水力压裂诊断技术

水力压裂诊断技术 目 录 一、概述 二、国内外水力压裂诊断技术 三、胜利油田水力压裂诊断技术的应用 四、结论 1、 更好的了解压裂作业行为 2、更好的了解压后生产动态 一、概述 裂缝诊断技术的重要作用 3、优化压裂方案及经济效益 1）压裂裂缝的尺寸 2）多裂缝的发展情况 3）脱砂的原因 1）支撑裂缝是否覆盖 产层 2）人工裂缝是否沟通 天然裂缝 1）压裂裂缝缝长、缝高与施工规模的关系 2）获得最佳的压裂设计 诊断技术主要有： 1、直接诊断技术 (测量裂缝尺寸、方向 )如微地震裂缝描述、地面一地下测斜仪裂缝描述及井温测试、同位素测试、 踪技术等。 2、间接诊断技术 (根据裂缝模型进行测量，这一方法成本低 )，包括试井分析、净压力分析 (裂缝模型 )、生产数据分析等。 目 录 一、概述 二、国内外水力压裂诊断技术 三、胜利油田水力压裂诊断技术的应用 四、结论 二、国内外水力压裂诊断技术 1、水力压裂诊断技术的发展 2、间接水力压裂诊断技术 3、直接水力压裂诊断技术 4、诊断技术的对比 30年代后期、 80年代初期 净压力分析技术发展于 80年代后期、 90年代初期 直接诊断技术发展于 90年代后期，监测结果与计算模型有相符的、有不相符的 1、水力压裂诊断技术的发展 目前发展的新工程技术方法 通过测井曲线、压裂模型、经济优化得出压裂设计方案 直接测量裂缝形态 校准压裂计算模型 压裂作业实施 评估作业压力 压后生产动态分析 压裂作业方案优化 1）净压力分析技术 通过净压力的拟合分析定量描述裂缝发育条数、几何尺寸、判断油藏的 应力敏感性、压裂液效率等关键参数，利用净压力拟合技术建立了多裂缝的 计算模型，通过多裂缝的描述，可反映压裂裂缝的复杂程度以及天然裂缝发 育程度对压裂改造的影响程度。多裂缝的模型的建立可用来解释施工过程较 高的净压力，从而指导压裂方案的调整，提高开发效益。 2、间接水力压裂诊断技术 天然裂缝网络 压裂液在基质及天然裂缝的流动特征 2)压裂压力诊断技术 利用测得的压力及压力降落资料可以获取压裂液的性质参数及裂缝几何参数，对于实施加砂压裂是相当有效和重要的。压裂压力诊断技术是根据压裂施工期间和停泵后井底压力的变化，预测压裂过程中裂缝延伸和有关的地层及压裂液关键参数，用于指导压裂方案的设计合压裂施工。 2、间接水力压裂诊断技术 3) 生产动态分析 对生产井压裂后的分析，可以使用油藏数值模拟，也可以使用标准曲线模型，是另外一种间接进行监测裂缝几何尺寸的方法。本方法的难点在于：表观裂缝长度仅仅反映了最大排液量和“有效”裂缝长度， 不是真实产生的裂缝或者人造裂缝长度。而且生产分析不能反映裂缝高度和裂缝容积。 4）压力恢复测试 : 压裂施工前不进行这一工作，因此不能根据压裂施工后的压力恢复测试结果去分析裂缝长度数据，但是可根据这一测试结果分析水力压裂所产生的效果。在双对数曲线上很容易看出以下裂缝参数：裂缝长短、裂缝导流能力的高低。 优点： 成本较低 提供裂缝动态变化 裂缝压力分析、生产动态分析、试井分析 缺点： 具有多解、需要结合远场直接测量结果校准计算模型 不能提供压裂裂缝增长的详细资料 2、间接水力压裂诊断技术 1）直接近井筒诊断技术 （ 1）放射性同位素测量技术 压裂时将放射性同位素混入支撑剂及压裂液中，压裂施工后利用伽马仪测量并筒附近 利用多种同位素进行测并以确定前置液用量及不同砂比条件下的携砂量。这一技术只能测量裂缝高度的上下界。 3、直接水力压裂诊断技术 (2)井温测井技术 注入压裂液时地层温度下降，压裂前测量压裂层温度基线，压裂后在 24小时内进行多次温度测并，通过比较温度曲线即可推断地层中的热交换现象。