CN104685153A

CN104685153A - 用于执行增产作业的系统和方法

Info

Publication number: CN104685153A
Application number: CN201380051746.9A
Authority: CN
Inventors: O·克雷斯; X·翁; H·古
Original assignee: Prad Research and Development Ltd
Current assignee: Prad Research and Development Ltd
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-06-03
Also published as: EP2888441A1; WO2014032003A1; EP2888441A4; US20150204174A1; CA2881718A1; RU2591857C1; MX2015002141A

Abstract

提供了一种用于在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的系统和方法。所述方法可以获取综合井场数据。所述方法可以使用所述综合井场数据来生成力学地球模型。所述方法可以使用所述力学地球模型来模拟诱导的水力裂缝与自然裂缝的交叉。所述方法可以确定交叉的自然裂缝的交叉属性。所述方法还可以使用所述力学地球模型和所述交叉属性来生成增产规划。所述增产规划可以包括压裂流体的流体粘度或注入速率。

Description

用于执行增产作业的系统和方法

背景技术

本部分旨在提供便于更好地理解本文所述的各种技术的背景信息。如本部分的标题所暗示的，这是对相关技术的讨论。这种技术绝没有暗示其也是现有技术。相关技术可以是或者可以不是现有技术。因此，应当理解，该部分中的陈述要据此来阅读，并且申请人既没有承认也没有默认任何给出的参考是现有技术或类似的现有技术。

为了便于从油气井中恢复油气，能够水力压裂围绕这些井的地下岩层。水力压裂已经成为在地下岩层中产生允许油气移动向井中的破裂的有价值的技术。水力裂缝可以根据岩层内的自然应力在两个相反的方向上延伸远离井眼数百英尺。在特定的环境下，水力裂缝可以形成复杂的裂缝网络。复杂的裂缝网络能够包括诱导的水力裂缝和自然裂缝，诱导的水力裂缝和自然裂缝可以沿多个方位、在多个平面和方向上以及在多个区域中交叉或不交叉。

通过以高压和高流速将专门设计的流体(被称作“压裂流体”或“压裂泥浆”)通过一个或多个井眼引入到岩层中来压裂岩层。油田服务公司已经开发了许多不同的油基和水基流体和处理液，以更有效地诱导和保持可渗透且富有成效的压裂。这些流体的成分变化很大，从简单的水和沙到具有大量添加剂的复杂的聚合物。每种类型的压裂流体都具有独特的特性，并且每种都拥有其各自的积极和消极的性能特点。期望选择性地修改压裂流体的特定性质以及泵送特性，以实现压裂网络的期望的复杂度。

例如，与相对简单且笔直的裂缝相比，高度复杂的压裂网络几何结构可以产生大得多的表面积。更大的裂缝表面积可以增强很低渗透储层的产出。另一方面，复杂的压裂网络可以含有弯曲的裂缝、多个纽结以及压裂方向的变化，这可能使裂缝开口过窄，或者产生阻碍油气或颗粒输送的夹点。为了实现裂缝性储层的更好产出，可以期望具有最大化裂缝表面积和输送特性两者的最佳几何结构。

在一些情况下，可以对岩层中裂缝的出现和裂缝的范围进行数字建模，以推断水力裂缝随时间的扩展。传统的水力裂缝模型通常假设双翼型诱导的裂缝。这些双翼型裂缝在表示具有诸如自然裂缝(NF)的预先存在的断面的一些非传统储层中的诱导的裂缝的复杂性质时可能不足。此外，尽管一些商业上可买到的裂缝模型可以考虑岩层中预先存在的自然裂缝，但是许多公开的模型过于简化，并且忽视了对诱导的裂缝与自然裂缝之间的交叉的严格弹性解的考虑。另外，绝大多数公开的模型没有明确地考虑流体的泵送属性，流体的泵送属性可以包括注入速率、流体的粘稠属性以及流体添加剂的浓度。

发明内容

本文描述了一种用于在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的方法的各种技术的实施例。所述方法可以获取综合井场数据。综合井场数据可以包括所述地下岩层的地质力学属性、地质学属性和/或地球物理学属性，以及所述地下岩层中的自然裂缝的力学属性、地质力学属性和/或几何属性。所述方法可以使用所述综合井场数据来生成力学地球模型。所述方法可以使用所述力学地球模型来模拟诱导的水力裂缝与自然裂缝的交叉。所述方法可以确定交叉的自然裂缝的交叉属性。所述方法还可以使用所述力学地球模型和所述交叉属性来生成增产规划。所述增产规划可以包括压裂流体的流体粘度或注入速率。

本文描述了一种用于在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的方法的各种技术的实施例。所述方法可以获取综合井场数据。综合井场数据可以包括所述地下岩层的地质力学属性、地质学属性和/或地球物理学属性，以及所述地下岩层中的自然裂缝的力学属性、地质力学属性和/或几何属性。所述方法可以使用所述综合井场数据来生成力学地球模型。所述方法可以使用所述力学地球模型来模拟诱导的水力裂缝与自然裂缝的交叉。所述方法可以确定交叉的自然裂缝的交叉属性。所述方法还可以使用所述交叉属性来预测来自所述地下岩层的油气产出。

本文描述了一种用于在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的方法的各种技术的实施例。所述方法可以获取综合井场数据。综合井场数据可以包括所述地下岩层的地质力学属性、地质学属性和/或地球物理学属性，以及所述地下岩层中的自然裂缝的力学属性、地质力学属性和/或几何属性。所述方法可以使用所述综合井场数据来生成力学地球模型。所述方法可以使用所述力学地球模型来模拟诱导的水力裂缝与自然裂缝的交叉。所述方法可以确定交叉的自然裂缝的交叉属性。所述方法可以基于所述力学地球模型来将所述交叉属性与从增产作业中获取的观测数据中的微震事件进行比较。

本文描述了一种用于在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的方法的各种技术的实施例。所述方法可以获取综合井场数据。综合井场数据可以包括所述地下岩层的地质力学属性、地质学属性和/或地球物理学属性，以及所述地下岩层中的自然裂缝的力学属性、地质力学属性和/或几何属性。所述方法可以使用所述综合井场数据来生成力学地球模型。所述方法可以使用所述力学地球模型来模拟从诱导的水力裂缝到自然裂缝中的压裂流体泄漏。所述方法还可以使用所述力学地球模型来生成增产规划。所述增产规划可以包括压裂流体的流体粘度或注入速率。所述方法还可以基于所模拟的泄漏来调整所述增产规划的操作参数，以实现从所述诱导的水力裂缝到所述自然裂缝中的优化的泄漏。

提供以上引用的发明内容部分以介绍将在以下具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在确定所要求保护的主题的特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本发明的任何部分中提到的任何或大部分缺点的实施方式。的确，本文公开的系统、方法、处理程序、技术以及流程可以补充或替换用于确定、分离和/或处理从地下区域或其他多维空间收集的井场数据或其他数据的各个方面的传统方法。

附图说明

以下将参考附图来描述多个技术的实施方式。然而，应当理解，附图示出了本文描述的各种实施方式，而不意在限制本文描述的各个技术的范围。

图1A-1D示出了根据本文描述的各种实施例的在井场的油田作业的示意图。

图2A-2D示出了根据本文描述的各种实施例的数据收集的示意图。

图3A示出了根据本文描述的各种实施例的具有各种井下增产作业的井场的示意图。

图3B-3D示出了根据本文描述的各种实施例的井场的各种压裂。

图4A示出了根据本文描述的各种实施例的流程图。

图4B示出了根据本文描述的各种实施例的井下增产作业的示意图。

图5.1-5.4示出了根据本文描述的各种实施例的在压裂作业期间在井眼周围的裂缝生长。

图6示出了根据本文描述的各种实施例的水力裂缝网络。

图7示出了根据本文描述的各种实施例的在诱导的水力裂缝与自然裂缝之间的交叉。

图8是根据本文描述的各种实施例的用于模拟和执行水力压裂的流程图。

图9示出了计算机系统，在所述计算机系统中，可以并入并实践本文描述的各种工艺和技术。

具体实施方式

以下讨论针对某些具体实施例。应当理解，以下讨论仅仅是为了使得本领域普通技术人员能够开发和使用现在或稍后由任何本文所发布的专利中找到的专利“权利要求”定义的任何主题。

