示例的某井22段压裂施工曲线按形状可分为3类,见表7—8。
表7—8 某井施工曲线分类
某井每段总液量均在1 900 m3以上(其中15段总液量超过2 000 m3);19段加砂量超过90 m3(其中12段加砂量超过100 m3)。其中第2段总液量2 671.8 m3,第16段加砂达到126 m3,是中石化页岩气井单段中的最高纪录。某井22段压裂施工参数统计见表7—9~表7—11。
表7—9 某井压裂施工参数统计
表7—10 某井施工总液量统计
表7—11 某井22段压裂施工参数统计
1.施工曲线分类
从整体上看,某井在趾端100 m附近地应力较高,之后到跟端地应力逐渐增加。按照地层应力高低(瞬时停泵压力梯度)及地层是否渗漏,将22段施工压力分为4种类型,如图7—15所示。
图7—15 某井22段压裂施工曲线分类
2.破裂特征分析
统计了某井22段压裂施工在升排量阶段的地层破裂次数、平均压力降幅及降速(表7—12)。其中前6段天然裂缝发育,脆性、压力降幅和降速较大,整个排量过程发生多次明显破裂;7~11段偏塑性,压力降幅和降速小,相对低排量发生2~3次微小破裂;12~22段受地应力较大影响,压力降速有所降低,发生明显破裂的次数减少。
表7—12 某井22段地层破裂特征数据
(续表)
对于上述4种类型的施工压力曲线,选择典型曲线进行破裂压力及滤失特征分析。
类型1(第2段)是高地应力渗漏层,其破裂压力分析如图7—16所示。3次升排量泵注阶段在提排量及保持最大排量时,均发生2次破裂,破裂后压力降速较快,地层脆性好。停泵后压力下降明显,地层滤失大。
类型2(第5段,漏失层)为低地应力渗漏层,其破裂压力分析如图7—17所示。该地层在升排量过程中及较大排量下地层均发生破裂。其中大排量保持在14.4 m3/min时,缝内憋压明显,有2处分别达9 MPa和22 MPa,促使裂缝明显转向。破裂后压力降幅较大,降速较快,说明地层脆性好、滤失大,天然裂缝发育较好。
类型3(第8段)破裂压力分析如图7—18所示。该地层无明显破裂点,仅在升排量阶段发生了2次微小破裂,在排量稳定后没有发生明显的破裂,相比类型1和类型2,地层表现出较强的塑性特征。
类型4(第18段)破裂压力分析如图7—19所示。该地层共发生2次明显破裂,分别在初期小排量阶段和最高排量阶段,压力降幅介于类型1和类型3之间,地层偏脆性。
图7—16 类型1破裂压力分析
图7—17 类型2破裂压力分析
图7—18 类型3破裂压力分析
图7—19 类型4破裂压力分析
3.裂缝复杂性分析
1)大型物理模拟试验
由典型页岩压裂结果分析,真三轴压缩条件下水力压裂裂缝以沿天然层理面开裂为主,水力压裂可产生与层理面垂直的裂缝,与天然层理面开裂后形成的裂缝交汇,形成网状裂缝,如图7—20所示。
图7—20 岩心泵压曲线与声发射实时监测效果对比分析
2)G函数分析(www.xing528.com)
某井仅有3段停泵后测压降30 min以上,其余测试时间都在5 min以内(分析结果供参考)。4种类型的G函数曲线如图7—21所示,根据G函数叠加导数曲线特征,可知第2段具有剪切网状裂缝特征,第5段具有多裂缝特征,第8段以单一缝为主,第18段具有分支裂缝特征。
3)压力施工曲线分析
选取4种压力类型施工曲线,分别计算了消除携砂液密度差影响的井底压力曲线,并在此基础上进行压力波频率和幅度统计。
图7—21 4种类型的压后G函数曲线分析
结合典型页岩压裂实验结果,综合考虑压力波频率和平均压力波动幅度等因素(图7—22),类型1和类型2裂缝发育程度较好、分布范围均较大,压裂后易形成天然层理缝与水力裂缝相交的复杂裂缝。类型3塑性强、天然裂缝发育不好,易形成单一缝。类型4整体压力波情况稍差于类型1和类型2,有形成复杂缝的可能。
另外,综合考虑滑溜水阶段压力波频率和平均压力波动幅度等因素,第5、6、18、20段裂缝发育程度较好、分布范围均较大,压裂后易形成复杂裂缝。
图7—22 某井22段施工曲线的压力波动频率和幅度统计
4.缝间干扰分析
1)停泵压力分析
从停泵压力表征上看,某井的段间距设置较小,段间压裂存在干扰现象,如图7—23所示。
2)数值模拟分析
根据基础地质数据及压裂后对裂缝系统的认识,建立了某井地质模型,如图7—24所示。模型初始渗透率设置为测井解释值9.13×10-5 mD。
通过对产气量、产液量和井底流压历史进行拟合,得到某井的拟合渗透率为6.5×10-3 mD(为测井解释值的71倍),地层综合渗透性能较好。另外,还计算了不同渗透率对应的日产量曲线,如图7—25所示,由图7—25可知随着地层渗透率的增加,产量增幅明显。
图7—23 某井22段施工停泵压力数据
图7—24 某井地质模型(裂缝参数据压后分析得到)
图7—25 不同渗透率对应的日产量曲线
图7—26 生产历史拟合结果(依次为产气量、产液量和井底流压)
续图7—26
3)诱导应力场分析
计算了4种曲线类型代表性曲线的诱导应力场,如图7—27所示。由诱导应力场分析结果可知,对于天然裂缝发育的类型1和类型2,簇间距可扩大至30~50 m(实际簇间距平均值为25.2 m)。
图7—27 诱导应力场分析结果
表7—13 某井推荐缝间距
5.净压力分析
判断类型1和类型2最易形成复杂裂缝,缝内净压力也较高。类型3塑性强,缝内也易憋起净压力。类型4缝内净压力在弱面缝临界开启压力附近,具备形成复杂缝的条件。
6.滑溜水摩阻分析
类型1(第2段):11.3 m3/min清水摩阻为48.57 MPa,井口压力为66.08 MPa,井筒摩阻为12.94 MPa,计算出滑溜水降阻率为:73.3%。
类型2(第5段):11.24 m3/min清水摩阻为46.61 MPa,井口压力为41.1 MPa,井筒摩阻为13.13 MPa,计算出滑溜水降阻率为:71.8%。
类型3(第8段):12.03 m3/min清水摩阻为48.14 MPa,井口压力为61.35 MPa,井筒摩阻为13.6 MPa,计算出滑溜水降阻率为:71.7%。
类型4(第18段):13.45 m3/min清水摩阻为50.62 MPa,井口压力为64.8 MPa,井筒摩阻为15.54 MPa,计算出滑溜水降阻率为:69.3%。
综上所述,施工过程中滑溜水性能良好,降阻率保持在70%左右,保证了施工安全顺利进行。
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