压裂施工曲线的应用

1、引入现场计算机进行数据采集和现场控制以来，压裂监控已逐渐成为压裂施工期间及施工前后进行工程决策和评价的基础。在施工监测方面，通过实时采集到的数据，结合计算机现场模拟，进行压前测试、压裂加砂期间和压后压力递减分析，确定主要的地层特性、判定施工过程中裂缝的延伸情况、预测施工过程中可能出现的各种问题，并及时把信息反馈给现场技术人员作为决策和评价的依据。随着我公司质量意识的提高、开拓外部市场的加强，施工监测的重要性越来越突出。今年，公司的所有压裂车组都配备了施工监测系统，对每一口井的施工压力、施工排量、加砂浓度（简称“三条线”）都实现了自动监测，大大提高了施工质量和施工综合技术水平，同时，也为压裂机理

2、研究提供了丰富的现场实际资料。 图1 压裂施工曲线的构成一、 施工曲线的构成和理论分析 目前我公司压裂车组配置的施工曲线监测软件是由北京东方恒力科技公司研制的（NOWSCO车组除外），监测输出结果如图所示。图1中以时间为横坐标，泵注压力、施工排量、砂浓度曲线为纵坐标绘制曲线。其中，压力的单位是Mpa，排量单位是m3/min，砂浓度单位是Kg/m3。 三条曲线的核心是压力曲线，它是施工过程中地下情况的直接反映。结合可控制的排量和砂比曲线，就可以对施工情况、地层情况和裂缝特征做出判断。二、 施工曲线在实际中的应用1、 现场指挥人员进行施工监控、处理紧急情况的依据在施工过程中，最关键的问题就是压力的

3、波动。为了保证施工的顺利进行，必须正确的找出压力变化的原因，并采取适当的措施，防止事故发生。由裂缝在地层内延伸情况引起的较大压力变化，通常会造成砂堵或压窜。可根据理论分析的曲线类型判断裂缝的延伸情况。近井地带的砂堵，压力上升突然，所能采取的补救措施少，应及时停泵、返洗。离井筒一定距离内的地方发生砂堵，表现为开始时压力逐渐上升，随着裂缝充满沙子，压力上升急剧加快，可能会有一个或多个压力上升尖缝，之后便会出现压力的陡增。因此，判断出现端部砂堵先兆后，应立即停砂替挤或返洗，防止砂堵后高压造成管柱断脱或砂卡，见图10。图10 远离井筒地带的砂堵 图11 地层内窜的施工曲线如果施工中监测压力急剧降落，套

4、压上升，可能造成压窜，应停止施工。进行验窜。如果套压不升，说明缝高难于控制，在未射井段地层内延伸。图11是这一情况下的压力曲线。另外，在施工过程中压力施工曲线的大幅波动，还与裂缝穿越不同应力的地层和天然裂缝的干扰有关。2、判定施工质量、分析施工效果的依据 应用施工曲线，可以在压后对施工质量进行判定，为效果分析提供依据。 验收施工是否按设计执行 应用施工曲线可以检查压裂队是否按设计施工。通过曲线读出各段的施工时间、排量、砂比，从而计算前置液量、携砂液、替挤液量、加砂量和平均砂比。图15是龙63-65井实际施工曲线，表1给出了依照曲线读取和计算的各项施工参数。 图15 井施工曲线 表1 - 井根据

5、施工曲线计算的各项施工参数前置液量 m3携砂液量 m3替挤液量 m3加砂量 m3平均砂比 %23 判断施工过程是否正常 检查压裂施工曲线可以对施工情况进行判断，确定有无操作事故、压窜、压堵发生，为落实事故原因和分析压后效果提供依据。杏4-丁4-331井压裂第一层后管柱活动不开。根据施工曲线分析原因，第一层压后砂堵（图16），造成卡管柱。又如：北3-1-p54井，压后增液10方，增油仅1吨，含水由压前56%上升为82%，根据压力施工曲线分析，该井压裂第二层段时，压力下降较大（图17），压窜了其上方的高含水层，引起了该井压后低效。图16 杏4-丁4-331井压裂施工曲线 图17 北3-1-p54井