现在将对各种实施例进行详细参考，所述各种实施例的示例在附图中示出。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对要求保护的本发明的彻底理解。然而，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，要求保护的本发明可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他实例中，没有对公知的方法、程序、部件、电路以及网络进行详细描述，以免不必要地使要求保护的本发明的各方面变得不清楚。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本文描述的各种实施例的范围的情况下，第一对象或模块能够被称为第二对象或模块，并且类似地，第二对象或模块能够被称为第一对象或模块。第一对象或模块以及第二对象或模块分别都是对象或模块两者，但是它们不应被认为是相同的对象或模块。

本文中的描述中使用的术语仅仅是为了描述特定实施方式的目的，并不旨在限制要求保护的本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另行清楚指出。还应理解，本文所使用的术语“和/或”指代并包含相关联的列出的项目中的一个或多个的任何可能组合。还应理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定陈述的特征、整体、模块、操作、元件和/部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、模块、操作、元件、部件和/或其的组的存在或添加。

如本文所使用的，根据上下文，术语“如果”可以被理解为是指“当”或“在......时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，根据上下文，短语“如果确定”或“如果检测到[陈述的条件或事件]”可以被理解为是指“在确定......时”或“响应于确定”或“在检测到[陈述的条件或事件]时”或“响应于检测到[陈述的条件或事件]”。

本文描述的各种实施例针对用于在地下岩层中执行和模拟压裂作业的系统和方法。将参考图1-9更详细地描述这些实施例。

油田作业

图1A-1D描绘了可以在井场执行的各种油田作业，并且图2A-2D描绘了可以在井场收集的各种信息。图1A-1D描绘了代表性油田或井场100的简化的示意图，油田或井场100在其中具有含有例如储层104的地下岩层102，并且描绘了可以在井场100上执行的多个油田作业。图1A描绘了由诸如地震车106.1的勘探工具执行的勘探作业，以测量地下岩层的属性。所述勘探作业可以是用于产生声振动的地震勘探作业。在图1A中，由源110生成的一个这样的声振动112由地层116中的多个断面114反射。(一个或多个)声振动112可以由位于地表的诸如地震检波器-接收器118的传感器接收，并且地震检波器118产生电输出信号，所述电输出信号在图1A中被称作接收到的数据120。

响应于接收到的代表(一个或多个)声振动112的不同参数(例如，幅值和/或频率)的(一个或多个)声振动112，地震检波器118可以产生含有关于地下岩层的数据的电输出信号。接收到的数据120可以作为输入数据被提供给地震车106.1的计算机122.1，并且响应于所述输入数据，计算机122.1可以生成地震和微震数据输出124。地震数据输出124可以被存储、被传输、或根据期望例如通过数据简化而进行进一步处理。

图1B描绘了由钻井工具106.2执行的钻井作业，其中，钻井工具106.2由钻井架128悬挂并且被推进到地下岩层102中以形成井眼136或其他通道。可以使用泥浆坑130来将钻井泥浆经由管线132抽吸到钻井工具中，以使钻井泥浆循环通过钻井工具，上到井眼136并返回地面。钻井泥浆可以被过滤，并且返回泥浆坑。可以使用循环系统来存储、控制或过滤流动的钻井泥浆。在该图示中，钻井工具被推进到地下岩层以到达储层104。每个井可以瞄准一个或多个储层。钻井工具可以适于使用随钻测井工具来测量井下属性。随钻测井工具还可以适于获得如图1B和2B所示的岩芯样本133，或者被移除使得可以使用其他工具来获取岩芯样本133。

可以使用地面单元134来与钻井工具106.2和/或场外作业进行通信。地面单元134可以与钻井工具106.2通信，以向钻井工具106.2发送命令，并且从钻井工具106.2接收数据。地面单元134可以被提供有用于接收、存储、处理和/或分析来自作业的数据的计算机设施。地面单元134可以收集在钻井作业期间生成的数据，并且产生可以被存储或被传输的数据输出135。计算机设施，例如地面单元134的那些计算机设施，可以被定位在井场周围的各种位置处和/或被定位在远程位置处。

诸如计量器的传感器(S)可以被定位在油田周围，以收集与先前描述的各种作业有关的数据。如所示出的，传感器(S)可以被定位在钻井工具106.2中的一个或多个位置处和/或被定位在钻井架处，以测量钻井参数，所述钻井参数例如钻压、钻头扭矩、压力、温度、流速、成分、旋转速度和/或作业的其他参数。传感器(S)还可以被定位在循环系统中的一个或多个位置中。

可以由地面单元134和/或其他数据收集源来收集由传感器采集的数据，以进行分析或其他处理。可以单独使用或与其他数据结合使用由传感器收集的数据。所述数据可以被收集在一个或多个数据库中和/或在场内或场外被传输。可以选择性地使用数据的全部或选择部分来对当前和/或其他井眼的操作进行分析和/或预测。所述数据可以是历史数据、实时数据或其组合。实时数据可以被实时使用或被存储以供稍后使用。所述数据还可以与历史数据或其他输入组合以进行进一步的分析。所述数据可以被存储在单独的数据库中或者被组合到单个数据库中。

可以使用所收集的数据来执行诸如建模操作的分析。例如，可以使用地震数据输出来执行地质学分析、地球物理学分析、和/或储层工程分析。可以使用储层数据、井眼数据、地面数据和/或处理后的数据来执行储层模拟、井眼模拟、地质学模拟、以及地球物理学模拟或其他模拟。来自作业的数据输出可以直接从传感器被生成，或在一些预处理或建模之后被生成。这些数据输出可以用作其他分析的输入。

数据可以被收集并被存储在地面单元134处。一个或多个地面单元134可以位于井场处或者远程连接到井场。地面单元134可以是用于执行整个油田必要的数据管理功能的单个单元或多个单元的复杂网络。地面单元134可以是手动或自动系统。地面单元134可以由用户操作和/或调整。

地面单元134可以被提供有收发器137，以允许在地面单元134与当前油井的各个部分或其他位置之间进行通信。地面单元134还可以被提供有或者功能性地连接到用于致动井场100处的机械装置的一个或多个控制器。然后地面单元134可以响应于接收到的数据而向油田发送命令信号。地面单元134可以经由收发器接收命令，或者可以自己执行给控制器的命令。可以提供处理器以(本地或远程地)分析数据、做出决策和/或致动控制器。以这种方式，可以基于收集到的数据选择性地调整作业。可以基于该信息来优化作业的部分，例如控制钻井、钻压、泵送速率或其他参数。这些调整可以基于计算机协议而自动进行，和/或由操作员手动进行。在一些情况下，可以调整井规划以选择最佳作业条件或者避免问题。

图1C描绘了由钻井架128悬挂并进入到图1B的井眼136中的电缆测井工具106.3执行的电缆测井作业。电缆测井工具106.3可以适于部署到井眼136中以生成测井曲线、执行井下测试和/或收集样本。电缆测井工具106.3可以用来提供其他用于执行地震勘探作业的方法和装置。图1C的电缆测井工具106.3可以例如具有爆炸性能量源、放射性能量源、电学能量源或声学能量源144，该能量源144向周围的地下岩层102及其中的流体发送电信号和/或从周围的地下岩层102及其中的流体接收电信号。

电缆测井工具106.3可以可操作地连接到例如图1A的地震车106.1的地震检波器118和计算机122.1。电缆测井工具106.3还可以向地面单元134提供数据。地面单元134可以收集在电缆测井作业期间生成的数据，并产生可以被存储或被传输的数据输出135。电缆测井工具106.3可以被定位在井眼136中的各种深度处以提供与地下岩层有关的勘探或其他信息。

诸如计量器的传感器(S)可以被定位在井场100周围，以收集与先前描述的各种作业有关的数据。如所示出的，传感器(S)被定位在电缆测井工具106.3中，以测量与例如孔隙率、渗透率、流体成分有关的井下参数和/或作业的其他参数。

图1D描绘了由从开采单元或采油树129部署并进入到图1C的完整井眼136中的开采工具106.4执行的开采作业，所述开采作业用于将流体从井下储层抽吸到地面设施142中。流体从储层104流过套管(未示出)中的射孔并进入到井眼136中的开采工具106.4，并且经由采集网络146流到地面设施142。

诸如计量器的传感器(S)可以被定位在油田周围，以收集与先前描述的各种作业有关的数据。如所示出的，传感器(S)可以被定位在开采工具106.4或诸如采油树129、采集网络、地面设施和/或开采设施的相关联的设备中，以测量诸如流体成分、流速、压力、温度的流体参数和/或开采作业的其他参数。

