1999限流压裂曲线分析及压开层位的判定计算_冯明生

压裂后压降曲线试井分析方法及应用【摘要】水力压裂作为有效的增产措施，压裂诊断评估技术随之也受到重视。

本文在Nolte推导的压降方程基础上，利用视函数分析法对裂缝闭合后资料进行分析，形成线性流与径向流视函数曲线图，可计算得到渗透率、地层系数、表皮系数等相关的地层参数，以及人工裂缝的几何尺寸，从而为地层压裂施工参数的设计提供依据。

【关键词】水力压裂视函数压降曲线地层参数压裂后压降曲线是指压裂施工停泵后井底或井口压力随时间的变化曲线。

裂缝闭合前后的压力动态反映了油藏对压裂的动态响应，这与控制裂缝延伸的力学性质无关，而完全由液体滤失过程对储层干扰的反应来确定，所以有必要对裂缝闭合后的压力动态进行分析，以获取相关地层参数。

1 分析方法的建立1.1 流态认识如果关井时间足够长，裂缝在闭合阶段可观察到四种流态，依次为裂缝线性流、裂缝双线性流、地层线性流、地层径向流。

由于裂缝线性流与裂缝双线性流持续时间很短，故本文主要讨论地层线性流与地层径向流。

1.2 方法建立由于热传导和储层压力传导相似，且为了更好的划分流动段和确定裂缝参数，Nolte等人在热传导分析的基础上推导了压降方程，并引入了视函数，即F 函数。

压力传导公式表示为：图4？压差半对数导数曲线经过计算可得：地层渗透率7.42mD，地层系数110.50mD.m，地层表皮系数-0.14，裂缝半长54.6米，裂缝导流能力58.2mD.m，缝面污染0.13。

3 结论与认识（1）该方法可得到油层渗透率、地层系数、表皮系数、裂缝长度、裂缝导流能力、裂缝缝面污染系数等参数，实现了井底压力资料的充分利用。

（2）由于该方法采用从井底直接测得的压力与温度数据，避免了通过井口数据折算至井底时由于井筒摩阻系数、井筒液体密度变化、泵压不稳定等因素产生的误差，因此分析的准确性得到较大提高。

（3）该测试方法可结合不稳定试井测试方法，进一步确定地层的物性参数，并能实现进行边界探测的目的。

0引言低渗透油藏不经过压裂酸化改造难以达到工业开采价值[1]，自1947年美国进行第一次水力压裂以来，水力压裂技术已取得了惊人的发展。

1998年，张学文[2]应用数值模拟对低渗透油藏压裂直井进行了产能分析。

1999年，张学文等[3]以油藏数值模拟为手段，系统地研究了压裂水平井在低渗透油藏罗1井区压裂水平井裂缝系统优化摘要为了提高水平井压裂效果的成功率和有效率，在压前的施工设计中要充分考虑裂缝参数的优化。

针对水平井压裂特点，在非均质低渗透油藏模型的基础上，以数值模拟软件Eclipse 为技术手段，对影响水平井压裂后产量的裂缝参数包括裂缝方位、裂缝位置、裂缝条数和非均匀裂缝长度等进行了优化研究。

研究结果表明，水平井产量随着裂缝条数、裂缝长度和裂缝导流能力的增加而增加；对于不同裂缝布局，根部和端部裂缝的间距小于内部裂缝的间距；由于裂缝的干扰作用，不同位置的裂缝产量不同，处在中间位置的裂缝产量最低。

关键词低渗透油藏；压裂水平井；裂缝参数优化；产能中图分类号TE348文献标识码A doi 10.3981/j.issn.1000-7857.2012.02.003刘卫东1，2，李玉红1，张雅玲3，韩金良4，杨立君51.中国科学院渗流流体力学研究所，河北廊坊0650072.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊0650073.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司勘探开发研究院，西安7100214.中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛2665505.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司油气工艺研究院，西安710021Fracture Optimization of Horizontal Wells in Luo1Well Area收稿日期：2011-12-06；修回日期：2011-12-22作者简介：刘卫东，高级工程师，研究方向为油田化学与提高采收率，电子信箱：lwd69@LIU Weidong 1,2,LI Yuhong 1,ZHANG Yaling 3,HAN Jinliang 4,YANG Lijun 51.Institute of Porous Flow and Fluid Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Langfang 065007,Hebei Province,China2.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development-Langfang,Langfang 065007,Hebei Province,China3.Development Research Institute,Changqing Oilfield,China National Petroleum Corporation,Xi'an 710021,China4.School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266550,Shandong Province,China5.Oil &Gas Technology Research Institute,Changqing Oilfield,China National Petroleum Corporation,Xi'an 710021,ChinaAbstract The fracture optimization should be considered in the design for the fracturing constriction before it is put into practice tohave more effective fractures.In view of the characteristics of fractured horizontal wells,in this paper,with the concept model of the non-homogeneous media and the low permeability reservoir and with the Eclipse reservoir simulation software,the fracture parameters are optimized,including the fracture azimuth,the fracture position,the fracture number and the non-uniform fracture length.The results show that the production of the horizontal oil increases with the increase of the number,the length and the conductivity of fractures;for different fractural layouts,the fractures are always in the stagger,with the distance among the outer fractures smaller than that among the inner fractures.Because of fracture's mutual interference actions,different fractures are related with different production rates,and the production related with the most inner fractures turns out to be the lowest.Keywords low permeability reservoir;fractured horizontal well;fracture parameter optimization;productivity28图45种裂缝宽度下采收率变化曲线Fig.4Oil ratios for 5different of fracture widths 中的开发动态。

