xj压裂优化设计理论及案例

1、1尊敬的各位领导、专家：尊敬的各位领导、专家： 上午好！上午好！欢迎来到四川成都！欢迎来到四川成都！2压裂优化设计理论及案例压裂优化设计理论及案例主主 讲：曾凡辉讲：曾凡辉 （博士后）（博士后） 电话：电话：028-83032442028-83032442 e-mail: e-mail:3目目 录录一、压裂优化设计理论一、压裂优化设计理论二、压裂设计基础参数二、压裂设计基础参数三、压裂裂缝参数优化三、压裂裂缝参数优化四、压裂施工参数优化四、压裂施工参数优化五、压裂优化设计软件五、压裂优化设计软件六、压裂优化设计实例六、压裂优化设计实例4 封闭边界无限大地层中心一口垂直单相油流井稳封闭边界无限大

2、地层中心一口垂直单相油流井稳定生产产量公式：定生产产量公式： 对具体井层，地层条件对具体井层，地层条件( ( k ko o, , h h) )、流体性质、流体性质( ( o o, , b bo o) )和和井特性井特性( ( r re e, , r rw w ) )已经确定。已经确定。提高产量的措施有提高产量的措施有: :注水保持地层压力注水保持地层压力; ;人工举升降低井底流动压力人工举升降低井底流动压力; ;对于低渗透储层：水力压裂产生负表皮系数。对于低渗透储层：水力压裂产生负表皮系数。0rwf()1ln2oeowck h ppqrbsr5地层参数：厚度、地应力差、地层压力地层参数：厚度、

3、地应力差、地层压力.压裂材料：压裂液、支撑剂压裂材料：压裂液、支撑剂.施工参数：排量、砂量、压力施工参数：排量、砂量、压力.压裂工艺：限流压裂、分层压裂压裂工艺：限流压裂、分层压裂.压裂设备：泵车压裂设备：泵车( (组组) )、砂车、仪表车、砂车、仪表车.现场实施、质量监控、压后评估现场实施、质量监控、压后评估.水力压裂是利用地面高压泵组将高粘液体以超过地层吸收能力的水力压裂是利用地面高压泵组将高粘液体以超过地层吸收能力的排量注入到井中，在井底附近憋起高压超过井壁附近地应力及岩石抗排量注入到井中，在井底附近憋起高压超过井壁附近地应力及岩石抗张强度的压力后，在地层中形成裂缝。继续注入带有支撑剂的

4、液体，张强度的压力后，在地层中形成裂缝。继续注入带有支撑剂的液体，裂缝在长、宽、高方向上延伸。施工结束后形成具有一定长度的高导裂缝在长、宽、高方向上延伸。施工结束后形成具有一定长度的高导流能力填砂裂缝。流能力填砂裂缝。填砂裂缝具有很高的渗流能力，它能降低油气流入到井底阻力，填砂裂缝具有很高的渗流能力，它能降低油气流入到井底阻力，使油井获得增产。使油井获得增产。1 1、水力压裂的概念、水力压裂的概念6(2) (2) 油气井增产、水井增注油气井增产、水井增注 (1) (1) 提高勘探含油气评价，增加可采储量提高勘探含油气评价，增加可采储量wattenbergwattenberg气田气田安塞特低渗油

5、田安塞特低渗油田 h=1000-1300mh=1000-1300m，h=12.2mh=12.2m，=12.4%, kair=1-2md, =12.4%, kair=1-2md, ke0.5md, so=55-57%, pr=8.3-9.8mpake0.5md, so=55-57%, pr=8.3-9.8mpa2 2、水力压裂的作用、水力压裂的作用7 (5) (5) 其它方面（工业排污、废核处理）其它方面（工业排污、废核处理）(3) (3) 调整层间矛盾，改善产油、吸水剖面调整层间矛盾，改善产油、吸水剖面 (4) (4) 提高采收率提高采收率 电模拟和数模表明；大庆小井距试验证实。电模拟和数模表

6、明；大庆小井距试验证实。产油剖面0123456135791113层号小层产量,m3/d压裂后(33.9)压裂前(3.8)水井压裂前后吸水剖面变化01020304050602918.0-2921.52892.3-2896.12882.4-2884.42833.4-2835.12814.1-2815.82806.8-2807.5压裂后压裂前2 2、水力压裂的作用、水力压裂的作用83 3、水力压裂增产机理、水力压裂增产机理 (1) (1) 沟通油气储集区，增加单井控制储量（连通沟通油气储集区，增加单井控制储量（连通透镜体和裂缝带）、扩大渗流面积透镜体和裂缝带）、扩大渗流面积 (2) (2) 变径向流

7、动为线性流动变径向流动为线性流动(3) (3) 解除污染解除污染井裂缝井94 4、压裂优化设计概念、压裂优化设计概念 压裂优化设计是在给定的油层地质、开发与工程压裂优化设计是在给定的油层地质、开发与工程条件下，借助油气藏模型、水力裂缝模型与经济模型条件下，借助油气藏模型、水力裂缝模型与经济模型计算软件，反复模拟评价不同支撑缝长与导流能力的计算软件，反复模拟评价不同支撑缝长与导流能力的裂缝所长生的经济效益，从中选出能实现少投入、多裂缝所长生的经济效益，从中选出能实现少投入、多产出的压裂设计即为优化的压裂设计。产出的压裂设计即为优化的压裂设计。10问题问题新区块？新区块？否否是是注水开发？注水开发

8、？否否复压？复压？是是l水力裂缝与井网匹配的研究水力裂缝与井网匹配的研究l地应力场与分层应力地应力场与分层应力l压裂模拟技术压裂模拟技术l压裂施工工艺压裂施工工艺l压裂材料压裂材料否否是是复压？复压？否否是是l重复压裂选井选层研究重复压裂选井选层研究l第一次裂缝失效原因分析第一次裂缝失效原因分析l裂缝周围应力场研究裂缝周围应力场研究l复压裂缝转向的可能性研究复压裂缝转向的可能性研究l不同施工材料对裂缝开始转向不同施工材料对裂缝开始转向 距离的影响研究距离的影响研究l施工参数对裂缝开始转向距离施工参数对裂缝开始转向距离 的影响研究的影响研究l不同复压裂缝情况下，注采动不同复压裂缝情况下，注采动