温度恢复最慢的层段即是进入压裂液最多的层段。 （ 3）生产测井： 流体在并筒中进入地层时产生声音，声波测井即能测出这一点，生产测并有以下内容：地层流量，温度，压力，流体密度及伽马射线。根据生产测并可确定套管射孔段地层流体的流量、类型。在裸眼并中也可利用上述方法测量并筒附近的裂缝高度。在套管并中可确定已产生裂缝的射孔层段，这一点在进行多层压裂时很重要 (可确定哪些层位己压裂成功 )。 （ 4）井下电视： 利用并下电视在套管并中确定产层。如果用于裸眼井，那么可根据天然裂缝、人工裂缝确定地应力方向及裂缝高度下界。 （ 5） 井径测井： 并径仪可测量并筒形状，根据并筒形状再确定最大主应力方向 (裂缝方位 )。压裂施工前在裸眼井中测量井简形状。 （ 6）井筒成像测井 判断最小主应力方向形成的天然裂缝和诱导裂缝。 六臂倾角测井 电阻率成像 声波成像测井 诱导裂缝成像分析 分层地应力剖面 27352740274527502755276027652770277527802785279027952800280528100 缝 宽 缝 长 （ 7） 踪技术：评价裂缝的长 、宽 、 高 、 支撑剂的铺置情况 、 压裂液的滤失等 示踪剂测井实例 左边的示踪剂曲线是在压裂施工后进行的。蓝色的为早期注入的支撑剂（砂浆总体积的 2/3），而红色的为后期注入的支撑剂（砂浆总体积的1/3）。从测试曲线上可以看到在上部产层 少的支撑剂浓度分布在该产层。 右图为重复压裂后的测试曲线。第二次施工时支撑剂浓度用黄色表示。从测试曲线上可以看到在上部产层铺置了合适的支撑剂浓度。产量曲线也证明了示踪技术的正确性，二次压裂后产量增加了 1倍。通过利用示踪技术有效的改造了产层，提高了油井的产量和效益。 近井筒直接诊断技术 优缺点： 提供近井筒压裂裂缝尺寸 压后监测 不能实时进行监测 由几个单独的测井工具组成 主要技术瓶颈： 仅能提供距离井筒 仅能提供压裂裂缝缝高的最小值 不能提供压裂裂缝微小的尺寸变化 3）直接远场诊断技术 （ 1）地面 产生水力裂缝时其附近的岩石要变形，所产生的一条水力裂缝导致周围岩石发生了特征变形。通过灵敏度高的测斜仪在所引起的几处倾斜位置 (变形派生出的 ) 上测量到的水力裂缝，通过反演可以得到裂缝的方位和几何形态，可以用于测量超过 3000米深度的（大型）压裂施工。 地面测斜仪技术原理 裂 缝 表面形成的诱导裂缝 邻井井底测斜仪 压裂过程中造成的变形场在地面上主要是裂缝方位角、倾角、距裂缝中心深度以及裂缝总体积的函数。变形区是一个两条对称隆起带（如果裂缝是倾斜的，则隆起就是不对称的）。 邻井井底测斜仪监测实例 压裂井 裂缝半长 （ 2）微地震测试原理 水力裂缝附近会产生岩石滑动现象，微地震裂缝描述技术通过探测岩石滑动而确定裂缝形状。这种技术利用压力波与剪切波确定裂缝几何形状。 在水力压裂期间，通过微地震成像能确定裂缝增长动态。直接应用微地震图像确定裂缝大小、方向及复杂性。 在压裂作业中，根据地震形变估算裂缝动态，及时作出调整作业的决策、评价调整后注入方案的有效性。 三分量测试仪 微地震活动 （ 2）微地震测试原理 地层滑移产生 P & S 波 (压缩波 & 剪切波 ) 两种波的速度不同 P 波波速 利用三分量检波器接收 P S 剪切滑移 P(S(P(S(检波器 X Y 微地震波波形 P S 微地震测试实例 缝模型预测 修正的裂缝模型计算的尺寸 直接裂缝诊断技术得到的结果 表面测斜仪 裂缝方位 , 倾角、多裂缝的延伸 压裂裂缝中心近似的位置 裂缝的复杂性 (多裂缝平面的延伸 ) 实时的地面变形图 井底实时监测测斜仪 随时间变化的裂缝高度、长度、宽度 