平衡测试和校正压裂测试的优化方案

在阶梯降排量测试之后，所采取的平衡测试以及与主压裂排量相当的校正测试，目的是为了获取相对准确的闭合点，继而确定地层最小水平主应力和调整主程序。

1.平衡测试＋校正测试压裂理论研究

测试包含三个步骤：阶梯升排量到设计值，阶梯降排量和平衡测试。

图5—11　利用阶梯升排量与压力响应关系确定裂缝延伸压力的示意图

阶梯升排量在渗透性地层中是常用的测试方法。液体被不断增加的排量注入地层，直到裂缝产生并延伸。压力和排量关系图通常呈现两种不同的斜率，而交叉点就是裂缝的延伸压力（图5—11）。图中斜率的改变是由于地层基质滤失和裂缝在较高排量下开启产生的不同压力响应所造成的。由于液体在裂缝内的摩阻和裂缝的刚性的影响，该压力通常比闭合压力高0.35～1.38 MPa。

在阶梯降排量测试之后，立即进入平衡测试阶段。该测试用于确定闭合压力至岩石的最小主应力。精确确定闭合压力是非常重要的，因为所有的压裂分析都需要将该数据作为参考。

按照常规的做法，闭合压力将由压力降落曲线确定。其中有很多算法可以利用，例如时间平方根、G函数等。但尝试在曲线上找到闭合点时通常会遇到麻烦，因为整个裂缝闭合过程中，储层滤失还在继续，这样裂缝会出现多种异常的闭合过程，从而在曲线上会出现多个具有闭合特征的曲线位置，如图5—12所示。闭合过程中会有裂缝高度减少和裂缝长度增加等过程，都会出现压力曲线的异常波动，因此该方法具有一定的局限性。

图5—12　裂缝闭合过程中压力随时间的响应示意图

为避免常规小型测试压裂解释工程中闭合点的不确定性，需引入平衡测试方法，从而能够较容易找到一个相对准确的闭合点。

平衡测试的基本过程如图5—13所示。测试过程中，液体首先以施工排量（Qi1）泵入地层一段时间以制造一个水力裂缝，然后泵速降到很低（Qi2）并维持一段时间。施工压力开始会像停泵一样下降。当压裂液滤失率大于注入率时，裂缝体积和压力随时间延长而降低。当裂缝体积下降到一定程度时裂缝趋于闭合，裂缝长度也随之减小。压裂液滤失率将随时间延长而减少，直至压裂液的滤失率等于注入率。这时裂缝体积达到稳定，井眼压力达到平衡并开始逐步上升，因为此时压裂液滤失率随时间延长而下降而注入率保持不变。压裂液注入率与滤失率达到平衡时（teq）的最小压力即为平衡压力（peq）。在压力达到平衡后立即关井，平衡测试结束。

平衡压力是裂缝闭合压力的上限。通过减去最后关井时的瞬时压力变化（Δpsi），可以消除摩擦和扭曲成分。校正后的平衡压力（peq-Δpsi）与裂缝的闭合压力只相差裂缝中的净压力，由于注入率（Qi2）较小，而净压力相对较小，因此校正后的平衡压力近似等于裂缝闭合压力。如果把校正后的平衡压力再减去净压力，则能得到更准确的裂缝闭合压力。

通过平衡测试方法，可以获得一个唯一的闭合压力。若再追加一个校正测试，还可获得裂缝半长、裂缝宽度、裂缝高度、液体滤失系数、液体效率等参数。

校正测试是一个注入／关井／压降程序。利用与主压裂相同的液体以设计的压裂排量泵入地层，然后关井监测压力降。

图5—13　平衡压降测试原理图

2.平衡测试＋校正测试压裂试实施方法

1）平衡测试泵注方案

下面结合国内某井压裂现场试验来进一步说明平衡测试方法及应用，小型测试压裂的基本步骤见表5—8。(www.xing528.com)

表5—8　某井小型测试压裂泵注程序

2）某井小型测试压裂实施

小型测试压裂前，该井先进行了酸预处理。共泵注15 m3 15%HCl来顶替20 m3 2%KCl盐水，排量为0.6～0.74 m3/min，压力为23.2～24.4 MPa。

紧接着进行了平衡注入测试。阶梯降排量测试排量为0.5～2.53 m3/min，压力为22.95～26.39 MPa，停泵压力为26.14 MPa；小型压裂测试排量为10.10 m3/min，压力为38.26～39.91 MPa，停泵压力为26.69 MPa。该井的小型测试压裂施工曲线如图5—14所示。

图5—14　某井小型测试压裂施工曲线

（1）摩阻分析

排量为2.0 m3/min下近井筒摩阻为0.7 MPa，近井筒摩阻主要由射孔段摩阻形成，近井裂缝弯曲摩阻几乎为零，不会对加砂压裂施工造成太大的影响（图5—15）。

图5—15　测试压裂摩阻分析

（2）平衡测试分析

平衡状态时地面压力为24.33 MPa（3 528 psi），平衡测试结束时地面瞬时停泵压力为24.13 MPa（3 500 psi），折算到井底压力为41.44 MPa（6 009 psi）（图5—16）。利用Mayerhofer方法求得地层渗透率上限为0.06 mD。

图5—16　平衡测试分析曲线

（3）测试压降分析

G函数反映页岩天然裂缝较发育（图5—17），计算闭合压力为40.93 MPa（5 935 psi），在排量为10.10 m3/min条件下液体效率为40.3%。

图5—17　G函数分析曲线