水力压裂井井温资料在河南油田的应用.pdf

第 1 卷 第 6 期 2 0 0 4年 1 2 月 ， 程 灿 球 物 理 苦 旅 C HI NE S E J OUR NAL OF E N GI NE E R I N G GE OP HYS I C S Vo l . 1 , No . 6 De c . ，2 0 0 4 文章编号 1 6 7 2 -7 9 4 0 2 0 0 4 0 6 -0 4 8 0 -0 4 水力压裂井井温资料在河南油田的应用 赵德勇‘ ， 张高玖2 ， 刘欣‘ 1 . 河南油田工程技术研究院， 河南南阳4 7 3 1 3 2 ; 2 . 河南油田测井公司， 河南南阳4 7 3 1 3 2 摘要 井温测试作为诊断水力压裂缝高最有效的一种手段， 在全世界得到广泛应用， 由于各地储层特征千 差万别所以解释方法和应用范围也各不相同。本文根据河南油田压后井温曲线特征结合储层压力和测温时 间， 总结了判断裂缝高度的四种方法; 用停泵后不同时间录取的温度， 统计出停泵时目的层温度， 为压裂液的 优选提供了可靠的依据; 用砂层厚度与隔层厚度交会的方法统计出了安棚油田能够有效阻挡人工裂缝延伸 的最小纯泥岩隔层厚度， 为压裂选层、 压裂施工设计、 压后效果分析提供了可靠的第一手资料。 关键词 水力压裂; 压裂井温测试; 隔 层厚度; 停泵井温; 裂缝高度 中图分类号 P 6 3 1 . 8文献标识码 A收稿日期 2 0 0 4 -1 0 -1 8 T HE LOGGI NG T EMP ERAT URE AP P LI CATI ON OF HYDRAULI C F RACTURI NG W ELLS I N HENAN OI LF I ELDS Z H A O D e - y o n g ， Z H A N G G a o - j i u 2 ， L I U X i n 1 . I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y ， He n a n O i l f i e l d s , N a n y a n g 4 7 3 1 3 2 , C h i n a ; 2 . We l l L o g g i n g C o m p a n y ， He n a n O i l f i e l d s ， Na n y a n g 4 7 3 1 3 2 , C h i n a A b s t r a c t T h e l o g g i n g t e m p e r a t u r e i n f r a c t u r i n g w e l l s a s t h e e f f e c t i v e m e a n s t o d e t e r m i n e h y - d r a u l i c f r a c t u r e h e i g h t i s a p p l i e d w i d e l y a l l o v e r t h e w o r l d . B u t i n t e r p r e t a t i o n m e t h o d s o f t e mp e r a t u r e c u r v e s a n d t h e r a n g e o f i t s a p p l i c a t i o n a r e d i f f e r e n t d u e t o d i f f e r e n t f e a t u r e s o f r e s e r v o i r s i n d i f f e r e n t o i l f i e l d s . 4 me t h o d s t o d e t e r mi n e h y d r a u l i c f r a c t u r e h e i g h t a r e s u mma - r i z e d a c c o r d i n g t o t h e l o g g i n g t e m p e r a t u r e c u r v e f e a t u r e s a f t e r f r a c t u r i n g c o m b i n e d w i t h r e s - e r v o i r p r e s s u r e a n d l o g g i n g t i me f r o m s t o p p i n g p u mp i n He n a n O i l f i e l d s . T h e f r a c t u r e d l a y e r t e m p e r a t u r e a t s t o p p i n g p u m p i s c o mp u t e d w i t h m u l t i n o m i a l r e g r e s s i o n o f t h e t e mp e r a t u r e s a t d i f f e r e n t t i m e f r o m