水力压裂过程压力分析为解决我国煤层透气性低，瓦斯抽采难度大的问题，水力压裂技术受到越来越广泛的重视。

而压裂施工曲线是在压裂时地面所得到的最全面的、最及时压裂施工情况的真实反应，因此确定裂缝的延伸规律和煤储层的滤失特性，应用压裂施工过程和停泵后，裂缝内的流动方程和连续方程，结合裂缝几何参数计算模型，即可确定裂缝几何参数和压裂液效率等參数。

标签：瓦斯;水力压裂;压力曲线;穿层钻孔随着我国经济快速发展，对煤炭的需求量也迅速增加，煤炭产能与服务年限也大大提升与延长。

然而随着矿井开采深度的增加，地应力增大，煤储层渗透率越来越低，瓦斯抽采越来越困难。

我国煤矿95%以上的高瓦斯矿井与瓦斯突出矿井的煤层透气性极低，透气性系数通常只达到40×（10-3～10-4）m2/（MPa·d）[1]，说明瓦斯抽采难度很大，因此解决好瓦斯抽采的难题，对保障我国矿工安全，维持煤矿行业健康发展都有着重要作用。

目前利用水力压裂技术[2]可以使煤层中的裂隙贯通，增加煤层的透气性，提高抽放效果，能够很好的消除工作面的突出危险性，并且减少了瓦斯向大气中的排放量，保护了环境，抽出的瓦斯又能加以利用，变废为宝，实现双能源开采。

水力压裂技术是提高煤储层透气性、油气井增产、注水井增注的一项重要技术手段，因此广泛应用于采矿工程、油藏工程、测井工程等多门学科，在相关领域取得了显著效果，具有良好的推广应用价值。

水力压裂技术关键在于施工设计，同时要对压裂施工效果做出准确全面的监测。

1 裂缝的几何模型在水力压裂过程中，裂缝的形态主要是由地应力和岩石性质所决定的，水力压裂在长、宽、高三个方向破裂及延伸，流体在也在三个方向上流动。

但由于垂直缝的上下界往往受到顶底板的限制，因此缝高在一个区域内可认为是恒定不变的。

这样就可以把问题简化成在缝长和缝宽的二维破裂。

典型的二维模型有PKN 模型、KGD模型和Radial模型[3]。

（1）PKN模型：当上下围岩的破裂强度明显大于煤层，并且煤层与顶底板岩石交界处连续性强，在交界处没有相对滑动，裂缝高度恒定，为煤层厚度，裂缝横截面呈椭圆形，水平剖面为抛物线形，称之为恒高椭圆截面缝。

第３４卷　第４期２０　１　５年 ７月 地质科技情报Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｖｏｌ．３４　Ｎｏ．４Ｊｕｌ．　２０１５收稿日期：２０１４－１２－２６ 编辑：杨　勇基金项目：中国石油天然气集团公司重大专项（２０１１Ｅ－２５０４）作者简介：何　军（１９８７—　），男，主要从事海外油气田油藏工程研究工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｊｕｎ１８＠１２６．ｃｏｍ压裂水平井渗流理论研究进展何　军，范子菲，宋　珩，李孔绸，姚江源，孔璐琳（中国石油勘探开发研究院，北京１０００８３）摘　要：系统地回顾了压裂水平井渗流理论发展历程，国外对压裂水平井的研究趋向于建立数学模型，利用源函数、三线性流模型及数值方法进行求解；国内对压裂水平井的研究重点在于分析压裂水平井产能特征。

同时，还对国内压裂水平井产能分析方法，包括裂缝势函数分布法、保角变换法、裂缝离散法、当量（等效）井径法、源函数及格林函数法进行了分类总结，简要评述了各种方法的优缺点。