尽管仅示出了简化的井场配置，但是应当认识到油田或井场100可以涵盖拥有一个或多个井场的陆地、海洋和/或水域的一部分。为了增大的采收率或为了存储例如油气、二氧化碳或水，开采也可以包括注入井(未示出)。一个或多个采集设施可以操作性地连接到井场中的一个或多个，以从(一个或多个)井场选择性地收集井下流体。

应当认识到，图1B-1D描绘了不但能够用于测量油田的属性而且能够测量诸如矿藏、含水层、储藏以及其他地下设施的非油田作业的属性的工具。此外，尽管描绘了特定的数据获取工具，但是应当认识到，可以使用能够感测诸如地下岩层和/或其地质构造的地震双向行进时间、密度、电阻率、开采率等的参数的各种测量工具(例如，电缆测井、随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)、岩芯样本等)。各种传感器(S)可以位于沿着井眼和/或监测工具的各种位置处，以收集和/或监测期望的数据。还可以从场外位置提供其他数据源。

图1A-1D的油田配置描绘了井场100和可利用本文提供的技术使用的各种作业的示例。油田的部分或全部可以在陆地上、水上和/或海上。此外，尽管描绘了在单个位置处测量单个油田，但是可以利用一个或多个油田、一个或多个处理设施、以及一个或多个井场的任何组合来利用储层工程。

图2A-2D分别是由图1A-1D的工具收集的数据的示例的图形表示。图2A描绘了由地震车106.1获取的图1A的地下岩层的地震道202。地震道202可以用于提供诸如在一段时间内的双向响应的数据。图2B描绘了由钻井工具106.2获取的岩芯样本133。岩芯样本可以用于提供诸如岩芯样本在岩芯的长度上的密度、孔隙率、渗透率或其他物理属性的图形的数据。可以在变化的压力和温度下对岩芯中的流体执行针对密度和粘度的测试。图2C描绘了由电缆测井工具106.3获取的图1C的地下岩层的测井曲线204。测井曲线204可以提供在各种深度处的岩层的电阻率或其他测量结果。图2D描绘了在地面设施142处测得的流过图1D的地下岩层的流体的产出下降曲线或图形206。产出下降曲线可以提供作为时间t的函数的开采率Q。

图2A、2C和2D的各个图形描绘了可以描述或提供与岩层和其中含有的储层的物理特性有关的信息的静态测量结果的示例。可以分析这些测量结果以限定(一个或多个)岩层的属性、确定测量结果的准确性和/或检查错误。可以将各个测量结果中的每个的绘图进行对齐和缩放，以对属性进行比较与核实。

图2D描绘了对通过井眼的流体属性的动态测量的示例。当流体流过井眼时，对诸如流率、压力、成分等的流体属性进行测量。如下面所描述的，静态测量结果和动态测量结果可以被分析并被用于生成地下岩层的模型，以确定其特性。也可以使用类似的测量来测量岩层方面随时间的变化。

增产作业

图3A描绘了在井场300.1和300.2处执行的增产作业。井场300.1包括钻井架308.1，钻井架308.1具有延伸到岩层302.1中的竖直井眼336.1。井场300.2包括钻井架308.2和钻井架308.3，其中，钻井架308.2具有井眼336.2，钻井架308.3具有井眼336.3，井眼分别在钻井架下面延伸到地下岩层302.2中。尽管井场300.1和300.2被示出含有具有井眼的钻井架的具体配置，但是应当认识到，具有一个或多个井眼的一个或多个钻井架可以被定位在一个或多个井场处。

井眼336.1从钻井架308.1延伸通过非常规储层304.1-304.3。井眼336.2和336.3分别从钻井架308.2和308.3延伸到非常规储层304.4。如所示出的，非常规储层304.1-304.3是致密砂岩气储层，并且非常规储层304.4是页岩储层。在给定岩层中可以存在一个或多个非常规储层(例如，致密气、页岩、碳酸盐、煤、重油等)和/或常规储层。

图3A的增产作业可以单独执行或结合诸如图1A和1D的油田作业的其他油田作业来执行。例如，可以如图1A-1D中所示的来对井眼336.1-336.3进行测量、钻井、测试和开采。在井眼300.1和300.2处执行的增产作业可以包含例如穿孔、压裂、注入等。增产作业可以结合诸如完井和开采作业的其他油田作业(参见例如图1D)来执行。如图3A所示，井眼336.1和336.2已经被完井并且被提供有穿孔338.1-338.5以便于开采。

井下工具306.1邻近致密砂岩气储层304.1被定位在竖直井眼336.1中，以进行井下测量。封隔器307被定位在井眼336.1中以隔离其接近邻近穿孔338.2的部分。一旦在井眼周围形成穿孔，就可以通过穿孔注入流体到岩层中，以产生和/或扩大其中的裂缝，以增进来自储层的产出。

已经对岩层302.2的储层304.4进行了穿孔，并且封隔器307已经被定位以在穿孔338.3-338.5周围隔离井眼336.2。如在水平井眼336.2中所示出的，封隔器307被定位在井眼的级St₁和St₂处。如还描绘的，井眼304.3可以是延伸通过岩层302.2到达储层304.4的探边井(试验井)。一个或多个井眼可以被放置在一个或多个井场处。可以根据期望放置多个井眼。

裂缝可以延伸到各种储层304.1-304.4中，以便于从中开采流体。图3B-3D中示意性地示出了在井眼304周围可以形成的裂缝的示例。如图3B-3C所示，诸如自然裂缝、层理面、断层以及弱面的机械断面340在岩层中的层中延伸。如本文描述的自然裂缝是指与周围岩层具有不同属性的岩层中的平面断面。可以在井眼304周围形成穿孔(或穿孔集群)342，并且可以通过穿孔342注入流体344和/或混有支撑剂346的流体。如图3B-3C所示，可以通过经由穿孔342进行注入、沿着最大应力面σ_hmax产生裂缝并且打开和扩展自然裂缝来执行水力压裂。

在图3B示出的井场的地面，泵送系统329被定位在井口308.4周围，以通过管道315传递流体344和/或其中混有支撑剂346的流体。

泵送系统329被描绘为由场操作员327操作，以记录维护和操作数据和/或根据规定的维护规划来执行维护。泵送系统329在油田作业期间将流体344从地面泵送到井眼304。

在一个示例设置中，泵送系统329可以包括多个水箱331，水箱331将水馈送到凝胶水合单元333。凝胶水合单元333将来自箱331的水与凝胶剂组合以形成凝胶。然后凝胶被发送到搅拌机335，在搅拌机335中凝胶与来自支撑剂输送单元337的支撑剂混合以形成压裂流体344。凝胶剂可以用于增大压裂流体的粘度并且允许支撑剂在压裂流体中悬浮。凝胶剂还可以用作减摩剂以允许具有更小摩擦压力的更高的泵送速率。凝胶水合单元333可以将额外的流体添加剂与水组合以形成具有具体特性的压裂流体344。

然后如实线343所示，将压裂流体344从搅拌机135泵送到具有柱塞泵的处理车320。每个处理车320接收处于低压的压裂流体，并且如虚线341所示以高压将其排放到公共歧管339(有时被称作投射物拖车或投射物)中。然后如实线315所示，投射物339将压裂流体从处理车320引导到井眼304。可以使用一个或多个处理车320以期望的速率来供应压裂流体。

每个处理车320可以以任何速率，例如刚好在其最大操作能力下正常操作。在其操作能力下操作处理车320可以允许一台泵故障而剩下的泵以更高的速度运行以便弥补故障的泵的缺失。如所示出的，可以采用计算机化的控制系统345以在压裂作业期间引导整个泵送系统329。

图3D示出了井眼304周围的压裂作业的另一视图。在该视图中，诱导的裂缝348在井眼304周围径向延伸。可以使用诱导的裂缝来到达井眼304周围的微震事件的囊351(示意性地示出为点)。可以使用压裂作业作为增产作业的一部分，以提供便于油气移动到井眼304以进行开采的通路。

返回参考图3A，诸如计量器的传感器(S)可以被定位在油井周围，以收集与如先前描述的各种作业有关的数据。在压裂期间诸如地震检波器的一些传感器可以被定位在岩层周围以测量微震波并执行微震映射。可以由地面单元334和/或其他数据收集源来收集由传感器采集的数据，以进行如先前描述的分析或其他处理(参见例如地面单元134)。如所示出的，将地面单元334链接到网络352和其他计算机354。

