诱导注入压裂小测试的优化方案

通常在主压裂施工前2～3天进行诱导注入测试，即阶梯升/降排量测试，加大测试压裂用液规模至整体规模的10%，最高排量提升至主压裂施工排量，从而获取天然裂缝及摩阻等参数。

1.诱导注入小型测试压裂理论研究

常规压裂前的小型测试压裂规模一般在60 m3以下，但页岩气压裂与之不同，若其小型测试压裂规模过小，则难以反应远井的储层状况。因此，页岩气网络压裂前的小型测试压裂，其用液规模一般在200 m3左右。

提高用液规模的另一个好处是形成的诱导应力相对较大。如果地层两个水平主应力差值不大，更易形成网络裂缝。如果裂缝更易向下延伸，还可在小型测试压裂中适当加些陶粉或砂粉，利用停泵测压降时机沉降缝底来控制缝高下窜。

1）主要目的

（1）地层破裂，有主通道；

（2）了解每个排量对应的压力；

（3）了解储层的地应力、压裂液滤失及天然裂缝发育情况；

（4）加陶粉段塞，支撑剂沉降，控缝高；

（5）主压裂裂缝转向。

2）设计原则

（1）规模的确定，按正式压裂的10%左右确定；

（2）排量的设计按经验取逐步递增及递减模式，只要设备能力和井口承压允许，可试验最大的排量；

（3）升降排量时以尽量短时间达到预期值；

（4）裂缝产生的诱导应力以大于水平应力差值为宜。

3）诱导测试压裂总体方案设计

（1）阶梯升排量测试

除去灌注井筒和开启裂缝或注入，注入测试时间应持续5～8 min。理想情况下，设置两步阶梯压力低于破裂压力。整个注入阶段，需要维持稳定的排量并逐步上升到12 m3/min甚至以上。

（2）稳定注入

根据物质平衡关系，通过实施小规模的稳定注入阶段有助于评估裂缝扩展状态。经典的Nolte-Smith分析方法认为，在稳定注入阶段的净压力可以用来解释压力的变化趋势，从而预防端部脱砂、携砂液脱砂以及过高的缝高延伸等状况的发生。

（3）阶梯降排量测试

阶梯降排量测试主要用来确定孔眼摩阻以及近井筒扭曲摩阻，孔眼摩阻与成比例，近井筒摩阻与成比例。这一关系表明在阶梯降排量测试中，高排量下孔眼摩阻能更明显的降低压力，而近井筒摩阻在低排量的情况下影响较为明显。当排量降低有恒定的压降时孔眼摩阻不明显，当排量下降时，近井筒摩阻越来越明显。此阶段采取逐车停泵，排量逐级降至1 m3/min，每一级排量持续15～20 s。

（4）停泵测压降(www.xing528.com)

随后关井、测压降120 min。之所以不采取注入或回流测试方案，主要是因为此类测试通常遇到页岩压裂过程中天然裂缝发育或大量张开而引起严重滤失的情况时很难控制测试压裂回流速度，现场实施相对复杂。根据北密歇根盆地Antrim页岩小型测试压裂实践应用情况来看，注入或压降测试基本能满足测试要求：

① 不会由于固井质量差而使得小体积、低排量测试分析受到影响；

② 高注入速率确保压开地层或缩短滤失时间以提升液体效率；另外，较大体积注入使关井到裂缝闭合时间延长，反过来简化了利用压降数据对压力传导特征的解释；

③ 较大体积注入压裂（一般为压裂管柱体积的一半）允许对与裂缝闭合压降有关的所有压力传导进行强制诊断。

4）诱导测试压裂参数优化

诱导测试压裂与传统阶梯升或降排量测试的区别在于其排量、用液量普遍较高。一方面得到地层破裂压力、延伸压力、闭合压力、液体效率及摩阻等参数的认识，为主压裂施工设计及方案调整提供依据；另一方面通过小型测试压裂预先打开因胶结而封闭的裂缝，并使局部裂缝脆弱面产生剪切，或理想状态下依靠清水起到一定的裂缝支撑作用，为后续主压裂施工裂缝转向创造一定的地层通道。

（1）合适的用液规模，满足创造剪切缝体积和部分张开微裂隙的滤失

层状页岩在测试压裂过程中可能会产生张性缝、剪切缝和天然微裂隙。剪切滑移缝和张开天然微裂隙是期望得到的，因为这有利于后续主压裂的实施。然而，天然裂缝的张开对裂缝内净压力的需求较大，同时会消耗更多的压裂液体积（图5—18）。考虑地层水力裂缝张开或剪切特征，以及天然裂缝发育情况，根据主压裂用液规模设计，选择诱导测试压裂用液量为主压裂用液量的8%～10%。

（2）合理的排量，争取最高净压力，从而增加更多微裂隙张开的概率

由式（5—17）可知：净压力与排量成正比，适当增加排量有利于裂缝延伸和开启天然裂缝，最高排量设计应与主压裂施工排量相当。

图5—18　诱导测试压裂用液量优化

式中，pn为井筒净压力，MPa；cf为裂缝韧度系数；qi为泵注排量，m3/min；K′为稠度系数，Pa·sn；n为流态指数，量纲为1；hf为裂缝高度，m；xf为裂缝半长，m。

排量优化过程中，需同时考虑地层的滤失性、注入液体流变特性以及裂缝缝长、缝宽、净压力与排量的匹配关系。图5—19给出了某井诱导测试压裂所需排量的优化方案。由图5—19可知，尽管排量增加能弥补一部分压裂液滤失增加引起的净压力降低，但是总体趋势是不同排量下净压力随滤失系数的增加而降低；同时，从图5—19还可以看到，12 m3/min排量产生的净压力反而小于10 m3/min排量下的净压力，其原因在于：地层部分天然裂缝发育，未到达诱导注入排量时，天然裂缝会不同程度地被打开，反映在整个提升排量过程中随着滤失增加导致净压力的下降幅度有所差异，优化设计排量为10 m3/min。

图5—19　诱导测试压裂最高排量优化

（3）使用一定陶粉，降低多裂缝滤失和近井摩阻，预防主压裂阶段过早脱砂

常规测试压裂一般不考虑加入支撑剂，而根据页岩气井测试压裂的设计理念，加入一定比例的支撑剂（中等抗压强度陶粒，70～140目，砂液比控制在2%左右）有利于降低测试压裂阶段产生的多裂缝滤失，并能减小近井筒摩阻，对在后续主压裂阶段防止过早脱砂起到一定预防作用，且同时有助于裂缝转向，但可能会以牺牲部分裂缝内净压力为代价。

最终形成的诱导注入测试压裂方案见表5—9。

表5—9　诱导测试压裂典型方案