s t o p p i n g p u m p t h a t o f f e r s r e l i a b l e d a t a f o r o p t i m i z i n g f l u i d . T h e m i n i - m u m s h a l e t h i c k n e s s t o p r e v e n t h y d r a u l i c f r a c t u r e f r o m s t r e t c h i n g i s s u m m a r i z e d f r o m t h e c r o s s p l o t o f s a n d t h i c k n e s s Vs s h a l e t h i c k n e s s . T h e r e l i a b l e p r a c t i c e d a t a i s p r o v i d e d f o r s e - l e c t i n g f r a c t u r e d l a y e r s ，ma k i n g h y d r a u l i c f r a c t u r i n g d e s i g n s a n d a n a l y z i n g f r a c t u r i n g r e - s u l t s . K e y w o r d s h y d r a u l i c f r a c t u r i n g ; l o g g i n g f r a c t u r i n g t e m p e r a t u r e ; s h a l e t h i c k n e s s ; t e m p e r a - t u r e a t s t o p p i n g p u m p ; h y d r a u l i c f r a c t u r e h e i g h t 作者简介 赵德勇 1 9 6 3 - ， 男， 副教授， 1 9 9 。 年毕业于中国地质大学应用地球物理专业， 获工学硕士学位， 现主要从事压裂缝高诊断 技术研究。 第 6 期赵德勇等 水力压裂井井温资料在河南油田的应用 4 8 1 1 引言 水力压裂技术作为增产的主要措施， 在石油 行业得到广泛应用， 但评价压裂设计准确性的重 要参数裂缝高度却无法直接取得。由于压裂 液的温度低于地层温度， 所以裂缝吸液越多的地 方温度下降幅度就越大， 这样就可通过压后温度 的变化情况来判断裂缝的延伸高度和吸液量的多 少川。井温测试作为诊断水力压裂缝高、 评价压 裂效果的最可靠手段， 由于它操作简单、 价格低 廉、 结果可靠， 在实践中得到广泛应用。河南油田 经过近 3 0 年的高速开发， 储量的动用程度已相当 高， 压裂改造已成为挖潜的主要手段。压裂施工 之后及时测取井温资料， 是提高压裂施工成功率 和改善压裂效果的重要措施。经过对井温资料的 仔细研究和分析， 对压裂施工效果做出准确判断， 并对下一步压裂层位的选择和压裂施工设计提供 可靠的依据。 侧 自然伽马 0 / AP I 3 0 0 州 侧 -二 片， 欲 总孔隙度 1 0 0 0 I M PORT 0 O S H 】 0 0 顺 O 心 户 刀 M O r、 rJ 七 尸 8 6 t, 臂 11 9 4 一 一一一 一. T 丁 - 万 l- 票获刊 纂辜获酬 卜二二于二 习 -Z E -Z 1 一一一一一一，一 下 霍 夔 三 墓里 刻.7 广I 手厂 _一 } 塾 丈- 「 任 任 任 三 三三 任 任 三 习 二 一戈 _ 。 巨 鬓 至藕 犷 叮 i 自然伽马压后井温裂缝边界 匹日区三 }区曰 图1 安2 0 2 8 井压裂井温解释图 F i g . 1 F r a c t u r i n g l o g g i n g t e m p e r a t u r e int e r p r e t a t i o nr e s u l t o f we l l An 2 0 2 8 2 井温曲线的特点及解释方法 压裂井温测试资料在各个油田得到不同程度 的应用， 解释方法和判别标准也存在着很大的差 别， 有的用曲线的半幅点作为裂缝的边界[ 2 1 ; 有的 把曲线斜率由正变负的拐点作为裂缝的顶界川。 这些根据井温曲线特点判断裂缝边界的方法似乎 都有道理但都不完全正确。由于压裂井温曲线形 态和变化幅度不但与裂缝吸液量的多少有关还与 储层压力和测温时间密切相关， 下面根据河南油 田实际压后井温曲线的特点， 系统分析和总结压 裂井温曲线的具体解释方法。 2 . 1 地层压力较高， 压后3 h 以内录取井温资料 由于地层压力较高， 压后关井， 井筒内保持一 定的压力， 人工裂缝内的压裂液不能返排到井筒 内， 此时只能靠热传导恢复地层温度， 所以温度恢 复就比较慢， 在压后较短时间内录取的井温曲线 基本反映了停泵时井筒内的温度。吸液段温度下 降明显， 曲线变化幅度大， 此时用曲线的半幅点就 可判断裂缝的边界 图 1 ， 图中横向虚线即为裂 缝边界。 2 . 