最后分析了压裂水平井渗流理论研究中存在的各种问题，并在此基础上指出了压裂水平渗流理论的发展趋势。

关键词：压裂水平井；渗流理论；单裂缝；发展趋势中图分类号：ＴＥ３５５．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－７８４９（２０１５）０４－０１５８－０７ 压裂水平井渗流问题的实质是多井渗流的问题，理论基础是位势理论和叠加原理。

位势理论解决单条裂缝在地层中势函数的分布问题，叠加原理解决多条裂缝势函数分布的综合影响。

研究压裂水平井产能及压力动态的方法很多，主要有点源函数法、保角变换法、裂缝微元法、当量（等效）井径模型、三线性流模型等方法。

除了解析方法外，研究压裂水平井渗流的方法还有数值模拟方法和实验方法。

数值模拟方法是通过油藏数值模拟软件建立压裂水平井渗流模型，分析压裂水平井产能及压力动态变换规律，优化压裂水平井缝网参数。

实验方法主要用于定性分析压裂水平井渗流规律问题。

煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化近年来，随着国家煤层气开发形势的发展，煤层气藏水平井分段压裂技术在煤层气开发中已经得到广泛应用，取得了一定的经济效益和技术效果。

然而，在实际开发过程中，煤矿储层物性参数的变化会对压裂井的措施和设计参数产生很大影响。

采用不当的压裂参数设置，可能会导致压裂效果不理想，既影响压裂后的产量改善，也可能增加压裂的风险和成本。

因此，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化成了一项重要的科研任务。

首先，在采用压裂技术开发煤层气藏之前，必须对其储层物性参数以及技术条件进行全面的分析和研究，以更准确地了解其特性，从而确定其合理的压裂参数；其次，根据实际技术要求，采用理论、试验和模拟等多种方法，针对煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数，对其压裂工艺参数进行优化研究，提升压裂效果，延长压裂后的保护期；再者，采用信息化管理系统，用技术分析和模拟计算方法，对压裂技术参数进行评价和优化，准确地记录压裂作业的数据信息，从而掌握压裂效果，使压裂作业更加精确，增强压裂后的有效分布，减少压裂成本，提高煤层气藏水平井分段压裂的经济效益。

此外，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化还应包括其他多方面的内容，如压裂剂的选择、压裂工艺的完善、压裂剂介质的研究、压裂作业的质量监控、压裂管柱安装及拆卸、压裂工艺的应用等。

针对这些问题，各种手段和方法都要求按照特定的步骤从技术角度进行研究，以获得较优的压裂参数，从而发挥压裂技术的最大效用，建立起更加完善的压裂作业规范，提高资源的开发效率。

通过本文的研究可以说明，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化至关重要，是获得良好煤层气产量的重要保障。

为此，在实际压裂作业中，应加强储层物性参数对压裂参数的影响研究，选择合理的压裂参数，不断完善压裂工艺，以及在维持安全性的前提下降低投入，综合利用现有的技术和设备，提高煤层气藏水平井分段压裂的经济效益和技术效果，从而推动煤层气产量的增加，为满足国家能源安全的需要做出贡献。

实际的油藏不可能是均质的，而是非均质的，油藏内部区域的渗透率大小不一并且分布也不均匀。

而这些因素必将对井底压力产生影响[1-2]。

常规的解析方法大多用于计算一些规则形状均质油藏的不稳定压力，难以适应任意形状非均质油藏的情况，因而只能采用数值解法。

其中，有限元法却克服了区域形状的限制，可以灵活处理各种形状的边界问题[3]。

2011年，吕杭[4]等人建立了非均质气藏压裂水平井产能预测数学模型，采用有限元方法对其进行求解。

2014年，孙志学、姚军[5]等人建立基岩和复杂裂缝系统的数学模型，利用有限元方法对模型进行求解。

为此，本文建立了非均质油藏不稳定渗流的数学模型。

利用有限元方法对数学模型进行求解，绘制了考虑油藏非均质性因素的井底不稳定压力典型曲线，并分析了曲线特征。

1　分段压裂水平井物理模型1.1　物理模型分段压裂水平井物理模型如图1所示。

设在一有效厚度为h 的油层中有一口水平井，共压开N F 条裂缝，裂缝面垂直于水平井筒；裂缝半长x F 、裂缝导流能力K F ·w （水力裂缝渗透率乘以裂缝宽度）和裂缝间距均可各不相等；裂缝高度等于储层厚度；裂缝具有有限导流能力；不考虑水平井筒内压降影响。

