利用FRACPRO软件进行人工压裂裂缝分析方法探讨.pdf

2 0 0 8 年第2 期 内蒙古石 油4 L- r - 2 5 利用F R A C P R O软件进行人工压裂裂缝分析方法探讨 曲桂 英 大庆 市三 环钻井工程有 限公 司 黑龙江1 6 3 3 1 1 1 引言 压裂施工设计是压裂施工的指导性文件 ， 一 口 井压裂施工的成功并不能说 明这 口井压裂措施的成 功 ， 尽管施工达到了设计参数 ， 并不一定说明就能保 证压裂效果 ， 压裂效果是油井改造的最终 目标 ， 它一 定程度上取决于选井选层 ， 施工的效果 ， 另外很大程 度上取决于压裂施工设计是否科学合理 ， 压裂施工 设计是根据油井所在区块 ， 从油藏工程的角度出发 ， 如考虑油井的开发开采现状 ， 井网井距分布等 ， 优化 确定合理的裂缝半长 ， 再根据油井储层地质参数 、 岩 石力学参数等， 选取适当的裂缝扩展模型 ， 利用计算 机优化计算一定裂缝几何维度所需的砂量 、 液量 以 及所需设备功率等等 ， 从而指导压裂施工 ， 在储层中 形成所设计的裂缝几何尺寸 。 设计 、 施工结束后 ， 人工裂缝是否按设计的理想 状态延伸 ， 如裂缝 半长实际上是相对过短改造 的不 够 ， 还是没必要的过长， 裂缝高度是否已控制在了储 层范围内， 还是穿过隔层进入的危险的水层 ， 目前还 没有开展压裂设计科学性的验 证工作 ， 而压裂设计 需要的地质参数及岩石力学参 数又很多 ， 参数的选 取不可能与地下的实际情况完全 吻合 ， 那么设计计 算的设计方案就难免存在误差 ， 从现场 的实际施工 情况看 ， 这种误差也确实存在 ， 如模拟的施工压力与 实际施工压力有时相差很大 ， 误差在 1 O ％以上的并 不少见， 这就说 明地下实际形成的裂缝几何维度与 设计计算 的裂缝几何维度是不相一致的， 说明在优 化计算过程中存 在输入参数的不准确 ， 或选择模型 的不合理 ， 因此探讨利用实测压力 曲线与模拟压力 曲线进行拟合 ， 用以修正输入 的地质参数或岩石力 学参数 ， 或调整总结出合适的裂缝扩展模型 ， 以指导 下步的压裂设计及施工 ， 最终提高压裂设计、 施工 的 整体水平 。 2 裂缝扩展机理 2 ． 1 断裂力学原理 地下岩层受三维主应力 的控制 ， 当井底裂缝压 力超过岩层最小主应力及岩石 的抗张强度时， 就 会 在储层中形成垂直于最小主应力 的裂缝 ， 即 P 裂 缝 ≥ P 闭 合 艿 抗 张， 而 P 净 ----P 一P 闭 台， 即当P 净 ≥艿 抗 张 时 ， 就 可形成裂缝 ， 而当 P 净大于储层与隔层的应力差 时， 裂缝就可穿过隔层进入上 下水层 ， 而岩 层的闭合应 力受井深 、 岩石的性质 如泊松 比、 杨氏模量 控制 ， 因此在进行压裂施工设计 时， 即要保证足够的净压 力压开裂缝 ， 还要考虑裂缝不能穿过危险的隔层 ， 使 净压力控制在储层与隔层的应力差之内。 2 ． 2 流 体 力学原理 在流体力学上 ， 水力压裂可简单地表述为 当注 入地层的流体超过储层 的吸收能力时 ， 在地层中就 会形成一定几何尺寸的裂缝 。 它遵循物质平衡方程 ， 即泵注总液量体积等于裂缝容积与滤失体积之和 ， 即 VE x V裂 缝 Ve x， 而液体效率 T 7 V裂 缝 ／ V滤 失， 受压裂液性能 如压裂液粘度， 耐温水化性能 ， 滤 失 性能 和储层性质 如孔 隙度、 渗透率 的影响， 而 裂 缝的体积受储层净压力的控制 ， 即P 净控制着裂缝的 长度 、 高度及宽度 ， 它是缝长 、 缝高和缝宽的函数， 半 径为 R的椭圆形裂缝 的体积 V裂 缝1 6 1 一v 。 R。 P m／ 3 E 式中 P净 施工净压力 ， MP a ； R 裂缝半径 ， m； v 泊松 比 无量纲 ； E杨氏模量， MP a 。 2 ． 