△壓力（壓差）曲線32階梯升/返排測試降排量測試開始

小排量逐步增加直到裂縫延伸(?1to10BPM)提供裂縫閉合的上限確定地層完全壓開后終止恒速率返排壓降分析

-沒有明顯的斜率變化閉合?閉合?34可能的解決辦法:使用脈沖技術(shù)張開閉合閉合閉合35脈沖技術(shù)獲得準(zhǔn)確的閉合應(yīng)力小型壓裂區(qū)域的平均閉合應(yīng)力(相對(duì)離井筒更遠(yuǎn)區(qū))簡單和便宜的技術(shù):泵注2次或多次相對(duì)先前注入的小體積脈沖(比如4bbl以10BPM)和

用現(xiàn)場常規(guī)設(shè)備測量壓力降落特別當(dāng)壓降vs.時(shí)間方根曲線上斜率變化不明顯時(shí)應(yīng)該使用該技術(shù)準(zhǔn)確到數(shù)十psi36脈沖技術(shù)的原理在開啟的裂縫中泵注脈沖低的抗撓性由于大的裂縫范圍與之相對(duì)應(yīng)的壓力增長較小較小的寬度增長壓降趨勢(shì)與泵注前相同在閉合的裂縫中泵注脈沖高的抗撓性由于小的裂縫半徑

與之相對(duì)應(yīng)的壓力增長較大裂縫寬度變化較大快的壓力降落37脈沖技術(shù)的原理38降排量測試：可以測量彎曲度瞬時(shí)的排量改變,比如30,20,10和0BPM–具體的排量并不重要，但是變化要快。采用泵注管線最容易施工每級(jí)排量時(shí)間為20秒，壓力平穩(wěn)即可降排量期間裂縫幾何形狀不應(yīng)發(fā)生改變，總降排量測試體積要小于測試注入體積(注:在降排量測試期間pfrac

與Q1/4

不成比例)利用不同排量摩阻的差異39什么是彎曲度?井筒附近的寬度限制40凈壓裂壓力彎曲導(dǎo)致井眼附近的裂縫內(nèi)大的壓力降落關(guān)井后壓力井筒裂縫內(nèi)的距離裂縫端部近井筒摩阻高低41裂縫的擴(kuò)展趨向于垂直最小主應(yīng)力方向

–但在井筒附近情況并非如此42支撐劑段塞–‘標(biāo)準(zhǔn)的’有效性43近井筒摩阻VS.射孔摩阻44近井筒摩阻VS.射孔摩阻45什么是彎曲度－簡化的彎曲模型46降排量測試可以測量彎曲度Source:“SPEpaper29989byC.A.Wrightetal.射孔孔眼摩阻為主47近井筒摩阻為主降排量測試可以測量彎曲度48施工限壓到了－但并沒有泵入儲(chǔ)層高的入口摩阻高的射孔摩阻嚴(yán)重的裂縫彎曲度重新射孔支撐劑段塞初期泵注高粘度液體增加瓜膠含量增加排量改換完井方式49凈壓力擬合用“觀察的”凈壓力擬合計(jì)算的“模型的”凈壓力觀察的凈壓力從地面施工和井下壓力計(jì)壓力來獲得必須通過裂縫閉合壓力、摩阻和靜水柱壓力進(jìn)行校正運(yùn)用以下錨點(diǎn)(下一頁)通過改變模型的凈壓力來擬合觀察的凈壓力50凈壓力擬合錨點(diǎn):裂縫閉合應(yīng)力、液體漏失和ISIP51凈壓力擬合錨點(diǎn):裂縫閉合應(yīng)力、液體漏失和ISIP52凈壓力歷史擬合的關(guān)鍵變量53地層揚(yáng)氏模量從靜態(tài)巖芯的測試獲得模量(模擬壓裂時(shí)的條件)動(dòng)態(tài)模量是靜態(tài)模量的2倍或更多(小心使用!)一旦模量確定，在凈壓力擬合過程中就應(yīng)該是一個(gè)固定參數(shù)揚(yáng)氏模量增加導(dǎo)致裂縫寬度減小(相同的凈壓力)對(duì)于簡單的徑向模型:Lfrac

E1/3(對(duì)相同的凈壓力)模擬結(jié)果對(duì)模量不是非常敏感。54裂縫閉合應(yīng)力差閉合應(yīng)力剖面決定裂縫的形狀均一的應(yīng)力剖面，裂縫為徑向裂縫(理論上凈壓力隨泵注時(shí)間的降低)閉合應(yīng)力阻擋存在的話，高度增長受限(理論上凈壓力隨泵注時(shí)間的增長)阻擋層的有效性取決于閉合應(yīng)力差凈壓力水平“常規(guī)”砂-頁閉合應(yīng)力差為0.05-0.1psi/ft如果有明顯的壓力衰竭(~2/3孔隙壓力)，應(yīng)力差會(huì)增加如果砂巖和頁巖不純的話比較低55閉合應(yīng)力剖面閉合應(yīng)力min