9、态的预测、经济评价研究态的预测、经济评价研究l单井裂缝优化设计单井裂缝优化设计l压裂液优化设计压裂液优化设计l支撑剂的筛选支撑剂的筛选l施工参数优选施工参数优选l测试压裂设计测试压裂设计l施工质量控制施工质量控制l测试压裂解释及原设计的完善测试压裂解释及原设计的完善l水力裂缝评估水力裂缝评估l压裂后增产效果评估及建议压裂后增产效果评估及建议单井压裂优化设计结合单井压裂优化设计结合对注采动态的影响研究对注采动态的影响研究对探井对探井5 5、压裂优化设计研究对象、压裂优化设计研究对象11 既定储层和注采井网下，预测单井不同缝长和导既定储层和注采井网下，预测单井不同缝长和导流能力的压后生产动态；流能

10、力的压后生产动态； 根据储层条件选择压裂材料类型和用量；根据储层条件选择压裂材料类型和用量； 确定泵注方式、施工排量、设备功率等参数；确定泵注方式、施工排量、设备功率等参数； 确定施工泵注程序；确定施工泵注程序； 评价施工方案的经济性，实现少投入、多产出；评价施工方案的经济性，实现少投入、多产出； 设计方案检验（开发与增产的要求、现有压裂材设计方案检验（开发与增产的要求、现有压裂材料与设备能力、施工安全的要求）。料与设备能力、施工安全的要求）。6 6、压裂优化设计的任务、压裂优化设计的任务12压压裂裂优优化化设设计计理理论论裂缝优化设计模型裂缝优化设计模型材料优化模式材料优化模式施工参数优化模

11、式施工参数优化模式质量控制模式质量控制模式资料收集；水力裂缝建模资料收集；水力裂缝建模生产动态预测；经济优化生产动态预测；经济优化压裂液及其添加剂室内评价及优化压裂液及其添加剂室内评价及优化支撑剂室内研究及其筛选支撑剂室内研究及其筛选施工排量施工排量施工砂液比施工砂液比施工泵注程序施工泵注程序设备准备情况设备准备情况压裂液室内实验压裂液室内实验支撑剂物理性能实验支撑剂物理性能实验导流能力实验导流能力实验测试压裂技术测试压裂技术设计的完善设计的完善7 7、压裂优化设计的内容、压裂优化设计的内容13目目 录录一、压裂优化设计概述一、压裂优化设计概述二、压裂设计基础参数二、压裂设计基础参数三、压裂裂

12、缝参数优化三、压裂裂缝参数优化四、压裂施工参数优化四、压裂施工参数优化五、压裂优化设计软件五、压裂优化设计软件六、压裂优化设计实例六、压裂优化设计实例14 一个优化的压裂设计，强调深化对压裂目的层的一个优化的压裂设计，强调深化对压裂目的层的认识，采取准确可靠的设计参数。认识，采取准确可靠的设计参数。 不可控制参数：不可控制参数：指无法进行调整的储层特征参数。指无法进行调整的储层特征参数。包括：包括： 岩矿组成、孔隙度、渗透率；储层流体特性及其饱和度；岩矿组成、孔隙度、渗透率；储层流体特性及其饱和度；厚度；应力状态；邻近遮挡层的厚度及其延伸范围和应力状态；厚度；应力状态；邻近遮挡层的厚度及其延伸

13、范围和应力状态；储层压力和温度。储层压力和温度。 可控制参数可控制参数：可以加以调整来进行优化压裂设计的完井特可以加以调整来进行优化压裂设计的完井特征参数。包括：征参数。包括： 井筒套管、油管及井口状况；井下设备；射孔位置和射孔井筒套管、油管及井口状况；井下设备；射孔位置和射孔数；压裂液和支撑剂；压裂参数、经济参数、压裂装备等。数；压裂液和支撑剂；压裂参数、经济参数、压裂装备等。一）、压裂设计参数分类一）、压裂设计参数分类15 在实际压裂过程中，压裂参数可以归纳为油气井参数、油在实际压裂过程中，压裂参数可以归纳为油气井参数、油气层参数、压裂参数和经济参数气层参数、压裂参数和经济参数4 4类。油

14、气井参数决定了压裂类。油气井参数决定了压裂井的施工条件。包括：井的施工条件。包括： 压裂井井别、注采井网类型、布井方位、井距与压裂压裂井井别、注采井网类型、布井方位、井距与压裂目的井在其中的位置；目的井在其中的位置； 井径、井下管柱（套管、油管）与井口装置的规范、井径、井下管柱（套管、油管）与井口装置的规范、尺寸与压力定额；尺寸与压力定额； 储层段及其上下固井质量储层段及其上下固井质量; ; 射孔井段的位置、长度、射孔方式、弹型、相位角、射孔井段的位置、长度、射孔方式、弹型、相位角、孔眼尺寸；孔眼尺寸； 井下工具的名称、规范、尺寸、承压与承温定额及其井下工具的名称、规范、尺寸、承压与承温定额及

15、其下入位置。下入位置。 1 1、油气井参数、油气井参数16 油气层参数决定了井在压裂前后的生产反映。包括：油气层参数决定了井在压裂前后的生产反映。包括： 储集层有效渗透率、孔隙度、含油气饱和度与有效厚储集层有效渗透率、孔隙度、含油气饱和度与有效厚度等在垂向及平面上的展布；度等在垂向及平面上的展布； 储层目前地层压力与静态地层温度；储层目前地层压力与静态地层温度； 储集层流体性质，包括油、气、水密度、粘度、压缩储集层流体性质，包括油、气、水密度、粘度、压缩系数与矿化度等；系数与矿化度等； 储集层岩石力学性质，如弹性模量、泊松比、抗压强储集层岩石力学性质，如弹性模量、泊松比、抗压强度与孔隙弹性常数