图1　分段压裂水平井模式图Fig. 1　The multi-fractured horizontal well mode2　分段压裂水平井数学模型2.1　基质系统数学模型将基质系统看成二维系统，且流体在基质系统中符合达西定律，渗流过程中人工裂缝与基质连续的接触面上压力处处相等，其数学模型为（1）考虑非均质性的分段压裂水平井压力动态分析徐　鹏1，付春权1，李兴科1，2，刘岢鑫1（1.东北石油大学　石油工程学院，黑龙江　大庆　163318；2.吉林油田公司　油气工程研究院，吉林　松原　138000）摘　要：建立了致密油藏分段压裂水平井不稳定渗流数学模型，利用有限元法对其进行求解，分析了分段压裂水平井的流动阶段特征，对比了不同非均质情况下分段压裂水平井压力动态曲线的特征。

第28卷 增2岩石力学与工程学报 V ol.28 Supp.22009年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2009收稿日期：2008–08–08；修回日期：2009–01–04 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50274043)作者简介：闫 铁(1957–)，男，博士，2001年于哈尔滨工业大学工程力学专业获博士学位，现任教授、博士生导师，主要从事油气井工程力学等方向的教学与研究工作。

E-mail ：yant@清水压裂裂缝闭合形态的力学分析闫 铁，李 玮，毕雪亮(大庆石油学院 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318)摘要：近年来，清水压裂以其现场施工简单、压裂成本低等优点受到人们的广泛关注，并且在一些低渗透油层已经取得了明显的压裂增产效果。

尽管人们已经认识到清水压裂的效果主要来源于裂缝面的粗糙性和相对剪切错动，但对于清水压裂裂缝的闭合形态等理论问题研究得不多，也缺乏有效的理论指导现场施工。

在充分调研国内外相关文献的基础上，从分析清水压裂的裂缝特征入手，从力学角度就清水压裂的裂缝闭合形态等问题进行分析研究，建立清水压裂情况下局部裂缝张开、裂缝面错动和裂缝面抗剪能力的计算模型，深入揭示清水压裂油井增产的机制和原因，为今后清水压裂施工设计提供理论依据。

关键词：石油工程；清水压裂；裂缝闭合；粗糙性；剪切错动；裂缝面中图分类号：TE 21 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2009)增2–3471–06MECHANICAL ANALYSIS OF CLOSING SHAPEOF CRACK INDUCED BYWATERFRAC TREATMENTYAN Tie ，LI Wei ，BI Xueliang(Key Laboratory of Enhanced Oil and Gas Recovery ，Ministry of Education ，Daqing Petroleum Institute ，Daqing ，Heilongjiang 163318，China )Abstract ：In recent years ，extensive attention is poured into the waterfrac treatment for its simple application and low fracturing costs ，and it has already made an obvious effect to increase the yield for the fracturing in some low permeability reservoirs. It is well known that the effect on waterfrac treatment mainly comes from the roughness and relative shear moving in the crack surfaces ，but the theoretical researches are not so many on the crack closing shape of waterfrac treatment ，and there are not some effective theories to guide the construction in oil field. Based on the full inspection of the relevant literature at home and abroad ，the fracture characteristic is analyzed for the waterface treatment and the crack closing shape is analyzed with the mechanical methods. The shear strength models are established for waterfrac treatment under the partial crack opening and shear moving of the crack surface. It reveals the mechanism and the reasons for increasing well production from waterfrac treatment and it will also provide a theoretical basis for the future constructional design in waterface treatment. Key words ：petroleum engineering ；waterfrac treatment ；crack closing ；roughness ；shear moving ；crack surface1 引 言裂缝闭合机制是水力压裂中的一个重要的研究部分，其主要研究压裂裂缝在地应力的作用下重新闭合后表现出来的性质[1～3]。

（一）裂缝的基本参数对于一个裂缝组系来说，裂缝的基本参数是指裂缝的宽度、大小、产状、间距、密度、充填性质等。

这些参数可在野外露头和岩心上直接测量，也可以利用测井资料间接求取。

1. 裂缝宽度（张开度）裂缝宽度，也叫张开度（或叫开度），是指裂缝壁之间的距离。

这个参数是定量描述裂缝的重要参数，它与裂缝孔隙度和渗透率，特别是渗透率的关系很大。

裂缝宽度可以在露头表面、岩心及铸体薄片上直接测得，也可以通过测井间接求取。

斯伦贝谢公司A. M. Sibbitt et al. （1985）仅对最简单的一条裂缝（水平或垂直）用二维有限元法进行了数值计算，得出双侧向测井解释方法。

他们没有考虑不同角度、多组裂缝的情况，得到了计算一条裂缝宽度的公式。

垂直裂缝：油气田开发地质学水平裂缝：油气田开发地质学式中：b——裂缝宽度，mm；C LLD，C LLS——深、浅双侧向电导率，S/m；C m ——泥浆电导率，S/m；C b——基质电导率，S/m。

