壓裂施工動(dòng)態(tài)曲線及特征分析

1、壓裂施工動(dòng)態(tài)曲線及特征分析壓裂是油氣井增產(chǎn)、 注水井增注的一項(xiàng)重要技術(shù)措 施，其基本方法是利用地面高壓泵組將高粘液體以大 大超過地層吸收能力的排量注入井中，隨即在井底蹩 起高壓，當(dāng)此壓力大于井壁附近的地應(yīng)力和地層巖石 抗張強(qiáng)度時(shí)，在井底附近地層裂縫內(nèi)繼續(xù)注入帶有支 撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑，關(guān)井后 裂縫閉合在支撐劑上，從而在地層內(nèi)形成一條只有一 定長度、寬度和高度的高導(dǎo)流能力的填砂裂縫供油氣 流進(jìn)筒內(nèi)，由于裂縫導(dǎo)流能力比地層的孔隙通道導(dǎo)流 能力大得多，相應(yīng)地油氣滲流阻力大為降低，達(dá)到增 產(chǎn)目的。壓裂施工過程的主要步驟1. 循環(huán)：每臺(tái)壓裂車在地面管線系統(tǒng)單獨(dú)循環(huán) （不 通過井口），

2、即從供液罐混砂車、壓裂車高壓管 匯供液罐組成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。目的是了解供液罐供 水情況和每臺(tái)壓裂車的上水情況。2. 試壓：地面高壓管匯試壓，目的是檢查井口（總 閘門以上部位）及高壓管線系統(tǒng)連接部位受壓情況， 以保證正常施工。3. 試擠：用12臺(tái)壓裂車小排量向地層擠入液體， 了解井下管柱是否暢通和地層的吸收能力。4. 壓裂：在試擠的基礎(chǔ)上， 證明地層有一定的吸收 能力后，繼續(xù)提高排量，在井底產(chǎn)生足夠的壓力，迫 使地層形成裂縫。5. 加砂：地層已形成裂縫后， 用壓裂液攜帶一定數(shù) 量的砂子（支撐劑）沿著形成的裂縫向地層注入。6. 替擠：預(yù)定的攜砂液注完后， 泵入不帶砂子的壓 裂液（或其它液體），將井筒

3、內(nèi)的攜砂液全部替入地 層裂縫內(nèi)。7. 求產(chǎn)：利用原壓裂液施工管柱或更換壓裂施工管 柱進(jìn)行壓裂液返排，并求得穩(wěn)定的地層產(chǎn)量后投入開 發(fā)。上述的試擠、壓裂、加砂、替擠是壓裂施工中的 4 個(gè)主要步驟，其間的施工泵壓、排量、混砂比、套壓 隨施工時(shí)間的變化曲線組成壓裂施工動(dòng)態(tài)變化曲線。壓裂施工動(dòng)態(tài)曲線分析1. 試擠壓裂過程中兩種曲線類型試擠、壓裂是整個(gè)過程中短時(shí)間內(nèi)的兩個(gè)連續(xù)步 驟，約占整個(gè)施工時(shí)間的 1/5 ，往往把試擠、壓裂兩 個(gè)過程的施工曲線統(tǒng)稱為試擠曲線。（1）試擠曲線類型 有破裂顯示型： 指地層有明顯壓開顯示。 往往有 三種情況可以判定地層是否壓開：第一，泵壓迅速下 降，排量上升；第二，泵壓不

4、變，排量上升；第三， 排量不變，泵壓上升到一定高度后迅速下降。 無破裂顯示： 指地層無明顯的壓開顯示。 泵壓隨 著排量的增加而增加。（ 2）試擠曲線認(rèn)識(shí)分析 試擠曲線的類型與壓裂液性質(zhì)關(guān)系不大。 統(tǒng)計(jì)結(jié) 果說明，用不同性質(zhì)的壓裂液，其試擠曲線類型所占 比例基本接近，由此可以說“試擠”曲線類型與壓裂 液性質(zhì)關(guān)系不大。從理論上講，一次破裂顯示產(chǎn)生一 條裂縫，多次破裂可能顯示多條裂縫。 無明顯破裂顯示可能與地層的原生裂縫有關(guān)。 無 明顯破裂顯示，并不等于地層沒有形成裂縫，而只能 說明地層產(chǎn)生裂縫時(shí)所引起的泵壓或排量變化在地 面反映不明顯。在現(xiàn)場施工時(shí)盡管無明顯破裂顯示， 只要判斷地層確定擠壓開了，同