16、等；度与孔隙弹性常数等； 储集层（上下遮挡层）就岩性、厚度地应力的垂向分储集层（上下遮挡层）就岩性、厚度地应力的垂向分布（就地应力剖面）及最大、最小水平主应力方位；布（就地应力剖面）及最大、最小水平主应力方位； 压裂井与周围邻井及对应注水井的试油，开发生产与压裂井与周围邻井及对应注水井的试油，开发生产与生产测试等动态资料等。生产测试等动态资料等。2 2、油层参数、油层参数17 压裂参数决定了产生裂缝的几何尺寸、导流能力与泵注参压裂参数决定了产生裂缝的几何尺寸、导流能力与泵注参数等。包括：数等。包括： 裂缝破裂压力、延伸压力、停泵压力、闭合压力与净裂缝破裂压力、延伸压力、停泵压力、闭合压力与净压

17、力等；压力等； 压裂液类型及其在储层就地条件下的流变性、粘温粘压裂液类型及其在储层就地条件下的流变性、粘温粘时特性以及滤失、伤害等特征；时特性以及滤失、伤害等特征； 支撑剂类型、粒径、颗粒密度以及就地条件下的抗压支撑剂类型、粒径、颗粒密度以及就地条件下的抗压强度、导流能力与裂缝渗透率等指标；强度、导流能力与裂缝渗透率等指标； 施工排量、平均砂比以及泵注程序等；施工排量、平均砂比以及泵注程序等； 压裂设备及压力压裂设备及压力- -排量极限；排量极限； 过去本井与周围邻井的压裂实践及其压裂前后的生产过去本井与周围邻井的压裂实践及其压裂前后的生产反映作为本次设计的借鉴。反映作为本次设计的借鉴。3 3

18、、压裂参数、压裂参数18 压裂经济参数决定了投入与产出的的关系。包括：压裂经济参数决定了投入与产出的的关系。包括： 压裂施工材料（压裂液、支撑剂）用量及费用；压裂施工材料（压裂液、支撑剂）用量及费用； 压裂设备及其它辅助作业支出费用；压裂设备及其它辅助作业支出费用； 增产的油气量及同时（或每一段时间）油气价格，增产的油气量及同时（或每一段时间）油气价格，它们是压裂的收入；它们是压裂的收入； 计算净收益的时间（最短投入回收期）与净贴现计算净收益的时间（最短投入回收期）与净贴现值（最大的投资纯利润）。值（最大的投资纯利润）。 这些参数在压裂优化设计中均有重要作用，它们是制这些参数在压裂优化设计中均

19、有重要作用，它们是制定压裂优化设计的基础。定压裂优化设计的基础。 4 4、压裂经济参数、压裂经济参数19 1 1、储集能力参数、储集能力参数有效孔隙度、含油（气）饱和度有效孔隙度、含油（气）饱和度与有效厚度；与有效厚度； 2 2、储集层生产能力参数、储集层生产能力参数有效渗透率、有效厚度、有效渗透率、有效厚度、与储层流体性质、地层压力；与储层流体性质、地层压力； 3 3、水力裂缝几何形态参数、水力裂缝几何形态参数岩石弹性模量、泊松比岩石弹性模量、泊松比与就地应力场、岩石断裂韧性；与就地应力场、岩石断裂韧性； 4 4、压裂设计参数、压裂设计参数地层破裂压力（梯度）、延伸压地层破裂压力（梯度）、延

20、伸压力、净压力、闭合压力；力、净压力、闭合压力； 5 5、施工条件参数、施工条件参数射孔、油（套）管抗压强度；射孔、油（套）管抗压强度； 6 6、压裂材料参数、压裂材料参数温度、压裂液、支撑剂温度、压裂液、支撑剂 二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：2020 定义：定义：储集层岩样中自身连通的孔隙体积与岩储集层岩样中自身连通的孔隙体积与岩样体积的比值，记作样体积的比值，记作e e。 作用：作用： 衡量储集层岩石孔隙空间储集油、气流体能衡量储集层岩石孔隙空间储集油、气流体能力的一个重要量度；力的一个重要量度； 检验油气层压裂前后生产动态、评价压裂效检验油气

21、层压裂前后生产动态、评价压裂效果的关键；果的关键；（1 1）孔隙度）孔隙度2121采集方法：采集方法： 以以岩心测试岩心测试为基础，借助为基础，借助测井资料测井资料予以确认。予以确认。两者差值应小于两者差值应小于1.0%1.5%。国内外对油藏孔隙度的定性评价国内外对油藏孔隙度的定性评价孔隙度，%05510101515202025253030定性评价分类美国无价值不好中等较好好中国可忽略极差差一般良优极优（2 2）孔隙度）孔隙度2222 含油（气）饱和度：在原始状态下，油、气在含油（气）饱和度：在原始状态下，油、气在储集层岩石有效孔隙中的充满程度，记作储集层岩石有效孔隙中的充满程度，记作soso

22、或或sgsg。 衡量储集层储存能力的主要参数；衡量储集层储存能力的主要参数； 检验、评价井在压裂前后产量的重要依据检验、评价井在压裂前后产量的重要依据；采集方法：采集方法： 选取具有选取具有代表性的岩心代表性的岩心，采用，采用还原法实验模还原法实验模拟地层环境拟地层环境确定。确定。 精心设计、仔细标定的测井解释能够获得具精心设计、仔细标定的测井解释能够获得具有代表性的含油（气）饱和度值。有代表性的含油（气）饱和度值。（2 2）含油气饱和度）含油气饱和度23 油（气）层有效厚度：在目前经济技术条件下、达到储量油（气）层有效厚度：在目前经济技术条件下、达到储量起算标准的含油（气）层系中具有工业产油