周文（1998）提出了垂直（近垂直）裂缝的双侧向测井计算公式：油气田开发地质学式中：b——裂缝宽度，μm；g d，g s——深、浅双侧向几何因子；α——裂缝平均倾角，（°）；D d，D s——深、浅双侧向电极探测深度（根据测量仪系列选定），m；r——井筒半径，m；H——侧向测井聚集电流层厚度，m；R LLD，R LLS——深、浅双侧向电阻率，Ω·m；R m——泥浆电阻率，Ω·m。

2. 裂缝的间距裂缝间距是指两条裂缝之间的距离。

对于岩石中同一组系的裂缝，应对其间距进行测量。

所谓同一组系裂缝，是指那些具有成因联系、产状相近的多条裂缝的组合。

裂缝间距变化较大，由几毫米可变化到几十米。

裂缝间距小于井径时，要在岩心上进行观测，并统计裂缝的间距。

观测过程中要注意不同岩性中裂缝间距的变化和裂缝间距的级别。

裂缝间距大于井径时，在岩心上是无法直接观测裂缝间距的，因而至今尚无一种较好的估算裂缝间距的方法。

3本成果受“973”国家重点基础研究发展规划项目“中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究”(2002CB11700)资助。

作者简介:单学军,1972年生,在读博士研究生;从事油气田开发工程研究。

地址:(102249)北京市昌平区府学路。

电话:(010)89734959。

E 2mail:xjshan 998@yahoo 煤层气井压裂裂缝扩展规律分析3单学军1　张士诚1　李安启2　张劲1(1.石油大学石油天然气工程学院　2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院) 单学军等.煤层气井压裂裂缝扩展规律分析.天然气工业,2005;25(1):130～132 摘　要　煤层中含有大量优质清洁的煤层气,通常使用水力压裂技术才能正常生产。

由于煤层中含有大量天然裂缝,所以压裂时压裂液滤失严重、裂缝扩展极其复杂。

因此,了解煤层气井压裂的裂缝扩展对于指导高效开采煤层气具有重要作用。

通过统计分析中国石油在华北地区的5个试验区块的压裂施工资料,发现煤层压裂中地层破裂压力梯度集中在0.0144～0.053MPa /m 之间,施工压力普遍较高。

使用井温测试法和大地电位测试法测量了煤层裂缝的方位和高度,分析发现:压裂后的煤层裂缝一般都穿越其上下隔层,最大时裂缝的高度超过压裂层厚度的4倍;裂缝的长度大部分为50～70m,形状基本以垂直裂缝为主,也有垂直裂缝和水平裂缝共生的情况,少数压裂井出现单翼垂直裂缝。

裂缝方向存在着随机性,但在某方向上出现的概率较大,说明裂缝扩展是地应力、局部地层构造和煤层割理共同作用的结果。

主题词　煤成气　压裂　裂缝　测试　井温　大地电位 煤层气是与煤层伴生、以吸附状态储存于煤层内的一种非常规天然气,其中CH 4含量大于95%,是一种优质洁净的气体能源〔1〕。

我国煤层气资源十分丰富,资源量达30×1013～35×1013m 3,煤层渗透率大多小于50×10-3μm 2〔2〕。

此种渗透率的油层,在油田的实际生产中,虽然具有工业油流,但一般要进行压裂改造才能正常生产〔3〕。

限流压裂曲线分析及压开层位的判定计算
冯明生;方宏长
【期刊名称】《石油勘探与开发》
【年(卷),期】1999(026)004
【总页数】3页(P89-91)
【作者】冯明生;方宏长
【作者单位】中国石油天然气集团公司石油勘探开发科学研究院;中国石油天然气集团公司石油勘探开发科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.11
【相关文献】
1.投球压裂曲线分析及压开层位的判定计算 [J], 冯明生;方宏长
2.采油-厂红15区投球压裂井压开层位的判定 [J], 魏慧蕊;王荣
3.压开宽短新缝的重复压裂工艺及应用 [J], 刘国良;赵宏民;李聘川
4.封隔器找漏判定漏点的方法探讨--基于P～β曲线的起压时间法找漏方法探讨[J], 江欢红;谢作文
5.建压曲线判定电液伺服机构排气充分程度的方法 [J], 赵春;叶朋;刘新;郑波;胡逸洲
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。