CN111734383B

CN111734383B - 一种获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法

Info

Publication number: CN111734383B
Application number: CN202010786005.7A
Authority: CN
Inventors: 胡永全; 赵超能; 王磊; 赵金洲; 路凡; 王强
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2040-08-05
Also published as: CN111734383A

Abstract

本发明公开了一种获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法，包括以下步骤：S1：根据压裂设计方案，在压裂管柱底部安装井下压力计，并完成各项施工准备；S2：完成加砂泵注实施顶替阶段，有序地逐步降低泵注排量至停止泵注，在降排量阶段中，选取阶梯平台数据点获得对应的施工排量和井底压力；S3：建立井底压力的压力平衡模型；S4：将步骤S2收集得到的施工排量和井底压力数据代入所述压力平衡模型中，构建模型求解方程组；S5：通过求解所述模型求解方程组中的未知数，得到所述地层闭合压力。本发明能够更方便地获得地层闭合压力。

Description

一种获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法

技术领域

本发明涉及水力压裂技术领域，特别涉及一种利用水力压裂施工结束进行阶梯将排量测试解释以获取地层闭合压力的矿场方法。

背景技术

随着国家对石油天然气资源需求的迅速增加，低渗致密储层的有效开发是我国当前和今后相当长时间内的重要研究领域。采用水力压裂在低渗致密储层中形成有效的人工裂缝而获得更高的产量和经济效益是低渗致密储层的高效开发必不可少的核心技术。储层闭合压力是影响压裂支撑剂优选、制约水力裂缝扩张过程的重要关键参数，对压裂施工或压裂评估的作用不可替代。不正确的裂缝闭合压力会导致计算的滤失系数和液体效率的结果失真，根据这些数据对主压裂设计进行的调整可能达不到预期目的，甚至导致压裂失败。业界对地层闭合压力进行了广泛的研究，主要采用矿场测试(微型压裂测试解释和压裂压力递减分析)解释方法、岩心分析(包括声发射、微差应变实验、滞单行应变恢复等)方法、测井数据解释方法、有限元模拟方法等，但公认最可靠的是矿场测试解释方法。

微型压裂测试解释是一种专门设计用于解释地层闭合压力的矿场测试环节。此外，确定裂缝闭合压力主要有阶梯注入、关井压力递减曲线测试、回流测试及平衡试验法等方法(孙翠容,王怒涛,张文昌,刘延超,方诗杰.水力压裂闭合压力确定方法研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2010,12(02)：60-62.)。这些方法存在着不足之处：(1)阶梯注入测试是专门利用阶梯升排量的数据来确定裂缝延伸压力，其曲线斜率可能会因孔眼尚未打磨好而导致结果不准确，并且受近井地层特征影响；(2)关井压力递减曲线的分析方法通常是根据关井停泵后的压力随时间变化的曲线，使用简单的拐点法来判断裂缝闭合压力(邢亮.根据压裂施工曲线计算最小地应力方法分析[D].中国石油大学(北京)，2017.)，但是并不是所有井都进行了停泵后的压降测试；(3)回流测试方法和平衡试验法本质上是关井压裂压力递减分析方方法，只不过前者进一步明确在压力下降期间必须保持稳定的回流速度，并提出现场采用流量调节器进行测量并控制；后者对液体注入排量大小比较严格，排量太小导致测试时间较长，排量太大导致分析困难。

目前矿场测试方法的主要问题是：无论是进行专门的微型压裂测试解释还是应用关井压裂压力降落数据解释方法，都需要额外增加压裂压降的测试程序、花费较多的测试时间而增加额外成本。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法，利用极容易在矿场压裂施工后期实施进行逐步阶梯降排量操作获得的不同排量对应的井底压力数据，能够获得更真实的地层闭合压力。该方法无需进行专门的测试环节，可以明显节约测试压裂费用。而且提高对水力裂缝性能的认识，为后续压裂调整或评估提供有效的参考和指导。

本发明的技术方案如下：

一种获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法，包括以下步骤：

S1：根据压裂设计方案，在压裂管柱底部安装井下压力计，并完成各项施工准备；

S2：完成加砂泵注实施顶替阶段，有序地逐步降低泵注排量至停止泵注，在降排量阶段中，选取阶梯平台数据点获得对应的施工排量和井底压力；

S3：基于地层闭合压力与井底压力、近井孔眼摩阻与井筒扭曲摩阻、水力裂缝中流体流动与净压力之间的压力平衡原理，考虑孔眼及管柱摩阻、井筒扭曲摩阻、已形成水力裂缝的摩阻，建立井底压力的压力平衡模型；

作为优选，所述施工压力力学平衡模型为：

P_i-P_c＝K_pQ²+K_nwQ^0.5+K_fQ^0.2 (1)

