压裂实时监测及解释技术

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1、郭大立：压裂实时监测及解释技术1　目的及意义　　水力压裂是改造油气层的有效方法，是油气水井增产增注的重要措施。我国石油天然气资源的突出特点之一是低渗透油气层分布广、储量大，这种客观存在的资源条件决定了水力压裂作为低渗透油气田增储上产的首选措施和有效方法，在老油气田稳产高产和低渗透新油气田勘探开发中发挥着不可替代的重要作用。　　水力压裂的效果取决于压裂工艺技术的完善程度，即对裂缝和地层情况的认识和了解、合理的施工工艺、优良的压裂液和支撑剂等压裂材料、优化的施工设计、施工作业手段及其质量。目前，水力压裂在理论

2、、设备、工艺等各方面都有了很大发展，但仍存在不少技术难题，例如以下四个问题是制约水力压裂技术应用及取得理想效果的关键性因素：　　●现场缺乏经济地测量裂缝的有效手段　　诊断水力裂缝的目的是为了测量和评估压裂增产作业期间水力裂缝的延伸情况，诊断结果对于合理安排井位以及选择压裂施工时的施工规模、加砂浓度和用砂量、一次施工的井段数量等，评估现场施工质量，具有十分重要的指导意义。随着水力压裂技术的发展和应用，现场迫切需要测量和评估地下水力裂缝的方法。测量和评估地下水力裂缝的方法一般分为水力裂缝直接诊断技术和水力裂缝

3、间接诊断技术，但正如现代增产技术经典之作《油藏增产技术》[1～2]和《水力压裂技术新进展》[3]所综述，一些专门的水力裂缝直接诊断技术，如井下电视[4～5]、微地震测量[6～11]、放射性示踪剂[12]、井温测试[13～15]、地面和井底测斜仪[16～18]等已被应用于推断地下裂缝的几何尺寸，然而这些诊断技术提供的资料往往有限(见表1)，而且费用昂贵，从而限制了其应用。同时，另一些水力裂缝间接诊断技术，如试井分析[19～43]、生产历史拟合[44]等已被应用于分析裂缝几何尺寸和裂缝导流能力等参数。但是相对

4、而言，压裂压力分析被公认为是评估压裂过程和水力裂缝的最强有力的、经济可行的技术[1～3]。　　●对储层特性缺乏深入的研究和认识　　无论是压裂设计的优化，还是施工工艺和压裂材料的优选，最困难而又花费大的工作是得到所需的参数。一些关键性的岩石特性参数如岩石力学参数和地应力分布，直接影响裂缝几何尺寸、裂缝导流能力和压裂施工效果，但目前还缺乏比较深入的研究。例如岩石断裂韧性是断裂力学中度量岩石破裂程度并严重影响裂缝形态的一个岩石力学参数，尽管该参数可采用一些室内测量方法[45～47]获得，但大量室内和现场研究[1

5、～3,48～49]表明，这些室内测量方法获得的岩石断裂韧性比地层情况下的实际值小1～2个数量级，换句话说，岩石断裂韧性这个参数究竟取什么数量级的值，目前尚无统一的结论。事实上，要获得这些关键性数据一方面非常困难，另一方面往往代价很高，或者兼而有之。表1　水力裂缝直接诊断技术及其提供的资料技术裂缝高度裂缝长度裂缝方位对称性井下电视√井温测试√放射性示踪剂√√井下微地震测量√√√√地面测斜仪√地面电位√√地面微地震测量？？？？注：√为成功的技术，？为不成熟的技术。　　●压裂设计的局限性　　压裂设计需要真实准确

6、的压裂资料，包括储层特性参数、压裂液和支撑剂等压裂材料的资料等，压裂设计的有效性不仅依赖于压裂设计方法及其所采用的模型，更重要的是取决于所需数据的质量。　　从理论上讲，尽管压裂设计参数可由电缆测井、室内流体实验和岩心测试等途径而得到，但实际情况是，由这些途径所获得的数据，其可靠性会因测量的量级、地质环境的变化、过于简化的反应假设和就地储层条件测试的显著差异等因素而降低。例如压裂液流变性和滤失程度是影响压裂设计的重要资料，但由于压裂液在井筒、孔眼与裂缝中的剪切降解和热降解，压裂液配料的不适当混合，压裂液成胶

7、剂和交联剂的状况等都独自地或相互地影响压裂液流变性和滤失程度，减少压裂液视粘度，增大液体滤失系数。正如天然气研究院(GRI)现场流变性测试装置[50～51]26郭大立：压裂实时监测及解释技术的现场测试结论，使用实验室测量所得的压裂液数据不可能正确地体现现场配制和泵入冻胶的性质。由此可以看出，压裂设计时不可能获得全面准确的压裂参数，这种不确定性往往导致压裂施工不能达到预期的压裂施工效果。　　因此，为尽可能地获得准确的压裂资料，目前广泛采用的方法是在进行正式加砂压裂之前，进行一次小型压裂测试和解释(由于压裂后

8、压力降落分析技术[52～69]需将裂缝高度和裂缝闭合压力作为已知的关键性参数输入，因此通常利用井温测试技术获得裂缝高度，有时利用注入－返排法[70～72,52]获得裂缝闭合压力)，以取得加砂压裂所需要的部分压裂参数，并及时修改和完善加砂压裂设计。　　●落后的压裂监测与施工质量控制　　成功的压裂施工取决于完善的计划、充分的准备工作、监督检查与施工质量控制，而压裂监测与施工质量控制一直是压裂工作中的薄弱环节。　　近年来，压裂技术的