2 地层压力较高， 压后3 一 4 h 之间录取井温 资料 虽然关井后井筒内保持一定的压力， 人工裂 缝和井筒内没有压裂液的流动， 不能通过压裂液 的流动进行热量交换， 但裂缝各部位的温度恢复 是不均匀的。裂缝上下两侧的降温段由于靠近原 始温度场， 其温度很快就接近原始地层温度， 曲线 变得平滑、 温度变化梯度变小; 而在温度下降最大 的吸液段， 其温度不能在短时间内迅速恢复， 温度 变化梯度改变不明显， 此时就可用井温衰减梯度 的改变点作为裂缝的边界 图2 0 侧 蜒 O N 今 尸. 川 e ; r 护 a 自然伽马 0 / AP I 3 0 0 制 划 J 咔尸 布 总孔隙度 1 0 0 0 I M P ORT 0 S H 1 0 0 压 A /0C 温 { 犷 一 ，’ 一 支 砚{ 票鸳 I 卜 任 仁 任 任 任 诀闷 奎参 / .’ 一 几 L . . , - -户 加 ，户 ‘一 \ 一霎 犷 鼓 1玉 玉 垂 习 入- 羲{ E _ . . . 3d 自然伽马压后井温裂缝边界 匹曰区三 }区曰 图2 双 1 3 -2 0 井压裂井温解释图 F i g . 2 F r a c t u r i n g l o g g i n g t e m p e r a t u r e i n t e r p r e t a t i o nr e s u l t o f w e l l S h u a n g l 3 一2 0 4 8 2工程地球物理学报 C h i n e s e J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g G e o p h y s i c s 第 1 卷 2 .3 地层有一定的压力， 压后4 h 以后录取井温 资料 随着时间的推移， 裂缝上下两侧的降温段已 恢复到原始地层温度， 而在吸液段， 由于其温度下 降幅度大， 温度仍处于恢复之中， 此时用曲线斜率 由正变负的拐点作为裂缝的边界 图 3 0 G. 自然伽马 5 / AP I 1 5 制 喇 -口 八， 翔 总孔隙度 1 0 0 0 I MP OR T 0 0 S H I O C O 6 7压 璧a ” 苏. ’一 ” ” ” ‘、 .，，，“白 ， - .-.-二 _ ____互 一 二0 - 护 义 户 、 ，.，二‘.一， 「卜 一 扮门户 ‘ 曰 洲 二 衬 尸 重霆 』 F- - - 一 - 一月 尹钾l 1 鳌 戴互 一“.，， 一 了一 毛 ， 户 一 ， 侧 兴 自然伽马 5 / AP I 1 0 喇 划 绍 盆 总孔隙度 1 0 0 0 I M P OR T 0 0 S H 1 0 0 一 压 r} / 0C 温 / 户 一 爵 一 - - 一 声 ，一 \’’-’一r 笋 } { 声，一‘卜‘卜.. .-一 才 ‘ ， ， 二 ‘、 ‘。 、、 产 户 尸 ‘ 尺 . 乡， 鸽l 〕 尸一} ，-. 自然伽马压后井温裂缝边界 巨 三 习任 三}区 三} 图4 双3 0 9 井压裂井温解释图 F i g . 4 F r a c t u r i n g l o g g i n g t e m p e r a t u r e i n t e r p r e t a t i o n r e s u l t o f w e l l S h u a n g 3 0 9 自然伽马压后井温裂缝边界 巨 三 ]匠三 }区困 双 5 一6 0 8 井压裂井温解释图 F r a c t u r i n g l o g g i n g t e mp e r a t u r e int e r p r e t a t i o nr e s u l t o f w e l l S h u a n g 5 一6 0 8 倪︸nll气0气︸八“ n，90000，产7 2 .4 地层基本没有压力， 压后3 h 以后录取井 温资料 由于地层基本无压力， 压后井筒内的压力很 快扩散。随着时间的推移， 在裂缝中受热的压裂 液有可能回流到井筒内， 使吸液段的温度迅速恢 复; 而在裂缝两侧的降温段， 温度要依靠缓慢的热 交换来恢复， 所以其温度恢复速度远远慢于吸液 段。结果就是吸液段的温度高于两侧的非吸液降 温段， 形成所谓的“ 热鼻” 现象[[ 2 ] ， 此时应以温度由 降变升的拐点判断裂缝的边界 图4 o 变化与时间的关系最为密切。由于压裂目的层的 深度差别较大， 地层温度相差悬殊， 所以本文选择 了温度的下降率 压后井温与压前井温之比 作为 统计研究的对象， 共统计 1 1口井、 2 1 个测温层的 数据， 测量时间从 1 . 5 -5 . 3 h ， 压裂前后井温值之 比在 0 . 7 3到 。 . 9 之间 图 5 ， 多项式回归结果 是 0 0 . . 0 . . . . 0 二 斌. 0 . 0 . 0 . 6 5 y 0 .0 0 3 9 x 0 .0 5 8 l x 0 . 6 7 3 1 相关系数 0 . 8 3 9 8 n曰﹄、 乙U气︸ 0 0 . 岁五刊明株侣图护明抹业服逛 平均绝对误差 0 . 0 1 9 1 .平均相对误差 2 . 3 0 . 