23、气能力储层厚度。起算标准的含油（气）层系中具有工业产油气能力储层厚度。具备三个条件：具备三个条件：可动油（气）；在现有工艺技术条件下可提供可动油（气）；在现有工艺技术条件下可提供开发；产量达到工业油（气）流标准。开发；产量达到工业油（气）流标准。 有效厚度大小及其在平面上展布是影响射孔位置、压有效厚度大小及其在平面上展布是影响射孔位置、压裂规模、施工排量的重要参数；裂规模、施工排量的重要参数； 压裂选井选层的主要依据。压裂选井选层的主要依据。 （3 3）有效厚度）有效厚度 储层有效厚度与有效孔隙度及含油饱和度的乘积（储层有效厚度与有效孔隙度及含油饱和度的乘积（h hs s）定义）定义为油气藏的

24、储能系数。物理意义是储集层中的纯油厚度，代表了储为油气藏的储能系数。物理意义是储集层中的纯油厚度，代表了储油能力和含油丰度，其值大小可以作为油气藏的综合评价标准。油能力和含油丰度，其值大小可以作为油气藏的综合评价标准。24 获取方法：获取方法： 以岩心分析为基础，单层试油结果为依据，结合测以岩心分析为基础，单层试油结果为依据，结合测井解释资料予以确定；井解释资料予以确定； 利用有效厚度等值图估算压裂层的有效厚度。利用有效厚度等值图估算压裂层的有效厚度。 （3 3）有效厚度）有效厚度25 1 1、储集能力参数、储集能力参数有效孔隙度、含油（气）饱和度有效孔隙度、含油（气）饱和度与有效厚度；与有效

25、厚度； 2 2、储集层生产能力参数、储集层生产能力参数有效渗透率、储层流体性有效渗透率、储层流体性质、地层压力；质、地层压力； 3 3、水力裂缝几何形态参数、水力裂缝几何形态参数岩石弹性模量、泊松比岩石弹性模量、泊松比与就地应力场、岩石断裂韧性；与就地应力场、岩石断裂韧性； 4 4、压裂设计参数、压裂设计参数地层破裂压力（梯度）、延伸压地层破裂压力（梯度）、延伸压力、净压力、闭合压力；力、净压力、闭合压力； 5 5、施工条件参数、施工条件参数射孔、油（套）管抗压强度；射孔、油（套）管抗压强度； 6 6、压裂材料参数、压裂材料参数温度、压裂液、支撑剂温度、压裂液、支撑剂 二）、压裂设计主要参数作

26、用及采集方法：二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：26（1 1）渗透率）渗透率 绝对渗透率：绝对渗透率：在一定压差下，岩石允许流体通过的能力。在一定压差下，岩石允许流体通过的能力。它是岩石自身性质的一种量度，为一常数；它是岩石自身性质的一种量度，为一常数； 有效渗透率：有效渗透率：当多相流体共存和流动时，岩石允许各相当多相流体共存和流动时，岩石允许各相流体的通过能力；流体的通过能力； 相对渗透率：相对渗透率：多相流体共存和流动时，单相流体有效渗多相流体共存和流动时，单相流体有效渗透率与基准渗透率（绝对渗透率、气测渗透率）的比值。透率与基准渗透率（绝对渗透率、气测渗透率）的比值。 27 储层定

27、性评价的指标，划分增产措施类别的依据；储层定性评价的指标，划分增产措施类别的依据； 影响压裂液滤失量的重要因素；影响压裂液滤失量的重要因素； 选择支撑剂类型、尺寸与施工砂比的依据。选择支撑剂类型、尺寸与施工砂比的依据。 压力恢复试井是确定储层有效渗透率最可靠的方法，压力恢复试井是确定储层有效渗透率最可靠的方法，代表了储层的平均渗透率；代表了储层的平均渗透率； 产能试井确定渗透率反映了储层有效渗透率和井壁效应产能试井确定渗透率反映了储层有效渗透率和井壁效应的综合作用。的综合作用。 岩心测试确定；岩心测试确定； 测井曲线求取；测井曲线求取；（1 1）渗透率）渗透率)()/ln(4 .228wfws

28、wepipphrrbqk 获取方法获取方法28 地层水：地层水：主要是矿化度、离子成分、水型及主要是矿化度、离子成分、水型及phph值；影值；影响无机沉淀、有机沉淀及水敏损害程度；响无机沉淀、有机沉淀及水敏损害程度； 原油：原油：含蜡量，粘度，胶质、沥青质和硫含量，析蜡含蜡量，粘度，胶质、沥青质和硫含量，析蜡点，凝固点：影响有机沉淀的堵塞情况引起酸渣堵塞损害点，凝固点：影响有机沉淀的堵塞情况引起酸渣堵塞损害及高粘乳状液堵塞损害；及高粘乳状液堵塞损害； 天然气：天然气：主要是主要是h h2 2s s和和coco2 2的含量；的含量； 粘度：粘度：为原油内部某一部分相对于另一部分流动时摩为原油内部

29、某一部分相对于另一部分流动时摩擦阻力的度量。擦阻力的度量。 （2 2）地层流体物性参数）地层流体物性参数29 地层流体粘度是确定压力恢复试验取得流动地层流体粘度是确定压力恢复试验取得流动系数（系数（kh/kh/）和流动度（）和流动度（k/k/）必不可少参数，）必不可少参数，其其大小会影响有效渗透率的准确性大小会影响有效渗透率的准确性； 粘度和压缩系数影响压裂液滤失系数，影响粘度和压缩系数影响压裂液滤失系数，影响裂缝几何尺寸；裂缝几何尺寸； 预测压后产量及评价压裂效果的重要参数；预测压后产量及评价压裂效果的重要参数；获取方法：获取方法： pvtpvt实验获取实验获取 相关经验式计算相关经验式计算

30、(standing(standing等等) )； （2 2）地层流体物性参数）地层流体物性参数30 地层压力：岩层孔隙空间内的流体压力，又称孔地层压力：岩层孔隙空间内的流体压力，又称孔隙流体压力。隙流体压力。 原始地层压力：油气层在未开采前从探井中原始地层压力：油气层在未开采前从探井中测得的油气层中部压力；测得的油气层中部压力； 目前地层压力：油气藏投入开发后，在某一目前地层压力：油气藏投入开发后，在某一时期内测得的油气层中部压力；时期内测得的油气层中部压力； 静止压力：它是指油气井在关井后，待压力静止压力：它是指油气井在关井后，待压力恢复到稳定状态时所测得的油气层中部压力。恢复到稳定状态时所