可以提供增产工具350作为地面单元334的部分或井场的其他部分以用于执行增产作业。例如，在增产作业中的一个或多个期间生成的信息可以用于对一个或多个井、一个或多个井场和/或一个或多个储层的井规划中。增产工具350可以操作性地链接到一个或多个钻井架和/或井场，并且如将在下文中进一步描述的用于接收数据、处理数据、发送控制信号等。增产工具350可以包括用于生成力学地球模型(MEM)的储层表征单元363、用于生成增产规划的增产规划单元365、用于优化增产规划的优化器367、用于对优化的增产规划进行实时优化的实时单元369、用于基于实时优化的增产规划来选择性地调整增产作业的控制单元368、用于基于实时优化的增产规划和后期评估数据来更新储层表征模型的更新器370、以及用于如本文将进一步描述的对优化的增产规划进行校准的校准器372。增产规划单元365可以包括用于执行分级设计的分级设计工具381、用于执行增产设计的增产设计工具383、用于预测产出的产出预测工具385、以及用于生成井规划的井规划工具387。

在增产作业中使用的井场数据的范围可以从例如岩芯样本到基于测井曲线到三维地震数据的岩石物理解析(参见例如图2A-2D)。增产设计可以采用例如油田岩石技术专家来进行手动处理，以校勘多条不同的信息。对信息的综合可以包含对断开的工作流程和输出的手动操纵，例如对储层区的勾画、对期望的完井区的识别、对给定的完井设备配置的预期水力压裂生长的估计、是否及在何处放置另一井或多个井以对岩层进行更好增产的决策等。该增产设计还可以包含半自动或自动综合、反馈以及控制，以便于增产作业。

可以基于对储层的了解来执行对常规储层和非常规储层的增产作业。储层表征可以用于例如在井规划、识别用于穿孔和分级的最佳目标区、对多个井的设计(例如，间距和取向)以及力学地球模型中。可以基于得到的产出预测来优化增产设计。这些增产设计可以包含综合的储层中心工作流程，综合的储层中心工作流程包括设计、实时(RT)以及后处理评估部件。可以在利用多学科井眼和储层数据的同时执行完井和增产设计。

图4A是描绘了诸如图3A所示的增产作业的增产作业的示意性流程图400。流程图400是使用综合信息和分析来设计、实施和更新增产作业的迭代过程。该方法包含预处理/预增产评估445、增产规划447、实时处理优化451、以及设计/模型更新453。可以迭代流程图400的部分或全部，以在现有井或额外的井中调整增产作业和/或设计额外的增产作业。

预增产评估445包含储层表征460以及生成三维力学地球模型(MEM)462。可以通过对诸如在图1A-1D中采集的信息的信息进行综合来生成储层表征460，以使用来自历史上的独立技术规范或学科(例如，岩石学家、地质学家、地质力学家和地球物理学家、以及先前的裂缝处理结果)的信息的统一组合来执行建模。可以使用综合的静态建模技术来生成这样的储层表征460以生成MEM 462，如例如在美国专利申请第2009/0187391号和第2011/060572号中所描述的，其全部内容通过引用被并入本文。通过举例的方式，可以使用从SCHLUMBERGER^TM商业上可买到的诸如PETREL^TM、VISAGE^TM、TECHLOG^TM、以及GEOFRAME^TM的软件来执行预处理评估445。

储层表征460可以包含捕获例如与地下岩层相关联的数据的各种信息以及开发一个或多个储层模型。所捕获的信息可以包括例如岩层中的储层(产油)区、地质力学(应力、弹性等)区、机械断面(自然裂缝)的几何(裂缝取向和尺寸)分布以及断面的机械特性(渗透率、传导性、应力、裂缝韧性、抗张强度等等)。可以执行储层表征460使得在预增产评估中包括关于增产作业的信息。生成MEM 462可以模拟开发中的地下岩层(例如，生成油田或盆地中给定地层剖面的应力状态和岩层力学属性的数值表示)。

可以使用常规地质力学建模来生成MEM 462。在美国专利申请第2009/0187391号中提供了MEM技术的示例，其全部内容通过引用并入本文。可以通过使用例如图1A-1D、2A-2D和3A-3D的油田作业采集的信息来生成MEM 462。例如，三维MEM可以考虑事先收集的各种储层数据，包括在对岩层的早期探测期间收集的地震数据、以及在开采之前通过对一个或多个探测井进行钻井而收集的测井数据(参见例如图1A-1D)。MEM462可以用于提供例如用于各种油田作业的地质力学信息，例如套管点选择、对套管柱的数量进行优化、钻出稳定的井眼、设计完井、执行压裂增产等。

所生成的MEM 462可以用作在执行增产规划447中的输入。可以构建三维MEM以确定潜在的钻井井场。在一个实施例中，当岩层基本上均匀，并且基本上没有大的自然裂缝和/或高应力障碍时，能够假定在给定时间段内以给定速率泵送的给定体积的压裂流体将在岩层中生成基本上相同的裂缝网络。在另一实施例中，当岩层包括机械断面的复杂网络和/或高应力障碍时，通过调整流体粘度、注入速率和流体失水添加剂中的至少一个可以实现期望的增产面积、体积和/或体积的形状，从而对诱导的裂缝与岩层中存在的断面之间的交叉行为进行优化。诸如在图1A和2A中所示的地震数据202可以在分析岩层的裂缝属性时提供有用的信息。

增产规划447可以包含井规划465、分级设计466、增产设计468以及产出预测470。具体而言，MEM 462可以是对井规划465和/或分级设计466以及增产设计468的输入。一些实施例可以包括确定例如井间距和取向、多级穿孔设计以及水力裂缝设计的半自动化方法。为了解决油气储层中的很大不同，一些实施例可以包含根据目标储层环境的专用方法，所述目标储层环境例如但不限于，致密气岩层、砂岩储层、自然裂缝页岩储层或其他非常规储层。

增产规划447可以包含用于通过以下方式来确定潜在钻井井场的半自动化的方法：将地下岩层划分为多组离散的间隔，基于诸如岩层的地球物理学属性及其与自然裂缝的接近度的信息对每个间隔进行表征，然后将多个间隔重新分组为一个或多个钻井井场，其中，每个井场接收井或井的分支。可以在优化对储层的开采时确定和使用多个井的间距和取向。可以分析每个井的特性用于分级规划和增产规划。在一些情况下，可以提供完井顾问，例如以在递归的细化工作流程之后分析致密砂岩气储层中竖直或几乎竖直的井。

可以在井场执行这样的油田作业之前，执行井规划465以设计油田作业。可以使用井规划465来限定例如用于执行油田作业的设备和操作参数。一些这样的操作参数可以包括例如穿孔位置、注入速率、操作压力、增产流体、以及在增产中使用的其他参数。在设计井规划时，可以使用从各种源采集的信息，例如历史数据、已知数据、以及油田测量结果(例如，在图1A-1D中获取的)。在一些情况下，可以使用建模来分析在形成井规划时使用的数据。在增产规划中生成的井规划可以接收来自分级设计466、增产设计468、以及产出预测470的输入，使得在井规划中评估与增产有关和/或影响增产的信息。

还可以使用井规划465和/或MEM 462作为到分级设计466中的输入。在分级设计466中可以使用储层和其他数据，以限定用于增产的特定操作参数。例如，分级设计466可以包含限定用于执行如本文进一步描述的增产作业的井眼中的边界。在美国专利申请第2011/0247824号中描述了分级设计的示例，其全部内容通过引用并入本文。分级设计可以是用于执行增产设计468的输入。

增产设计限定了用于执行增产作业的各种增产参数(例如，穿孔放置)。可以使用增产设计468来进行例如裂缝建模。在美国专利申请第2008/0183451号、第2006/0015310号以及PCT公开第WO2011/077227号中描述了裂缝建模的示例，其全部内容通过引用并入本文。增产设计可以包含使用各种模型来限定增产规划和/或井规划的增产部分。在SPE论文140185中提供了复杂裂缝建模的额外示例，其全部内容通过引用并入本文。该复杂裂缝建模说明了对两种复杂裂缝建模技术结合微震映射的应用，以表征裂缝复杂度并评估完井性能。第一种复杂裂缝建模技术是用于估计裂缝复杂度和正交裂缝之间的距离的分析模型。第二种技术使用网格化数值模型，该网格数值模型允许复杂的地质描述和对复杂裂缝扩展的评估。这些示例说明了可以如何利用实施例来评估裂缝复杂度如何受每个地质环境中的裂缝处理设计的变化的影响。为了使用复杂裂缝模型来量化裂缝设计中的变化的影响，而不管MEM和“实际”裂缝生长中的内在不确定性可以综合微震映射和复杂裂缝建模以对微震测量结果进行解析，同时还对复杂增产模型进行校准。这样的示例示出裂缝复杂度的程度可以取决于地质条件而变化。

