压裂优化设计理论及案例教学提纲.ppt

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1、压裂优化设计理论及案例 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2压裂优化设计理论及案例压裂优化设计理论及案例主主 讲：曾凡辉讲：曾凡辉 电话：电话：028-83032442028-83032442 E-mail: E-mail:3目目 录录一、压裂优化设计理论一、压裂优化设计理论二、压裂设计基础参数二、压裂设计基础参数三、压裂裂缝参数优化三、压裂裂缝参数优化四、压裂施工参数优化四、压裂施工参数优化五、压裂优化设计软件五、压裂优化设计软件六、水力压裂评估技术

2、六、水力压裂评估技术七、压裂优化设计实例七、压裂优化设计实例4 封闭边界无限大地层中心一口垂直单相油流井稳封闭边界无限大地层中心一口垂直单相油流井稳定生产产量公式：定生产产量公式：对具体井层，地层条件对具体井层，地层条件(k ko o,h h)、流体性质、流体性质(o o,B Bo o)和和井特性井特性(r re e,r rw w)已经确定。已经确定。提高产量的措施有提高产量的措施有:注水保持地层压力注水保持地层压力;人工举升降低井底流动压力人工举升降低井底流动压力;对于低渗透储层：水力压裂产生负表皮系数。对于低渗透储层：水力压裂产生负表皮系数。5水水力力压压裂裂是是利利用用地地面面高高压压泵

3、泵组组将将高高粘粘液液体体以以超超过过地地层层吸吸收收能能力力的的排排量量注注入入到到井井中中，在在井井底底附附近近憋憋起起高高压压超超过过井井壁壁附附近近地地应应力力及及岩岩石石抗抗张张强强度度的的压压力力后后，在在地地层层中中形形成成裂裂缝缝。继继续续注注入入带带有有支支撑撑剂剂的的液液体体，裂裂缝缝在在长长、宽宽、高高方方向向上上延延伸伸。施施工工结结束束后后形形成成具具有有一一定定长长度度的的高高导导流流能能力力填填砂砂裂裂缝缝。填填砂砂裂裂缝缝具具有有很很高高的的渗渗流流能能力力，它它能能降降低低油油气气流流入入到井底阻力，使油井获得增产。到井底阻力，使油井获得增产。1 1、水力压裂

4、的概念、水力压裂的概念6地层参数：厚度、地应力差、地层压力地层参数：厚度、地应力差、地层压力.压裂材料：压裂液、支撑剂压裂材料：压裂液、支撑剂.施工参数：排量、砂量、压力施工参数：排量、砂量、压力.压裂工艺：限流压裂、分层压裂压裂工艺：限流压裂、分层压裂.压裂设备：泵车压裂设备：泵车(组组)、砂车、仪表车、砂车、仪表车.现场实施、质量监控、压后评估现场实施、质量监控、压后评估.1 1、水力压裂的概念、水力压裂的概念7(2)(2)油气井增产、水井增注油气井增产、水井增注 (1)(1)提高勘探含油气评价，增加可采储量提高勘探含油气评价，增加可采储量WattenbergWattenberg气田气田安

5、塞特低渗油田安塞特低渗油田 H=1000-1300m H=1000-1300m，h=12.2mh=12.2m，=12.4%,kair=1-2md,=12.4%,kair=1-2md,ke0.5md,So=55-57%,pr=8.3-9.8MPake0.5md,So=55-57%,pr=8.3-9.8MPa2 2、水力压裂的作用、水力压裂的作用8(5)(5)其它方面（工业排污、废核处理）其它方面（工业排污、废核处理）(3)(3)调整层间矛盾，改善产油、吸水剖面调整层间矛盾，改善产油、吸水剖面(4)(4)提高采收率提高采收率 电模拟和数模表明；大庆小井距试验证实。电模拟和数模表明；大庆小井距试验证

6、实。2 2、水力压裂的作用、水力压裂的作用93 3、水力压裂增产机理、水力压裂增产机理 (1)(1)沟通油气储集区，增加单井控制储量（连通沟通油气储集区，增加单井控制储量（连通透镜体和裂缝带）、扩大渗流面积透镜体和裂缝带）、扩大渗流面积 (2)(2)变径向流动为线性流动变径向流动为线性流动(3)(3)解除污染解除污染井裂缝井104 4、压裂优化设计概念、压裂优化设计概念 压裂优化设计是在给定的油层地质、开发与工程条件下，借压裂优化设计是在给定的油层地质、开发与工程条件下，借助油气藏模型、水力裂缝模型与经济模型计算软件，反复模拟评助油气藏模型、水力裂缝模型与经济模型计算软件，反复模拟评价不同支撑

7、缝长与导流能力的裂缝所长生的经济效益，从中选出价不同支撑缝长与导流能力的裂缝所长生的经济效益，从中选出能实现少投入、多产出的压裂设计即为优化的压裂设计。能实现少投入、多产出的压裂设计即为优化的压裂设计。11问题问题新区块？新区块？否否是是注水开发？注水开发？否否复压？复压？是是l水力裂缝与井网匹配的研究水力裂缝与井网匹配的研究l地应力场与分层应力地应力场与分层应力l压裂模拟技术压裂模拟技术l压裂施工工艺压裂施工工艺l压裂材料压裂材料否否是是复压？复压？否否是是l重复压裂选井选层研究重复压裂选井选层研究l第一次裂缝失效原因分析第一次裂缝失效原因分析l裂缝周围应力场研究裂缝周围应力场研究l复压裂缝

