偏心管柱式井下壓裂實時監測技術研究

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

許建華 (中國石化石油工程技術研究院，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研究院，河南 濮陽 457001)

偏心管柱式井下壓裂實時監測技術研究

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

許建華 (中國石化石油工程技術研究院，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研究院，河南 濮陽 457001)

為了給壓裂施工提供真實可靠的監測資料，設計了偏心式井下實時監測管柱，在不影響壓裂施工正常進行的前提下，下入目的層段進行實時測量，并針對實際地質情況研制了實時監測分析軟件。通過對壓裂施工時目的層溫度、壓力等參數的實時測量、解釋分析，為壓裂效果的分析評估、壓裂方案的制定優化提供了可靠依據。

壓裂；偏心式管柱；實時監測

壓裂是低滲油氣藏提高油氣井產能的重要手段，壓裂施工的效果直接關系到油田開發成本和油氣增產數量。因此在壓裂施工過程中對壓裂層段的相關參數進行實時監測和分析是一項重要的工作。傳統的壓裂監測是記錄井口壓力等數據，然后通過估算摩阻獲得井底的壓力數據。實際上摩阻是個動態值，受壓裂液、支撐劑、排量、砂比等的影響，很難計算獲得，因此也很難獲得井底真實壓力；同時壓裂時井底的溫度無法記錄，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]。

中原油田根據現場實際應用情況，研制了井下壓裂實時監測系統。該系統能夠在壓裂施工過程中對井下作業地層段壓力溫度等參數進行實時采集，并對監測結果進行分析解釋，從而實現對壓裂過程的實時監測并對壓裂效果進行有效分析。

1 井下壓裂實時監測系統

井下壓裂實時監測系統由井下壓裂實時監測管柱和壓裂實時監測分析系統2部分組成。

1.1井下壓裂實時監測管柱

圖1 偏心式壓裂實時監測管柱結構圖

壓裂實時監測管柱是對壓裂過程進行實時監測的井下數據采集裝置，能夠在不影響正常壓裂施工的過程中，直接實時測量作業地層段的壓力溫度數據，適用于石油行業壓裂施工時的實時監測。目前在壓裂監測技術中也有一些是采用井下采集數據的方法，既設計井下壓裂實時監測管柱，在壓裂施工過程中將管柱下入作業層段進行監測來獲取地層參數。但是有的設計是將監測儀與管柱融為一體，這樣施工和維護都很不方便；有的雖然將監測儀設計成獨體，但是多數是放置在管柱內側，不能直接測量地層壓力溫度，測試數據不準確；也有提出可將監測儀直接掛在管壁外的，但這樣的設計不能滿足壓裂施工安全作業的需要，不適合大范圍推廣[2-3]。

該系統設計的井下壓裂實時監測管柱是一種偏心式壓裂實時監測管柱，包括柱體和監測儀2個部分，其結構如圖1所示。

1)柱體 柱體在正常壓裂管柱的尺寸基礎上采用偏心式設計，在較厚的一側管壁外有一個凹槽用來固定監測儀，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空管中被拉壞，影響作業管柱下井，同時偏心式設計避免了對壓裂液注入的影響，保證了壓裂作業的正常施工。

2)監測儀 監測儀放置在凹槽內以后通過上面的固定儀器頂絲對其進行固定。固定在管柱外壁的監測儀可以直接感應作業地層段的壓力溫度，獲得準確的測試數據。管壁四周均勻分布3個空心槽，利于施工過程中壓裂液向地層注入。監測儀包括外殼、導壓孔、傳感器、數據采集處理模塊、存儲器和電池。該監測儀直徑僅20mm，體積小，耐高溫高壓，測試數據準確，儀器可靠性高。整個監測管柱通過上下節篐與壓裂管柱相連，安裝維護方便，儀器下井過程中不會影響正常施工。

偏心式壓裂實時監測管柱隨壓裂管柱下入井中，在軟件控制下，該裝置在預先設定時間內,按預定的采樣頻率，采集井底壓力、溫度數據并存儲起來；壓裂結束起出該裝置后，通過數據回放，可獲得從下管柱開始到起管柱結束,整個施工過程真實的井底壓力、溫度數據；從而便于工程技術人員分析并優化壓裂工藝設計，便于管理人員監督施工全過程，分析施工時效。