決定開啟裂縫的最小壓力通常閉合應(yīng)力隨深度增加而增加閉合應(yīng)力依巖性而變(頁巖通常比砂巖高)僅僅描述井臨近區(qū)域最小主要應(yīng)力56枯竭:有效應(yīng)力增加;總應(yīng)力減少油藏孔隙巖石模塊未開采油藏生產(chǎn)油藏有效應(yīng)力增加總應(yīng)力減少57眾所周知枯竭的許多因素導(dǎo)致應(yīng)力改變總應(yīng)力減少:枯竭產(chǎn)層里低的破裂梯度(重復(fù)壓裂等)裂縫限制在枯竭層段內(nèi)有效應(yīng)力增加:油藏受壓(地面沉降)支撐縫導(dǎo)流能力減少油藏孔隙度減少(可能還有滲透率)油藏?fù)p耗導(dǎo)致:58孔隙壓力變化改變裂縫方位source:SPEpaper29625byWrightetal.59孔隙壓力變化改變裂縫尺寸60杠桿作用導(dǎo)致高度增長61高度增長取決于應(yīng)力差異和凈壓力62平衡裂縫高度開啟裂縫的杠桿作用導(dǎo)致高度（高度）增長–如果凈壓力低于閉合應(yīng)力差也同樣如此。63滲透率阻擋層怎樣影響裂縫高度增長極高滲透率阻擋層（10mD地層中的1D）可以限制裂縫高度增長Source:T.Quinn,Ph.D.Thesis,MIT64復(fù)合層影響降低了裂縫高度增長65壓裂液漏失的影響壓裂條件下地層滲透率和產(chǎn)量預(yù)測的滲透率差別很大壓裂液的相對(duì)滲透率天然裂縫的開啟通過初始KCl注入壓力降落擬合凈壓力中，滲透率通常是固定的通過測試壓裂壓力降落確定交聯(lián)瓜膠的造壁系數(shù)壓裂施工結(jié)束時(shí)可表現(xiàn)出與小型壓裂是不通的濾失特征.擬合壓后壓力降的關(guān)鍵是來獲得真實(shí)的裂縫尺寸66壓裂液漏失FractureFiltercakeInvadedZoneReservoir濾失層裂縫侵入層油藏<1/10英寸0.5到

3英尺距離范圍100’soffeet67液體濾失方程Ckpvia0046912./CpkCcrrr0037412./CmAw00164.(實(shí)驗(yàn)室測定)ki=濾失層滲透率,darciesp =(x+pnet)-p,psi =地層孔隙度,小數(shù)a =濾出液粘度,cpkr =油藏液體的滲透率,mdCt =總壓縮系數(shù),psi-1r =地層流體粘度,cpm =體積vs時(shí)間曲線斜率A =用來測量Cw的中心面積侵入?yún)^(qū)的液體濾失:未損害層的液體濾失:濾餅的液體濾失:68液體濾失和壓裂液效率低的液體效率短裂縫高濾失長裂縫高的液體效率低濾失VpumpedVfrac效率=69裂縫中支撐劑的作用支撐劑可以到達(dá)裂縫尖端而架橋產(chǎn)生端部砂堵。在以下情況會(huì)發(fā)生：液體漏失比較高裂縫中支撐劑體積比高如果端部砂堵發(fā)生，裂縫就只能在寬度上增長凈壓力與體積成線性增長(Nolte’s單位斜率)70支撐劑對(duì)流－高濃度砂漿向下的傳輸71支撐劑沉降－液體中高比重支撐劑顆粒向下運(yùn)動(dòng)72支撐劑對(duì)流比沉降快w = 裂縫寬度

d = 支撐劑直徑比率Vc/Vs~100-1000可能由于支撐劑包裹效應(yīng)而更高)73由于支撐劑包裹效應(yīng)對(duì)流比其沉降快重砂漿輕砂漿或前置液Source:SPEpaper24825byM.P.Clearyetal.74尖端效應(yīng)

