压裂施工中前置液用量计算方法研究.pdf

收稿日期 2007202220 作者简介姚海晶1961 - ,女,黑龙江尚志人,高级工程师,从事油田压裂工艺技术研究工作。 文章编号 100023754 2007 0620107203 压裂施工中前置液用量计算方法研究 姚 海 晶 大庆油田有限责任公司 井下作业分公司,黑龙江 大庆 163453 摘要压裂设计中,前置液用量是一个重要施工参数,它直接影响着裂缝形态、压裂改造效果,甚至 决定压裂施工的成败。本文阐述了垂直缝油藏前置液量对支撑缝长影响的量化方法。目的是就区块及 地层条件,研究前置液对造缝长度的影响,从而给出不同油层厚度、缝长的前置液用量的计算方法, 为油井压裂前置液量的确定提供理论依据。这种方法是以区块为研究单元,结合理论模型和现场试 验,综合评价油井产量、采油强度和压裂有效期指标,给出在该区块地层、井网条件下,前置液量与 支撑缝长间的量化关系,并制作了相应曲线图板,通过图版可直接查得不同加砂规模、缝长、目的层 厚度所对应的前置液用量。现场应用127层,平均单井日多产油017 t,采油强度提高了25 ,有效 期1015个月,施工成功率100。试验结果表明,将理论模型与现场试验有机结合,用于计算前置 液用量是一种有效方法。 关键词水力压裂;前置液;压裂设计;增产效果 中图分类号TE35711 文献标识码A Ahead fluid volume calculation during fracturing YAO Hai2jing Downhole Operation B ranch Com pany of Daqing O ilfield Com pany Ltd1, Daqing163453,China Abstract For fracturing design, ahead fluid volume is an i mportantoperation parameter, which directly influences frac2 ture morphology, fracture resultsor even results the successor failure of the operation. Thispaper discusses the quantifi2 cation for the effect of ahead fluid volume in vertical fracture to support fracture length. The effect of ahead fluid to created fracture length at different blocks and for mation conditions needs to be studied to generalize the calculation for ahead fluid volume with various oil reservoir thickness and different fracture length.This can provide the deter mination of ahead fluid volume for producer fracturingwith theoretical basis . W ith the application of thismeth2 od, which takes block as the study unit and comprehensively uates oil producer production, production intensity and fracturing validity inds based on theoreticalmodels and field tests, the quantification relationship between the ahead fluid volume and support fracture length under the ation conditions and well pattern of the block is given.The rele2 vant charts are also made to directly obtain the corresponding ahead fluid volume with different gravel volume, fracture length and thickness of the interested interval .This is used to 127 layers in field the average daily in2 cremental oil for single well is 017 t, the production intensity is increased by 25 and the useful life is 10.5 months with the success ratio of 100.The experimental results suggest that it is an effective to calculate ahead fluid volume to combine the theoreticalmode with field tests . Key words hydraulic fracturing;ahead fluid;fracturing design;stimulation results 前置液的主要功能是造缝。因而是压裂设计中着 重考虑的施工参数,其用量的合适程度,对于压裂施 工的成败和油气井产能都有着重要的影响。前置液量 多少取决于压裂液效率,而压裂液效率又与储层条件 及压裂液性能密切相关,因此,前置液量的计算是一 个十分复杂的问题。最佳的前置液用量是泵注结束 时,前置液刚好全部滤失进地层,支撑剂达到裂缝端 部,形成充满支撑剂的裂缝,获得均匀的支撑宽度和 701第26卷 第6期 大庆石油地质与开发 P1G1O1D1D1 2007年12月 足够的导流能力,使生产过程中的压力降最小。 前置液过量会产生无效的附加裂缝长度,裂缝过 度延伸可使裂缝宽度变窄,导致支撑剂铺置浓度降 低。在注水开发条件下,过量使用前置液,还可能造 成油井过早水淹;前置液不足使裂缝延伸受限,可能 造成施工失败 [1212 ]。 目前,前置液用量的常用计算方法有3种,一是 以加入支撑剂量多少进行估算一般开发井压裂施工 的前置液量约为所用支撑剂视体积的112倍;二是以 携砂液量多少进行估算前置液量约为携砂液量的 30;三是以压裂液效率为变量的函数进行估算,在 不考虑瞬时滤失时 fpη≈1-η 2 ≈ 1-η 1η≈ 1 12ffL 其中 fp 前置液百分数[前置液体积 / 前置液 体积混砂液体积100 ]; η 压裂液效率; ffL 裂缝体积与泵注期间滤失体积之比。 