式中：

P_i为压裂施工过程中的井底压力，MPa；

P_c为地层闭合压力，MPa；

K_p为射孔孔眼摩阻引起的压降综合系数，无量纲；

Q为注入排量，m³/min；

K_nw为由于近井裂缝扭曲效应引起的摩阻系数，无量纲；

K_f为流体在已压开的裂缝中的摩阻系数，无量纲。

S4：将步骤S2收集得到的施工排量和井底压力数据代入所述压力平衡模型中，构建模型求解方程组；

作为优选，所述模型求解方程组为：

式中：

Q₁、Q_m、Q_N分别为第一个阶梯平台数据点、第m个阶梯平台数据点、第N个阶梯平台数据点的注入排量，m³/min；

P₁、P_m、P_N分别为第一个阶梯平台数据点、第m个阶梯平台数据点、第N个阶梯平台数据点的井底压力，MPa。

S5：通过求解所述模型求解方程组中的未知数，得到所述地层闭合压力。

作为优选，所述模型求解方程组的求解方法包括以下步骤：

构建函数：

y＝P_i＝f(K_p,K_nw,P_c)＝K_pQ²+K_nwQ^0.5+K_fQ^0.2+P_c (3)

则误差平方函数为：

对所述误差平方函数的每个变量进行求偏导，构造新的含有四个未知数(K_p、K_nw、K_f、P_c)、四个方程的方程组，联立求解即可得到所述地层闭合压力。

作为优选，为使误差最小，使每个变量对应的偏导数等于0。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明结合射孔孔眼、近井弯曲、以及已经形成的水力裂缝摩阻的影响，利用现场最容易获得的压裂末期逐步降排量实施的施工排量数据，以及通过压裂管柱底部安装的井下压力计获得的井底压力，能够获得更真实的裂缝闭合压力，得到的结果真实可靠，不需要进行专门的测试操作，特别是停泵后的压力变化测试，节约了测试的成本，也为开发技术人提供了压后裂缝诊断的依据和方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1第三段施工曲线示意图；

图2为本发明实施例1第四段施工曲线示意图；

图3为本发明实施例1与G函数解释对比结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。除非另外定义，本发明公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

实施例1

首先，根据压裂设计方案，在压裂管柱底部安装井下压力计，并完成各项施工准备；

其次，完成加砂泵注实施顶替阶段，有序地逐步降低泵注排量至停止泵注，在降排量阶段中，选取阶梯平台数据点获得对应的施工排量和井底压力，所述井底压力根据在压裂管柱底部安装的井下压力计获得；

我国西部A086井目标储层中部深度为640m，岩体杨氏模量为10GPa，泊松比为0.27。地层原油粘度为4.7mPa·s，压裂液粘度为3mPa·s，其第三、第四段的压裂施工曲线如图1-2所示，在其降排量阶段中获取数据点的施工排量和井底压力如表1所示：

表1降排量阶段的施工压力和施工排量

然后，将上述收集的数据代入式(1)所示的压力平衡模型中，构建式(2)所示的模型求解方程组。

最后，求解式(2)中的未知数，得到第三段的地层闭合压力为10MPa，第四段的地层闭合压力为19.56MPa。同理的，通过本发明还可同时求得射孔孔眼摩阻引起的压降综合系数K_p，由于近井裂缝扭曲效应引起的摩阻系数K_nw，以及流体在已压开的裂缝中的摩阻系数K_f。

采用G函数解释计算地层闭合压力，验证本发明的可靠性。G函数解释的第三段的地层闭合压力为11.55MPa，第四段的地层闭合压力为18.86MPa。将本发明的地层闭合压力求解结果与G函数解释相对比，对比结果如图3所示。从图3可以看出，本发明的地层闭合压力求解结果与G函数解释结果相似，且裂缝闭合压力误差不超过1.6MPa，由此可见本发明的结果可靠，能够为其他井的压裂调整或评估提供有效的参考和指导。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3：基于地层闭合压力与井底压力、近井孔眼摩阻与井筒扭曲摩阻、水力裂缝中流体流动与净压力之间的压力平衡原理，考虑孔眼及管柱摩阻、井筒扭曲摩阻、已形成水力裂缝的摩阻，建立井底压力的压力平衡模型；所述压力平衡模型为：

P_i-P_c＝K_pQ²+K_nwQ^0.5+K_fQ^0.2 (1)

式中：

P_i为压裂施工过程中的井底压力，MPa；

P_c为地层闭合压力，MPa；

K_p为射孔孔眼摩阻引起的压降综合系数，无量纲；

Q为注入排量，m³/min；

K_nw为由于近井裂缝扭曲效应引起的摩阻系数，无量纲；

K_f为流体在已压开的裂缝中的摩阻系数，无量纲；

S5：通过求解所述模型求解方程组中的未知数，得到所述地层闭合压力；

所述地层闭合压力利用现场最容易获得的压裂末期逐步降排量实施的施工排量数据，计算结果更真实，且不需要进行专门的测试操作。

2.根据权利要求1所述的获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法，其特征在于，步骤S2进行降低泵注排量时，阶梯平台数据点大于等于5。

3.根据权利要求1所述的获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法，其特征在于，所述模型求解方程组为：

式中：

4.根据权利要求3所述的获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法，其特征在于，所述模型求解方程组的求解方法包括以下步骤：

构建函数：

y＝P_i＝f(K_p,K_nw,P_c)＝K_pQ²+K_nwQ^0.5+K_fQ^0.2+P_c (3)

则误差平方函数为：

对所述误差平方函数的每个变量进行求偏导，构造新的含有四个未知数、四个方程的方程组，联立求解即可得到所述地层闭合压力。

5.根据权利要求4所述的获取地层闭合压力的压裂测试与解释方法，其特征在于，为使误差最小，使每个变量对应的偏导数等于0。