8、转向的可能性研究复压裂缝转向的可能性研究l不同施工材料对裂缝开始转向不同施工材料对裂缝开始转向 距离的影响研究距离的影响研究l施工参数对裂缝开始转向距离施工参数对裂缝开始转向距离 的影响研究的影响研究l不同复压裂缝情况下，注采动不同复压裂缝情况下，注采动 态的预测、经济评价研究态的预测、经济评价研究l单井裂缝优化设计单井裂缝优化设计l压裂液优化设计压裂液优化设计l支撑剂的筛选支撑剂的筛选l施工参数优选施工参数优选l测试压裂设计测试压裂设计l施工质量控制施工质量控制l测试压裂解释及原设计的完善测试压裂解释及原设计的完善l水力裂缝评估水力裂缝评估l压裂后增产效果评估及建议压裂后增产效果评估及建议单

9、井压裂优化设计结合单井压裂优化设计结合对注采动态的影响研究对注采动态的影响研究对探井对探井5 5、压裂优化设计研究对象、压裂优化设计研究对象12 既定储层和注采井网下，预测单井不同缝长和导既定储层和注采井网下，预测单井不同缝长和导流能力的压后生产动态；流能力的压后生产动态；根据储层条件选择压裂材料类型和用量；根据储层条件选择压裂材料类型和用量；确定泵注方式、施工排量、设备功率等参数；确定泵注方式、施工排量、设备功率等参数；确定施工泵注程序；确定施工泵注程序；评价施工方案的经济性，实现少投入、多产出；评价施工方案的经济性，实现少投入、多产出；设计方案检验（开发与增产的要求、现有压裂材设计方案检验

10、（开发与增产的要求、现有压裂材料与设备能力、施工安全的要求）。料与设备能力、施工安全的要求）。6 6、压裂优化设计的任务、压裂优化设计的任务13压压裂裂优优化化设设计计理理论论裂裂缝缝优优化化设设计计模模型型材材 料料 优优 化化 模模 式式施施工工参参数数优优化化模模式式质质 量量 控控 制制 模模 式式资料收集；水力裂缝建模资料收集；水力裂缝建模生产动态预测；经济优化生产动态预测；经济优化压裂液及其添加剂室内评价及优化压裂液及其添加剂室内评价及优化支撑剂室内研究及其筛选支撑剂室内研究及其筛选施工排量施工排量施工砂液比施工砂液比施工泵注程序施工泵注程序设备准备情况设备准备情况压裂液室内实验压

11、裂液室内实验支撑剂物理性能实验支撑剂物理性能实验导流能力实验导流能力实验测试压裂技术测试压裂技术设计的完善设计的完善7 7、压裂优化设计的内容、压裂优化设计的内容14目目 录录一、压裂优化设计理论一、压裂优化设计理论二、压裂设计基础参数二、压裂设计基础参数三、压裂裂缝参数优化三、压裂裂缝参数优化四、压裂施工参数优化四、压裂施工参数优化五、压裂优化设计软件五、压裂优化设计软件六、水力压裂评估技术六、水力压裂评估技术七、压裂优化设计实例七、压裂优化设计实例15 一一个个优优化化的的压压裂裂设设计计，强强调调深深化化对对压压裂裂目目的的层层的的认识，采取准确可靠的设计参数。认识，采取准确可靠的设计参

12、数。不可控制参数：不可控制参数：指无法进行调整的储层特征参数。指无法进行调整的储层特征参数。包括：包括：岩岩矿矿组组成成、孔孔隙隙度度、渗渗透透率率；储储层层流流体体特特性性及及其其饱饱和和度度；厚厚度度；应应力力状状态态；邻邻近近遮遮挡挡层层的的厚厚度度及及其其延延伸伸范范围围和和应应力力状状态态；储层压力和温度。储层压力和温度。可控制参数可控制参数：可以加以调整来进行优化压裂设计的完井特可以加以调整来进行优化压裂设计的完井特征参数。包括：征参数。包括：井筒套管、油管及井口状况；井下设备；射孔位置和射孔井筒套管、油管及井口状况；井下设备；射孔位置和射孔数；压裂液和支撑剂；压裂参数、经济参数、

13、压裂装备等。数；压裂液和支撑剂；压裂参数、经济参数、压裂装备等。一）、压裂设计参数分类一）、压裂设计参数分类16 在在实实际际压压裂裂过过程程中中，压压裂裂参参数数可可以以归归纳纳为为油油气气井井参参数数、油油气气层层参参数数、压压裂裂参参数数和和经经济济参参数数4 4类类。油油气气井井参参数数决决定定了了压压裂裂井井的施工条件。包括：的施工条件。包括：压压裂裂井井井井别别、注注采采井井网网类类型型、布布井井方方位位、井井距距与与压压裂裂目目的井在其中的位置；的井在其中的位置；井井径径、井井下下管管柱柱（套套管管、油油管管）与与井井口口装装置置的的规规范范、尺尺寸与压力定额；寸与压力定额；储层