5 0 “ 0. 02 . 0 4 . 0 6 . 0 距停泵时间// h 8 . 0 3 停泵时压裂层温度 施工时目的层的温度是优选压裂液配方的主 要依据， 压裂液的耐温性能、 携砂能力、 破胶时间， 破胶剂的加入量等都与压裂层段的实时温度密切 相关， 通过压后井温随时间的变化关系， 是了解实 时井下温度最直接最有效的方法。 停泵后不再有压裂液注入， 随着时间的推移， 吸液段的温度逐渐升高， 所以此时目的层温度的 停泵后温度恢复与时间的关系 R e l a t i o n o f t i m e V s t e m p e r a t u r e a f t e r s t o p p i n g p u mp T p m / T , , , 一0 . 0 0 3 9 T i 2 0 . 0 5 8 1 T i O . 相关系数 0 . 8 3 9 8 ; 平均绝对误差 0 . 6 7 3 1 0 1 9 1 ; 平 均相对误差 2 . 3 4 . m T T e m 压后井底温度 ℃ ，压前井底温 度 C , T i 测温时距离停泵时间 h a 第 6 期 赵德勇等 水力压裂井井温资料在河南油田的应用 4 8 3 日、侧殴噢医 由上式可知， 停泵时 T i O 井底温度是压 前井温的6 7 . 3 。根据这一结论结合地层温度 场模拟结果和泵注时间及排量便可推算实时地层 温度， 为室内实验选择温度条件提供依据。 4 能够成功阻挡裂缝穿透的隔 层最小厚度 由于安棚油田不但要通过压裂改造才能获得 工业油流， 而且油层、 水层、 水淹层、 高、 低渗透层 等纵向上分布关系相当复杂， 多数情况下交替出 现， 层与层之间的泥岩隔层薄厚不一， 泥岩的纯度 也有很大的差别， 开采和油层改造过程中稍有不 慎就可能导致层间互窜， 给合理开采造成很大的 困难。所以确定能够有效阻挡人工裂缝延伸的最 小隔层厚度， 对于寻找合适的压裂改造层位、 选择 合适的压裂参数、 取得理想的压裂增油效果具有 决定性的作用。确定阻挡人工裂缝延伸的最小隔 层厚度主要是通过统计的方法， 在油藏应力和地 层岩性特征比较接近的情况下， 通过井温测试资 料的解释， 找出成功阻隔人工裂缝延伸和被人工 裂缝突破的隔层厚度界限， 从而确定一个油田内 能够有效阻挡人工裂缝延伸的最小隔层厚度。本 文统计了安棚油田隔层厚度小于 5 . 5 m的压裂层 1 0 层， 从图6 可以清楚地看出， 当隔层厚度大于 3 . 5 m时裂缝都被成功阻隔， 当隔层厚度小于 3 . 5 m时隔层都被突破， 所以3 . 5 m是安棚油田能 够有效阻挡人工裂缝延伸的最小隔层厚度。此 外， 能够有效阻挡人工裂缝延伸的最小隔层厚度 还与泥岩的纯度及压裂施工排量有关， 施工排量 越大要求有效隔层厚度越大， 泥岩纯度越低要求 有效隔层厚度也越大。本文统计的是施工排量为 4 . 0 m 3 / m i n 的纯泥岩隔层。 令 令 二 . 图例.遮挡失败层.遮挡成功层 0 3 6 9 1 2 图6 砂层厚度与泥岩厚度交会 F i g . 6 T h e c r o s s p l o t o f s a n d t h i c k n e s s Vs s h a l e t h i c k n e s s 2 压裂层压裂施工停泵时温度最低， 为压前 井温的6 7 . 3 。压后井底温度迅速回升， 停泵5 h 已升到压前井温的9 0 . 3 能够有效阻挡人工裂缝延伸的最小隔层厚 度与泥岩的纯度及压裂施工排量有关， 施工排量 越大要求有效隔层厚度越大， 泥岩纯度越低要求 有效隔层厚度也越大。在施工排量为4 . 0 m 3 / m i n 时， 安棚油田能够有效阻挡人工裂缝延伸的最小 纯泥岩隔层厚度是 3 . 5 m. 5 结论 1 根据地层的压力特点和压后不同时间录取 的井温资料， 应分别采用曲线的半幅点、 井温衰减 梯度的改变点、 曲线斜率由正变负的拐点、 井温由 降变升的拐点来判断裂缝的边界。 参考文献 [ 1 ] M J 埃克诺米德斯， KG诺尔蒂. 油藏增产措施「 M] . 康德泉， 周春虎， 向世琪译.北京 石油工业出版社， 1 9 9 1 . 4 3 8 一4 4 6 . [ 2 ] J L吉德利[ 美] . 水力压裂技术新发展「 M] . 朱兆明， 单文文， 黄天平译. 北京 石油工业出版社， 1 9 8 9 . 7 1 一 8 0 . [ 3 〕王鸿勋. 水力压裂原理〔 M] .北京 石油工业出版社， 1 9 8 7 . [ 4 」张守谦， 李占诚. 石油地球物理测井压 M] .北京 石油 工业出版社， 1 9 9 0 . 1 3 1 -1 3 3 . [ 5 〕万仁溥 采油技术手册 第九分册， 压裂酸化工艺技 术 [ M] . 北京 石油工业出版社， 1 9 9 8 . 5 8 9 -6 2 3 . [ 6 ]阂安东， 吕维民.油井温度压力测量[ J ] . 自动化仪 表， 1 9 9 8 , 1 9 1 1 2 2 一2 4 . [ 7 ] 栗庆.油井温度测量实例记载「 J ] . 国外油田工程， 1 9 9 3 , 9 1 1 6 一2 0 .