31、测得的油气层中部压力。 （3 3）地层压力）地层压力31 衡量储集层驱油（气）入井能力的量度，也衡量储集层驱油（气）入井能力的量度，也是选井选层与优选压裂液类型的主要依据之一；是选井选层与优选压裂液类型的主要依据之一； 压裂液返排的关键参数；压裂液返排的关键参数；采集方法采集方法 压力恢复试井确定（压力恢复试井确定（hornerhorner法、法、mdhmdh法等）法等） 借用邻井、井组、区块或油气藏的目前地层借用邻井、井组、区块或油气藏的目前地层压力值得出的压力梯度，推算压裂井、层的目前地层压力值得出的压力梯度，推算压裂井、层的目前地层压力。压力。 （3 3）地层压力）地层压力32 1 1、

32、储集能力参数、储集能力参数有效孔隙度、含油（气）饱和度与有有效孔隙度、含油（气）饱和度与有效厚度；效厚度； 2 2、储集层生产能力参数、储集层生产能力参数有效渗透率、与储层流体性质、有效渗透率、与储层流体性质、地层压力；地层压力； 3 3、水力裂缝几何形态参数、水力裂缝几何形态参数岩石弹性模量、泊松比与就岩石弹性模量、泊松比与就地应力场、岩石断裂韧性、盖底层性质、储层展布；地应力场、岩石断裂韧性、盖底层性质、储层展布； 4 4、压裂设计参数、压裂设计参数地层破裂压力（梯度）、延伸压力、地层破裂压力（梯度）、延伸压力、净压力、闭合压力；净压力、闭合压力； 5 5、施工条件参数、施工条件参数射孔、

33、油（套）管抗压强度；射孔、油（套）管抗压强度； 6 6、压裂材料参数、压裂材料参数温度、压裂液、支撑剂温度、压裂液、支撑剂 二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：33 泊松比：当岩石受压应力时，在弹性范围内，岩泊松比：当岩石受压应力时，在弹性范围内，岩石的侧向应变与轴向应变的比值；石的侧向应变与轴向应变的比值； 弹性模量：岩石压应力时，负荷增加到一定程度弹性模量：岩石压应力时，负荷增加到一定程度后（在弹性范围内），应力与应变曲线的比值。后（在弹性范围内），应力与应变曲线的比值。 （1 1）岩石力学参数）岩石力学参数( (泊松比、弹性模量泊松比、弹性模量)

34、)34 弹性模量越大，表明岩石越致密、压开缝宽窄，且需要弹性模量越大，表明岩石越致密、压开缝宽窄，且需要的泵压高；的泵压高； 泊松比大小则关系到裂缝高度在纵向上的扩展程度与就泊松比大小则关系到裂缝高度在纵向上的扩展程度与就地应力剖面的解释；地应力剖面的解释； 不同岩石的静态弹性性质不同岩石的静态弹性性质岩石种类岩石种类砂岩砂岩页岩页岩泥岩泥岩石灰岩石灰岩白云岩白云岩弹性模量，弹性模量，10104 4mpampa0.5-80.5-81-3.51-3.52-52-51-81-84-8.44-8.4泊松比泊松比0.250.250.300.300.350.350.300.300.250.25岩石种类岩

35、石种类花岗岩花岗岩细粒花岗岩细粒花岗岩正长岩正长岩闪长岩闪长岩粗玄岩粗玄岩弹性模量，弹性模量，10104 4mpampa2-62-63-83-86-86-87-107-108-118-11泊松比泊松比0.250.250.250.250.250.250.250.250.250.25tssobhspppvv)(1min （1 1）岩石力学参数）岩石力学参数( (泊松比、弹性模量泊松比、弹性模量) )35 获取方法获取方法 实验室岩心试验：单轴或三轴试验取得的岩实验室岩心试验：单轴或三轴试验取得的岩石弹性性质参数（泊松比、弹性模量等）；石弹性性质参数（泊松比、弹性模量等）； 使用长源距数字声波测井（

36、使用长源距数字声波测井（lsdslsds）的全声波）的全声波形计算，动态值；形计算，动态值； 使用经验公式计算，准静态值。使用经验公式计算，准静态值。 （1 1）岩石力学参数）岩石力学参数( (泊松比、弹性模量泊松比、弹性模量) )36 地应力是由于上覆岩层重力、地壳内部垂直运动地应力是由于上覆岩层重力、地壳内部垂直运动和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。地下岩石应力状态通常是三个相互垂积上的作用力。地下岩石应力状态通常是三个相互垂直互不相等的主应力。直互不相等的主应力。xzyyxzxzy（2 2）储层三向地应力大小和方向）

37、储层三向地应力大小和方向37 垂向应力的大小决定裂缝形态和方位；垂向应力的大小决定裂缝形态和方位；（2 2）储层三向地应力大小和方向）储层三向地应力大小和方向 z z最小，水平裂缝；最小，水平裂缝； x x z z、 y y 0.1。 n np p 0.10.1时：时： 支撑剂指数不同，最优的支撑剂指数不同，最优的无因次裂缝导流能力不同无因次裂缝导流能力不同。无因次裂缝导流能力无因次裂缝导流能力cfd无无因因次次采采油油指指数数jd dn np p0.10.172（1 1）准确获取储层渗透率和就地裂缝渗透率）准确获取储层渗透率和就地裂缝渗透率 测井渗透率主要反映岩石物理测井渗透率主要反映岩石物

