CN103590799B - 一种致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法，属于油气勘探技术领域。本发明结合油气储层砂体展布、三维地震预测、水平井段油气显示、邻井物性参数及井网布局计算水平井改造砂体体积，确定水平井各段长度、压裂裂缝半长和压裂设计加砂量，实现不同类型水平段采取不同的压裂设计参数，本发明提高了水平井压裂设计的针对性，水平段整体均匀改造，使水平井单井控制储量和油气井单井产量最大化。本发明不仅适用于非常规致密砂岩油气储层水平井压裂设计，还可以用于常规碎屑岩、碳酸盐、页岩、火山岩等储层水平井改造的压裂设计中。

Description

一种致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法

技术领域

本发明涉及一种致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法，属于油气勘探技术领域。

背景技术

致密砂岩储层通常具有低孔、低渗、储量丰度低、自然产能低等特性，常规水力压裂通过在压开的油气储层中充填高强度支撑剂形成具有一定长度和导流能力的人工裂缝，形成油气运移通道，实现油气井的增产。因此，常规的水力压裂改造效果主要取决于改造裂缝长度和裂缝导流能力。但是由于致密砂岩储层的特性，常规水力压裂改造控制储量有限，单井油气产量低，难以实现高效经济开发。

水平井压裂能够利用长水平段扩大单井改造体积或同时改造多个砂体，扩大单井控制储量，提高单井油气产量，实现致密砂岩储层的高效开发。但常规的水平井压裂设计通常是单纯依据水平段显示来进行水平井分段，并确定各段压裂泵注程序和加砂规模。由于致密砂岩储层低孔、低渗、物性差别大、砂体水平展布及厚度变化较大等特性，导致常规水平井压裂设计针对性较差，储层改造不充分，难以实现水平段的整体均匀改造，降低了单井控制储量和油气井产量。

发明内容

本发明的目的是提供一种致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法，以解决目前水平井压裂设计针对性差、储层改造不充分，导致单井控制储量和油气井产量低的问题。

本发明的技术方案是：结合油气储层砂体展布、三维地震预测、水平井段油气显示、邻井物性参数及井网布局精确计算水平井改造砂体体积，确定水平井各段设计参数，确保水平井压裂设计的针对性、施工的成功率和改造的有效性，形成致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法。

该水平井三维压裂设计方法包括以下步骤：

1.根据油气井勘探含油气层位，确定含油气层位的砂体展布特征(图1).采用三维地震确定含油气层位的平面展布面积A和厚度h，同时结合含油气层位砂体展布特征，确定需要水力压裂改造的含油气层位砂体特征及体积V。

V＝A×h(1)

其中：V是需要改造的水平井砂体体积，单位为m³；A为含油气层位平面展布面积，单位为m²；h为含油气层厚度，单位为m。

2.通过水平井测井和录井获取测井声波时差Δt、测井骨架声波时差Δt_ma、测井泥岩声波时差Δt_f、测井流体声波时差Δt_sn、地层电阻率RT、地层水电阻率Rw、储层岩性系数a、储层孔隙结构指数m和储层饱和度指数n确定水平井段储层孔隙度φ和含油气饱和度S_o/g，确定水平井段油气显示(图2)。

$\mathrm{\φ}=1.03026\frac{\mathrm{\Δ}t-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}{{\mathrm{\Δt}}_f-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}-90.03214\frac{{\mathrm{\Δt}}_{sn}-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}{{\mathrm{\Δt}}_f-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}+3.11775---\left(2\right)$

$S_{o/g}=1-\sqrt[n]{\frac{a\×Rw}{RT-{\mathrm{\φ}}^m}}---\left(3\right)$

其中：φ为水平井段储层孔隙度；S_o/g为水平井段含油气饱和度；Δt为测井声波时差值，单位为μS/m；Δt_ma为测井骨架声波时差值，单位为μS/m；Δt_f为测井泥岩声波时差值，单位为μS/m；Δt_sn为测井流体声波时差值，单位为μS/m；RT为测井地层电阻率，单位为Ω·m；Rw为测井地层水电阻率，单位为Ω·m；a为储层岩性系数；m为储层孔隙结构指数；n为储层饱和度指数。

