基于压裂返排数据的有效破裂体积计算方法

刘子雄，王艳红，高 杰，冯 青，樊爱彬



基于压裂返排数据的有效破裂体积计算方法

刘子雄，王艳红，高 杰，冯 青，樊爱彬

（中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300450）

压裂裂缝破裂体积是评价压裂效果的一个重要参数，常用的微地震裂缝监测无法区分有效和无效破裂的微地震点，解析模型对复杂裂缝不适用，且这些方法评估的破裂体积与压裂产能相关性低。为此，利用压裂返排初期的动态数据，建立了有效破裂体积的计算模型，通过对压裂井返排初期的动态数据变换，找出拟稳定流动阶段并拟合出线性关系，确定返排阶段的物质平衡时间段，结合压裂裂缝的综合压缩系数，确定有效的破裂体积。利用该模型计算了10口直井与水平的有效破裂体积，计算结果表明，有效破裂体积越大，压裂产能越高，两者相关性在0.9以上，所建立的方法可以准确地评价有效破裂体积并进行压裂产能预测。

裂缝监测；有效破裂体积；压裂产能；效果评价

为了能够准确评价压裂段的破裂体积，建立有效破裂体积与压裂效果之间的对应关系，采用压裂后的返排数据进行有效破裂体积计算。由于在返排过程中，参与流动的部分即可认为是有效的破裂，因此，该方法可以准确地评价压裂效果和破裂体积。

1 利用地震裂缝监测的破裂体积

裂缝监测的破裂体积是根据微地震数据计算出的破裂影响区域[1]，通过记录不同时刻的过井破裂位置，并进行叠加，得出压裂裂缝的破裂体积。压裂时，压裂液以高于破裂压力注入地层，岩石产生剪切或弹性破裂，进而产生微地震事件[2-9]。采用微破裂向量扫描技术可以监测不同时刻的破裂位置分布并进行成像[10-12]。微破裂向量扫描裂缝监测的能量切片显示，压裂液以较高的压力进入地层时，裂缝周围的天然裂缝、高渗区、断层等应力薄弱点会产生地震事件（图1中色标表示地震事件的强弱，颜色越深，微地震事件越明显）。但微地震解释时会将此认为是压裂产生的破裂，将这些破裂均认为是压裂的裂缝破裂体积。由于目前对天然裂缝应力薄弱点的认识不足，解释的水平井每段缝长和破裂体积都偏大。从图2可以看出，裂缝监测的段间距为120 m左右时，部分相邻压裂段破裂体积存在重叠区域，解释的破裂体积明显偏大，也就无法建立计算结果与压裂产能之间的关系[1]。

图2 水平井裂缝监测解释的裂缝形态

2 有效破裂体积的计算方法

2.1 有效破裂体积计算模型的建立

在压裂过程中，高压液体进入地层后，在裂缝内及附近形成高压区，导致部分储层和压裂液受到压缩。压后返排初期，有效裂缝内压缩的弹性能量释放，压裂液可以正常流动返排至地面，因此，可以根据返排数据建立有效破裂体积的计算模型[13-14]。对于压裂气井返排阶段，未见气之前符合以下渗流方程[8，13]：

将（1）式变换为：

为了便于找出直线段，将（2）式两边同时取对数：

2.2 裂缝综合压缩系数的求取

公式（4）中，只有裂缝综合压缩系数需要计算，采用压裂过程中的净压力计算裂缝综合压缩系数。 在压裂井中未产出油气之前，裂缝中充满压裂液，返排的主要能量来自裂缝的闭合及压裂液体的压缩，且裂缝闭合的能量占了90%以上，因此，准确计算裂缝的压缩系数尤为重要。本次应用AguiSera方法计算裂缝压缩系数[15]。压裂过程中的裂缝内净压力（最小水平主应力和井底压力之差）和形成裂缝的孔隙度可用于计算裂缝压缩系数。

计算施工曲线的压力参数可以获得净压力：

3 现场应用

应用以上方法计算A1井的有效破裂体积。根据（3）式对返排数据进行变换，确定斜率为1的直线段（图3）该段即为拟稳定流阶段；在拟稳定流动阶段运用（2）式对产能和返排时间进行变换，回归出直线段的斜率（图4）。

图3 A1井返排数据的斜率为1段的选取

图4 A1井直线段方程回归

此时需要计算裂缝净压力，根据施工压力曲线获取裂缝闭合压力，设计的裂缝孔隙度为40%，采用（7）式求取的裂缝净压力为384.25 psi，最终计算出的裂缝综合压缩系数为1.336×10-51/psi，采用（4）式计算的破裂体积为41.6 m3。

分别计算了区块内同层位的4口水平井和6口直井的有效破裂体积和压裂产能（表1）。从结果中可以看出，计算的有效破裂体积与压裂产能相关性较好，呈现指数关系，即有效破裂体积越高，压裂产能越高；相关系数在0.9以上（图5），表明采用文中的有效破裂体积计算方法能够准确地进行压裂效果评价。建立的破裂体积与产能有较高的相关性，可以根据初期返排阶段的数据计算有效破裂体积，从而准确预测压裂产能。

表1 各井计算的有效破裂体积

在有效破裂体积计算过程中可以看出，裂缝综合压缩系数对结果影响较大，因此，需要准确地计算裂缝内净压力。

模型的假设是基于见气之前只有液相流动时才成立，因此，压裂之后见气时间越长，则计算结果越准确。

4 结论

（1）地震裂缝监测解释的破裂体积偏大，不能够反映储层的有效破裂体积，无法准确地评价压裂效果。

（2）返排初期，未见气之前存在线性的拟稳定流动阶段，通过回归其线性关系，进行有效破裂体积计算。计算的有效破裂体积与压裂产能呈现指数关系，有效破裂体积越大，压裂产能越高。

（3）采用返排数据建立的有效破裂体积计算方法所需要的参数少，获取便捷，能够准确地进行压裂效果评价及压裂产能预测。

图5 计算有效破裂体积与无阻流量关系

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Calculation method of effective fracture volume based on fracture flowback data

LIU ZiXiong，WANG Yanhong，GAO Jie，FENG Qing，FAN 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

刘子雄，硕士，高级工程师，1982年生，2009年毕业于长江大学油气开发专业，现主要从事油田开发研究工作。

编辑：赵川喜