3 裂缝 扩展 模 型 在 F r a c P r o压裂软 件中， 裂缝 的长、 宽、 高是按 以下 5种模型进行扩展的 ， 即 裂缝端部为主导 的三 维模型 默认 、 常规 的三维模 型 线弹性 、 P KN 二 维模型、 KGD二维模型 、 径 向裂缝模型 。 P KN二维模型 这是一个具有不变的裂缝高度 人为给定 并且裂缝是裂缝高度的函数， 缝长的延 伸上具有一定优势 ， 在施工较晚的泵注阶段中 使用 高的凝胶粘度 ， 它仍然经常被使用于强制性地压力 “ 拟合” 。它总是忽略早期来 自于清水注入的压力数 据 。 KGD二维模型 这是一个具有不变的裂缝高度 收 稿 日期 2 0 0 7 一O 8 1 2 作 者简介 曲桂英 ， 女 ， 3 9岁， 1 9 9 1年毕业于大庆石油 学院 地质专业 现任 大庆 三环 钻井工程有 限公 司工程 师。 维普资讯 2 6 内蒙古石油化 工 2 0 0 8 年第2 期 人为给定 并且裂缝是裂缝长度的函数。长度的延 伸上相对较弱 ， 它可以偶尔被用来拟合测定的压力 。 径向裂缝模型 ； 这是一个经典 的二维模型。 该模 型设想裂缝的径 向扩展是轴对称的， 在长度及高度 上相 对接 近 。 一 般来说 ， 即使在近乎完美的控制住了裂缝高 度的储藏中， P KN 二维模型和 KGD二维模型也不 能给出合理的解答， 原因是它们给出了与实际情 况 不符合的净压力的偏低的预测值 。即使在 圆形压裂 裂缝可 以确实被产生 的均匀储藏 中， 对于二维的径 向裂缝模型也可以得到相 同的结论。二维的径向裂 缝模型预测的净压力一般要 比现场测定的值明显低 得多， 作为其结果 ， 与实际上产生的压裂裂缝相 比， 它预测的裂缝半径过大并且裂缝宽度过低 。 二维模型的模拟结果 尤其是裂缝尺寸 可以和 三维模型的模拟结果进行比较。 其次 ， 二维模型可以 在拟合测定的净 压力 的尝试中被使用 ， 该过程可 以 容易地证 明它们的不适用性 。 另外， 以曾经使用过的 其它的二维模型为基础 ， 这里提供的二维模型可以 作为理解典型的压裂施工设计的出发点来被使用 。 裂缝端部为主导 的三维模型 此三维模型 ， 一般 来说， 由于预测出更高的净压力， 该模型预测出了更 短、 更宽 或者多个 的压裂裂缝 。人们发现 ， 它预测 出的净压力通常能够与测定 的现场数据非常严密地 拟合起来。 常规线弹性三维模型 本方式可以给 出与数量 极少的其它可用的三维模型非常相似的结果 。可 以 预测出与拟三维模型类似 的结果 ， 并且具有很多与 拟三维模型相同的问题 ， 如低的净压力的预测值 以 及对压裂液流变参数有很高的敏感性。 3 F RAC P RO压裂软件功能介绍 F R AC P R O 压裂软 件有 压裂设计 、 压力分 析、 产能预测、 经济优化四大计算运行模块 3 ． 1 压裂设计模块 该模块被用来 自动地生成加砂压裂的施工泵注 一 览表 。 在选定适当的压裂液和支撑剂 ， 并且根据储 藏条件生成所要求的无因次导流能力 如可能 和裂 缝半长， 该程序将帮助设计恰当的泵注一览表 。 国 囵 凰 压 设 { 暴 赍封 产 毋 } 圭i 矗 馈让 口 生 成 柑 告 输m_ _l l敬 啦I 、 1l l敞 岛 扫靴 盎 ， f 史 3 ． 2压 裂分析 模 块 该模块为三个二维的压裂裂缝模型和两个拟三 维的压裂裂缝模型 包括默认提供的 F r a c p r o P T 的 三维模型 提供了入 口。 你可 以选择根据压裂设计数 据 即压裂施工泵注一览表 运行、 根据 F r a c p r o P T 数据库数据或根据实时数据运行 中的某一个来执行 压裂分析模块 。 另外 ， 在该模块 中， 还 可以使用 F r a c p r o P T 的 酸压裂模 型。你可以在该运行模块中进行测试压裂 分析、 排量阶梯降测试分析 以及净压力变化 曲线 的 拟合。 ‘ 3 ． 