3.结合需压裂改造水平井的邻井油气显示、油气田井网整体布局和需要改造的水平井砂体体积V，设计水平井各段长度L_i、压裂裂缝半长li和压裂设计加砂量V_is(图3和图4)，提高水平井各段压裂设计的针对性，保证水平段整体均匀改造，最大化水平井单井控制储量和油气井单井产量。

${\mathrm{Vi}}_{o/g}=\frac{{\mathrm{V\ΦS}}_{o/g}}{N}---\left(4\right)$

$Li=\frac{{\mathrm{Vi}}_{o/g}}{h\×li}---\left(5\right)$

V_is＝2×w_i×li×h(6)

其中：Vi_o/g为第i段水平段砂体体积，单位为m³；N为水平井改造段数1，2，3…；li为压裂裂缝支撑半长，按含油气砂体宽度设计，单位为m；L_i为水平井各段长度，单位为m；w_i为第i段水平井压裂裂缝平均支撑缝宽，单位为m；V_is为第i段水平段加砂量，单位为m³。

本发明的有益效果是：本发明通过结合油气储层砂体展布、三维地震预测、水平井段油气显示、邻井物性参数及井网布局计算水平井改造砂体体积，确定水平井各段长度、压裂裂缝半长和压裂设计加砂量，实现不同类型水平段采取不同的压裂设计参数，本发明提高了水平井压裂设计的针对性，实现水平段整体均匀改造，使水平井单井控制储量和油气井单井产量最大化。本发明不仅适用于非常规致密砂岩油气储层水平井压裂设计，还可以用于常规碎屑岩、碳酸盐、页岩、火山岩等储层水平井改造的压裂设计中。

附图说明

图1是水平井压裂改造的含油气层位砂体特征示意图；

图2是水平井段油气显示分析示意图；

图3是水平井三维分段压裂设计方式示意图；

图4是水平井压裂改造裂缝特征示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明通过结合油气储层砂体展布、三维地震预测、水平井段油气显示、邻井物性参数及井网布局计算水平井改造砂体体积，以确定水平井各段设计参数，从而确保水平井压裂设计的针对性、施工的成功率和改造的有效性，形成致密砂岩储层水平井三维压裂的设计方法，该方法具体包括以下步骤：

1.根据油气井勘探含油气层位，确定含油气层位的砂体展布特征，如图1所示，采用三维地震确定含油气层位的平面展布面积A和厚度h，同时结合含油气层位砂体展布特征，确定需要水力压裂改造的含油气层位砂体特征及体积V。

V＝A×h(1)

其中：V是需要改造的水平井砂体体积，单位为m³；A为含油气层位平面展布面积，单位为m²；h为含油气层厚度，单位为m。

2.通过水平井测井和录井获取测井声波时差Δt、测井骨架声波时差Δtma、测井泥岩声波时差Δtf、测井流体声波时差Δtsn、地层电阻率RT、地层水电阻率Rw、储层岩性系数a、储层孔隙结构指数m和储层饱和度指数n确定水平井段储层孔隙度φ和含油气饱和度S_o/g。

$\mathrm{\φ}=1.03026\frac{\mathrm{\Δ}t-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}{{\mathrm{\Δt}}_f-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}-90.03214\frac{{\mathrm{\Δt}}_{sn}-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}{{\mathrm{\Δt}}_f-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}+3.11775---\left(2\right)$

$S_{o/g}=1-\sqrt[n]{\frac{a\×Rw}{RT-{\mathrm{\φ}}^m}}---\left(3\right)$

其中：φ为水平井段储层孔隙度；S_o/g为水平井段含油气饱和度；Δt为测井声波时差值，单位为μS/m；Δt_ma为测井骨架声波时差值，单位为μS/m；Δt_f为测井泥岩声波时差值，单位为μS/m；Δt_sn为测井流体声波时差值，单位为μS/m；RT为测井地层电阻率，单位为Ω·m；Rw为测井地层水电阻率，单位为Ω·m；a为储层岩性系数；m为储层孔隙结构指数；n为储层饱和度指数。

