压裂施工动态曲线及特征分析.docx
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压裂施工动态曲线及特征分析
压裂施工动态曲线及特征分析
压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，其基本方法是利用地面高压泵组将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，随即在井底蹩起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层裂缝内继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在地层内形成一条只有一定长度、宽度和高度的高导流能力的填砂裂缝供油气流进筒内，由于裂缝导流能力比地层的孔隙通道导流能力大得多，相应地油气渗流阻力大为降低，达到增产目的。
压裂施工过程的主要步骤
1.循环：
每台压裂车在地面管线系统单独循环（不通过井口），即从供液罐—混砂车、压裂车—高压管汇—供液罐组成一个循环系统。
目的是了解供液罐供水情况和每台压裂车的上水情况。
2.试压：
地面高压管汇试压，目的是检查井口（总闸门以上部位）及高压管线系统连接部位受压情况，以保证正常施工。
3.试挤：
用1～2台压裂车小排量向地层挤入液体，了解井下管柱是否畅通和地层的吸收能力。
4.压裂：
在试挤的基础上，证明地层有一定的吸收能力后，继续提高排量，在井底产生足够的压力，迫使地层形成裂缝。
5.加砂：
地层已形成裂缝后，用压裂液携带一定数量的砂子（支撑剂）沿着形成的裂缝向地层注入。
6.替挤：
预定的携砂液注完后，泵入不带砂子的压裂液（或其它液体），将井筒内的携砂液全部替入地层裂缝内。
7.求产：
利用原压裂液施工管柱或更换压裂施工管柱进行压裂液返排，并求得稳定的地层产量后投入开发。
上述的试挤、压裂、加砂、替挤是压裂施工中的4个主要步骤，其间的施工泵压、排量、混砂比、套压随施工时间的变化曲线组成压裂施工动态变化曲线。
压裂施工动态曲线分析
1.试挤—压裂过程中两种曲线类型
试挤、压裂是整个过程中短时间内的两个连续步骤，约占整个施工时间的1/5，往往把试挤、压裂两个过程的施工曲线统称为试挤曲线。
（1）试挤曲线类型
①有破裂显示型：
指地层有明显压开显示。
往往有三种情况可以判定地层是否压开：
第一，泵压迅速下降，排量上升；第二，泵压不变，排量上升；第三，排量不变，泵压上升到一定高度后迅速下降。
②无破裂显示：
指地层无明显的压开显示。
泵压随着排量的增加而增加。
（2）试挤曲线认识分析
①试挤曲线的类型与压裂液性质关系不大。
统计结果说明，用不同性质的压裂液，其试挤曲线类型所占比例基本接近，由此可以说“试挤”曲线类型与压裂液性质关系不大。
从理论上讲，一次破裂显示产生一条裂缝，多次破裂可能显示多条裂缝。
②无明显破裂显示可能与地层的原生裂缝有关。
无明显破裂显示，并不等于地层没有形成裂缝，而只能说明地层产生裂缝时所引起的泵压或排量变化在地面反映不明显。
在现场施工时尽管无明显破裂显示，只要判断地层确定挤压开了，同样可以将支撑剂（砂子）加入地层中。
据统计分析无明显破裂显示的层往往是：
地层位于断层附近、地层微裂缝发育、地层处于构造轴部、重复措施层、高含水地层。
2.加砂施工过程中曲线类型
（1）加砂施工过程中曲线类型、特点
①下降型：
其特点是当注入排量稳定，随压开裂缝的延伸和扩展，混砂比逐渐加大，泵压连续下降。
②下降稳定性：
其特点为注入排量相对稳定时，随着裂缝延伸和扩展，混砂比逐步增加，泵压连续下降，但下降至一定程度后处于一个相对稳定的区间。
上述两种曲线基本上属于同一种类型，目前，大多数压裂施工加砂曲线均属此两种曲线类型。
③波动型：
特点为注入液体排量稳定，混砂比基本稳定，随着裂缝的延伸和扩展，泵压波动起伏。
目前现场发现此类曲线类型约占20%左右。
④上升型：
其曲线特点为注入液体排量稳定，混砂稳定或提高，泵压连续上升，此类曲线类型约占10%。
⑤稳定型：
其特点为注入液体的排量稳定，混砂比稳定或提高，泵压基本不变，此类曲线类型约占5%～10%。
（2）加砂曲线形态认识分析
①加砂曲线的形态与压裂液的性质有关：
压裂液性质好坏，其携砂能力、摩阻等有很大差别，实践证实在其他条件相同时，高粘度水基压裂液（μ＞1000mPa·s）比低粘度水基压裂液（μ＜50mPa·s）造成的裂缝宽度和长度要大3～5倍。
因此高粘度凝胶水基压裂液能产生长而宽的裂缝，携砂液容易在裂缝中运动，往往高粘度压裂液的加砂曲线形态多为下降型和下降稳定型；低粘度压裂液的加砂曲线形态有下降型、下降稳定型和波动型，部分还为上升型。