增产设计可以综合三维储层模型(岩层模型)作为完井设计的起始点(区模型)，该三维储层模型可以是地震解析、钻井地质导向解析、地质学地球模型或地质力学地球模型的结果。对于一些增产设计，可以使用裂缝建模算法来读取三维MEM，并运行正演建模来预测裂缝生长。可以使用该过程来使得可以在增产作业中考虑复杂储层的空间异质性。

也可以在增产设计468中使用微震映射以理解复杂的裂缝生长。一些工作流程可以在叠放了微震事件(参见例如图3D)的单个三维画布中综合这些预测的裂缝模型，其能够用于裂缝设计和/或校准。裂缝复杂度的性质和程度可以使用微震映射来评估，然后如本文所讨论的被优化。

可以分析裂缝复杂度的性质和程度以选择最佳增产设计和完井策略。可以使用裂缝建模来预测能够被校准的裂缝几何结构和基于实时微震映射和评估来优化的设计。可以基于现有水力裂缝模型来对裂缝生长进行解析。对于非常规储层(例如，致密气砂岩和页岩)，也可以执行一些复杂水力裂缝扩展建模和/或解析，如本文将进一步描述的。可以基于微震评估来校正储层属性和初始建模假设，并优化裂缝设计。

产出预测470可以包含基于井规划465、分级设计466和增产设计468来估计产出。增产设计468的结果(即，模拟的裂缝模型和输入的储层模型)能够被运用到产出预测工作流程，其中，常规分析或数值储层模拟器可以对该模型进行操作并且基于动态数据来预测油气产出。预产出预测470对于例如定量验证增产规划447过程能够是有用的。

可以如图4A的流程箭头所指示的迭代地执行增产规划447的部分或全部。如所示出的，在分级设计466、增产设计468以及产出预测470之后可以提供优化，并且该优化可以用作反馈以优化472井规划465、分级设计466和/或增产设计468。可以选择性地执行优化，以反馈来自增产规划447的部分或全部的结果，并根据期望迭代到增产规划过程的各个部分中，并实现优化的结果。可以手动执行增产规划447，或者使用自动优化处理来综合增产规划447，如反馈回路473中的优化472示意性地示出的。

图4B示意性地描绘了增产规划作业447的部分。如该图所示，分级设计446、增产设计468和产出预测470可以在反馈回路473中被迭代并且被优化472以生成优化的结果480，例如具有优化的交叉行为的优化的增产规划。该迭代方法允许输入和由分级设计466和增产设计468生成的结果“彼此学习”，并且利用产出预测进行迭代以获得其间的优化。

可以设计和/或优化增产作业的各个部分。在例如美国专利第6508307号中描述了优化压裂的示例，其全部内容通过引用并入本文。在另一示例中，还可以在增产规划447中提供财务输入，例如可以影响作业的压裂作业成本(固定的和变化的两种)、油和天然气期货以及边际收益中的每个。可以通过在考虑财务输入的同时相对于预测的产出优化增产设计466，来执行优化。这样的财务输入可以包含用于在井眼中的各个分级处的各种增产作业的成本。

返回参考图4A，在增产规划447中可以包括各种可选特征。例如，可以使用多井规划顾问来确定是否需要在岩层中构建多个井。如果要形成多个井，多井规划顾问可以提供多个井的间距和取向，以及在每个井内用于对岩层进行穿孔和处理的最好位置。如本文所使用的，术语“多井”可以指每个独立地从地球地面钻到地下岩层的多个井；术语“多井”也可以指从单个从地球地面钻出的井起始的多个分支(参见例如图3A)。井和分支的取向能够是竖直的、水平的、或者竖直与水平之间的任何取向。

当规划或钻出多个井时，能够针对每个井重复模拟，使得每个井具有分级规划、穿孔规划和/或增产规划。之后，在需要时能够调整多井规划。例如，如果一个井中的裂缝增产指示增产结果将与具有规划的穿孔区的邻近井重叠，则能够消除或重新设计该邻近井和/或该邻近井中的该规划的穿孔区。与此相反，如果因为产油区对于第一裂缝井而言只是太远以致于不能对该产油区进行有效增产，或者因为自然裂缝或高应力障碍的存在使得第一裂缝井不能对该产油区进行有效增产，而导致模拟的裂缝处理不能穿透岩层的特定区域，则可以包括第二井/分支或新穿孔区以提供到未处理区域的通路。三维储层模型可以考虑模拟模型并指示用于钻出第二井/分支或增加额外穿孔区的候选位置。为了易于油田作业者处理，可以提供空间X’-Y’-Z’位置。

对水力裂缝与自然裂缝之间的交叉进行建模

当考虑了压裂流体到岩层中的泄漏时，还可以考虑到自然裂缝(NF)中的泄漏，尤其是在低基体渗透率的条件下。自然裂缝以不同的方式影响水力裂缝(HF)扩展。在裂缝增产期间导致复杂水力裂缝网络的产生的一个主要方面是当各自的水力裂缝与自然裂缝交叉时水力裂缝产生分支的可能性。自然裂缝影响水力裂缝几何结构的另一方面是其对从水力裂缝到可渗透自然裂缝的流体损失的影响，从而导致减小的水力裂缝长度。

图5.1-5.4描绘了水力裂缝生长图案的示例。如图5.1中所示，在初始状态，具有自然裂缝523的裂缝网络506.1被定位在具有由井眼504穿过其中的地下岩层502周围。当从井眼504向地下岩层502中注入支撑剂时，来自支撑剂的压力在井眼504周围产生诱导的水力裂缝591。诱导的水力裂缝591沿着长度L₁和长度L₂延伸到地下岩层502中(图5.2)，并随时间与裂缝网络506.1中的其他裂缝相遇，如图5.2-5.3中所指示的。与其他裂缝相接触的点是交叉525。

水力裂缝可以从井眼504延伸到地下岩层502的自然裂缝网络中，以形成包括自然裂缝523和诱导的水力裂缝591的水力裂缝网络506.4，如图5.4所示。裂缝生长图案是基于自然裂缝参数以及地下岩层502上的最小应力与最大应力的。

如图5.1-5.4所示，在诱导的水力裂缝591与自然裂缝523之间的交叉525可以以多种情景产生具体的交叉行为：(i)诱导的裂缝可以在所述交叉点继续扩展通过遇到的自然裂缝；(ii)诱导的水力裂缝可以在遇到的自然裂缝处停止或者在停止后沿着遇到的自然裂缝的一部分扩展；或者(iii)诱导的水力裂缝可以沿着遇到的自然裂缝扩展一定距离，并且然后在所述交叉点的一定偏移距离处产生分支远离自然裂缝。所述交叉行为，或自然裂缝与诱导的水力裂缝之间的交叉，取决于许多因素，例如储层地质力学属性、侧限应力、交叉的入射角、摩擦系数、预先存在的自然裂缝的内聚属性、压裂流体的粘度、流体的注入速率以及压裂流体中的流体损失添加剂的存在和浓度。

取决于井下条件，当水力裂缝与自然裂缝(即，“遇到的裂缝”)相遇时，裂缝生长图案可以不变或改变。当裂缝压力大于作用于遇到的裂缝上的应力时，裂缝生长图案可以沿着遇到的裂缝扩展。裂缝生长图案可以继续沿着遇到的裂缝扩展，直到到达自然裂缝的末端。裂缝生长图案可以在自然裂缝的末端改变方向，其中，裂缝生长图案在自然裂缝的末端在垂直于最小应力的方向上延伸。如图5.4中所示，根据局部应力σ₁与σ₂，诱导的水力裂缝在新的路径527上延伸。

当由诱导的水力裂缝(HF)截断自然裂缝时，水力裂缝中的流体压力可以传递到自然裂缝。如果流体压力小于自然裂缝上的正应力，则自然裂缝可以保持封闭。尽管封闭的自然裂缝可以具有比周围的岩石基体大得多的水力传导性，但是在这种情况下，压裂流体可以以比到周围岩石基体中的泄漏的量更大的量侵入自然裂缝。通过将压裂流体漏失到封闭的自然裂缝中，主水力裂缝可以具有用于进一步裂缝生长的减小的压裂流体体积。