14、段及其上下固井质量储层段及其上下固井质量;射射孔孔井井段段的的位位置置、长长度度、射射孔孔方方式式、弹弹型型、相相位位角角、孔孔眼尺寸；眼尺寸；井井下下工工具具的的名名称称、规规范范、尺尺寸寸、承承压压与与承承温温定定额额及及其其下下入位置。入位置。1 1、油气井参数、油气井参数17 油气层参数决定了井在压裂前后的生产反映。包括：油气层参数决定了井在压裂前后的生产反映。包括：储储集集层层有有效效渗渗透透率率、孔孔隙隙度度、含含油油气气饱饱和和度度与与有有效效厚厚度度等在垂向及平面上的展布；等在垂向及平面上的展布；储层目前地层压力与静态地层温度；储层目前地层压力与静态地层温度；储储集集层层流流体

15、体性性质质，包包括括油油、气气、水水密密度度、粘粘度度、压压缩缩系系数与矿化度等；数与矿化度等；储储集集层层岩岩石石力力学学性性质质，如如弹弹性性模模量量、泊泊松松比比、抗抗压压强强度度与孔隙弹性常数等；与孔隙弹性常数等；储储集集层层（上上下下遮遮挡挡层层）岩岩性性、厚厚度度、就就地地应应力力的的垂垂向向分分布（就地应力剖面）及最大、最小水平主应力方位；布（就地应力剖面）及最大、最小水平主应力方位；压压裂裂井井与与周周围围邻邻井井及及对对应应注注水水井井的的试试油油，开开发发生生产产与与生生产测试等动态资料等。产测试等动态资料等。2 2、油层参数、油层参数18 压压裂裂参参数数决决定定了了产产

16、生生裂裂缝缝的的几几何何尺尺寸寸、导导流流能能力力与与泵泵注注参参数等。包括：数等。包括：裂裂缝缝破破裂裂压压力力、延延伸伸压压力力、停停泵泵压压力力、闭闭合合压压力力与与净净压压力等；力等；压压裂裂液液类类型型及及其其在在储储层层就就地地条条件件下下的的流流变变性性、粘粘温温粘粘时时特性以及滤失、伤害等特征；特性以及滤失、伤害等特征；支支撑撑剂剂类类型型、粒粒径径、颗颗粒粒密密度度以以及及就就地地条条件件下下的的抗抗压压强强度、导流能力与裂缝渗透率等指标；度、导流能力与裂缝渗透率等指标；施工排量、平均砂比以及泵注程序等；施工排量、平均砂比以及泵注程序等；压裂设备及压力压裂设备及压力-排量极限

17、；排量极限；过过去去本本井井与与周周围围邻邻井井的的压压裂裂实实践践及及其其压压裂裂前前后后的的生生产产反反映作为本次设计的借鉴。映作为本次设计的借鉴。3 3、压裂参数、压裂参数19 压裂经济参数决定了投入与产出的的关系。包括：压裂经济参数决定了投入与产出的的关系。包括：压裂施工材料（压裂液、支撑剂）用量及费用；压裂施工材料（压裂液、支撑剂）用量及费用；压裂设备及其它辅助作业支出费用；压裂设备及其它辅助作业支出费用；增增产产的的油油气气量量及及同同时时（或或每每一一段段时时间间）油油气气价价格格，它们是压裂的收入；它们是压裂的收入；计计算算净净收收益益的的时时间间（最最短短投投入入回回收收期期

18、）与与净净贴贴现现值值（最大的投资纯利润）。（最大的投资纯利润）。这这些些参参数数在在压压裂裂优优化化设设计计中中均均有有重重要要作作用用，它它们们是是制制定压裂优化设计的基础。定压裂优化设计的基础。4 4、压裂经济参数、压裂经济参数20 1 1、储储集集能能力力参参数数有有效效孔孔隙隙度度、含含油油（气气）饱饱和和度度与有效厚度；与有效厚度；2 2、储储集集层层生生产产能能力力参参数数有有效效渗渗透透率率、有有效效厚厚度度、与储层流体性质、地层压力；与储层流体性质、地层压力；3 3、水水力力裂裂缝缝几几何何形形态态参参数数岩岩石石弹弹性性模模量量、泊泊松松比比与就地应力场、岩石断裂韧性；与就

19、地应力场、岩石断裂韧性；4 4、压压裂裂设设计计参参数数地地层层破破裂裂压压力力（梯梯度度）、延延伸伸压压力、净压力、闭合压力；力、净压力、闭合压力；5 5、施工条件参数、施工条件参数射孔、油（套）管抗压强度；射孔、油（套）管抗压强度；6 6、压裂材料参数、压裂材料参数温度、压裂液、支撑剂温度、压裂液、支撑剂 二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：2121 定定义义：储储集集层层岩岩样样中中自自身身连连通通的的孔孔隙隙体体积积与与岩岩样体积的比值，记作样体积的比值，记作e e。作用：作用：衡衡量量储储集集层层岩岩石石孔孔隙隙空空间间储储集集油油、气气流流体

