劉子雄，王艷紅，高 杰，馮 青，樊愛彬

?

基于壓裂返排數(shù)據(jù)的有效破裂體積計(jì)算方法

劉子雄，王艷紅，高 杰，馮 青，樊愛彬

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450）

壓裂裂縫破裂體積是評(píng)價(jià)壓裂效果的一個(gè)重要參數(shù)，常用的微地震裂縫監(jiān)測(cè)無法區(qū)分有效和無效破裂的微地震點(diǎn)，解析模型對(duì)復(fù)雜裂縫不適用，且這些方法評(píng)估的破裂體積與壓裂產(chǎn)能相關(guān)性低。為此，利用壓裂返排初期的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，建立了有效破裂體積的計(jì)算模型，通過對(duì)壓裂井返排初期的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)變換，找出擬穩(wěn)定流動(dòng)階段并擬合出線性關(guān)系，確定返排階段的物質(zhì)平衡時(shí)間段，結(jié)合壓裂裂縫的綜合壓縮系數(shù)，確定有效的破裂體積。利用該模型計(jì)算了10口直井與水平的有效破裂體積，計(jì)算結(jié)果表明，有效破裂體積越大，壓裂產(chǎn)能越高，兩者相關(guān)性在0.9以上，所建立的方法可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)有效破裂體積并進(jìn)行壓裂產(chǎn)能預(yù)測(cè)。

裂縫監(jiān)測(cè)；有效破裂體積；壓裂產(chǎn)能；效果評(píng)價(jià)

為了能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)壓裂段的破裂體積，建立有效破裂體積與壓裂效果之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用壓裂后的返排數(shù)據(jù)進(jìn)行有效破裂體積計(jì)算。由于在返排過程中，參與流動(dòng)的部分即可認(rèn)為是有效的破裂，因此，該方法可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)壓裂效果和破裂體積。

1 利用地震裂縫監(jiān)測(cè)的破裂體積

裂縫監(jiān)測(cè)的破裂體積是根據(jù)微地震數(shù)據(jù)計(jì)算出的破裂影響區(qū)域[1]，通過記錄不同時(shí)刻的過井破裂位置，并進(jìn)行疊加，得出壓裂裂縫的破裂體積。壓裂時(shí)，壓裂液以高于破裂壓力注入地層，巖石產(chǎn)生剪切或彈性破裂，進(jìn)而產(chǎn)生微地震事件[2-9]。采用微破裂向量掃描技術(shù)可以監(jiān)測(cè)不同時(shí)刻的破裂位置分布并進(jìn)行成像[10-12]。微破裂向量掃描裂縫監(jiān)測(cè)的能量切片顯示，壓裂液以較高的壓力進(jìn)入地層時(shí)，裂縫周圍的天然裂縫、高滲區(qū)、斷層等應(yīng)力薄弱點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生地震事件（圖1中色標(biāo)表示地震事件的強(qiáng)弱，顏色越深，微地震事件越明顯）。但微地震解釋時(shí)會(huì)將此認(rèn)為是壓裂產(chǎn)生的破裂，將這些破裂均認(rèn)為是壓裂的裂縫破裂體積。由于目前對(duì)天然裂縫應(yīng)力薄弱點(diǎn)的認(rèn)識(shí)不足，解釋的水平井每段縫長(zhǎng)和破裂體積都偏大。從圖2可以看出，裂縫監(jiān)測(cè)的段間距為120 m左右時(shí)，部分相鄰壓裂段破裂體積存在重疊區(qū)域，解釋的破裂體積明顯偏大，也就無法建立計(jì)算結(jié)果與壓裂產(chǎn)能之間的關(guān)系[1]。

圖2 水平井裂縫監(jiān)測(cè)解釋的裂縫形態(tài)

2 有效破裂體積的計(jì)算方法

2.1 有效破裂體積計(jì)算模型的建立

在壓裂過程中，高壓液體進(jìn)入地層后，在裂縫內(nèi)及附近形成高壓區(qū)，導(dǎo)致部分儲(chǔ)層和壓裂液受到壓縮。壓后返排初期，有效裂縫內(nèi)壓縮的彈性能量釋放，壓裂液可以正常流動(dòng)返排至地面，因此，可以根據(jù)返排數(shù)據(jù)建立有效破裂體積的計(jì)算模型[13-14]。對(duì)于壓裂氣井返排階段，未見氣之前符合以下滲流方程[8，13]：