1.2壓裂實時監測分析系統

壓裂實時監測分析系統應用了新型的壓裂解釋技術，是確保壓裂施工取得理想效果的關鍵性手段，也是水力壓裂技術的最新進展和發展趨勢。該系統通過對壓裂實時監測數據的分析解釋可認識和了解裂縫和地層情況，分析和評估壓裂液性能和施工質量。壓裂實時監測分析系統主要由主菜單模塊、數據輸入模塊、分析結果圖形顯示模塊、報表查看和打印模塊、幫助模塊組成。軟件根據監測儀所采集的數據，結合井位基礎數據，分別對破裂壓力、閉合壓力、壓裂過程壓力、起下壓裂管柱操作進行了準確分析，并對裂縫參數進行了準確計算，為優化設計提供可靠依據。其主要功能如下：①進行壓裂過程地層破裂壓力的解釋；②進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。該系統根據中原油田實際地層模型開發完成，符合中原油田地層情況，其分析結果更能準確表現中原油田實際情況。

2 現場應用實例

對橋64-10井壓裂施工現場進行了井下壓裂實時監測，該井基礎數據如表1所示。

表1 橋64-10井基礎數據

2.1壓裂過程監測數據

施工管串與壓裂管柱一同下入目的層段，實時監測壓裂過程參數。壓裂施工結束后，取出壓裂管柱，卸下監測儀，回放實時監測數據，根據監測數據生成全過程監測曲線，如圖2所示。根據壓裂施工過程中各不同階段壓力溫度變化特點，由測試結果分析得出該目的層溫度130.46℃，施工結束關井后，目的層恢復的最高溫度129.86℃，地層溫度儀器取出前基本恢復到壓裂前的水平。施工開始到目的層破裂所用時間4.06min。

2.2實時破裂壓力解釋曲線

圖3為分析軟件生成的實時破裂壓力解釋曲線。結合目的層溫度變化及壓裂壓力分析，破裂壓力在第1次達到最大壓力后壓力下降點處，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，說明地層破裂后大量壓裂液進入地層。

2.3壓裂過程井底凈壓力與時間雙對數曲線

圖4為壓裂過程井底凈壓力與時間雙對數曲線。根據曲線狀態可看到地層破裂后縫內壓力急劇上升，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，裂縫穿過低應力層，縫高發生不穩定增長，遇到高應力層后壓力曲線才變緩。

圖2 全程監測曲線 圖3 實時破裂壓力解釋曲線

圖4 井底凈壓力與時間雙對數曲線

通過綜合分析壓裂時間、井底凈壓力、基礎井位數據等參數，監測分析軟件確定裂縫模型，對縫裂模型進行計算后得出：單冀縫長118.3m，縫寬2.54mm，縫高14.26m，鋪砂濃度0.0039m3/m2，裂縫導流能力8.05d·cm，閉合壓力為69.93MPa，閉合時間3.04min。

3 結 論

1)井下壓裂實時監測系統在壓裂施工過程中通過偏心壓裂監測管柱對井下溫度壓力等參數進行實時測量，根據監測結果對井下壓裂實時測量參數進行分析，客觀評價壓裂工程的效果，優化壓裂方案的設計。該系統測試精度高，安裝使用方便，參數解釋準確，且現場安全系數高，不影響壓裂施工的正常進行，未對井場造成任何污染。解釋參數不僅為現場施工指揮人員提供了控制施工過程的依據，也為技術人員進行井網的調整、措施的選擇提供了依據，同時也為區塊的治理、同區塊的壓裂設計優選提供依據。

2)井下壓裂實時監測系統是根據實際地層情況進行深入分析研發完成，其監測管柱應用范圍廣，分析解釋模型準確，符合中原油田特點，應用過程中得到了一致好評，具有良好的應用前景。

[1]Les Bennett.水力壓裂監測新方法[J].國外測井技術，2007，22(4) : 53-65.

[2]Matt Bell.水力壓裂生產井的井下綜合監測[J].王艷麗譯.國外油田工程，2002，18(6) : 8-9.

[3]段永偉.深層氣藏壓裂井井下壓力溫度監測技術應用[J].油氣井測試，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年大學畢業，碩士，工程師，現主要從事石油工程測試儀表技術方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