20、体能能力的一个重要量度；力的一个重要量度；检检验验油油气气层层压压裂裂前前后后生生产产动动态态、评评价价压压裂裂效效果的关键；果的关键；（1 1）孔隙度）孔隙度2222采集方法：采集方法：以以岩岩心心测测试试为为基基础础，借借助助测测井井资资料料予予以以确确认认。两者差值应小于两者差值应小于1.0%1.5%。国内外国内外对对油藏孔隙度的定性油藏孔隙度的定性评评价价孔隙度，%定性评价分类美国中国05无价值可忽略510不好极差1015中等差1520较好一般2025好良2530优30极优（2 2）孔隙度）孔隙度2323 含含油油（气气）饱饱和和度度：在在原原始始状状态态下下，油油、气气在在储集层岩石

21、有效孔隙中的充满程度，记作储集层岩石有效孔隙中的充满程度，记作SoSo或或SgSg。衡量储集层储存能力的主要参数；衡量储集层储存能力的主要参数；检验、评价井在压裂前后产量的重要依据检验、评价井在压裂前后产量的重要依据；采集方法：采集方法：选选取取具具有有代代表表性性的的岩岩心心，采采用用还还原原法法实实验验模模拟地层环境拟地层环境确定。确定。精精心心设设计计、仔仔细细标标定定的的测测井井解解释释能能够够获获得得具具有代表性的含油（气）饱和度值。有代表性的含油（气）饱和度值。（2 2）含油气饱和度）含油气饱和度24 油（气）层有效厚度：在目前经济技术条件下、达到储量油（气）层有效厚度：在目前经济

22、技术条件下、达到储量起算标准的含油（气）层系中具有工业产油气能力储层厚度。起算标准的含油（气）层系中具有工业产油气能力储层厚度。具备三个条件：具备三个条件：可动油（气）；在现有工艺技术条件下可提供可动油（气）；在现有工艺技术条件下可提供开发；产量达到工业油（气）流标准。开发；产量达到工业油（气）流标准。有效厚度大小及其在平面上展布是影响射孔位置、压裂有效厚度大小及其在平面上展布是影响射孔位置、压裂规模、施工排量的重要参数；规模、施工排量的重要参数；压裂选井选层的主要依据。压裂选井选层的主要依据。（3 3）有效厚度）有效厚度 储层有效厚度与有效孔隙度及含油饱和度的乘积（储层有效厚度与有效孔隙度及

23、含油饱和度的乘积（h hS S）定义）定义为油气藏的储能系数。物理意义是储集层中的纯油厚度，代表了储为油气藏的储能系数。物理意义是储集层中的纯油厚度，代表了储油能力和含油丰度，其值大小可以作为油气藏的综合评价标准。油能力和含油丰度，其值大小可以作为油气藏的综合评价标准。25 获取方法：获取方法：以岩心分析为基础，单层试油结果为依据，结合测以岩心分析为基础，单层试油结果为依据，结合测井解释资料予以确定；井解释资料予以确定；利用有效厚度等值图估算压裂层的有效厚度。利用有效厚度等值图估算压裂层的有效厚度。（3 3）有效厚度）有效厚度26 1 1、储储集集能能力力参参数数有有效效孔孔隙隙度度、含含油油

24、（气气）饱饱和和度度与有效厚度；与有效厚度；2 2、储储集集层层生生产产能能力力参参数数有有效效渗渗透透率率、储储层层流流体体性性质、地层压力；质、地层压力；3 3、水水力力裂裂缝缝几几何何形形态态参参数数岩岩石石弹弹性性模模量量、泊泊松松比比与就地应力场、岩石断裂韧性；与就地应力场、岩石断裂韧性；4 4、压压裂裂设设计计参参数数地地层层破破裂裂压压力力（梯梯度度）、延延伸伸压压力、净压力、闭合压力；力、净压力、闭合压力；5 5、施工条件参数、施工条件参数射孔、油（套）管抗压强度；射孔、油（套）管抗压强度；6 6、压裂材料参数、压裂材料参数温度、压裂液、支撑剂温度、压裂液、支撑剂 二）、压裂设

25、计主要参数作用及采集方法：二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：27（1 1）渗透率）渗透率 绝对渗透率：绝对渗透率：在一定压差下，岩石允许流体通过的能力。在一定压差下，岩石允许流体通过的能力。它是岩石自身性质的一种量度，为一常数；它是岩石自身性质的一种量度，为一常数；有效渗透率：有效渗透率：当多相流体共存和流动时，岩石允许各相当多相流体共存和流动时，岩石允许各相流体的通过能力；流体的通过能力；相对渗透率：相对渗透率：多相流体共存和流动时，单相流体有效渗多相流体共存和流动时，单相流体有效渗透率与基准渗透率（绝对渗透率、气测渗透率）的比值。透率与基准渗透率（绝对渗透率、气测渗透率）的比值。28