將（1）式變換為：

為了便于找出直線段，將（2）式兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)：

2.2 裂縫綜合壓縮系數(shù)的求取

公式（4）中，只有裂縫綜合壓縮系數(shù)需要計(jì)算，采用壓裂過程中的凈壓力計(jì)算裂縫綜合壓縮系數(shù)。 在壓裂井中未產(chǎn)出油氣之前，裂縫中充滿壓裂液，返排的主要能量來自裂縫的閉合及壓裂液體的壓縮，且裂縫閉合的能量占了90%以上，因此，準(zhǔn)確計(jì)算裂縫的壓縮系數(shù)尤為重要。本次應(yīng)用AguiSera方法計(jì)算裂縫壓縮系數(shù)[15]。壓裂過程中的裂縫內(nèi)凈壓力（最小水平主應(yīng)力和井底壓力之差）和形成裂縫的孔隙度可用于計(jì)算裂縫壓縮系數(shù)。

計(jì)算施工曲線的壓力參數(shù)可以獲得凈壓力：

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

應(yīng)用以上方法計(jì)算A1井的有效破裂體積。根據(jù)（3）式對(duì)返排數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，確定斜率為1的直線段（圖3）該段即為擬穩(wěn)定流階段；在擬穩(wěn)定流動(dòng)階段運(yùn)用（2）式對(duì)產(chǎn)能和返排時(shí)間進(jìn)行變換，回歸出直線段的斜率（圖4）。

圖3 A1井返排數(shù)據(jù)的斜率為1段的選取

圖4 A1井直線段方程回歸

此時(shí)需要計(jì)算裂縫凈壓力，根據(jù)施工壓力曲線獲取裂縫閉合壓力，設(shè)計(jì)的裂縫孔隙度為40%，采用（7）式求取的裂縫凈壓力為384.25 psi，最終計(jì)算出的裂縫綜合壓縮系數(shù)為1.336×10-51/psi，采用（4）式計(jì)算的破裂體積為41.6 m3。

分別計(jì)算了區(qū)塊內(nèi)同層位的4口水平井和6口直井的有效破裂體積和壓裂產(chǎn)能（表1）。從結(jié)果中可以看出，計(jì)算的有效破裂體積與壓裂產(chǎn)能相關(guān)性較好，呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，即有效破裂體積越高，壓裂產(chǎn)能越高；相關(guān)系數(shù)在0.9以上（圖5），表明采用文中的有效破裂體積計(jì)算方法能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行壓裂效果評(píng)價(jià)。建立的破裂體積與產(chǎn)能有較高的相關(guān)性，可以根據(jù)初期返排階段的數(shù)據(jù)計(jì)算有效破裂體積，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)壓裂產(chǎn)能。

表1 各井計(jì)算的有效破裂體積

在有效破裂體積計(jì)算過程中可以看出，裂縫綜合壓縮系數(shù)對(duì)結(jié)果影響較大，因此，需要準(zhǔn)確地計(jì)算裂縫內(nèi)凈壓力。

模型的假設(shè)是基于見氣之前只有液相流動(dòng)時(shí)才成立，因此，壓裂之后見氣時(shí)間越長(zhǎng)，則計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

（1）地震裂縫監(jiān)測(cè)解釋的破裂體積偏大，不能夠反映儲(chǔ)層的有效破裂體積，無法準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)壓裂效果。

（2）返排初期，未見氣之前存在線性的擬穩(wěn)定流動(dòng)階段，通過回歸其線性關(guān)系，進(jìn)行有效破裂體積計(jì)算。計(jì)算的有效破裂體積與壓裂產(chǎn)能呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，有效破裂體積越大，壓裂產(chǎn)能越高。

（3）采用返排數(shù)據(jù)建立的有效破裂體積計(jì)算方法所需要的參數(shù)少，獲取便捷，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行壓裂效果評(píng)價(jià)及壓裂產(chǎn)能預(yù)測(cè)。

圖5 計(jì)算有效破裂體積與無阻流量關(guān)系

[1] 翁定為，付海峰，盧擁軍，等. 儲(chǔ)層改造體積預(yù)測(cè)模型的研究與應(yīng)用[J]．石油鉆探技術(shù)，2016，44（1）：95–100．