5、樣可以將支撐劑（砂 子）加入地層中。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析無明顯破裂顯示的層往 往是：地層位于斷層附近、地層微裂縫發(fā)育、地層處 于構(gòu)造軸部、重復(fù)措施層、高含水地層。2. 加砂施工過程中曲線類型（1）加砂施工過程中曲線類型、特點(diǎn)下降型： 其特點(diǎn)是當(dāng)注入排量穩(wěn)定， 隨壓開裂縫 的延伸和擴(kuò)展，混砂比逐漸加大，泵壓連續(xù)下降。下降穩(wěn)定性： 其特點(diǎn)為注入排量相對穩(wěn)定時(shí)， 隨 著裂縫延伸和擴(kuò)展， 混砂比逐步增加， 泵壓連續(xù)下降， 但下降至一定程度后處于一個(gè)相對穩(wěn)定的區(qū)間。上述 兩種曲線基本上屬于同一種類型，目前，大多數(shù)壓裂 施工加砂曲線均屬此兩種曲線類型。 波動(dòng)型： 特點(diǎn)為注入液體排量穩(wěn)定， 混砂比基本 穩(wěn)定，隨著裂縫

6、的延伸和擴(kuò)展，泵壓波動(dòng)起伏。目前 現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)此類曲線類型約占 20%左右。 上升型： 其曲線特點(diǎn)為注入液體排量穩(wěn)定， 混砂 穩(wěn)定或提高，泵壓連續(xù)上升， 此類曲線類型約占 10%。 穩(wěn)定型： 其特點(diǎn)為注入液體的排量穩(wěn)定， 混砂比 穩(wěn)定或提高，泵壓基本不變，此類曲線類型約占5% 10%。（ 2）加砂曲線形態(tài)認(rèn)識(shí)分析 加砂曲線的形態(tài)與壓裂液的性質(zhì)有關(guān)： 壓裂液性 質(zhì)好壞，其攜砂能力、摩阻等有很大差別，實(shí)踐證實(shí) 在其他條件相同時(shí)，高粘度水基壓裂液（口 lOOOmPa s）比低粘度水基壓裂液（口 v 50mPa s） 造成的裂縫寬度和長度要大35倍。因此高粘度凝 膠水基壓裂液能產(chǎn)生長而寬的裂縫，攜砂液容易

7、在裂 縫中運(yùn)動(dòng)，往往高粘度壓裂液的加砂曲線形態(tài)多為下 降型和下降穩(wěn)定型；低粘度壓裂液的加砂曲線形態(tài)有 下降型、下降穩(wěn)定型和波動(dòng)型，部分還為上升型。 加砂曲線形態(tài)與地層地質(zhì)性質(zhì)有關(guān)： 地層物性較 好，且均質(zhì)，其曲線多為下降型，地層物性變化大， 滲透率變化時(shí)好時(shí)差，攜砂液在裂縫中形成時(shí)通時(shí) 阻，致使泵壓上、下波動(dòng)，曲線多為波動(dòng)型。 加砂曲線特點(diǎn)剖析裂縫中液體流動(dòng)的連續(xù)方程式為Q= +dv/dt1）裂縫的體積V=LWH由于裂縫在延伸過程中的縫寬與縫內(nèi)壓力的變化 基本是一致的，即C=W/P因此V=LPCH2)式中各參數(shù)都是沿縫長的平均值，把（ 2）式代入（1）式，并表示之為 At不增量，得Q=X +L

8、PCH(A L/L+ A P/P+A C/C+A H/H) / At（3）式中：Q流入裂縫的體積流量；入液體的體積漏失速度;L、 L縫長及其增量;P、 P縫內(nèi)壓力及其增量；c、 c縫寬與壓力參數(shù)比例系數(shù)及 其增量；H、 H縫高及其增量。由方程式作加砂曲線特點(diǎn)原因剖析：下降、下降穩(wěn)定型：在 P-t 雙對數(shù)坐標(biāo)系中，曲線 斜率為負(fù)值，當(dāng)壓力AP有明顯降低時(shí)，在等式中可 以看出 L、AC H X必有明顯提高。液體濾失 量X可能由于裂縫穿過微隙而有所增加，但不能使 注入壓力有較大的降低；若縫長AL 有較大延伸，與 壓力較大降低不相容；在壓力降低的情況下，一致性 參數(shù)C增加沒有多少物理意義。因此，造成此