6、压裂施工曲线 诊断工艺是否成功的依据检查施工曲线可以对压裂施工各种工艺的完成情况进行诊断，从而为分析措施效果提供有力依据。a. 多裂缝工艺诊断方法多裂缝压裂通过暂堵剂（蜡球或尼龙球）的作用，封堵已压开层的吸液炮眼，在憋压的情况下，压开其他层位。因此，在施工曲线上应该表现为投球后的第二层破裂压力高于前一次的破裂压力。（见图18）但是由于受地层差异情况和两次压裂过程中流体性质的综合影响，第二次的破压有时也存在等于或低于第一次破压的情况，但绝大多数情况，应该明显高于第一次施工的延伸压力。图19给出了另一口多裂缝施工井的曲线，从图中可判断多裂缝不成功，只压开一条缝。原因是该井为垂直裂缝，第一次压开的裂

7、缝已贯穿卡段内各小层，投蜡球堵住部分炮眼后，其余小层炮眼进液，裂缝继续按原缝延伸。图18 成功的多裂缝压裂 图19 不成功的多裂缝压裂b. 水平缝端部脱砂压裂工艺诊断方法端部脱砂是通过人为有目的的设计裂缝端部砂堵，达到制造高导流能力裂缝的目的。图20是一口井成功进行脱砂的现场压力曲线。图中t1点开始脱砂。 图20典型的端部脱砂压裂压力曲线 图21 限流法压裂施工曲线c. 限流法压裂工艺诊断方法 限流法压裂过程中，随着施工排量的提高，不断有小层压开。开始阶段的压力施工曲线应表现为阶梯上升（图21）。当排量上升平稳时，可根据压力波动判断压开的小层，从而为分析限流法的效果提供依据。3、现场施工曲线为

8、水力压裂研究提供了可贵资料 根据压裂施工曲线可以对裂缝形态进行初步判断（垂直、水平）当三轴应力存在较大差别时，通过压裂施工曲线，可以对裂缝的形态（垂直缝或水平缝）进行判断。根据水力压裂机理，裂缝总是在垂直于最小主应力的平面内延伸。当地下三轴应力状态为H> h>v时，裂缝为水平缝，当水平方向任一应力最小时，裂缝为垂直缝。利用施工曲线的停泵压力可以估算最小地应力的上限值。方法如下： （4）当min上限与vKpa/m）比值小于1时，裂缝为垂直缝；当min上限与vKpa/m）比值大于1时，裂缝为水平缝。 根据压力曲线特征研究裂缝扩展过程现场实际施工过程中压力曲线的形态，可以看作是五种典型理

9、论曲线的组合，反映了施工过程中各个阶段裂缝延伸的特征。图22显示了理想裂缝几何形态下，压力的变化特征，并在假设注入速率和流体特性几乎不变的前提下，应用上述经典分析描述了垂直裂缝的扩展过程。对于水平裂缝，施工过程中的压力特征类似于图22中1阶段的情况。图23给出了应用全三维压裂程序模拟的水平裂缝施工压力和裂缝在平面上扩展过程。 图22 理论压力变化特征对应垂直裂缝的扩展过程 图23 全三维程序模拟的水平缝径向扩展过程和压力变化、为修正压裂设计的合理性，提高设计水平提供了验证资料目前多种压裂设计程序在油田的应用，对科学合理的指导压裂施工具有重要意义。施工压力预测是先进的压裂设计软件包括的一项重要内容。通过现场实际压力资料的比较和验证，可以修正和完善压裂设计软件，帮助设计人员提高压裂设计水平。图24为实际设计中，应用完善后的全三维压裂设计程序预测的压裂施工压力与实际施工压力的比较，从中可以看