对于封闭裂缝，可以期望等价流体传导性随着流体压力而变化，因为接触变形是有效正应力的函数。该压力诱导的膨胀和相关联的传导性增大可以使流过自然裂缝路径的可能承受挤压接触应力的一些区段的流量增大。此外，有效接触应力的任何减小可以导致裂缝滑动，这能够导致局部应力变化以及滑移诱导的裂缝膨胀，这可以转而改变裂缝网络的总体传导性。该剪切-滑移诱导的传导性可以增强自然裂缝中的压力传递，并且可以允许针对具有相对低的初始渗透率的自然裂缝在远离实际水力裂缝的一定距离处触发微震事件。

不同的区域或区可以沿着被诱导的水力裂缝侵入的自然裂缝共存。例如，沿着自然裂缝的区域可以包括填充有压裂流体的水力开放区域、仍然封闭但是由于自然裂缝的渗透率而被压裂流体和/或压力侵入的自然裂缝的区域以及填充有原始储层流体的自然裂缝的区域。图7示出了关于不同区域或区的更多信息。

图6描绘了具有由于到自然裂缝650中的压裂流体泄漏640而引起的微震事件630的复杂水力裂缝网络600。类似于图5.1-5.4，对于水力裂缝穿过自然裂缝的情况以及水力裂缝沿着自然裂缝扩展的情况，压裂流体可以在自然裂缝与水力裂缝620的交叉605处泄漏到自然裂缝中。压裂流体泄漏640可以使自然裂缝650中的流体压力升高至初始孔隙压力之上。升高的孔隙压力可以减小自然裂缝650上的侧限应力并引起沿着各自的自然裂缝的剪切滑移。该剪切滑移可以是触发微震事件630的主要机制。

通过将流体损失包含到自然裂缝模拟中，可以获得对复杂裂缝几何结构的更准确且可靠的预测。通过将流体损失建模到自然裂缝中，例如，可以计算到自然裂缝和围绕裂缝的岩石基体中的压裂流体侵入。当开采井时，该流体侵入可以用于压裂流体的返排和清理，并且可以对超低渗透率储层中执行，其中，在开采期间注入的流体可以形成油气阻碍。通过考虑储层增产模型中的压裂流体的初始饱和度，可以获得产出估计。通过对自然裂缝内部的流体压力进行建模，可以沿着自然裂缝来评估潜在剪切滑移条件，并且可以评估和预测微震事件的可能性，这可以提供预测的裂缝几何结构与微震触发机制之间的直接连接。

图7示出了诱导的水力裂缝720与交叉的自然裂缝705之间的交叉700，以及沿着交叉的自然裂缝705的区域/区。四个交叉区具体被呈现如下：

(1)交叉的自然裂缝705的开放区715(也称为“开放部分”)被填充有侵入的压裂流体。在开放区715中，流体压力可以超过交叉的自然裂缝705的正应力。可以根据考虑了交叉的自然裂缝705及流体属性的体积平衡来估计开放区715的初始长度760(也称为L_开放)，所述初始长度可以包括对应的尖端渐近线。可以根据(例如，层流、湍流、达西等的)流动方程、质量连续性方程及弹性方程的组合来计算开放区715中的各个区域的宽度、压力、高度、泄漏体积、泥浆的体积及其他参数。这些计算还可以考虑高度生长、支撑剂输送以及泄漏。

(2)交叉的自然裂缝705的被侵入的封闭区725(也称为“NF的被侵入封闭部分”或“过滤区”)被填充有压裂流体。在被侵入的封闭区725中，流体压力可以高于交叉的自然裂缝705孔隙压力但是低于交叉的自然裂缝705的闭合应力。可以基于下面的方程(5)来估计被侵入的封闭区725的初始长度770，该方程考虑了到储层中的压裂流体泄漏。可以估计被侵入的封闭区725的过滤前缘速度以跟踪过滤区(例如，被侵入的封闭区725)与加压区(例如，未侵入的封闭区735)之间的交界面。可以考虑压力相关的渗透率、质量连续性、达西流量、到岩石基体中的泄漏以及压缩性因素来估计被侵入的封闭区725内的长度、压力、宽度、高度以及体积。

(3)交叉的自然裂缝705的未侵入的封闭区735(也称为“封闭加压部分”或“加压区”)被填充有加压原始储层流体，并且没有侵入压裂流体。在未侵入的封闭区735中，流体压力可以高于孔隙压力。可以基于被侵入的封闭区725与未侵入的封闭区735之间的交界面处的压力和流速来估计未侵入的封闭区735的初始长度780(也称为L_加压)。可以通过压缩性来控制从未侵入的封闭区735到岩石基体中的泄漏。未侵入的封闭区735的控制方程可以包括针对连续性、压缩性、达西流量、压力相关的渗透率和传导性的方程。

(4)交叉的自然裂缝705的封闭原状区745(也称为“储层区”)中被填充有处于原始孔隙压力条件下的储层流体。

在对自然裂缝的区进行建模时，在整个模拟期间可以更新对应于不同交叉区的各种交界面前缘和交界面属性。例如，被侵入的封闭区725的前缘与未被侵入的封闭区735的前缘可以被移动到在不同的时间步的各自的自然裂缝中的不同的点。可以基于连续性(质量平衡)、压缩性因素以及其他交叉参数来更新交界面前缘。例如，如果被侵入的封闭区725在岩石基体中的泄漏是可忽略的，则可能没有对应于未侵入的封闭区735的加压区域。

在具有复杂离散裂缝网络的岩层中，可以在被侵入的封闭区725/未侵入的封闭区735之间、开放区715/被侵入的封闭区725之间以及开放的封闭区715/水力裂缝720截断之间进行对交叉的特别评估。可以满足质量平衡和流体连续性条件，并且可以规定针对通过交叉700的区交界面扩展的合适的规则。

对与可渗透自然裂缝相互作用的水力裂缝的显式建模可能变得复杂，其中，所述建模可以包括确定交叉属性，例如自然裂缝中的流体质量的连续性、沿着自然裂缝的压力下降、从自然裂缝壁到岩层中的泄漏、压力敏感的自然裂缝的渗透率、自然裂缝的属性和含量以及自然裂缝的流体流变学。可以通过沿着被侵入的自然裂缝来追踪区交界面来执行该建模。

取决于岩石和储层属性，可以使用各种方程来执行对区(1)、区(2)以及区(3)进行建模。

可以使用下面的方程来确定自然裂缝中的流体质量的连续性：

方程(1)

其中，q_m(t)是自然裂缝中的质量通量(流体质量的变化率)；s表示沿着自然裂缝的长度增量；q_L表示每单位长度的泄漏的体积速率；m表示自然裂缝中的流体质量；h表示自然裂缝的高度；表示来自封闭的被侵入区和储层区的总泄漏系数；并且ρ_f表示自然裂缝的过滤流体密度。

可以使用下面的方程来确定沿着封闭的自然裂缝的压力下降：

\frac{&PartialD; p}{&PartialD; s} = \frac{μ_{f}}{ρ_{f} k_{NF} A} q = \frac{μ_{f}}{ρ_{f} k_{NF} wh} q,

在入口处：p＝p_入口(t) 方程(2)

其中，k_NF表示封闭的自然裂缝渗透率；μ_f表示封闭的自然裂缝的过滤流体粘度；ρ_f表示封闭的自然裂缝的过滤流体密度；A表示封闭的自然裂缝的横截面积，其中，A＝wh，并且其中，w是自然裂缝的有效(或平均)宽度，H是自然裂缝的有效高度；p_入口表示入口处的压力；并且q表示自然裂缝的质量通量。

可以使用下面的方程来确定由于应力和压力变化而引起的自然裂缝渗透率：

k_{NF}^{n} = k_{o} {C \ln [\frac{σ *}{σ_{n} - p}]}^{3}

方程(3)

其中常数C与σ*(参考压力水平)根据现场数据而确定；k_o是自然裂缝渗透率(在现场条件下的储层渗透率)；σ_n是自然裂缝上的正应力(即，n指示正应力)；并且p是自然裂缝中的压力。

可以使用下面的方程来确定作为沿着自然裂缝的距离s的函数的封闭的被侵入的自然裂缝的宽度w(s)：

σ_有效＝σ_n-p_f(s) 方程(4)

其中，σ_有效是自然裂缝上的有效正应力；是自然裂缝上的有效参考应力；w_o是初始裂缝孔径；并且p_f(s)是作为沿着自然裂缝的距离的函数的流体压力。

当剪切应力达到自然裂缝的摩擦剪切强度时可能发生摩擦滑动。该滑移可能使裂缝以剪切模式生长并且可能引起与该裂缝交叉的其他裂缝的打开。对于封闭的填充有流体的裂缝，随着压力的增大有效应力可能减小，这可能导致减小的剪切强度并且导致裂缝滑动。可以使用库仑摩擦定律来计算摩擦应力以及剪切滑移的条件。剪切滑移可以被确定以增强泄漏，并且可以导致裂缝生长的偏移，以及指示对微震事件的存在的证实。剪切滑移还可能导致自然裂缝的膨胀以及有效宽度w(s)的增大，这可以导致增强的自然裂缝渗透率和传导性，并且有助于增强油气产出。

