碳酸盐岩地层破裂圧力和压裂高度预测计算及应用

孙兵

摘要：依据偶极声波测井资料提取的时差曲线，结合组合测井曲线及其计算成果，应用相应的软件进行地层脆性指数、破裂圧力和压裂高度预测计算，通过脆性指数和破裂圧力分析地层可压性，通过压裂高度预测图预测压裂时裂缝的延伸方向，了解可能压裂串层的位置，为压裂设计施工提供帮助。

关键词：碳酸盐岩；偶极声波；破裂圧力；压裂高度

0、引言

碳酸盐岩储层开采油气，有时需要进行压裂施工，如果地层破裂圧力能较为准确的计算，压裂高度可以预测，那么将给压裂设计和施工带来极大的便捷。利用偶极声波测井资料提取的纵、横波时差数据，结合地层密度、孔隙度和泥质含量等参数，计算地层脆性指数和破裂圧力，根据模量和泥质含量进行储层压裂高度预测计算，进一步进行储层的可压性及压裂时裂缝高度变化情况，为压裂设计与施工服务。

1、参数计算

由偶极声波测井提取的纵、横波时差曲线，结合组合测井曲线计算出储层位置上覆地层压力、地层孔隙压力、泊松比和地层抗拉强度等参数，求取地层破裂圧力，结合杨氏模量和泊松比求取的脆性指数，对储层的破裂难易程度进行评价。

1.1破裂圧力计算

高破裂压力值反应地层压裂时难以破裂，裂缝不易延伸；低破裂压力值指示地层压裂时地层易破裂，裂缝易延伸。地层破裂圧力由下式计算求得：

式中： 为地层破裂圧力，MPa；μ为地层岩石泊松比，无量纲； 为上覆岩层压力，MPa； 为地层孔隙压力，MPa； 为地层抗拉强度，MPa。

1.2脆性指数计算

本文采用泊松比和杨氏模量计算脆性指数，泊松比反应岩石在外力作用下的破裂能力，杨氏模量反应岩石破裂后的支撑能力。杨氏模量值越高，泊松比值越低，岩石的脆性越强，在压裂过程中越容易形成复杂的裂缝。计算公式如下：

式中：BRIT为脆性指数；E为杨氏模量，MPa；μ为泊松比，无量纲。

1.3破裂圧力高度预测

本文采用eXpress软件由模量、泊松比和泥质含量等参数，结合设计射孔井段做压裂高度预测计算。

2、分析应用

图1为某井的破裂圧力和压裂高度预测图，储层参数为：1号层井段xx13.6-xx20.0m，地层破裂压力84.0MPa，脆性指数67.4%；2号层井段xx20.0-xx24.3m，地层破裂压力74.5MPa，脆性指数67.5%；3号层井段xx29.0-xx36.9m，地层破裂压力84.5MPa，脆性指数67.9%。

三个储层的脆性指数较为接近，但破裂圧力相差较大，其中2号层的破裂圧力值最小，从曲线上看压裂施工时2号层应首先产生裂缝，这与压力高度预测计算结果一致。如果三层联合压裂，当压力增大到一定值时，裂缝将贯通整个压裂井段。如果要求单独压裂上部连层或者下部的3号层，那么压裂时就需要控制压力，避免裂缝延伸导致串层。从图中还可以看出压开1、2号层时，裂缝的延伸将会超出储层井段向上向下蔓延。

图1 某井破裂圧力和压裂高度预测处理图

图2为另一口井破裂圧力和压裂高度预测图，储层参数为：1号层井段xx15.4-xx19.8m，地层破裂压力104.6MPa，脆性指数73.8%；2号层井段xx19.8-xx28.0m，地层破裂压力89.7MPa，脆性指数75.6%；3号层井段xx30.0-xx41.8m，地层破裂压力101.5MPa，脆性指数78.9%。

三个储层的脆性指数相差不大，从上到下呈逐渐增大趋势，破裂圧力2号层较小，1、3号层相当。由杨氏模量、体积模量、破裂压力曲线及压裂高度预测图，可以看出压裂时2号层局部井段最先产生裂缝，随着压力增大，裂缝向上向下延伸，当压开1、3号层时，裂缝将贯穿整个储层所在井段。从图上还可以看出3号层从上到下压裂难度增大，压裂时其裂缝发展应该是随着压力的增大，逐渐从层段顶部向下延伸。

从两口井的处理图可以看出，模量、破裂压力、脆性指数和压裂高度预测计算，各个参数之间有较好的对应性，能判断出储层在压裂时裂缝最先产生的位置，以及裂缝所延伸的方向，同时能提供储层破裂圧力，为压裂设计和施工提供一定的帮助。

图2 某井破裂圧力和压裂高度预测处理图

3、结论

（1）破裂压力和脆性指数能够判断出容易产生裂缝的储层段。

（2）通过压裂高度预测计算，可以预测压裂时储层井段、压裂井段地层裂缝产生及延井轴延伸情况。

参考文献：

[1]肖立志，等.成像测井学基础[M]，石油工业出版社，2010.

[2]章成广，等.声波测井原理与应用[M]，石油工业出版社，2009.