[2] WARPINSKI N R，MAYERHOFER M J，AGARWAL K，et al．Hydraulic fracture geomechanics and micro-seismic source mechanisms[J]．SPE 158935，2012．

[3] ZOBACK M D，KOHLI A，DAS I，et al. The importance of slow slip on faults during hydraulic fracturing stimulation of shale gas reservoirs[J]．SPE 155476，2012．

[4] 翁定為，付海峰，梁宏波. 水力壓裂設(shè)計(jì)的新模型和新方法[J]．天然氣工業(yè)，2016，36（3）：49–54．

[5] YU G，AGUILERA R.3D analytical modeling of hydraulic fracturing in stimulated reservoir volume[J]．SPE 153486，2012．

[6] 吳奇，胥云，王曉泉，等. 非常規(guī)油氣藏體積改造技術(shù)——內(nèi)涵、優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．石油勘探與開發(fā)，2012，39（3）：352–358．

[7] 吳奇，胥云，張守良，等. 非常規(guī)油氣藏體積改造技術(shù)核心理論與優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵[J]．石油學(xué)報(bào)，2014，35（4）：706–714．

[8] ALKOUH A，MCKETTA S，WATTENBARGER R A. Estimation of effective–fracture volume using water–flowback and production data for shale–gas wells[J]．Journal of Canadian Petroleum Technology，2014，53 （5）：290–303．

[9] 李新勇．裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用[J]．石油鉆采工藝，2006，28（2）：75–77．

[10] 趙爭(zhēng)光，秦月霜，楊瑞召．地面微地震監(jiān)測(cè)致密砂巖儲(chǔ)層水力裂縫[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展，2014，29（5）：2 136–2 139．

[11] 沈琛，梁北援，李宗田．微破裂向量掃描技術(shù)原理[J]．石油學(xué)報(bào)，2009，30（5）：744–748．

[12] 王磊，楊世剛，劉宏，等．微破裂向量掃描技術(shù)在壓裂監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]．石油物探， 2012，51（6）：613–619．

[13] CRAFTON J W，GUNDERSON D W．Use of extremely high time–resolution production data to characterize hydraulic fracture properties[J]．SPE–49223–MS，2006．

[14] EZULIKE D O，DEHGHANPOUR H，HAWKES R V．Understanding flowback as a transient 2 phase displacement process：An extension of the linear dual porosity model[J]．SPE–167164–MS，2013．

[15] AGUILERA R．Recovery factors and reserves in naturally fractured reservoirs[J]．Journal of Canadian Petroleum Technology. 1999，38（7）：15–18．

Calculation method of effective fracture volume based on fracture flowback data

LIU ZiXiong，WANG Yanhong，GAO Jie，F(xiàn)ENG Qing，F(xiàn)AN Aibin

(Oilfield Production Research Institute of China Oilfield Services Co., Ltd., Tianjin 300450, China)

Fracture volume of fracturing fractures is an important parameter for evaluating fracturing effect. The commonly used micro-seismic fracture monitoring cannot distinguish effective and invalid fracture micro-seismic points, and the analytical model is not applicable to complex fractures, and the fracture volume evaluated by these methods has a low correlation with fracturing productivity. Therefore, the effective fracture volume calculation model is established by using the dynamic data at the initial stage of fracture backflow. By transforming the dynamic data of the initial flowback stage of fracturing wells, the quasi-stable flow stage was found out and the linear relationship was fitted. The material balance time period of the flowback stage was determined. Combined with the comprehensive compressibility of fracturing fractures, an effective fracture volume calculation model was established. The effective fracture volume of 10 vertical wells and horizontal wells was calculated by this model. The calculation results show that the effective fracture volume is positively correlated with the fracturing productivity, and the correlation is above 0.9, The established method can accurately evaluate the effective fracture volume and predict the fracturing productivity. The parameters required by this method are easy to obtain and accurate to evaluate, which can be used as a new method for effective fracture volume evaluation of fracturing wells.

fracturing monitoring; effective fracturing volume; fracturing capacity; effectiveness evaluation

1673–8217（2019）02–0112–04

P631

A

2018–08–07

劉子雄，碩士，高級(jí)工程師，1982年生，2009年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)油氣開發(fā)專業(yè)，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)研究工作。

編輯：趙川喜