26、储层定性评价的指标，划分增产措施类别的依据；储层定性评价的指标，划分增产措施类别的依据；影响压裂液滤失量的重要因素；影响压裂液滤失量的重要因素；选择支撑剂类型、尺寸与施工砂比的依据。选择支撑剂类型、尺寸与施工砂比的依据。（1 1）渗透率）渗透率2910-3时间，时间，t 压力，压力，p 30405060708010-210-1110102续流段续流段径向流段径向流段边界反映边界反映段段 利用斜率利用斜率 m 计算渗透率计算渗透率 K（1 1）渗透率）渗透率 压力恢复试井；压力恢复试井；产能试井；产能试井；岩心测试确定；岩心测试确定；测井曲线求取；测井曲线求取；获取方法获取方法30 地地层层水水

27、：主主要要是是矿矿化化度度、离离子子成成分分、水水型型及及pHpH值值；影影响无机沉淀、有机沉淀及水敏损害程度；响无机沉淀、有机沉淀及水敏损害程度；原原油油：含含蜡蜡量量，粘粘度度，胶胶质质、沥沥青青质质和和硫硫含含量量，析析蜡蜡点点，凝凝固固点点：影影响响有有机机沉沉淀淀的的堵堵塞塞情情况况引引起起酸酸渣渣堵堵塞塞损损害害及高粘乳状液堵塞损害；及高粘乳状液堵塞损害；天然气：天然气：主要是主要是H H2 2S S和和COCO2 2的含量；的含量；粘粘度度：为为原原油油内内部部某某一一部部分分相相对对于于另另一一部部分分流流动动时时摩摩擦阻力的度量。擦阻力的度量。（2 2）地层流体物性参数）地层

28、流体物性参数31 地层流体粘度是确定压力恢复试验取得流动系数地层流体粘度是确定压力恢复试验取得流动系数（Kh/Kh/）和流动度（）和流动度（K/K/）必不可少参数，）必不可少参数，其大小会影其大小会影响有效渗透率的准确性响有效渗透率的准确性；粘度和压缩系数影响压裂液滤失系数，影响裂缝粘度和压缩系数影响压裂液滤失系数，影响裂缝几何尺寸；几何尺寸；预测压后产量及评价压裂效果的重要参数；预测压后产量及评价压裂效果的重要参数；获取方法：获取方法：PVT PVT实验获取实验获取 相关经验式计算相关经验式计算(Standing(Standing等等)；（2 2）地层流体物性参数）地层流体物性参数32 地层

29、压力：岩层孔隙空间内的流体压力，又称孔隙地层压力：岩层孔隙空间内的流体压力，又称孔隙流体压力。流体压力。原原始始地地层层压压力力：油油气气层层在在未未开开采采前前从从探探井井中中测测得得的油气层中部压力；的油气层中部压力；目前地层压力：油气藏投入开发后，在某一时期目前地层压力：油气藏投入开发后，在某一时期内测得的油气层中部压力；内测得的油气层中部压力；静止压力：它是指油气井在关井后，待压力恢复静止压力：它是指油气井在关井后，待压力恢复到稳定状态时所测得的油气层中部压力。到稳定状态时所测得的油气层中部压力。（3 3）地层压力）地层压力33 衡衡量量储储集集层层驱驱油油（气气）入入井井能能力力的的

30、量量度度，也也是选井选层与优选压裂液类型的主要依据之一；是选井选层与优选压裂液类型的主要依据之一；压裂液返排的关键参数；压裂液返排的关键参数；采集方法采集方法 压力恢复试井确定（压力恢复试井确定（HornerHorner法、法、MDHMDH法等）法等）借用邻井、井组、区块或油气藏的目前地层借用邻井、井组、区块或油气藏的目前地层压力值得出的压力梯度，推算压裂井、层的目前地层压力值得出的压力梯度，推算压裂井、层的目前地层压力。压力。（3 3）地层压力）地层压力34 1 1、储储集集能能力力参参数数有有效效孔孔隙隙度度、含含油油（气气）饱饱和和度度与与有有效厚度；效厚度；2 2、储储集集层层生生产产

31、能能力力参参数数有有效效渗渗透透率率、与与储储层层流流体体性性质质、地层压力；地层压力；3 3、水水力力裂裂缝缝几几何何形形态态参参数数岩岩石石弹弹性性模模量量、泊泊松松比比与与就就地应力场、岩石断裂韧性、盖底层性质、储层展布；地应力场、岩石断裂韧性、盖底层性质、储层展布；4 4、压压裂裂设设计计参参数数地地层层破破裂裂压压力力（梯梯度度）、延延伸伸压压力力、净压力、闭合压力；净压力、闭合压力；5 5、施工条件参数、施工条件参数射孔、油（套）管抗压强度；射孔、油（套）管抗压强度；6 6、压裂材料参数、压裂材料参数温度、压裂液、支撑剂温度、压裂液、支撑剂 二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：二

