基于壓裂返排數據的有效破裂體積計算方法

劉子雄，王艷紅，高 杰，馮 青，樊愛彬

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基于壓裂返排數據的有效破裂體積計算方法

劉子雄，王艷紅，高 杰，馮 青，樊愛彬

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300450）

壓裂裂縫破裂體積是評價壓裂效果的一個重要參數，常用的微地震裂縫監測無法區分有效和無效破裂的微地震點，解析模型對復雜裂縫不適用，且這些方法評估的破裂體積與壓裂產能相關性低。為此，利用壓裂返排初期的動態數據，建立了有效破裂體積的計算模型，通過對壓裂井返排初期的動態數據變換，找出擬穩定流動階段并擬合出線性關系，確定返排階段的物質平衡時間段，結合壓裂裂縫的綜合壓縮系數，確定有效的破裂體積。利用該模型計算了10口直井與水平的有效破裂體積，計算結果表明，有效破裂體積越大，壓裂產能越高，兩者相關性在0.9以上，所建立的方法可以準確地評價有效破裂體積并進行壓裂產能預測。

裂縫監測；有效破裂體積；壓裂產能；效果評價

為了能夠準確評價壓裂段的破裂體積，建立有效破裂體積與壓裂效果之間的對應關系，采用壓裂后的返排數據進行有效破裂體積計算。由于在返排過程中，參與流動的部分即可認為是有效的破裂，因此，該方法可以準確地評價壓裂效果和破裂體積。

1 利用地震裂縫監測的破裂體積

裂縫監測的破裂體積是根據微地震數據計算出的破裂影響區域[1]，通過記錄不同時刻的過井破裂位置，并進行疊加，得出壓裂裂縫的破裂體積。壓裂時，壓裂液以高于破裂壓力注入地層，巖石產生剪切或彈性破裂，進而產生微地震事件[2-9]。采用微破裂向量掃描技術可以監測不同時刻的破裂位置分布并進行成像[10-12]。微破裂向量掃描裂縫監測的能量切片顯示，壓裂液以較高的壓力進入地層時，裂縫周圍的天然裂縫、高滲區、斷層等應力薄弱點會產生地震事件（圖1中色標表示地震事件的強弱，顏色越深，微地震事件越明顯）。但微地震解釋時會將此認為是壓裂產生的破裂，將這些破裂均認為是壓裂的裂縫破裂體積。由于目前對天然裂縫應力薄弱點的認識不足，解釋的水平井每段縫長和破裂體積都偏大。從圖2可以看出，裂縫監測的段間距為120 m左右時，部分相鄰壓裂段破裂體積存在重疊區域，解釋的破裂體積明顯偏大，也就無法建立計算結果與壓裂產能之間的關系[1]。

圖2 水平井裂縫監測解釋的裂縫形態

2 有效破裂體積的計算方法

2.1 有效破裂體積計算模型的建立

在壓裂過程中，高壓液體進入地層后，在裂縫內及附近形成高壓區，導致部分儲層和壓裂液受到壓縮。壓后返排初期，有效裂縫內壓縮的彈性能量釋放，壓裂液可以正常流動返排至地面，因此，可以根據返排數據建立有效破裂體積的計算模型[13-14]。對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）式兩邊同時取對數：

2.2 裂縫綜合壓縮系數的求取

公式（4）中，只有裂縫綜合壓縮系數需要計算，采用壓裂過程中的凈壓力計算裂縫綜合壓縮系數。 在壓裂井中未產出油氣之前，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，準確計算裂縫的壓縮系數尤為重要。本次應用AguiSera方法計算裂縫壓縮系數[15]。壓裂過程中的裂縫內凈壓力（最小水平主應力和井底壓力之差）和形成裂縫的孔隙度可用于計算裂縫壓縮系數。

計算施工曲線的壓力參數可以獲得凈壓力：

3 現場應用

應用以上方法計算A1井的有效破裂體積。根據（3）式對返排數據進行變換，確定斜率為1的直線段（圖3）該段即為擬穩定流階段；在擬穩定流動階段運用（2）式對產能和返排時間進行變換，回歸出直線段的斜率（圖4）。

圖3 A1井返排數據的斜率為1段的選取

圖4 A1井直線段方程回歸

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

分別計算了區塊內同層位的4口水平井和6口直井的有效破裂體積和壓裂產能（表1）。從結果中可以看出，計算的有效破裂體積與壓裂產能相關性較好，呈現指數關系，即有效破裂體積越高，壓裂產能越高；相關系數在0.9以上（圖5），表明采用文中的有效破裂體積計算方法能夠準確地進行壓裂效果評價。建立的破裂體積與產能有較高的相關性，可以根據初期返排階段的數據計算有效破裂體積，從而準確預測壓裂產能。

表1 各井計算的有效破裂體積

在有效破裂體積計算過程中可以看出，裂縫綜合壓縮系數對結果影響較大，因此，需要準確地計算裂縫內凈壓力。

模型的假設是基于見氣之前只有液相流動時才成立，因此，壓裂之后見氣時間越長，則計算結果越準確。

4 結論

（1）地震裂縫監測解釋的破裂體積偏大，不能夠反映儲層的有效破裂體積，無法準確地評價壓裂效果。

（2）返排初期，未見氣之前存在線性的擬穩定流動階段，通過回歸其線性關系，進行有效破裂體積計算。計算的有效破裂體積與壓裂產能呈現指數關系，有效破裂體積越大，壓裂產能越高。

（3）采用返排數據建立的有效破裂體積計算方法所需要的參數少，獲取便捷，能夠準確地進行壓裂效果評價及壓裂產能預測。

圖5 計算有效破裂體積與無阻流量關系

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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

劉子雄，碩士，高級工程師，1982年生，2009年畢業于長江大學油氣開發專業，現主要從事油田開發研究工作。

編輯：趙川喜