3产能 分析 模块 针对压裂施工和不压裂施工这两种选择 ， 产 能 分析模块从经济学的观点为用户提供了分析该井的 过去、 现在和将来 的生产响应的工具。该选项运行 R e s e r v o i r P T， Re s e r v o i r P T 是把 F r a c p r o P T 连接到 各 不 相同 的产能 分析 软件 上 的接 口模块 。当前 ， F r a c p r o P T提供了两个产能分析软件； 二维 F r a P S 模型和三维分层解析模型 。 3 ． 4 经济 优 化模 块 在经济优化模块中， 为了对储藏确定经济上最 适 当的压裂施工的规模 ， 压裂模拟软件和产能分析 软件 自动地交替运行。 4 压裂施工压力拟合分析方法 由上述压裂机理可知， 进行压裂分析时使用的 是施工净压力 ， 施工净压力可通过井底施工压力转 换， 由于液体流变性及管柱摩阻不恒定的原因， 往往 施工泵压和井底施工压力是 不平行 的， 因此在进行 压裂分析时必须进行井底施工压力 的测量 ， 一般采 用数字式压力计量 的方法 ， 闭合压力可通过测试压 裂或主压裂结束后 的压降曲线求得 。 现举例说 明压力拟合分析方法 4 ． 1 输 入 油井 基本 地质 参数 如 下 ． 乏 璺塑 {￡ t ． 一 L ． ． ．_ j ’ _j ’ 维普资讯 2 0 0 8 年第2 期 曲桂英 利用F R A C P R O软件进行人工压裂裂缝分析方法探讨 2 7 地 层 显示 为 4 ． 2 选择适合的压裂设计模型 ， 进行压 裂设计模拟预测 ， 预测的设计净压 力曲线如下 4 ． 3 将实测净压 力曲线转换成F RA C P R O 可识别的数据库文件 ， 如某压 裂井净压力施工曲线如 图 4 ． 4 曲线拟 合 比较上述两条曲线 ， 我们发现压力曲线幅度和压降斜率都有显著的不同， 可通过调整地层参数及压裂液 流体性能 ， 使两条 曲线拟合好 ， 拟合好的两条压力 曲线如下 维普资讯 2 8 内蒙古石 油化 工 2 0 0 8 年第2 期 4 ． 5结 果 比较分 析 拟 合前计算 的结果图 发现两者存在很大的差异 ， 如裂缝 的高度和宽 度 ， 有时当然也会出现长度上的差异 ， 说明拟合前的 设计结果的可信度较差 。拟合好的压裂井层地质参 数、 设计模型、 及流体性能等等参数即可成为下步该 区块压裂设计方案制 定的参考 。 5 结论及建议 5 ． 1 拟合好 的地质或工 程参数并不一定是唯一的 正确解 ， 它存在多解的问题 ， 然而不能拟合好的地质 或工程参数肯定是不正确的。 5 ． 2 如果存在压裂设计 的不可信 ， 那么压裂效果的 预测及经济优化就会谬 以千里 ， 因此提高压裂设计 拟合后计算 的结 果图 计算结果的准确性是做好下步效果预测及经济优化 工作的基础， 是提高压裂效果的保证 5 ． 3 由于大部分压裂井有封隔器 ， 套管头压力是不 可用的 ， 而油压又与井底压力存在不平行的问题 ， 因 此拟合压力需要的实测压力曲线 ， 需要采用井下压 力计记录， 这样会增加一定的压裂成本， 并使井下管 柱复杂化。 5 ． 4 利用 F R AC P R O压裂软件进行测试压裂或 阶 梯排量降压力分析， 可准确求取地层闭合压力， 压裂 液滤失性等参数 ， 这一工作可与压力拟合联合进行 。 上 接第 2 1页 [ 1 9 ] 郭继香 等． 生物破乳剂处理油田采 出水 的实 验研 究口] ． 精细化工， 2 0 0 5 ， 2 2 9 7 9 9 ． [ 2 0 ] 于红艳等． 落地污油生物 降解现场试验 效果 分析l- J ] ． 