32、）、压裂设计主要参数作用及采集方法：35 泊松比：当岩石受压应力时，在弹性范围内，岩石的侧向泊松比：当岩石受压应力时，在弹性范围内，岩石的侧向应变与轴向应变的比值；应变与轴向应变的比值；弹性模量：岩石压应力时，负荷增加到一定程度后（在弹弹性模量：岩石压应力时，负荷增加到一定程度后（在弹性范围内），应力与应变曲线的比值。性范围内），应力与应变曲线的比值。（1 1）岩石力学参数）岩石力学参数(泊松比、弹性模量泊松比、弹性模量)36 弹性模量越大，表明岩石越致密、压开缝宽窄，且需要弹性模量越大，表明岩石越致密、压开缝宽窄，且需要的泵压高；的泵压高；（1 1）岩石力学参数）岩石力学参数(泊松比、弹性模

33、量泊松比、弹性模量)37 泊松比大小则关系到裂缝高度在纵向上的扩展程度与就泊松比大小则关系到裂缝高度在纵向上的扩展程度与就地应力剖面的解释；地应力剖面的解释；不同岩石的静不同岩石的静态弹态弹性性性性质质岩石种岩石种类类弹弹性模量，性模量，10104 4MPaMPa泊松比泊松比砂岩砂岩0.5-80.5-80.250.25页页岩岩1-3.51-3.50.300.30泥岩泥岩2-52-50.350.35石灰岩石灰岩1-81-80.300.30白云岩白云岩4-8.44-8.40.250.25 （1 1）岩石力学参数）岩石力学参数(泊松比、弹性模量泊松比、弹性模量)38 获取方法获取方法 实验室岩心试验

34、：单轴或三轴试验取得的岩石弹性性实验室岩心试验：单轴或三轴试验取得的岩石弹性性质参数（泊松比、弹性模量等）；质参数（泊松比、弹性模量等）；使用长源距数字声波测井（使用长源距数字声波测井（LSDSLSDS）的全声波形计算，）的全声波形计算，动态值；动态值；使用经验公式计算，准静态值。使用经验公式计算，准静态值。（1 1）岩石力学参数）岩石力学参数(泊松比、弹性模量泊松比、弹性模量)39 地应力是由于上覆岩层重力、地壳内部垂直运动和水平运地应力是由于上覆岩层重力、地壳内部垂直运动和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。地动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。地下岩

35、石应力状态通常是三个相互垂直互不相等的主应力。下岩石应力状态通常是三个相互垂直互不相等的主应力。（2 2）储层三向地应力大小和方向）储层三向地应力大小和方向=+xzyyxz地层岩石处于三维应力状态地层岩石处于三维应力状态+压应力为正，拉张应力为负压应力为正，拉张应力为负40 垂向应力的大小决定裂缝形态和方位；垂向应力的大小决定裂缝形态和方位；（2 2）储层三向地应力大小和方向）储层三向地应力大小和方向 z z最小，水平裂缝；最小，水平裂缝；x x z z、y y 0.1。N Np p 0.10.1时：时：支撑剂指数不同，最优的支撑剂指数不同，最优的无因次裂缝导流能力不同无因次裂缝导流能力不同。

36、无因次裂缝导流能力无因次裂缝导流能力CfD无无因因次次采采油油指指数数JD DN N N Np p p p 0.10.10.10.177（1 1）准确获取储层渗透率和就地裂缝渗透率）准确获取储层渗透率和就地裂缝渗透率 测井渗透率主要反映岩石物理性测井渗透率主要反映岩石物理性质，不能直接用于裂缝参数优化。而质，不能直接用于裂缝参数优化。而岩心分析渗透率则综合反映了岩石性岩心分析渗透率则综合反映了岩石性质和流体的流动特征。质和流体的流动特征。裂缝参数优裂缝参数优化时取测井渗透率的化时取测井渗透率的1/10。岩心分析和测井解释渗透率结果对比岩心分析和测井解释渗透率结果对比 不同闭合压力下裂缝渗透率不

37、同闭合压力下裂缝渗透率 裂缝渗透率主要取决于储层埋裂缝渗透率主要取决于储层埋藏深度、支撑剂类型以及压裂液残藏深度、支撑剂类型以及压裂液残渣大小等。按照行业标准测试了不渣大小等。按照行业标准测试了不同闭合压力下过破胶液后的支撑裂同闭合压力下过破胶液后的支撑裂缝渗透率。缝渗透率。优化设计步骤优化设计步骤78 以某区块为例：埋藏深度以某区块为例：埋藏深度1643-2136m、300m300m井网；石英砂支撑剂、井网；石英砂支撑剂、kf=150Dc，k测测=1020 mD,kd=kf/k最大无因次采油指数与裂缝穿透比关系最大无因次采油指数与裂缝穿透比关系 最优裂缝宽度与最优裂缝穿透比关系最优裂缝宽度与

38、最优裂缝穿透比关系（2 2）结合开发井网和储层、裂缝渗透率优化裂缝参数）结合开发井网和储层、裂缝渗透率优化裂缝参数 支撑剂指数增加，支撑缝长和缝宽变大，压裂后产量越高。支撑剂指数增加，支撑缝长和缝宽变大，压裂后产量越高。支撑缝长主要考虑井网、井距限制，推荐穿透比支撑缝长主要考虑井网、井距限制，推荐穿透比85%85%；支撑缝宽主要考虑满足生产需求以及支撑剂粒径、类型，压裂液性能，支撑缝宽主要考虑满足生产需求以及支撑剂粒径、类型，压裂液性能，施工设备和水平等因素，推荐延长油田支撑缝宽施工设备和水平等因素，推荐延长油田支撑缝宽3mmw10mm3mmw10mm。优化设计步骤优化设计步骤79 （1 1）