－巖石非線彈性/“端部作用區(qū)”大的壓縮應(yīng)力下巖石的非線性特征在兩個(gè)方向上大的應(yīng)力作用而其它方向沒有限制下巖石會(huì)膨脹端部作用區(qū)(裂縫開啟)減慢裂縫增長裂縫尖端的寬度比預(yù)期的小75尖端效應(yīng)–增加的裂縫擴(kuò)展阻力76裂縫尖端作用區(qū)Shlyapobersky實(shí)驗(yàn)揭示了裂縫作用區(qū)作用區(qū)的規(guī)模是獨(dú)立的，導(dǎo)致水力裂縫端部多裂縫產(chǎn)生導(dǎo)致高凈壓力擴(kuò)展裂縫77尖端效應(yīng)的結(jié)果:增加凈壓力和裂縫寬度非線彈性模型線彈性模型pnetLf非線彈性模型線彈性模型wfracLf78水力壓裂時(shí)多條裂縫同時(shí)擴(kuò)展的證據(jù)連續(xù)取芯及開挖試驗(yàn)直接觀察的多條裂縫擴(kuò)展裂縫在井筒平面外擴(kuò)展觀察高的凈壓裂壓力此后注入的ISIP持續(xù)增長結(jié)論:多裂縫是必然，而不是偶然79多條水力壓裂裂縫擴(kuò)展的原因80支撐壓裂中的多裂縫串NEVADATESTSITEMINEBACKCourtesy:N.R.Warpinski,SandiaLabs81M-SITEBSANDINTERSECTINGWELLCorePhotoProjectedBoreholeFMSImageF11F10F9F8F7F6F5F4F3F2F146754676467746782-1/2in.Coredia.Courtesy:N.R.Warpinski82多條水力裂縫的結(jié)果:增加凈壓力83多條水力裂縫的結(jié)果:減少裂縫尺寸和寬度8485慎重使用多裂縫參數(shù)來進(jìn)行模擬高凈壓力潛在的原因:高度受限的裂縫擴(kuò)展孔隙壓力增加導(dǎo)致裂縫閉合應(yīng)力增長比預(yù)期高的揚(yáng)氏模量裂縫尖端效應(yīng)端部砂堵多條裂縫的同時(shí)擴(kuò)展86FracproPT

多裂縫……...來探險(xiǎn)更深、更黑的世界F9油藏參數(shù)“多裂縫”屏幕FracproPT是目前可用的功能強(qiáng)大的壓裂工程系統(tǒng)”使用一把鋸和錘子，弄壞你的手指遠(yuǎn)比制作家具容易方法:仔細(xì)的和一致的多裂縫使用(方法論)表格的使用要合理考慮巖石和完井特性!僅僅在泵注過程中改變多裂縫設(shè)置不同射孔方案導(dǎo)致不同的裂縫幾何形狀88FracproPT中的等效多裂縫89應(yīng)用優(yōu)化壓裂施工設(shè)計(jì)和改進(jìn)完井設(shè)計(jì)解決裂縫入口摩阻問題使常規(guī)化前置體積量達(dá)到適應(yīng)地質(zhì)變化的要求新區(qū)塊的壓裂設(shè)計(jì)90應(yīng)用實(shí)例--前置液階段的“超壓”地層: 天然壓裂白云巖@8900’(gas)完井: 5-1/2”壓裂套管柱,最大壓力6000psi; 70’射孔彈4SPF,90,0.45”直徑;

先前酸化70加侖/英尺20%HCl情形: 越來越低的吸水能力導(dǎo)致前置液階段超壓

診斷: 嚴(yán)重的近井筒裂縫彎曲措施: 前置液中早期加入1和2PPG的支撐劑段塞，砂堵多裂縫91Time(mins)Surfacepressure(psi),Proppantloading(ppg)Slurryrate(bpm),Bottomholeprop.concentration(ppg)

0.0

30.0

60.0

90.0

120.0

150.0

0

1200

2400

3600

4800

6000

0.0

20.0

40.0

60.0

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100.0

0.00

4.00

8.00

12.00

16.00

20.00

0.00

4.00

8.00

16.00

20.001400psi減少(1stslug)地面壓力限制S/D#2:300psi彎曲增加的最大支撐劑濃度S/D#1:1700psi彎曲;小的射孔摩阻.泵注末期的零彎曲92臨井早期前置液壓力超高早期泵注的支撐劑柱塞(1ppg)阻止了可能的壓力超高，減少了彎曲度1400psi。彎曲度的減少可以讓泵注作業(yè)遠(yuǎn)低于地面壓力限制的6000psi。根據(jù)壓力反應(yīng)，最大支撐劑濃度可以實(shí)時(shí)增加（從4到6ppg）以獲得高的裂縫導(dǎo)流能力。壓裂的結(jié)果為增產(chǎn)3倍（與酸壓相比）達(dá)到3MMSCFD93應(yīng)用實(shí)例–裂縫半長的實(shí)際估計(jì)地層: 硬砂巖@7600’(gas)完井: 5-1/2”壓裂套管;40’射孔彈4SPF,90