前两种估算方法既没有考虑压裂液和储层特性, 也没有考虑平均混砂比的影响,显然是不够合理的。 后一种方法中的 η难以确定,因此在应用中也受到 限制。 本文采用PKN裂缝扩展模型与现场试验结合的 方法,以压裂施工成功率和改造效果为目标函数,给 出以区块为研究单元、按厚度划分的前置液量与缝长 关系曲线。 1 理论计算模型 基本假设①裂缝在储层内延伸,各处缝高相 同,缝长大于缝高;② 裂缝的横截面为椭圆,垂直于 缝长的剖面内,流体压力是常数;③ 横截面的最大宽 度与该点处的净压力成正比,而与其他点处的宽度无 关;④ 以牛顿流体在椭圆面内流动的基本方程代替非 牛顿流体基本方程。 在此假设条件下,Perkins和Kern给出了下列方 程 W x, t 2hfΔp E’ 1 5 Δ p 5x - 64 π qμ W 3 hf 2 其中 Δp pf- pmin E’ E 1-ν 2 W 缝宽, m ; t 时间,s ; x 沿裂缝方向的距离, m ; pf 缝内压力, MPa ; pmin 垂直于裂缝壁面的地应力, MPa ; ν 泊松比,小数; hf 缝高, m ; Δ p 缝内外压差, MPa ; E’ 杨氏模量, MPa ; p 压力, MPa ; μ 液体粘度, mPas ; q 缝长上任意点的流量, m 3 /s ; Nordgren在式1和式2基础上,引入考 虑了滤失的连续性方程 5q 5x 5A 5t ql03 其中 Aπ W hf 4 裂缝横截面积; ql2hful 单位长度上滤失流速; ul Cl t-τx Carter滤失基本方程; A 横截面积, m 2 ; ql 滤失流速, m 3 /s; Cl 滤失系数, m /min; τ 缝中x点开始滤失的时间, min。 由式1、2、3消去 Δp及q,得关于W x, t 的非线性偏微分方程 E’ 128hfμ 5 2W4 5x 2 8Cl πt -τx 5W 5t 4 初始条件W x, 00 边界条件 W x, t 0 xL t 5W 4 5x x 0 256q0 πE’ 对这组方程进行数值求解,可得到包括滤失在内 的与时间相关的缝宽和缝长。 Nordgren给出的两种极限条件下的近似解。 η→ 1时方程的近似解为 L t0139 E’q 3 i μh4 f 1/5 t 4/5 Ww t2181 μq 2 i E’hf 1/5 t 1/5 η→0时方程的近似解为 L t qit 1/2 2πClhf Ww t410 μq 2 i π 3 E’Clhf 1/4 t 1/8 其中, L t为缝长 m , Ww t为井筒处缝宽m。 2 现场试验 选定双301新开发区块作为试验区。结合储层条 801大庆石油地质与开发 P1G1O1D1D1 第26卷 第6期 件和模型计算结果,进行了不同支撑剂视体积与前置 液量比值试验,从大到小,共完成127层。压后效果见 表1。 表1 压裂井不同前置液用量下的产油情况 施工排量218 m3/m in Table 1 O il production with different ahead fluid volumes for fracturi ng wells 平均厚度 /m 支撑剂视 体积 前置液量 平均砂比 / 平均初 期产量 / td- 1 平均产油 强度/[ t m d - 1 ] 112 1∶1122616216212 1∶1112810311215 1∶1102614219214 1∶0192715315219 1∶0182710313217 213 1∶1122718412118 1∶1112912418211 1∶1102810414119 1∶0192810511212 1∶0182815319117 312 1∶1122910410112 1∶1112910317111 1∶1102816418115 1∶0192910412113 1∶0182813315111 319 1∶1123010119015 1∶1113016512113 1∶1102914414111 1∶0192918319110 1∶0182910313110 511 1∶1122915418019 1∶1113010511110 1∶1103010615113 1∶01930104190195 1∶0182910318017 518 1∶11230105150195 1∶111 1∶1103010910115 1∶0193010810114 1∶018 注支撑剂视体积与前置液量比值为1∶112的层为对比压裂层。 3 曲线图版 结合理论计算、压裂施工成功率和产油指标,绘 制出如下图的一组曲线图版图 1 。图中表明,在 加砂规模一定时,支撑剂视体积与前置液量比值越 大,支撑缝越长。根据图版,很容易确定不同加砂规 模、缝长所需的前置液量。例如, 1 m厚油层,造缝 长140 m,只需支撑剂视体积前置液量 1∶018, 而不是通常给定的1∶112。 4 认识 1利用理论模拟和现场试验结合的方法,可 以整体确定具体区块压裂施工所需的前置液用量,弥 补现有压裂设计软件由于参数不准、不全及裂缝扩展 模型理想化所带来的不足。这种方法不需要额外投入 费用,随正常生产就可进行。 2该方法适用于具体区块整体,即把区块作 为研究单元,实现压裂施工设计的个性化。 参考文献 [1]王俊魁 1油气藏工程方法研究与应用[M ]1北京石油工业出 版社, 19981 [2] J1C1耶格, N1G1W1库克,中国科学院工程力学研究所译,岩 石力学基础[M ]1北京科学出版社, 19811 [3]Э 1 Μ1哈利莫夫,Б 1И 1莱维,В 1И 1久巴 1提高油层采收率技术 [M ]1北京石油工业出版社, 19921 [4]王鸿勋 1水力压裂原理[M ]1北京石油工业出版社, 19831 [5]埃克诺米得斯M J,诺尔蒂K G1油藏增产措施[M ]1北京石 油工业出版社, 19911 [6]周 望,谢朝阳 1大庆油田水力压裂技术的发展[ J ]1大庆石 油地质与开发, 1998, 17 2 342361 [7]胥元刚,张 琪 1变裂缝导流能力下水力压裂整体优化设计方法 [J ]1大庆石油地质与开发, 2000, 19 2 402411 [8]王秀娟,赵永胜,王良书,等 1大庆喇萨杏油田水力压裂人工裂 缝形态研究[J ]1石油学报, 2002, 23 4 622641 [9]于永波 1大庆长垣西部低渗透油田压裂工艺的改进方法[ J ]1 大庆石油地质与开发, 2005, 24 1 682691 [10]孙海成,何顺利 1重复压裂机理研究[J ]1大庆石油地质与开 发, 2005, 24 3 722741 [11]于凤林,刘 敏,侯继波 1高含水后期油井重复压裂选井选层 方法探讨[J ]1大庆石油地质与开发, 2005, 24 4 472481 [12]刘金喜,姚海晶,刘 萍 1压裂施工中暂堵剂用量计算方法研 究[J ]1大庆石油地质与开发, 2005, 24 6 582591 编辑何先华 901 2007年12月 姚海晶压裂施工中前置液用量计算方法研究