39、当）当储层储层渗透率相渗透率相对较对较低低时时（k kd d较较大），定大），定缝长缝长（穿透比（穿透比85%85%）优优化支化支撑撑缝宽缝宽：w w 3mm3mm时时，按照，按照缝宽缝宽3mm3mm取取值值；3mm3mm w w 10 mm 10 mm，按照，按照优优化的化的实际缝宽实际缝宽取取值值。（2 2）当）当储层储层渗透率相渗透率相对较对较高高时时（k kd d较较小），定裂小），定裂缝宽缝宽度（度（10mm10mm）优优化裂化裂缝长缝长度。度。（3 3）结合支撑剂指数法优化裂缝参数原则，确定裂缝参数）结合支撑剂指数法优化裂缝参数原则，确定裂缝参数 某采油厂裂缝参数优化结果某采油厂裂

40、缝参数优化结果 优化设计步骤优化设计步骤 根据根据层层位、井网、支撑位、井网、支撑剂类剂类型和型和储层储层渗透率，渗透率，查查表就能表就能获获得得优优化的裂化的裂缝缝参数。参数。80 油油藏藏驱驱动动方方式式是是指指油油藏藏开开采采过过程程中中，主主要要依依靠靠哪哪一一种能量来驱油，是全部油层工作条件的综合。种能量来驱油，是全部油层工作条件的综合。一）弹性开采裂缝参数优化一）弹性开采裂缝参数优化 弹弹性性驱驱动动是是指指依依靠靠油油层层岩岩石石和和流流体体的的弹弹性性膨膨胀胀能能量量驱驱油油的的油油藏藏。特特点点是是该该驱驱动动方方式式下下油油藏藏无无边边水水（底底水水或或注注入入水水），或或

41、有有边边水水而而不不活活跃跃，油油藏藏压压力力始始终终高高于于饱饱和和压压力力。生生产产过过程程中中，随随着着压压力力降降低低，地地层层将将不不断断释释放放弹弹性能量，将油趋向井底。性能量，将油趋向井底。二）整体压裂开发裂缝参数优化二）整体压裂开发裂缝参数优化 油油藏藏流流体体流流动动主主要要靠靠边边水水或或注注入入水水推推动动，流流动动的的弹弹性性能能不不起起作作用用或或作作用用很很少少，驱驱动动能能量量主主要要是是边边水水（或或底底水、注入水）。水、注入水）。81811、整体压裂改造数值模拟研究-垂直裂缝 根据低渗透油藏的生产特点和人工裂缝渗流特征，建立根据低渗透油藏的生产特点和人工裂缝渗

42、流特征，建立油藏与裂缝的物理模型和数学模型；油藏与裂缝的物理模型和数学模型；由于人工裂缝与油藏的接触满足压力相等和流量相等，由于人工裂缝与油藏的接触满足压力相等和流量相等，建立裂缝和油藏的内边界条件；建立裂缝和油藏的内边界条件；通过五点井网和反九点井网单元的简化，由对称性得到通过五点井网和反九点井网单元的简化，由对称性得到油藏计算单元和外边界条件。油藏计算单元和外边界条件。（1 1）研究思路）研究思路8282 裂缝与注采井的关系裂缝与注采井的关系 当裂缝方向上的采油井水淹后，一般是将其改变为注水井，当裂缝方向上的采油井水淹后，一般是将其改变为注水井，发展为沿裂缝方向注水，向裂缝两侧驱油的开采方

43、式。因此，发展为沿裂缝方向注水，向裂缝两侧驱油的开采方式。因此，主要匹配关系可概括为图示的三种情形。主要匹配关系可概括为图示的三种情形。（2）裂缝与注采井的关系1、整体压裂改造数值模拟研究-垂直裂缝83 2.1 2.1 2.1 2.1 油藏渗流模型油藏渗流模型油藏渗流模型油藏渗流模型 裂裂缝缝性性油油藏藏整整体体压压裂裂后后,流流体体在在基基质质和和天天然然裂裂缝缝中中的的渗渗流流速速度度与与压压力力梯梯度度之之间间仍仍为为线线形形关关系系,满满足足达达西西定定律律。因因此此将将达达西西单单相流公式加以推广可以描述基质、天然裂缝中三相流运动方程。相流公式加以推广可以描述基质、天然裂缝中三相流运

44、动方程。2、整体压裂改造数值模拟研究-垂直裂缝842.2 2.2 2.2 2.2 裂缝流体流动模型裂缝流体流动模型裂缝流体流动模型裂缝流体流动模型 压压裂裂裂裂缝缝的的导导流流能能力力很很高高，裂裂缝缝较较长长，压压裂裂裂裂缝缝的的存存在在克克服服了了近近井井地地带带的的较较大大流流动动阻阻力力，流流体体在在裂裂缝缝中中流流速速加加快快。特特别别是是气气体体在在压压裂裂裂裂缝缝中中自自身身渗渗流流速速度度快快，粘粘度度低低，此此时时流流动动偏偏离离达达西西定定律律，变变为为高高速速非非达达西西流流动动。将将ForchheimerForchheimer二二项项式式方方程程推推广广到到三三相相渗渗

