偏心管柱式井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

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

許建華 (中國(guó)石化石油工程技術(shù)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(shù)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001)

偏心管柱式井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

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

許建華 (中國(guó)石化石油工程技術(shù)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(shù)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001)

為了給壓裂施工提供真實(shí)可靠的監(jiān)測(cè)資料，設(shè)計(jì)了偏心式井下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱，在不影響壓裂施工正常進(jìn)行的前提下，下入目的層段進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并針對(duì)實(shí)際地質(zhì)情況研制了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析軟件。通過對(duì)壓裂施工時(shí)目的層溫度、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量、解釋分析，為壓裂效果的分析評(píng)估、壓裂方案的制定優(yōu)化提供了可靠依據(jù)。

壓裂；偏心式管柱；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

壓裂是低滲油氣藏提高油氣井產(chǎn)能的重要手段，壓裂施工的效果直接關(guān)系到油田開發(fā)成本和油氣增產(chǎn)數(shù)量。因此在壓裂施工過程中對(duì)壓裂層段的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析是一項(xiàng)重要的工作。傳統(tǒng)的壓裂監(jiān)測(cè)是記錄井口壓力等數(shù)據(jù)，然后通過估算摩阻獲得井底的壓力數(shù)據(jù)。實(shí)際上摩阻是個(gè)動(dòng)態(tài)值，受壓裂液、支撐劑、排量、砂比等的影響，很難計(jì)算獲得，因此也很難獲得井底真實(shí)壓力；同時(shí)壓裂時(shí)井底的溫度無(wú)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，研制了井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在壓裂施工過程中對(duì)井下作業(yè)地層段壓力溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析解釋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓裂過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并對(duì)壓裂效果進(jìn)行有效分析。

1 井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱和壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)2部分組成。

1.1井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱

圖1 偏心式壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱結(jié)構(gòu)圖

壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱是對(duì)壓裂過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的井下數(shù)據(jù)采集裝置，能夠在不影響正常壓裂施工的過程中，直接實(shí)時(shí)測(cè)量作業(yè)地層段的壓力溫度數(shù)據(jù)，適用于石油行業(yè)壓裂施工時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前在壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)中也有一些是采用井下采集數(shù)據(jù)的方法，既設(shè)計(jì)井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱，在壓裂施工過程中將管柱下入作業(yè)層段進(jìn)行監(jiān)測(cè)來(lái)獲取地層參數(shù)。但是有的設(shè)計(jì)是將監(jiān)測(cè)儀與管柱融為一體，這樣施工和維護(hù)都很不方便；有的雖然將監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)成獨(dú)體，但是多數(shù)是放置在管柱內(nèi)側(cè)，不能直接測(cè)量地層壓力溫度，測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；也有提出可將監(jiān)測(cè)儀直接掛在管壁外的，但這樣的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱是一種偏心式壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱，包括柱體和監(jiān)測(cè)儀2個(gè)部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1)柱體 柱體在正常壓裂管柱的尺寸基礎(chǔ)上采用偏心式設(shè)計(jì)，在較厚的一側(cè)管壁外有一個(gè)凹槽用來(lái)固定監(jiān)測(cè)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(shí)偏心式設(shè)計(jì)避免了對(duì)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(cè)儀 監(jiān)測(cè)儀放置在凹槽內(nèi)以后通過上面的固定儀器頂絲對(duì)其進(jìn)行固定。固定在管柱外壁的監(jiān)測(cè)儀可以直接感應(yīng)作業(yè)地層段的壓力溫度，獲得準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)。管壁四周均勻分布3個(gè)空心槽，利于施工過程中壓裂液向地層注入。監(jiān)測(cè)儀包括外殼、導(dǎo)壓孔、傳感器、數(shù)據(jù)采集處理模塊、存儲(chǔ)器和電池。該監(jiān)測(cè)儀直徑僅20mm，體積小，耐高溫高壓，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，儀器可靠性高。整個(gè)監(jiān)測(cè)管柱通過上下節(jié)篐與壓裂管柱相連，安裝維護(hù)方便，儀器下井過程中不會(huì)影響正常施工。

偏心式壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管柱隨壓裂管柱下入井中，在軟件控制下，該裝置在預(yù)先設(shè)定時(shí)間內(nèi),按預(yù)定的采樣頻率，采集井底壓力、溫度數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)起來(lái)；壓裂結(jié)束起出該裝置后，通過數(shù)據(jù)回放，可獲得從下管柱開始到起管柱結(jié)束,整個(gè)施工過程真實(shí)的井底壓力、溫度數(shù)據(jù)；從而便于工程技術(shù)人員分析并優(yōu)化壓裂工藝設(shè)計(jì)，便于管理人員監(jiān)督施工全過程，分析施工時(shí)效。

1.2壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)

壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)應(yīng)用了新型的壓裂解釋技術(shù)，是確保壓裂施工取得理想效果的關(guān)鍵性手段，也是水力壓裂技術(shù)的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)。該系統(tǒng)通過對(duì)壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析解釋可認(rèn)識(shí)和了解裂縫和地層情況，分析和評(píng)估壓裂液性能和施工質(zhì)量。壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)主要由主菜單模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、分析結(jié)果圖形顯示模塊、報(bào)表查看和打印模塊、幫助模塊組成。軟件根據(jù)監(jiān)測(cè)儀所采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合井位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別對(duì)破裂壓力、閉合壓力、壓裂過程壓力、起下壓裂管柱操作進(jìn)行了準(zhǔn)確分析，并對(duì)裂縫參數(shù)進(jìn)行了準(zhǔn)確計(jì)算，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。其主要功能如下：①進(jìn)行壓裂過程地層破裂壓力的解釋；②進(jìn)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(jù)中原油田實(shí)際地層模型開發(fā)完成，符合中原油田地層情況，其分析結(jié)果更能準(zhǔn)確表現(xiàn)中原油田實(shí)際情況。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

對(duì)橋64-10井壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 橋64-10井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.1壓裂過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

施工管串與壓裂管柱一同下入目的層段，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂過程參數(shù)。壓裂施工結(jié)束后，取出壓裂管柱，卸下監(jiān)測(cè)儀，回放實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成全過程監(jiān)測(cè)曲線，如圖2所示。根據(jù)壓裂施工過程中各不同階段壓力溫度變化特點(diǎn)，由測(cè)試結(jié)果分析得出該目的層溫度130.46℃，施工結(jié)束關(guān)井后，目的層恢復(fù)的最高溫度129.86℃，地層溫度儀器取出前基本恢復(fù)到壓裂前的水平。施工開始到目的層破裂所用時(shí)間4.06min。

2.2實(shí)時(shí)破裂壓力解釋曲線

圖3為分析軟件生成的實(shí)時(shí)破裂壓力解釋曲線。結(jié)合目的層溫度變化及壓裂壓力分析，破裂壓力在第1次達(dá)到最大壓力后壓力下降點(diǎn)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(shuō)明地層破裂后大量壓裂液進(jìn)入地層。

2.3壓裂過程井底凈壓力與時(shí)間雙對(duì)數(shù)曲線

圖4為壓裂過程井底凈壓力與時(shí)間雙對(duì)數(shù)曲線。根據(jù)曲線狀態(tài)可看到地層破裂后縫內(nèi)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(yīng)力層，縫高發(fā)生不穩(wěn)定增長(zhǎng)，遇到高應(yīng)力層后壓力曲線才變緩。

圖2 全程監(jiān)測(cè)曲線 圖3 實(shí)時(shí)破裂壓力解釋曲線

圖4 井底凈壓力與時(shí)間雙對(duì)數(shù)曲線

通過綜合分析壓裂時(shí)間、井底凈壓力、基礎(chǔ)井位數(shù)據(jù)等參數(shù)，監(jiān)測(cè)分析軟件確定裂縫模型，對(duì)縫裂模型進(jìn)行計(jì)算后得出：?jiǎn)渭娇p長(zhǎng)118.3m，縫寬2.54mm，縫高14.26m，鋪砂濃度0.0039m3/m2，裂縫導(dǎo)流能力8.05d·cm，閉合壓力為69.93MPa，閉合時(shí)間3.04min。

3 結(jié) 論

1)井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在壓裂施工過程中通過偏心壓裂監(jiān)測(cè)管柱對(duì)井下溫度壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)井下壓裂實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行分析，客觀評(píng)價(jià)壓裂工程的效果，優(yōu)化壓裂方案的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)測(cè)試精度高，安裝使用方便，參數(shù)解釋準(zhǔn)確，且現(xiàn)場(chǎng)安全系數(shù)高，不影響壓裂施工的正常進(jìn)行，未對(duì)井場(chǎng)造成任何污染。解釋參數(shù)不僅為現(xiàn)場(chǎng)施工指揮人員提供了控制施工過程的依據(jù)，也為技術(shù)人員進(jìn)行井網(wǎng)的調(diào)整、措施的選擇提供了依據(jù)，同時(shí)也為區(qū)塊的治理、同區(qū)塊的壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)選提供依據(jù)。

2)井下壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是根據(jù)實(shí)際地層情況進(jìn)行深入分析研發(fā)完成，其監(jiān)測(cè)管柱應(yīng)用范圍廣，分析解釋模型準(zhǔn)確，符合中原油田特點(diǎn)，應(yīng)用過程中得到了一致好評(píng)，具有良好的應(yīng)用前景。

[1]Les Bennett.水力壓裂監(jiān)測(cè)新方法[J].國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2007，22(4) : 53-65.

[2]Matt Bell.水力壓裂生產(chǎn)井的井下綜合監(jiān)測(cè)[J].王艷麗譯.國(guó)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(cè)技術(shù)應(yīng)用[J].油氣井測(cè)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(xué)畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事石油工程測(cè)試儀表技術(shù)方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