理論
新的確定裂縫閉合壓力的平衡測試法是一種注入測試法,類似於常規的注入/關井/壓力降測試法。新方法不關井而是以低排量i2連續注入流體,開始處理時壓力下降。由於i2比主壓裂作業時的泵排量i1小得多,因此i2小於壓裂液濾失率。當壓裂液濾失率大於注入率時,裂縫體積和壓力隨時間降低。當裂縫體積下降到一定程度時裂縫趨於閉合,裂縫長度也隨之縮減。壓裂液濾失率將隨時間減少,直到最後壓裂液的濾失率等於注入率。這時裂縫體積達到穩定,井眼壓力達到平衡並開始逐步上升,因為從這時起壓裂液濾失率隨時間下降而注入率保持不變。壓裂液注入率與濾失率達到平衡時(TEQ)的最小壓力即為平衡壓力peq。在壓力達到平衡後立即關井,測試結束。
平衡壓力是裂縫閉合壓力的上限。通過減去最後關井時的瞬時壓力變化ΔPsi ,可以消除摩擦和扭曲成分。校正後的平衡壓力(Peq -ΔPsi)與裂縫的閉合壓力只相差裂縫中的淨壓力,由於注入率i2較小,淨壓力相對較小,因此校正後的平衡壓力近似等於裂縫閉合壓力。如果把校正後的平衡壓力再減去淨壓力,則得到更準確的裂縫閉合壓力。
現場實例
實例(1)。砂岩地層深9056~9191ft,淨厚度115ft,滲透率0.07md。增產措施計畫包括:平衡測試、壓裂液效率測試(FET)和主支撐壓裂作業。在平衡測試期間,i1=15bbl/min ,i2= 1.67bbl/min。基於壓裂壓力計算的裂縫閉合壓力為7583psi。在平衡測試關井和FET關井後根據壓力降推算的閉合壓力分別為7570psi和7683psi。僅根據關井後的壓力降數據推算的閉合壓力具有多解性,只有在用平衡測試法確定了閉合壓力之後,才能在壓力降曲線上識別出正確的裂縫閉合點。
實例(2)。砂岩地層深5440~5487ft,淨厚度38ft,滲透率0.02md。增產措施計畫包括:平衡測試、FET、支撐壓裂處理。i1=15bbl/min,i2=1.16bbl/min。i1注入時間tp為3min。由於壓裂液的濾失率低,16min後才達到壓力平衡。根據處理壓力計算的裂縫閉合壓力為4710psi;根據FET關井後壓力降推算的閉合壓力約為4751psi。推算結果與平衡測試結果具有很好的一致性。
實例(3)。在本次作業中,注入壓裂液的目的不是為了確定裂縫閉合壓力,而是一次支撐壓裂作業前的導流處理,目的是在裂縫底部形成一個人工屏障。導流處理包括大排量泵入前置液,形成一定的裂縫長度,然後以低排量泵入砂漿,沉澱後形成屏障。由於作業過程恰好與平衡測試法類似,因此用平衡法分析導流處理期間記錄的壓力數據,推算裂縫閉合壓力。根據處理壓力數據計算的閉合壓力為2901psi。在第一次注入、第二次注入和導流處理結束後,關井壓力降分析推算的裂縫閉合壓力分別為2950psi、3105psi和3130psi。
討論
(1)注入率的選擇。由於淨壓力變化在一定程度上對注入率變化敏感,因此i2/i1應儘可能小,當比值小於0.2時較好。如果裂縫延伸速度已知,則i2應大於或等於估算的裂縫延伸率。
(2)壓裂液的選擇。一般情況下,平衡測試法選用低粘度壓裂液較好,這樣裂縫中的淨壓力較低,從而能提高閉合壓力的估算精度。對於高滲、高濾失性地層,i2相對較大,則要使用低濾失性壓裂液,而不易使用延遲交聯凝膠。
(3)注入時間。注入的壓裂液體積必須足夠大才能在目的層產生裂縫,但如果注入的壓裂液太多,形成的裂縫過大,則將延長達到壓力平衡的時間。在極緻密的地層中,常規小型壓裂後裂縫需要較長時間才能閉合。
(4)達到平衡的時間。現場觀測發現井與井之間達到壓力平衡所需的時間有極大差異。達到平衡所需時間是注入率、濾失率和裂縫體積的函式。如果i2很高而裂縫體積很小,則能很快達到壓力平衡,但過快達到壓力平衡會使測試分析產生困難。在緻密地層中達到壓力平衡所需的時間teq可能較長。