38、理性质，不能直接用于裂缝参数优化。性质，不能直接用于裂缝参数优化。而岩心分析渗透率则综合反映了岩而岩心分析渗透率则综合反映了岩石性质和流体的流动特征。石性质和流体的流动特征。 裂缝参裂缝参数优化时取测井渗透率的数优化时取测井渗透率的1/10。 岩心分析和测井解释渗透率结果对比岩心分析和测井解释渗透率结果对比 不同闭合压力下裂缝渗透率不同闭合压力下裂缝渗透率 裂缝渗透率主要取决于储层埋裂缝渗透率主要取决于储层埋藏深度、支撑剂类型以及压裂液残藏深度、支撑剂类型以及压裂液残渣大小等。按照行业标准测试了不渣大小等。按照行业标准测试了不同闭合压力下过破胶液后的支撑裂同闭合压力下过破胶液后的支撑裂缝渗透率

39、。缝渗透率。 优化设计步骤优化设计步骤73 以某区块为例：埋藏深度以某区块为例：埋藏深度1643-2136m、300m300m井网；石英砂支撑剂、井网；石英砂支撑剂、kf=150dc，k测测=1020 md , kd=kf /k最大无因次采油指数与裂缝穿透比关系最大无因次采油指数与裂缝穿透比关系 最优裂缝宽度与最优裂缝穿透比关系最优裂缝宽度与最优裂缝穿透比关系（2 2）结合开发井网和储层、裂缝渗透率优化裂缝参数）结合开发井网和储层、裂缝渗透率优化裂缝参数 支撑剂指数增加，支撑缝长和缝宽变大，压裂后产量越高。支撑剂指数增加，支撑缝长和缝宽变大，压裂后产量越高。 支撑缝长主要考虑井网、井距限制，推

40、荐穿透比支撑缝长主要考虑井网、井距限制，推荐穿透比85%85%； 支撑缝宽主要考虑满足生产需求以及支撑剂粒径、类型，压裂液性能，支撑缝宽主要考虑满足生产需求以及支撑剂粒径、类型，压裂液性能，施工设备和水平等因素，推荐延长油田支撑缝宽施工设备和水平等因素，推荐延长油田支撑缝宽3mm3mmw10mmw10mm。 优化设计步骤优化设计步骤74 （1 1）当储层渗透率相对较低时（）当储层渗透率相对较低时（k kd d较大），定缝长（穿透比较大），定缝长（穿透比85%85%）优化）优化支撑缝宽：支撑缝宽： w w 3mm3mm时，按照缝宽时，按照缝宽3mm3mm取值；取值； 3mm 3mm w 10 m

41、mw 10 mm，按照优化的实际缝宽取值。，按照优化的实际缝宽取值。 （2 2）当储层渗透率相对较高时（当储层渗透率相对较高时（k kd d较小），定裂缝宽度（较小），定裂缝宽度（10mm10mm）优化裂）优化裂缝长度缝长度。 （3 3）结合支撑剂指数法优化裂缝参数原则，确定裂缝参数）结合支撑剂指数法优化裂缝参数原则，确定裂缝参数 某采油厂裂缝参数优化结果某采油厂裂缝参数优化结果 优化设计步骤优化设计步骤 根据层位、井网、支撑剂类型和储层渗透率，查表就能根据层位、井网、支撑剂类型和储层渗透率，查表就能获得优化的裂缝参数。获得优化的裂缝参数。 75 油藏驱动方式是指油藏开采过程中，主要依靠哪一油

42、藏驱动方式是指油藏开采过程中，主要依靠哪一种能量来驱油，是全部油层工作条件的综合。种能量来驱油，是全部油层工作条件的综合。 一）弹性开采裂缝参数优化一）弹性开采裂缝参数优化 弹性驱动是指依靠油层岩石和流体的弹性膨胀能量弹性驱动是指依靠油层岩石和流体的弹性膨胀能量驱油的油藏。特点是该驱动方式下油藏无边水（底水或驱油的油藏。特点是该驱动方式下油藏无边水（底水或注入水），或有边水而不活跃，油藏压力始终高于饱和注入水），或有边水而不活跃，油藏压力始终高于饱和压力。生产过程中，随着压力降低，地层将不断释放弹压力。生产过程中，随着压力降低，地层将不断释放弹性能量，将油趋向井底。性能量，将油趋向井底。 二）

43、整体压裂开发裂缝参数优化二）整体压裂开发裂缝参数优化 油藏流体流动主要靠边水或注入水推动，流动的弹油藏流体流动主要靠边水或注入水推动，流动的弹性能不起作用或作用很少，驱动能量主要是边水（或底性能不起作用或作用很少，驱动能量主要是边水（或底水、注入水）。水、注入水）。76761、整体压裂改造数值模拟研究-垂直裂缝 根据低渗透油藏的生产特点和人工裂缝渗流特征，根据低渗透油藏的生产特点和人工裂缝渗流特征，建立油藏与裂缝的物理模型和数学模型；建立油藏与裂缝的物理模型和数学模型； 由于人工裂缝与油藏的接触满足压力相等和流量由于人工裂缝与油藏的接触满足压力相等和流量相等，建立裂缝和油藏的内边界条件；相等，

44、建立裂缝和油藏的内边界条件； 通过五点井网和反九点井网单元的简化，由对称通过五点井网和反九点井网单元的简化，由对称性得到油藏计算单元和外边界条件。性得到油藏计算单元和外边界条件。（1 1）研究思路）研究思路7777 裂缝与注采井的关系裂缝与注采井的关系 当裂缝方向上的采油井水淹后，一般是将其改变为注水井，当裂缝方向上的采油井水淹后，一般是将其改变为注水井，发展为沿裂缝方向注水，向裂缝两侧驱油的开采方式。因此，发展为沿裂缝方向注水，向裂缝两侧驱油的开采方式。因此，主要匹配关系可概括为图示的三种情形。主要匹配关系可概括为图示的三种情形。（2）裂缝与注采井的关系1、整体压裂改造数值模拟研究-垂直裂缝