当考虑了从自然裂缝的壁到储层中的压裂流体泄漏时，可以使用下面的方程来估计被侵入的封闭区725的长度770：

L_{filtr}^{ini} (t) = \frac{{tq}_{in}}{h (3 {\overset{&OverBar;}{w}}_{filtr} + {4 C}_{L} \sqrt{2 t})},

方程(5)

其中，q_in表示从开放区715进入到被侵入的封闭区725中的初始压裂流体流速；表示被侵入的封闭区725的平均宽度；h表示自然裂缝的高度；t表示侵入的时间；并且表示来自被侵入的封闭区725和储层区745的总泄漏系数。

可以使用下面的方程来确定作为压力和温度的函数的流体密度的变化：

ρ_{1} = \frac{ρ_{0}}{1 - β (T_{1} - T_{0})} \times \frac{1}{1 - \frac{p_{1} - p_{0}}{B}}

方程(6)

其中，B是以Pa为单位的流体体积弹性模量，β是体积膨胀系数，T₀是温度并且ρ₀是在压力p₀时的流体密度，T₁是温度并且ρ₁是在压力p₁时的流体密度。

可以在给定的时间步(即，正在对水力裂缝网络进行建模的参考时间点)针对具体交叉区的长度和压力下降对上述方程进行解析求解。还可以使用给定区的平均属性来求解上述方程。还可以基于给定时间增量(即，与下个时间步)的压力变化和剪切滑移来更新自然裂缝渗透率。还可以通过将自然裂缝离散化成更小的单元来对这些方程进行数值求解而获得解。例如，可以在具体单元上对质量平衡、到基体中的流体损失、自然裂缝中的压力下降、由于膨胀和剪切滑移而引起的自然裂缝渗透率增强进行局部求解和追踪，以获得自然裂缝中的压力分布和流体前缘。

基于水力裂缝与自然裂缝之间的交叉属性的压裂作业

图8示出了根据本文描述的各种实施例的用于增产和执行水力压裂的方法800的流程图。应当理解，尽管该操作性流程图指示了执行所述操作的特定顺序，但是在其他实施例中，可以以不同的顺序执行所述操作。另外，在一些实施例中，可以向该方法添加额外的操作或模块。类似地，可以省略一些操作及模块。

在模块810，获取地下岩层的综合井场数据。综合井场数据可以包括地下岩层的地质力学属性、地质学属性和/或地球物理学属性。综合井场数据还可以包括地下岩层中的自然裂缝的力学属性、地质力学属性和/或几何属性。

在模块820，使用综合井场数据来生成力学地球模型。所述力学地球模型可以包括诸如图4A中描述的MEM 462的模型。

在模块830，模拟一个或多个诱导的水力裂缝与一个或多个自然裂缝的交叉。例如，所述模拟可以包括对从一个或多个诱导的水力裂缝到一个或多个自然裂缝中的压裂流体泄漏进行建模。在所模拟的交叉中还可以对自然裂缝的剪切破坏或剪切滑移进行建模。

在一个实施例中，所模拟的交叉可以包括对诸如参考图7描述的一个或多个交叉区进行建模。所述交叉区可以包括开放区715、被侵入的封闭区725、未侵入的封闭区735或者封闭原状区745。

在另一实施例中，在模块830可以模拟水力裂缝生长图案。所述水力裂缝生长图案可以包括对自然裂缝与诱导的水力裂缝之间的新交叉以及现有或先前产生的交叉进行建模。所模拟的交叉可以包括在一个或多个交叉区中在各自的时间步更新各种单元(即，交叉的自然裂缝的交叉属性或变化的交界面属性)。例如，可以对自然裂缝中各自的交叉区的逐渐膨胀进行建模，以示出自然裂缝中从封闭原状区到开放区的过渡。该过程可以包括对图5和图6所描述的裂缝生长图案进行建模。

在模块840，确定模块830中的模拟的交叉和/或交叉的自然裂缝的一个或多个交叉属性。交叉属性可以指交叉的自然裂缝的变化的界面属性，并且可以包括与对交叉区或交叉区之间的交界面的建模有关的具体属性。例如，一个交叉属性可以包括从诱导的水力裂缝到一个或多个自然裂缝中的压裂流体泄漏的量。其他交叉属性可以是各个交叉区的长度、自然裂缝中的流体质量的连续性、从自然裂缝的壁到地下岩层中的压裂流体泄漏、压力敏感的自然裂缝渗透率、自然裂缝中的流体流变学、自然裂缝渗透率的变化、自然裂缝的区域内的应力的变化、自然裂缝的区域内的压力的变化或任何其他相关属性。

在模块850，利用所述力学地球模型和一个或多个交叉属性来生成增产规划。在生成所述增产规划时，以与如在图4A-4B中所描述的力学地球模型如何可以被用作增产规划的输入类似的方式，交叉属性被用作为输入。例如，可以使用从水力裂缝到一个或多个自然裂缝中的泄漏的量来确定具有考虑了泄漏的量的压裂流体的注入速率的增产规划。图4A-4B示出了更多关于增产规划和设计的信息。

在模块855，调整增产规划的一个或多个操作参数以实现一个或多个优化的交叉属性。操作参数可以包括压裂流体的流体粘度、压裂流体的注入速率、压裂流体中的一个或多个流体组分、压裂流体中可以影响泄漏属性的一个或多个添加剂、压裂流体中的支撑剂尺寸、压裂流体中的支撑剂浓度或任何其他操作参数。

优化的交叉属性可以与模块840中的交叉属性相同或不同。例如，可以优化交叉属性以实现各自的交叉属性或另一交叉属性的预定值(例如，可以使用调整到自然裂缝中的泄漏的量来获得优化的自然裂缝渗透率)。还可以使用优化的交叉属性来实现具体结果，例如增大储层的渗透率。

在模块860，基于来自模块850的增产规划或来自模块855的调整的增产规划来执行增产作业。可以使用参考图1-4B所述的方法来执行增产作业。使用从增产作业获取的观测数据，可以对在模块830中的模拟的交叉进行准确度、置信度或任何其他标准的验证。

在模块870中，将一个或多个交叉属性与从来自模块860的增产作业观测到的数据中的微震事件进行比较。

在模块880，使用一个或多个交叉属性来预测来自地下岩层的油气产出。

计算系统

本文所描述的各种技术的实施方式可以利用许多通用或专用计算系统环境或配置来操作。适合于与本文描述的各种技术一起使用的公知的计算系统、环境和/或配置的示例包括但不限于，个人计算机、服务器计算机、手持式或便携式设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、智能手机、智能手表、与其他计算系统联网的个人可穿戴计算系统、平板计算机以及包括上述系统或设备中的任何的分布式计算环境等。

本文所描述的各种技术可以被实施在由计算机执行的诸如程序模块等的计算机可执行指令的一般上下文中。一般而言，程序模块包括执行特定的任务或实施特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。尽管程序模块可以执行在单个计算系统上，但是应当认识到，在一些实施方式中，程序模块可以被实施在分离的计算系统或者适于彼此通信的设备上。程序模块还可以是硬件与软件的特定结合，其中，可以通过硬件、软件或两者来完成由该程序模块执行的特定任务。

本文所描述的各种技术还可以被实施分布式计算环境中，其中，任务由通过例如硬连线链路、无线链路或其组合等通信网络链接的远程处理设备执行。所述分布式计算环境可以跨越多个大陆和多个舰船、船舶或轮船。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备的本地和远程计算机存储介质中。

图9示出了其中可以包含和实践本文描述的各种技术的计算系统900的示意图。尽管计算系统900可以是如上所述的常规台式或服务器计算机，但是可以使用其他计算机系统配置。