相位,0.31”直徑情況:預(yù)期的600ft裂縫半長產(chǎn)量讓人不敢恭維(根據(jù)沒有實(shí)時(shí)反饋的裂縫增長模擬)診斷: 砂/頁巖應(yīng)力差異要比估計(jì)的低，導(dǎo)致明顯的裂縫高度增長和更短的裂縫長度(250’)辦法: 運(yùn)用壓裂壓力分析來優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)94運(yùn)用初始假設(shè)的0.2psi/ft的砂/頁巖應(yīng)力差不能擬合觀察的凈壓力，當(dāng)砂/頁巖應(yīng)力差異較小時(shí)(0.05-0.1psi/ft)，裂縫高度增長明顯，導(dǎo)致裂縫半長更小。應(yīng)用實(shí)例–裂縫半長的實(shí)際估計(jì)95根據(jù)偶極聲波，初始砂-頁巖應(yīng)力差估計(jì)為0.2psi/ft估計(jì)裂縫半長為600英尺產(chǎn)量相對(duì)較低根據(jù)假設(shè)的閉合應(yīng)力差不能擬合凈壓力，在0.1psi/ft的應(yīng)力差下凈壓力擬合實(shí)際裂縫半長大約為250英尺直接測量實(shí)際的閉合應(yīng)力，證實(shí)了推斷的凈壓力值運(yùn)用實(shí)際裂縫半長和實(shí)際數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化壓裂方案應(yīng)用實(shí)例–裂縫半長的實(shí)際估計(jì)96應(yīng)用實(shí)例–端部砂堵來獲得足夠的導(dǎo)流能力地層: 6000英尺高滲透層積砂巖(油)完井: 斜井筒，3-1/2”壓裂油管柱 30’射孔彈4SPF,180

相位導(dǎo)向射孔,0.5”直徑情況: 高滲層中相對(duì)低的壓后產(chǎn)量診斷: 支撐裂縫導(dǎo)流能力不夠方法: 增大壓裂規(guī)模，運(yùn)用現(xiàn)場壓裂壓力分析來獲得持續(xù)的端部脫砂，以提高裂縫導(dǎo)流能力。97運(yùn)用測試壓裂的漏失校核，進(jìn)行了TSO設(shè)計(jì)的前置液量分析。凈壓力擬合表明，由于發(fā)生端部脫砂，壓力明顯增加

。BreakdowninjectionMinifracPadfluidvolumeadjustedbasedonleakoffbehaviorfollowingcrosslinkgelminifracTipscreen-outinitiation應(yīng)用實(shí)例–端部砂堵來獲得足夠的導(dǎo)流能力98裂縫導(dǎo)流能力限制產(chǎn)量KuparukA超過90％的壓裂施工都發(fā)生了端部脫砂校核漏失系數(shù)成功確定前置液量每次壓裂都開展現(xiàn)場實(shí)時(shí)閉合應(yīng)力分析，以確保泵注合適的前置液量應(yīng)用實(shí)例–端部砂堵來獲得足夠的導(dǎo)流能力99實(shí)際數(shù)據(jù):日本壓裂的實(shí)例在日本火成巖油藏，深部氣井非常高的凈壓裂壓力由于多水力裂縫在某種程度上的同時(shí)擴(kuò)展實(shí)例提供端部影響和多裂縫擴(kuò)展之間大體的平衡導(dǎo)致很窄的裂縫寬度（低導(dǎo)流能力）和早期的不完全的砂堵產(chǎn)量/壓力恢復(fù)測試表明，由于1/3支撐劑單層上增加的有效應(yīng)力，短而有效的裂縫半長(~45ft)同早期產(chǎn)量一起消失了。100壓裂施工導(dǎo)致早期近井筒砂堵(Courtesy:JNOC/TeikokuOilCo.,Japan).砂堵3ppg(BHproploading)27,000lbsof20/40目支撐劑101怎么解釋非常高的觀察凈壓力?非常小的裂縫高度，幾乎完美的包圍(需要~7,000psi閉合應(yīng)力差異)極度的裂縫端部影響大量的多裂縫同時(shí)擴(kuò)展(可能結(jié)合端部影響?)??102多裂縫和端部效應(yīng)之間的平衡（運(yùn)用簡化的彈性/質(zhì)量平衡），以擬合4000psi