45、78 裂缝性油藏整体压裂后裂缝性油藏整体压裂后, ,流体在基质和天然裂缝中的渗流速流体在基质和天然裂缝中的渗流速度与压力梯度之间仍为线形关系度与压力梯度之间仍为线形关系, ,满足达西定律。因此将达西单满足达西定律。因此将达西单相流公式加以推广可以描述基质、天然裂缝中三相流运动方程。相流公式加以推广可以描述基质、天然裂缝中三相流运动方程。2、整体压裂改造数值模拟研究-垂直裂缝79 压裂裂缝的导流能力很高，裂缝较长，压裂裂缝的存在压裂裂缝的导流能力很高，裂缝较长，压裂裂缝的存在克服了近井地带的较大流动阻力，流体在裂缝中流速加快。克服了近井地带的较大流动阻力，流体在裂缝中流速加快。特别是气体在压裂裂

46、缝中自身渗流速度快，粘度低，此时流特别是气体在压裂裂缝中自身渗流速度快，粘度低，此时流动偏离达西定律，变为高速非达西流动。将动偏离达西定律，变为高速非达西流动。将forchheimerforchheimer二二项式方程推广到三相渗流就可以描述压裂裂缝中流体的运动项式方程推广到三相渗流就可以描述压裂裂缝中流体的运动情况。情况。3、整体压裂改造数值模拟研究-垂直裂缝80 整体压裂裂缝性油藏中流体渗流方程包括基岩系统、天然整体压裂裂缝性油藏中流体渗流方程包括基岩系统、天然裂缝系统和人工裂缝系统渗流方程。假定任何一种组分裂缝系统和人工裂缝系统渗流方程。假定任何一种组分i i在油、在油、气、水三相中的质

47、量分量是气、水三相中的质量分量是xioxio，xigxig，xiwxiw，由物质守恒原理可，由物质守恒原理可导出压裂裂缝中组分导出压裂裂缝中组分i i的连续性方程：的连续性方程：fnifmiwwiwggigooioqqvxvxvxwwiwggigooiosxsxsxt)()(,wgoiwgofiwgoisxtqvx 4 4、整体压裂井产量预测、整体压裂井产量预测81 整体压裂油藏数值模拟中的边界条件分为两大类：一是外边整体压裂油藏数值模拟中的边界条件分为两大类：一是外边界条件。系指油藏外边界所处的状态；二是内边界条件，系指界条件。系指油藏外边界所处的状态；二是内边界条件，系指压裂生产井（或注入

48、井）所处的状态。压裂生产井（或注入井）所处的状态。 (1)(1)外边界条件外边界条件 0nnfo0nmo0nnfg0nmg0nmw0nnfw(2)(2)内边界条件内边界条件 定井底压力定井底压力constpwrr 定井产量定井产量constqwrr 4 4、整体压裂井产量预测、整体压裂井产量预测82目目 录录一、压裂优化设计概述一、压裂优化设计概述二、压裂设计基础参数二、压裂设计基础参数三、压裂裂缝参数优化三、压裂裂缝参数优化四、压裂施工参数优化四、压裂施工参数优化五、压裂优化设计软件五、压裂优化设计软件六、压裂优化设计实例六、压裂优化设计实例83 目前使用的设计模型有二维目前使用的设计模型有

49、二维(pkn(pkn、kgd)kgd)，拟三维，拟三维(p3d)(p3d)和真三维模型，其主要差别是和真三维模型，其主要差别是裂缝扩展和裂缝裂缝扩展和裂缝内的流体流动方式不同内的流体流动方式不同。 二维模型假设裂缝高度是常数，即流体仅沿缝二维模型假设裂缝高度是常数，即流体仅沿缝长方向流动；长方向流动； 拟三维模型假设裂缝内流体仍是一维流动；拟三维模型假设裂缝内流体仍是一维流动；真三维模型假定在缝长、缝高方向均有流动。真三维模型假定在缝长、缝高方向均有流动。（1 1）概述）概述1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型84 发展概况发展概况 假设：假设： 地层均质和各向同性；地层均质和各

50、向同性； 裂缝高度是恒定；裂缝高度是恒定； 二维岩石变形；二维岩石变形； 一维流体流动。一维流体流动。 计算裂缝几何尺寸最简单方法，可满足计算裂缝几何尺寸最简单方法，可满足施工规模施工规模小、地层条件较为简单小、地层条件较为简单（具有高就地应力或很厚隔层的（具有高就地应力或很厚隔层的油藏）。油藏）。（2 2）二维裂缝扩展模型）二维裂缝扩展模型1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型85 发展概况发展概况 2020世纪世纪5050年代年代-70-70年代开发年代开发; ; 从形态分为三种：平行板；从形态分为三种：平行板；pknpkn型（在纵向和水平方型（在纵向和水平方向都是椭圆形）；向

51、都是椭圆形）；gdkgdk型型( (纵向是矩形，水平方向是椭圆型纵向是矩形，水平方向是椭圆型) )。 （2 2）二维裂缝扩展模型）二维裂缝扩展模型pknpkn模型模型gdkgdk模型模型1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型86 基本方程基本方程 裂缝扩展的宽度方程：岩石变形的平衡方程裂缝扩展的宽度方程：岩石变形的平衡方程 二维模型把裂缝看成是一无限大的平板上有一二维模型把裂缝看成是一无限大的平板上有一狭长裂缝，缝内受有均匀压力狭长裂缝，缝内受有均匀压力pc, pc, 裂缝宽度可看作裂缝宽度可看作是椭圆缝的张开位移。是椭圆缝的张开位移。 流体压降方程流体压降方程 poiseuill

52、epoiseuille给出的幂律型流体在压裂裂缝中的给出的幂律型流体在压裂裂缝中的压降梯度公式。压降梯度公式。（2 2）二维裂缝扩展模型）二维裂缝扩展模型1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型87 流体连续性方程流体连续性方程 注入压裂液总量等于裂缝体积和滤失体积之和。注入压裂液总量等于裂缝体积和滤失体积之和。 裂缝延伸准则裂缝延伸准则 裂缝在扩展过程中，受周围岩层的断裂韧性裂缝在扩展过程中，受周围岩层的断裂韧性kicic的的控制。只有当裂缝边缘某一点上的强度因子控制。只有当裂缝边缘某一点上的强度因子k ki i大于岩大于岩石断裂韧性石断裂韧性k kicic，裂缝才会扩展。，裂缝才