45、流流就就可可以以描描述述压压裂裂裂裂缝缝中中流流体体的的运运动动情况。情况。3、整体压裂改造数值模拟研究-垂直裂缝852.3 2.3 2.3 2.3 整体裂缝渗流方程整体裂缝渗流方程整体裂缝渗流方程整体裂缝渗流方程 整整体体压压裂裂裂裂缝缝性性油油藏藏中中流流体体渗渗流流方方程程包包括括基基岩岩系系统统、天天然然裂裂缝缝系系统统和和人人工工裂裂缝缝系系统统渗渗流流方方程程。假假定定任任何何一一种种组组分分i i在在油油、气气、水水三三相相中中的的质质量量分分量量是是XioXio，XigXig，XiwXiw，由由物物质质守守恒恒原原理理可可导出压裂裂缝中组分导出压裂裂缝中组分i i的连续性方程：

46、的连续性方程：4 4、整体压裂井产量预测、整体压裂井产量预测86 2.4 2.4 2.4 2.4 定解条件定解条件定解条件定解条件 整整体体压压裂裂油油藏藏数数值值模模拟拟中中的的边边界界条条件件分分为为两两大大类类：一一是是外外边边界界条条件件。系系指指油油藏藏外外边边界界所所处处的的状状态态；二二是是内内边边界界条条件件，系系指指压裂生产井（或注入井）所处的状态。压裂生产井（或注入井）所处的状态。(1)(1)外边界条件外边界条件 (2)(2)内边界条件内边界条件 定井底压力定井底压力 定井产量定井产量 4 4、整体压裂井产量预测、整体压裂井产量预测87目目 录录一、压裂优化设计理论一、压裂

47、优化设计理论二、压裂设计基础参数二、压裂设计基础参数三、压裂裂缝参数优化三、压裂裂缝参数优化四、压裂施工参数优化四、压裂施工参数优化五、压裂优化设计软件五、压裂优化设计软件六、水力压裂评估技术六、水力压裂评估技术七、压裂优化设计实例七、压裂优化设计实例88 目目前前使使用用的的设设计计模模型型有有二二维维(PKN(PKN、KGD)KGD)，拟拟三三维维(P3D)(P3D)和和真真三三维维模模型型，其其主主要要差差别别是是裂裂缝缝扩扩展展和和裂裂缝缝内的流体流动方式不同内的流体流动方式不同。二二维维模模型型假假设设裂裂缝缝高高度度是是常常数数，即即流流体体仅仅沿沿缝缝长方向流动；长方向流动；拟三

48、维模型假设裂缝内流体仍是一维流动；拟三维模型假设裂缝内流体仍是一维流动；真三维模型假定在缝长、缝高方向均有流动。真三维模型假定在缝长、缝高方向均有流动。（1 1）概述）概述1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型89 发展概况发展概况 假设：假设：地层均质和各向同性；地层均质和各向同性；裂缝高度是恒定；裂缝高度是恒定；二维岩石变形；二维岩石变形；一维流体流动。一维流体流动。计算裂缝几何尺寸最简单方法，可满足计算裂缝几何尺寸最简单方法，可满足施工规模施工规模小、地层条件较为简单小、地层条件较为简单（具有高就地应力或很厚隔层的（具有高就地应力或很厚隔层的油藏）。油藏）。（2 2）二维裂缝

49、扩展模型）二维裂缝扩展模型1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型90 发展概况发展概况 20 20世纪世纪5050年代年代-70-70年代开发年代开发;从形态分为三种：平行板；从形态分为三种：平行板；PKNPKN型（在纵向和水平方型（在纵向和水平方向都是椭圆形）；向都是椭圆形）；GDKGDK型型(纵向是矩形，水平方向是椭圆型纵向是矩形，水平方向是椭圆型)。（2 2）二维裂缝扩展模型）二维裂缝扩展模型PKNPKN模型模型GDKGDK模型模型1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型91 基本方程基本方程 裂缝扩展的宽度方程：岩石变形的平衡方程裂缝扩展的宽度方程：岩石变形的平衡

50、方程 二维模型把裂缝看成是一无限大的平板上有一二维模型把裂缝看成是一无限大的平板上有一狭长裂缝，缝内受有均匀压力狭长裂缝，缝内受有均匀压力Pc,Pc,裂缝宽度可看作裂缝宽度可看作是椭圆缝的张开位移是椭圆缝的张开位移。流体压降方程流体压降方程 Poiseuille Poiseuille给出给出的的幂律型流体在压裂裂缝中的幂律型流体在压裂裂缝中的压降梯度公式压降梯度公式。（2 2）二维裂缝扩展模型）二维裂缝扩展模型1 1、水力压裂裂缝扩展模型、水力压裂裂缝扩展模型92 流体连续性方程流体连续性方程 注入压裂液总量等于裂缝体积和滤失体积之和。注入压裂液总量等于裂缝体积和滤失体积之和。裂缝延伸准则裂缝