胡瑞華 (中石化中原油田分公司采油工程技術研究院，河南 濮陽 457001)

許建華 (中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

靳艷麗，呂 晶，朱 軍 (中石化中原油田分公司采油工程技術研究院，河南 濮陽 457001)

偏心管柱式井下壓裂實時監(jiān)測技術研究

胡瑞華 (中石化中原油田分公司采油工程技術研究院，河南 濮陽 457001)

許建華 (中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

靳艷麗，呂 晶，朱 軍 (中石化中原油田分公司采油工程技術研究院，河南 濮陽 457001)

為了給壓裂施工提供真實可靠的監(jiān)測資料，設計了偏心式井下實時監(jiān)測管柱，在不影響壓裂施工正常進行的前提下，下入目的層段進行實時測量，并針對實際地質情況研制了實時監(jiān)測分析軟件。通過對壓裂施工時目的層溫度、壓力等參數的實時測量、解釋分析，為壓裂效果的分析評估、壓裂方案的制定優(yōu)化提供了可靠依據。

壓裂；偏心式管柱；實時監(jiān)測

壓裂是低滲油氣藏提高油氣井產能的重要手段，壓裂施工的效果直接關系到油田開發(fā)成本和油氣增產數量。因此在壓裂施工過程中對壓裂層段的相關參數進行實時監(jiān)測和分析是一項重要的工作。傳統(tǒng)的壓裂監(jiān)測是記錄井口壓力等數據，然后通過估算摩阻獲得井底的壓力數據。實際上摩阻是個動態(tài)值，受壓裂液、支撐劑、排量、砂比等的影響，很難計算獲得，因此也很難獲得井底真實壓力；同時壓裂時井底的溫度無法記錄，不能正確地描述壓裂液、支撐劑在井底受溫度影響的變化情況[1]。

中原油田根據現場實際應用情況，研制了井下壓裂實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在壓裂施工過程中對井下作業(yè)地層段壓力溫度等參數進行實時采集，并對監(jiān)測結果進行分析解釋，從而實現對壓裂過程的實時監(jiān)測并對壓裂效果進行有效分析。

1 井下壓裂實時監(jiān)測系統(tǒng)

井下壓裂實時監(jiān)測系統(tǒng)由井下壓裂實時監(jiān)測管柱和壓裂實時監(jiān)測分析系統(tǒng)2部分組成。

1.1井下壓裂實時監(jiān)測管柱

圖1 偏心式壓裂實時監(jiān)測管柱結構圖

壓裂實時監(jiān)測管柱是對壓裂過程進行實時監(jiān)測的井下數據采集裝置，能夠在不影響正常壓裂施工的過程中，直接實時測量作業(yè)地層段的壓力溫度數據，適用于石油行業(yè)壓裂施工時的實時監(jiān)測。目前在壓裂監(jiān)測技術中也有一些是采用井下采集數據的方法，既設計井下壓裂實時監(jiān)測管柱，在壓裂施工過程中將管柱下入作業(yè)層段進行監(jiān)測來獲取地層參數。但是有的設計是將監(jiān)測儀與管柱融為一體，這樣施工和維護都很不方便；有的雖然將監(jiān)測儀設計成獨體，但是多數是放置在管柱內側，不能直接測量地層壓力溫度，測試數據不準確；也有提出可將監(jiān)測儀直接掛在管壁外的，但這樣的設計不能滿足壓裂施工安全作業(yè)的需要，不適合大范圍推廣[2-3]。

該系統(tǒng)設計的井下壓裂實時監(jiān)測管柱是一種偏心式壓裂實時監(jiān)測管柱，包括柱體和監(jiān)測儀2個部分，其結構如圖1所示。

1)柱體 柱體在正常壓裂管柱的尺寸基礎上采用偏心式設計，在較厚的一側管壁外有一個凹槽用來固定監(jiān)測儀，這樣保持了柱體的外徑與壓裂管柱一致，可防止下井過程中儀器在環(huán)空管中被拉壞，影響作業(yè)管柱下井，同時偏心式設計避免了對壓裂液注入的影響，保證了壓裂作業(yè)的正常施工。

2)監(jiān)測儀 監(jiān)測儀放置在凹槽內以后通過上面的固定儀器頂絲對其進行固定。固定在管柱外壁的監(jiān)測儀可以直接感應作業(yè)地層段的壓力溫度，獲得準確的測試數據。管壁四周均勻分布3個空心槽，利于施工過程中壓裂液向地層注入。監(jiān)測儀包括外殼、導壓孔、傳感器、數據采集處理模塊、存儲器和電池。該監(jiān)測儀直徑僅20mm，體積小，耐高溫高壓，測試數據準確，儀器可靠性高。整個監(jiān)測管柱通過上下節(jié)篐與壓裂管柱相連，安裝維護方便，儀器下井過程中不會影響正常施工。

偏心式壓裂實時監(jiān)測管柱隨壓裂管柱下入井中，在軟件控制下，該裝置在預先設定時間內,按預定的采樣頻率，采集井底壓力、溫度數據并存儲起來；壓裂結束起出該裝置后，通過數據回放，可獲得從下管柱開始到起管柱結束,整個施工過程真實的井底壓力、溫度數據；從而便于工程技術人員分析并優(yōu)化壓裂工藝設計，便于管理人員監(jiān)督施工全過程，分析施工時效。