9、類曲線 特點(diǎn)的主要原因可能是裂縫縫高AH 的增加。波動(dòng)型： 主要受地層物性特征影響， 同一地層物性 的嚴(yán)重非均質(zhì)性是造成此類曲線特點(diǎn)的主要原因。上升型：現(xiàn)場施工中“上升型”加砂曲線一般有兩 種形態(tài)。第一種是在 P-t 雙對數(shù)坐標(biāo)系中，曲線斜率 在0.1250.20之間，即上升速度非常緩慢，說明裂 縫在一定的條件下緩慢延伸，分析主要是巖性致密， 造成加砂量及注入液體排量不大；第二種是在 P-t 雙 對數(shù)坐標(biāo)上， 曲線斜率接近 1，即壓力正比例于時(shí)間， 也就是壓力的增量比例于注入液體體積的增量，分析 主要是攜砂液在縫內(nèi)存在嚴(yán)重的堵塞，也就是縫中砂 卡造成。穩(wěn)定型：此類加砂曲線形態(tài)目前還很難明確說明

10、其 物理意義。因?yàn)閺模?）式中分析，壓力的升高率AP 很小，若認(rèn)為是縫長AL有較大的增加造成，但與井 底壓力應(yīng)隨縫長的增加而增加的原則相違背；多數(shù)情 況下縫高AH增加將出現(xiàn)壓力的降低；而一致性參數(shù) C的增加，將使縫寬增加，在比較長的壓力不變的 時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)縫寬的增加，除了層面間的滑動(dòng)外，也 是不可能的。因此，造成此類曲線形態(tài)的主要原因就 只有可能是濾失量 入的增加，往往是又有新縫壓開 或天然縫隙張開，增加了濾失量，使不斷注入的液體 被濾失所平衡，則壓力維持常數(shù)，縫長得不到延伸。3. 替擠曲線特點(diǎn)替擠施工曲線沒有特殊性， 只是由于井筒內(nèi)攜砂液 被不含有砂粒的頂替液所替換，從而使液柱回壓降 低，地

11、面泵壓約高于最后加砂曲線的泵壓值。壓裂施工動(dòng)態(tài)曲線的作用1. 壓裂施工動(dòng)態(tài)曲線目前一般是儀器車自動(dòng)監(jiān)測 記錄的它可隨時(shí)修改必要的施工參數(shù)， 以保證整個(gè)施工的 順利、安全。在整個(gè)壓裂加砂過程中，最令人擔(dān)心的 是出現(xiàn)兩種曲線類型，即上升型（指壓力曲線突然上 升）、穩(wěn)定型（指等壓區(qū)段過長）。壓力曲線突然上 升說明可能層內(nèi)存在嚴(yán)重堵塞，也可能是壓裂液質(zhì)量 問題造成井筒內(nèi)沉砂堵塞；壓力曲線等壓區(qū)段的出 現(xiàn)，說明裂縫延伸速度將減慢，很可能隨之而來的是 砂卡后果，因此稱此壓力為“臨界壓力”。當(dāng)施工壓 力達(dá)到臨界壓力時(shí)，應(yīng)及時(shí)降低井底處理壓力，使低 于臨界壓力或使臨界壓力出現(xiàn)在快要結(jié)束施工的時(shí) 刻，降低排量，

12、減小粘度，暫停加砂，打緩沖液等方 法可以使壓力降低，但要注意不影響填砂縫長。2. 壓裂施工曲線可以間接預(yù)測壓裂效果 試擠有多破裂顯示， 表明可能地層被解堵或壓開 多條裂縫，這樣大大改善了地層滲透性，降低了油氣 滲流阻力，地層產(chǎn)量會(huì)增加。 在同樣壓裂液和同樣排量下， 加砂時(shí)壓力下降幅 度大，表明地層裂縫形成好，攜砂液在裂縫中運(yùn)動(dòng)阻 力小，往往地層改造后產(chǎn)液能力好，增產(chǎn)幅度大。 替擠時(shí)地下壓差越大越好， 這表明經(jīng)過壓裂后地 層吸收能力顯著增加，滲透能力大為改善，增產(chǎn)效果 也會(huì)明顯。3. 壓裂施工曲線可幫助判斷高含水層是否壓開對于一些沒有分層測試的井和高含水層不清的井， 可以根據(jù)高含水層無明顯破裂顯示的特點(diǎn)，判斷壓開 層段含水情況。結(jié)論1. 試擠動(dòng)態(tài)曲線分為有破裂顯