文章上新丨通过诊断式压裂测试(DFIT)获取裂缝几何尺寸和储层渗透率

Uniquely determine fracture dimension and formation permeability from diagnostic fracture injection test

通过诊断式压裂测试(DFIT)获取裂缝几何尺寸和储层渗透率

HanYi Wang, Mukul M. Sharma

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      本文提出了新的解析方程分析诊断式压裂测试 (DFIT)数据，获取储层渗流特性和水力压裂裂缝大小，并将其应用到现场尺度的新方法。

评估地层渗透率大小对于产量预测、水力压裂优化设计和产量瞬态分析（Rate Transient Analysis）非常重要。可以通过实验室实验测量岩石样品的渗透率，但是由于储层的非均质性或天然裂缝系统的影响，实验结果可能无法反映地层条件下大尺度的情况。诊断性压裂注入测试（DFIT）已经成为评估地层孔隙压力和地层渗透率的常规方法。但是，在低渗透率储层中，裂缝闭合后往往没有径向流动，这会给DFIT数据的解释带来很大的不确定性。如果不知道裂缝的大小，就无法确定裂缝的刚度，而这是估算地层渗透率所必须的。以往的工作为了估算地层渗透率，必须假设一个裂缝半径或高度，这就降低了DFIT数据解释结果的可靠性。

图1 倾斜仪测量裂缝动态闭合过程

 在本研究中，重庆大学王瀚艺教授和美国德州大学奥斯汀分校Mukul Sharma院士提出了一种解释DFIT数据的新的方法。该方法用物质平衡和基本断裂力学原理根据从关井到裂缝闭合后线性流动阶段的数据，可以唯一确定裂缝大小、滤失系数、地层渗透率和孔隙压力。该方法不需要事先假设水力压裂裂缝的半径或裂缝的高度，大大降低的DFIT数据解释的不确定性。

图2 诊断性压裂注入测试现场数据

图3 诊断性压裂注入测试数据分析和拟合

DFIT的设计和执行要根据其目的而定。如果主要是为了评估最小原位应力和基质渗透率，那么DFIT的注入速率就应该比水力压裂施工注入速率低，这样可以加快裂缝闭合，避免激活天然裂缝。如果DFIT主要目的是为了获取水力压裂施工时的滤失速率，那么DFIT时的注入速率就应该与水力压裂施工注入速率相近，否则从DFIT数据得到的滤失系数会低估水力压裂时的实际压裂液滤失速度。

      本研究还讨论了DFIT解释数据在水力压裂裂缝扩展模型的应用。通常在水力压裂模型中，需要输入地层渗透率或与之对应的滤失系数。在有天然裂缝的储层中，如果泵送结束时DFIT估算的Carter滤失系数已经包括了激发的天然裂缝网络的影响，那么这个Carter滤失系数只适用于水力裂缝主裂缝，而不适用于激发的天然裂缝。也就是说，如果Carter滤失系数已经反映了激发的天然裂缝网络的影响，那么只需对水力压裂主裂缝进行建模。但是，如果需要显示地模拟水力裂缝和天然裂缝的交互作用，比如使用离散裂缝网络（DFN）的方法，那么所用的Carter滤失系数只能根据本文提出的估算方程，结合DFIT数据解释计算压裂液从裂缝滤失到完好地层基质的滤失速率。

图4 在天然裂缝发育的地层诊断性压裂注入测试数据