1.2壓裂實時監(jiān)測分析系統(tǒng)

壓裂實時監(jiān)測分析系統(tǒng)應用了新型的壓裂解釋技術，是確保壓裂施工取得理想效果的關鍵性手段，也是水力壓裂技術的最新進展和發(fā)展趨勢。該系統(tǒng)通過對壓裂實時監(jiān)測數據的分析解釋可認識和了解裂縫和地層情況，分析和評估壓裂液性能和施工質量。壓裂實時監(jiān)測分析系統(tǒng)主要由主菜單模塊、數據輸入模塊、分析結果圖形顯示模塊、報表查看和打印模塊、幫助模塊組成。軟件根據監(jiān)測儀所采集的數據，結合井位基礎數據，分別對破裂壓力、閉合壓力、壓裂過程壓力、起下壓裂管柱操作進行了準確分析，并對裂縫參數進行了準確計算，為優(yōu)化設計提供可靠依據。其主要功能如下：①進行壓裂過程地層破裂壓力的解釋；②進行閉合壓力和壓裂過程壓力變化的解釋；③壓裂前后溫度變化的解釋；④壓裂過程溫度變化分析。該系統(tǒng)根據中原油田實際地層模型開發(fā)完成，符合中原油田地層情況，其分析結果更能準確表現中原油田實際情況。

2 現場應用實例

對橋64-10井壓裂施工現場進行了井下壓裂實時監(jiān)測，該井基礎數據如表1所示。

表1 橋64-10井基礎數據

2.1壓裂過程監(jiān)測數據

施工管串與壓裂管柱一同下入目的層段，實時監(jiān)測壓裂過程參數。壓裂施工結束后，取出壓裂管柱，卸下監(jiān)測儀，回放實時監(jiān)測數據，根據監(jiān)測數據生成全過程監(jiān)測曲線，如圖2所示。根據壓裂施工過程中各不同階段壓力溫度變化特點，由測試結果分析得出該目的層溫度130.46℃，施工結束關井后，目的層恢復的最高溫度129.86℃，地層溫度儀器取出前基本恢復到壓裂前的水平。施工開始到目的層破裂所用時間4.06min。

2.2實時破裂壓力解釋曲線

圖3為分析軟件生成的實時破裂壓力解釋曲線。結合目的層溫度變化及壓裂壓力分析，破裂壓力在第1次達到最大壓力后壓力下降點處，該最大壓力即為破裂壓力。該井的破裂壓力較明顯，破裂壓力為73.95MPa。從曲線中可看到地層破裂后目的層的溫度開始快速下降，說明地層破裂后大量壓裂液進入地層。

2.3壓裂過程井底凈壓力與時間雙對數曲線

圖4為壓裂過程井底凈壓力與時間雙對數曲線。根據曲線狀態(tài)可看到地層破裂后縫內壓力急劇上升，這是由于壓裂層厚度較小，裂縫在延伸的過程中受到很大的阻力，因此壓力明顯上升；在壓裂后期，裂縫穿過低應力層，縫高發(fā)生不穩(wěn)定增長，遇到高應力層后壓力曲線才變緩。

圖2 全程監(jiān)測曲線 圖3 實時破裂壓力解釋曲線

圖4 井底凈壓力與時間雙對數曲線

通過綜合分析壓裂時間、井底凈壓力、基礎井位數據等參數，監(jiān)測分析軟件確定裂縫模型，對縫裂模型進行計算后得出：單冀縫長118.3m，縫寬2.54mm，縫高14.26m，鋪砂濃度0.0039m3/m2，裂縫導流能力8.05d·cm，閉合壓力為69.93MPa，閉合時間3.04min。

3 結 論

1)井下壓裂實時監(jiān)測系統(tǒng)在壓裂施工過程中通過偏心壓裂監(jiān)測管柱對井下溫度壓力等參數進行實時測量，根據監(jiān)測結果對井下壓裂實時測量參數進行分析，客觀評價壓裂工程的效果，優(yōu)化壓裂方案的設計。該系統(tǒng)測試精度高，安裝使用方便，參數解釋準確，且現場安全系數高，不影響壓裂施工的正常進行，未對井場造成任何污染。解釋參數不僅為現場施工指揮人員提供了控制施工過程的依據，也為技術人員進行井網的調整、措施的選擇提供了依據，同時也為區(qū)塊的治理、同區(qū)塊的壓裂設計優(yōu)選提供依據。

2)井下壓裂實時監(jiān)測系統(tǒng)是根據實際地層情況進行深入分析研發(fā)完成，其監(jiān)測管柱應用范圍廣，分析解釋模型準確，符合中原油田特點，應用過程中得到了一致好評，具有良好的應用前景。

[1]Les Bennett.水力壓裂監(jiān)測新方法[J].國外測井技術，2007，22(4) : 53-65.

[2]Matt Bell.水力壓裂生產井的井下綜合監(jiān)測[J].王艷麗譯.國外油田工程，2002，18(6) : 8-9.

[3]段永偉.深層氣藏壓裂井井下壓力溫度監(jiān)測技術應用[J].油氣井測試，2010，19(4) : 70-72.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.028

TE357

A

1673-1409(2012)08-N086-03

2012-05-23

胡瑞華(1975-)，女， 1996年大學畢業(yè)，碩士，工程師，現主要從事石油工程測試儀表技術方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