53、会扩展。1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型88 选择二维模型的一般原则选择二维模型的一般原则 根据井底压力的变化趋势：根据井底压力的变化趋势： 压裂层埋藏深度：浅层选用压裂层埋藏深度：浅层选用gdkgdk，深层选用，深层选用pknpkn； 压裂层与上下岩层的地应力差：压裂层与上下岩层的地应力差： 上下岩层的地应力大于压裂层且差值大于上下岩层的地应力大于压裂层且差值大于13.8mpa, 13.8mpa, pknpkn和和gdkgdk都适用。都适用。 上下岩层的地应力小于压裂层且差值小于上下岩层的地应力小于压裂层且差值小于13.8mpa,13.8mpa,薄层选薄层选pknpkn；块

54、状厚层或射孔段长的井选；块状厚层或射孔段长的井选gdkgdk。1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型89裂缝延伸模拟基础参数裂缝延伸模拟基础参数不同裂缝延伸模型模拟结果不同裂缝延伸模型模拟结果1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型90 （3 3）三维裂缝扩展模型）三维裂缝扩展模型 致密低渗透油气层大型压裂的兴起，开发了拟致密低渗透油气层大型压裂的兴起，开发了拟三维、全三维模型，主要代表者是三维、全三维模型，主要代表者是nolte & smithnolte & smith、sttari & clearysttari & cleary以及以及palmerpalmer模型。模

55、型。 拟三维是将两个二维压裂模型组合在一起计算拟三维是将两个二维压裂模型组合在一起计算裂缝长度和裂缝高度：一般是以二维裂缝长度和裂缝高度：一般是以二维pknpkn模型求解裂缝模型求解裂缝在长度上的延伸；另一个二维在长度上的延伸；另一个二维gdkgdk模型求解裂缝在高度模型求解裂缝在高度上的增长。上的增长。1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型91 （3 3）三维裂缝扩展模型）三维裂缝扩展模型 全三维压裂模型起始于全三维压裂模型起始于7070年代末，至年代末，至8080年代有年代有了很大的发展，这种模型以弹性的三维模型与二维流体了很大的发展，这种模型以弹性的三维模型与二维流体在缝内的

56、流动的组合推导出来的。主要代表人物是在缝内的流动的组合推导出来的。主要代表人物是abou abou 和和 sayedsayed（19841984年）、年）、cleary(1983cleary(1983年年) )、lamlam与与touboultouboul（19861986年）以及年）以及vandammevandamme和和jeffreyjeffrey（19861986年）等。年）等。 全三维压裂模型可描述具有变弹性性质和滤失特全三维压裂模型可描述具有变弹性性质和滤失特性的多层井段以及由地应力剖面决定的复杂裂缝形态。性的多层井段以及由地应力剖面决定的复杂裂缝形态。1 1、水力压裂裂缝扩展模型、

57、水力压裂裂缝扩展模型92 （3 3）三维裂缝扩展模型）三维裂缝扩展模型 全三维压裂模型可以解决：全三维压裂模型可以解决： 确定给定就地条件和注入条件的裂缝几何形态；确定给定就地条件和注入条件的裂缝几何形态； 根据裂缝在三维方向上的扩展，估算支撑剂粒径、根据裂缝在三维方向上的扩展，估算支撑剂粒径、前置液用量和施工总用液量；前置液用量和施工总用液量； 有利于研究射孔部位的影响；有利于研究射孔部位的影响； 通过小型压裂压力与模拟压力的比较来诊断就地闭通过小型压裂压力与模拟压力的比较来诊断就地闭合应力。合应力。1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型93 （3 3）三维裂缝扩展模型）三维裂缝

58、扩展模型 集总的三维模型集总的三维模型 19861986年年clearycleary与与crokettcrokett等在全三维压裂模型基础上提等在全三维压裂模型基础上提出了称之为出了称之为“集总的综合水力压裂模型集总的综合水力压裂模型” ” 具有的特点：具有的特点： 与全三维压裂模型缺乏计算效率相反，这种模型的与全三维压裂模型缺乏计算效率相反，这种模型的计算速度快，达到大于现场实时。计算速度快，达到大于现场实时。 可进行实时模拟与实时分析，使室内的优化压裂设可进行实时模拟与实时分析，使室内的优化压裂设计真正转化为现场的优化压裂施工。计真正转化为现场的优化压裂施工。1 1、水力压裂裂缝扩展模型、

59、水力压裂裂缝扩展模型94 （3 3）三维裂缝扩展模型）三维裂缝扩展模型 集总的三维模型集总的三维模型 模型由四部分组成模型由四部分组成: : 在管内压裂流体与含有支撑剂流体的流动；在管内压裂流体与含有支撑剂流体的流动； 水力裂缝的形成与延伸；水力裂缝的形成与延伸； 支撑剂的输送、沉降与裂缝闭合；支撑剂的输送、沉降与裂缝闭合； 在裂缝与地层之间的热量与流体的交换。在裂缝与地层之间的热量与流体的交换。 现场实践证明，集总的综合模型不仅可以实时地现场实践证明，集总的综合模型不仅可以实时地模拟压裂全过程，而且可以用于压前设计与压后分析评模拟压裂全过程，而且可以用于压前设计与压后分析评价，使全三维模型真

60、正成为一种实用性强的工程手段，价，使全三维模型真正成为一种实用性强的工程手段，为证实模型符合实际程度建立了研究方法。为证实模型符合实际程度建立了研究方法。1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型952 2、支撑剂运移分布模型、支撑剂运移分布模型1)1)全悬浮型支撑剂设计模型全悬浮型支撑剂设计模型是指压裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施工是指压裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施工过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑剂充满整个裂缝内，因过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑剂充满整个裂缝内，因而携砂液到达的位置就是支撑裂缝的位置。这种压裂液称为全而携砂液到达的位置就是支撑裂缝的