油气田地面工程 ， 2 0 0 5 ， 2 4 9 3 2 ． Te c hn o l o g y f o r Re c o v e r y o f Agi n g Oi l XUE Qi a n g， WANG J i a n C o l l e g e o f Ch e mi s t r y a n d Ch e mi c a l En g i n e e r i n g， Da q i n g P e t r o l e u m I n s t i t u t e，Da q i n g He i l o n j i a n g，1 6 3 3 1 8 Ab s t r a c t How t o r e c ov e r t he a g i ng oi l t i m e l y a nd p r oc e s s i t e f f i c i e nt l y i s h e l pf ul a nd i mpo r t a nt t o s a v i ng r e s ou r c e s，s e wa g e t r e a t me nt a n d r e l i e v i ng t h e p r e s s ur e o f o i l g a t h e r i ng a nd t r a n s p or t a t i on，s ol v i ng t h e a gg r a va t i on o f a i r a nd s e wa g e q ua l i t y．The a ut h or e xpl a i ns a nd di s c u s s e s t he pr i nc i p l e，c ha r a c t e r a nd a p pl i c a t i o n of a gi ng oi l ’ S p r o c e s s i n g t e c h n ol o gy，s u c h a s e l e c t r i c f i e l d p r oc e s s i n g me t h od，h e a t gr a vi t at i o na l s e t t l i n g me t h o d， c e nt r i f u ge me t h od， ul t r a s o ni c wa v e s pr o c e s s i ng me t hod a nd bi ol o gi c al pr oc e s s i n g me t h o d ．Th e t e c h n o l o g y o f u l t r a s o n i c wa v e s p r o c e s s i n g c a n p r o c e s s a g e i n g o i l e f f e c t i v e l y a n d a b u n d a n t l y， c o s t s l i t t l e t i me，ne e d s i mpl e ma c hi n e r y，ha s l o w r e s o ur c e s c on s umpt i on a nd s a v e a ne nt ．The r e f or e，i t h a s g r e a t p r o s p e c t s i n t h i s d o ma i n．C e n t r i f u g e me t h o d a p p l i e s t o t h e s e a t e r r a c e a n d o t h e r d o ma i n ．F i n a l l y t h e a u t h o r l o o k s t h e f u t u r e o f p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y o f a g i n g o i l ． Ke y wo r d s a gi ng oi l；r e c ov e r y a nd pr o c e s s i ng． 维普资讯