压裂裂缝模型的校准 微地震监测 虽时间变化的裂缝高度、长度、方位 压裂裂缝模型的校准 直接监测结果与计算结果对比 D o w n h o l e t i l t e p t hS i m p l i f i e d f r a c g e o m e t r 00 1000 1500 2000D o w n h o l e T i l t ( M i c r o r a d i a n s ) i l t m e a s u r e d b y t i l t m e t e rT i l t f r o m s i m p l i f i e d m o d e lT i l t f r o m r e a l i s t i c m o d e lR e a l i s t i c f r a c g e o m e t r y = 1 际的裂缝形态 理想的裂缝形态 裂缝尺寸 优点 : 可用于作业井 (在周围观察井，影响产量 ) 可直接用于压裂井的增产方案的调整 (检测小型压裂动态、重新设计压裂方案 ) 可决定压裂裂缝的宽度、高度，校准压裂计算模型 对于裂缝高度有较好的解释结果，可监测裂缝充填等小型施工 可用于任何地层 缺点 : 仅适用于非加砂压裂作业如小型压裂、酸压等 不能直接监测压裂裂缝半长 当运行仪器是，观察井必须关井，减少不必要的噪声影响 下井时需要保护装置 直接远场的诊断技术 水力压裂诊断技术对比 4、诊断技术的对比 目 录 一、概述 二、国内外水力压裂诊断技术 三、胜利油田水力压裂诊断技术的应用 四、结论 1、压裂压力诊断技术 三、胜利油田水力压裂诊断技术的应用 1、 压裂压力诊断实例 60 认为裂缝开张使滤失系数增大 3 现场采用暂堵 、 分步加砂工艺压裂改造成功率 100%， 104t， 效果显著 。 滨 660埋深： 2380量： 415 104t 开发层系：沙四段 渗透率： 10（多为开启构造缝） 三、胜利油田水力压裂诊断技术的应用 函数分析 1、压裂压力诊断实例 为多条天然裂缝逐渐开启形成较大的压裂液滤失网络，裂缝滤失系数是基质滤失的 场制定了相应的工艺对策，压裂获得了成功，突破了压裂瓶颈。 2、净压力分析技术应用实例 e (mi n )Ne t (MP a ) Sl u a m? mi n )p Co n c (m? Ob se d Ne t (MP a ) 0252. 0336. 0420. 01234567890 10 20 30 40 50 60施 工 时 间 ( m i n )开启的裂缝数(条)开启的天然裂缝计算 然裂缝不断开启，裂缝组数由 3条增加到 8条，最大支撑缝宽为 均缝宽为 优化设计提供参考。 通过净压力的拟合可描述天然裂缝对压裂压力的影响 100 0 100 200 300 400 500 600樊 1 2 8 - 5樊 128樊 1 2 8 - 2樊 1 2 8 - 1 樊 1 2 8 - 5 井2 5 4 0 . 4 - 2 5 6 2 . 6 8 月 25 日L = 2 0 4 . 8 胜利、江苏、中原、四川、东北等油区已测量了 200多井次 三、胜利油田水力压裂诊断技术的应用 史深100断块井位布署图 直接诊断技术实例 00区块开发前期，开展裂缝方位测试，精细研究地应力场分布规律，合理布署井网。 油井 水井 图 例： 垂直断层 拟转注井 史深 100断块开发曲线 0200400600800日产液（油），t/0102030含水，%0510151994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002采出程度