3.结合需压裂改造水平井的邻井油气显示、油气田井网整体布局和需要改造的水平井砂体体积V，设计水平井各段长度L_i、压裂裂缝半长li和压裂设计加砂量V_is，

${\mathrm{Vi}}_{o/g}=\frac{{\mathrm{V\ΦS}}_{o/g}}{N}---\left(4\right)$

$Li=\frac{{\mathrm{Vi}}_{o/g}}{h\×li}---\left(5\right)$

V_is＝2×w_i×li×h(6)

其中：Vi_o/g为第i段水平段砂体体积，单位为m³；N为水平井改造段数1，2，3…；li为压裂裂缝支撑半长，按含油气砂体宽度设计，单位为m；L_i为水平井各段长度，单位为m；w_i为第i段水平井压裂裂缝平均支撑缝宽，单位为m；V_is为第i段水平段加砂量，单位为m³。

Claims (4)

1.一种致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法，其特征在于，该设计方法的步骤如下：

(1)根据油气田各个层位的砂体展布特征和油气井勘探含油气层位，确定含油气层位的砂体展布特征；

(2)结合含油气层位砂体展布特征和含油气层位的平面展布面积和厚度，确定需要压裂改造的含油气层位砂体特征及体积；

(3)通过水平井测井获取测井声波时差、测井骨架声波时差、测井泥岩声波时差、测井流体声波时差、地层电阻率、储层岩性系数、储层孔隙结构指数和储层饱和度指数，根据所获取的上述参数计算水平井段储层孔隙度和含油气饱和度；

(4).结合需压裂改造水平井的邻井油气显示、油气田井网整体布局和需要改造的水平井砂体体积，计算单段控制储量体积，水平井各段长度、压裂裂缝半长和压裂加砂量，从而得到致密砂岩储层水平井三维压裂的设计参数。

2.根据权利要求1所述的致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中水平井段储层孔隙度和含油气饱和度分别为：

$\mathrm{\φ}=1.03026\frac{\mathrm{\Δ}t-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}{{\mathrm{\Δt}}_f-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}-90.03214\frac{{\mathrm{\Δt}}_{sn}-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}{{\mathrm{\Δt}}_f-{\mathrm{\Δt}}_{ma}}+3.11775$

$S_{o/g}=1-\sqrt[3]{\frac{a\×Rw}{RT-{\mathrm{\φ}}^m}}$

其中：φ为水平井段储层孔隙度，S_o/g为水平井段含油气饱和度，Δt为测井声波时差值，Δt_ma为测井骨架声波时差值，Δt_f为测井泥岩声波时差值，Δt_sn为测井流体声波时差值，RT为测井地层电阻率，Rw为测井地层水电阻率，a为储层岩性系数，m为储层孔隙结构指数，n为储层饱和度指数。

3.根据权利要求2所述的致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法，其特征在于，所述步骤(4)中单段控制储量体积Vi_o/g，水平井各段长度L_i、压裂裂缝半长li和压裂设计加砂量V_is分别为：

${\mathrm{Vi}}_{o/g}=\frac{{\mathrm{V\ΦS}}_{o/g}}{N}$

$Li=\frac{{\mathrm{Vi}}_{o/g}}{h\×li}$

V_is＝2×w_i×li×h

其中：V为需要压裂改造的含油气层位砂体体积，单位为m³；Vi_o/g为第i段水平段砂体体积，单位为m³；N为水平井改造段数1，2，3…，li为压裂裂缝支撑半长，单位为m；L_i为水平井各段长度，单位为m；w_i为压裂裂缝平均支撑缝宽，单位为m；V_is为第i段水平段加砂量，单位为m³，h为含油气层厚度，单位为m。

4.根据权利要求1、2或3所述的致密砂岩储层水平井三维压裂设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中需要压裂改造的含油气层位砂体体积V，

V＝A×h

其中：V是需要改造的水平井砂体体积，单位为m³；A为含油气层位平面展布面积，单位为m²；h为含油气层厚度，单位为m。