②加砂曲线形态与地层地质性质有关：
地层物性较好，且均质，其曲线多为下降型，地层物性变化大，渗透率变化时好时差，携砂液在裂缝中形成时通时阻，致使泵压上、下波动，曲线多为波动型。
③加砂曲线特点剖析
裂缝中液体流动的连续方程式为
Q=λ+dv/dt
（1）
裂缝的体积 V=LWH
由于裂缝在延伸过程中的缝宽与缝内压力的变化基本是一致的，即C=W/P，因此
V=LPCH
（2）
式中各参数都是沿缝长的平均值，把
（2）式代入
（1）式，并表示之为Δt不增量，得
Q=λ+LPCH（ΔL/L+ΔP/P+ΔC/C+ΔH/H）/Δt
（3）
式中：
Q——流入裂缝的体积流量；
λ——液体的体积漏失速度；
L、△L——缝长及其增量；
P、△P——缝内压力及其增量；
C、△C——缝宽与压力参数比例系数及其增量；
H、△H——缝高及其增量。
由方程式作加砂曲线特点原因剖析：
下降、下降稳定型：
在P-t双对数坐标系中，曲线斜率为负值，当压力△P有明显降低时，在等式中可以看出△L、△C、△H、λ必有明显提高。
液体滤失量λ可能由于裂缝穿过微隙而有所增加，但不能使注入压力有较大的降低；若缝长△L有较大延伸，与压力较大降低不相容；在压力降低的情况下，一致性参数C增加没有多少物理意义。
因此，造成此类曲线特点的主要原因可能是裂缝缝高△H的增加。
波动型：
主要受地层物性特征影响，同一地层物性的严重非均质性是造成此类曲线特点的主要原因。
上升型：
现场施工中“上升型”加砂曲线一般有两种形态。
第一种是在P-t双对数坐标系中，曲线斜率在0.125～0.20之间，即上升速度非常缓慢，说明裂缝在一定的条件下缓慢延伸，分析主要是岩性致密，造成加砂量及注入液体排量不大；第二种是在P-t双对数坐标上，曲线斜率接近1，即压力正比例于时间，也就是压力的增量比例于注入液体体积的增量，分析主要是携砂液在缝内存在严重的堵塞，也就是缝中砂卡造成。
稳定型：
此类加砂曲线形态目前还很难明确说明其物理意义。
因为从（3）式中分析，压力的升高率△P很小，若认为是缝长△L有较大的增加造成，但与井底压力应随缝长的增加而增加的原则相违背；多数情况下缝高△H增加将出现压力的降低；而一致性参数△C的增加，将使缝宽增加，在比较长的压力不变的时间内，出现缝宽的增加，除了层面间的滑动外，也是不可能的。
因此，造成此类曲线形态的主要原因就只有可能是滤失量λ的增加，往往是又有新缝压开或天然缝隙张开，增加了滤失量，使不断注入的液体被滤失所平衡，则压力维持常数，缝长得不到延伸。
3.替挤曲线特点
替挤施工曲线没有特殊性，只是由于井筒内携砂液被不含有砂粒的顶替液所替换，从而使液柱回压降低，地面泵压约高于最后加砂曲线的泵压值。
压裂施工动态曲线的作用
1.压裂施工动态曲线目前一般是仪器车自动监测记录的
它可随时修改必要的施工参数，以保证整个施工的顺利、安全。
在整个压裂加砂过程中，最令人担心的是出现两种曲线类型，即上升型（指压力曲线突然上升）、稳定型（指等压区段过长）。
压力曲线突然上升说明可能层内存在严重堵塞，也可能是压裂液质量问题造成井筒内沉砂堵塞；压力曲线等压区段的出现，说明裂缝延伸速度将减慢，很可能随之而来的是砂卡后果，因此称此压力为“临界压力”。
当施工压力达到临界压力时，应及时降低井底处理压力，使低于临界压力或使临界压力出现在快要结束施工的时刻，降低排量，减小粘度，暂停加砂，打缓冲液等方法可以使压力降低，但要注意不影响填砂缝长。
2.压裂施工曲线可以间接预测压裂效果
①试挤有多破裂显示，表明可能地层被解堵或压开多条裂缝，这样大大改善了地层渗透性，降低了油气渗流阻力，地层产量会增加。
②在同样压裂液和同样排量下，加砂时压力下降幅度大，表明地层裂缝形成好，携砂液在裂缝中运动阻力小，往往地层改造后产液能力好，增产幅度大。
③替挤时地下压差越大越好，这表明经过压裂后地层吸收能力显著增加，渗透能力大为改善，增产效果也会明显。
3.压裂施工曲线可帮助判断高含水层是否压开
对于一些没有分层测试的井和高含水层不清的井，可以根据高含水层无明显破裂显示的特点，判断压开层段含水情况。
结论
1.试挤动态曲线分为有破裂显示、无破裂显示两类，它的形态与压裂液性质关系不大。
2.加砂施工动态曲线类型有下降型、下降稳定型、波动型、上升型、稳定型五种，目前现场大多数为下降或下降稳定型。
“加砂”动态曲线形态与压裂液性质、地层物性有关。
3.压裂施工动态曲线形态能反映地层特征、压裂性质，现场监测其形态变化，可以适时调整施工参数，确保压裂施工顺利、安全，也可以提前定性预测措施效果，实用价值高。
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