计算系统900可以包括中央处理单元(CPU)930、系统存储器926、图形处理单元(GPU)931和将包括系统存储器926的各种系统部件耦合到CPU 930的系统总线928。尽管图9中示出了一个CPU，但是应当理解，在一些实施方式中，计算系统900可以包括超过一个CPU。GPU 931可以是专门设计用于操纵和实施计算机图形的微处理器。CPU 930可以将工作推给GPU 931。GPU 931可以具有其自己的图形存储器和/或可以具有到系统存储器926的一部分的通路。与CPU 930一样，GPU 931可以包括一个或多个处理单元，并且所述处理单元可以包括一个或多个核。系统总线928可以是几种类型的总线结构中的任何，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、以及使用各种总线体系结构中的任何的局部总线。通过举例的方式而非限制，这样的体系结构包括工业标准体系结构(ISA)总线、微通道体系结构(MCA)总线、增强型ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)局部总线以及也称为夹层总线的外围部件互连(PCI)总线。系统存储器926可以包括只读存储器(ROM)912和随机存取存储器(RAM)916。基本输入/输出系统(BIOS)914可以被存储在ROM 912中，基本输入/输出系统(BIOS)914包含有助于例如在启动期间在计算系统900内的单元之间传递信息的基本例程。

计算系统900还可以包括用于对硬盘进行读写的硬盘驱动器950、用于对可移动磁盘956进行读写的磁盘驱动器952、以及用于对诸如CD-ROM或其他光学介质等的可移动光盘958进行读写的光盘驱动器954。硬盘驱动器950、磁盘驱动器952以及光盘驱动器954可以分别通过硬盘驱动器接口936、磁盘驱动器接口938以及光盘驱动器接口940连接到系统总线928。驱动器及其相关联的计算机可读介质可以向计算系统900提供对计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的非易失性存储。

尽管本文将计算系统900描述为具有硬盘、可移动磁盘956和可移动光盘958，但是本领域技术人员应当认识到，计算系统900还可以包括可由计算机访问的其他类型的计算机可读介质。例如，这样的计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质可以包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的任何方法或技术实施的易失性和非易失性、以及可移动和不可移动介质。计算机存储介质还可以包括RAM、ROM、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他固态存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储设备、磁带盒、磁带、磁盘存储设备或其他磁性存储设备、或能够用于存储所需信息且能够由计算系统900访问的任何其他介质。通信介质可以实现计算机可读指令、数据结构、程序模块或诸如载波或其他传输机制的调制数据信号中的其他数据，并且包括任何信息传递介质。术语“调制数据信号”可以指的是以对信号中的信息进行编码的方式来设定或改变其特性中的一个或多个的信号。通过举例的方式而非限制，通信介质可以包括诸如有线网络或直接线连接的有线介质以及诸如声学介质、射频介质、红外介质和其他无线介质的无线介质。计算系统900还可以包括经由小型计算机系统接口(SCSI)总线、光纤通道总线、eSATA总线或使用任何其他适用的计算机总线接口连接至存储设备935的主机适配器933。上述的任何的组合也可以被包含在计算机可读介质的范围内。

许多程序模块可以被存储在硬盘950、磁盘956、光盘958、ROM 912或RAM 916上，包括操作系统918、一个或多个应用程序920、程序数据924以及数据库系统948。应用程序920可以包括多个移动应用(“apps”)以及被配置为执行本文描述的各种方法和技术的其他应用。操作系统918可以是可以控制联网的个人或服务器计算机的操作的任何合适的操作系统，如XP、MacX、Unix变型(例如，和)等。

用户可以通过诸如键盘962和定点设备960的输入设备向计算系统900中输入命令和信息。其他输入设备可以包括话筒、操纵杆、游戏手柄、卫星天线、扫描仪等等。这些和其他输入设备可以通过耦合到系统总线928的串行端口接口942连接到CPU 930，而且可以通过诸如并行端口、游戏端口或通用串行总线(USB)的其他接口连接。监视器934或其他类型的显示设备也可经由诸如视频适配器932的接口连接至系统总线928。除监视器934之外，计算系统900还可以包括诸如扬声器和打印机的其他外围输出设备。

另外，计算系统900可以在使用到一个或多个远程计算机974的逻辑连接的联网环境中工作。所述逻辑连接可以是办公室、企业范围计算机网络、内联网和因特网中常见的任何连接，例如局域网(LAN)976和广域网(WAN)966。远程计算机974可以是另外的计算机、服务器计算机、路由器、网络PC、对等设备或其他通用网络节点，并且可以包括以上关于计算系统900描述的单元中的许多。远程计算机974每个还可以包括与计算机动作功能的应用程序类似的应用程序970。

当使用LAN联网环境时，计算系统900可以通过网络接口或适配器944连接到局域网976。当在WAN联网环境中使用时，计算系统900可以包括路由器964、无线路由器或用于通过诸如因特网的广域网966来建立通信的其他装置。在内部或在外部的路由器964可以经由串行端口接口942连接到系统总线928。在联网环境中，关于计算系统900描绘的程序模块或其部分可以被存储在远程存储器存储设备972中。应当认识到，所示的网络连接仅仅是示例，并且可以使用在计算机之间建立通信链路的其他手段。

网络接口944还可以利用远程存取技术(例如，远程存取服务(RAS)、虚拟专用网络(VPN)、安全套接层(SSL)、二层隧道(L2P)或任何其他合适的协议)。可以结合远程计算机974来实施这些远程存取技术。

应当理解，本文描述的各种技术可以结合硬件、软件或两者的组合来实施。因此，各种技术或其特定方面或部分，可以采用在诸如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或任何其他机器可读存储介质的有形介质中实现的程序代码(即，指令)的形式，其中，当程序代码被加载至诸如计算机的机器中并由所述机器执行时，所述机器成为用于实践各种技术的装置。在程序代码执行在可编程计算机上的情况下，计算设备可以包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储单元)、至少一个输入设备、以及至少一个输出设备。可以实施或利用本文描述的各种技术的一个或多个程序可以使用应用程序编程接口(API)、可重用控件等。这样的程序可以用高级过程语言或面向对象编程语言来实施，以与计算机系统通信。然而，如果需要，(一个或多个)程序可以用汇编语言或机器语言来实施。在任何情况下，语言都可以是编译的或解释的语言，并且与硬件实施方式相组合。此外，程序代码可以全部在用户的计算设备上执行、部分在用户的计算设备上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上执行或者全部在远程计算机或服务器计算机上执行。

本领域技术人员应当理解，因为技术和标准继续随着时间发展，所以与根据本文公开的各种实施例中使用的计算系统一起使用时，可以省略上面关于示例性计算系统900讨论的所列出的体系结构、特征或标准中的任何。

当然，也可以与除井场数据之外的收集数据类型一起成功地使用包括本文公开的技术和方法中的一个或多个的许多处理技术。尽管已经在井场数据收集和处理的背景中公开了某些实施方式，但是本领域技术应当意识到，本文描述的方法、技术和计算系统中的一个或多个可以应用于可以收集和处理涉及被排列在三维空间中的结构和/或感兴趣的地下区域的数据的许多领域及背景中，例如，诸如用于人体组织的断层造影、超声、MRI等的医学成像技术；雷达、声纳及LIDAR成像技术；以及其他合适的三维成像问题。

尽管本主题已经用对结构特征和/或方法动作的具体语言进行描述，但是应当理解，在权利要求书中限定的主题不限于上述的具体特征或动作。相反，上述的具体特征或动作被公开为实施权利要求的示例形式。

尽管前文涉及本文公开的各种技术的实施方式，但是可以在不偏离本发明基本范围的情况下设想其他和另外的实施方式。尽管本主题已经用对结构特征和/或方法动作的具体语言进行描述，但是应当理解，在权利要求书中限定的主题限于上述的具体特征或动作。相反，上述的具体特征或动作被公开为实施权利要求的示例形式。

Claims

1.一种在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的方法，所述方法包括：

获取综合井场数据，其中，所述综合井场数据包括所述地下岩层的地质力学属性和所述地下岩层中的一个或多个自然裂缝的几何属性；

使用所述综合井场数据来生成力学地球模型；

使用所述力学地球模型来模拟一个或多个诱导的水力裂缝与所述一个或多个自然裂缝的交叉；

确定交叉的自然裂缝的一个或多个交叉属性；以及

使用所述力学地球模型和所述一个或多个交叉属性来生成增产规划。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个交叉属性包括从诱导的水力裂缝到所述一个或多个自然裂缝中的压裂流体泄漏的量。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个交叉属性包括自然裂缝中的流体质量的连续性、从自然裂缝壁到所述地下岩层中的压裂流体泄漏、压力敏感的自然裂缝渗透率、自然裂缝中的流体流变性、自然裂缝渗透率的变化、自然裂缝的区域内的应力的变化、自然裂缝的区域内的压力的变化、或其组合。

4.如权利要求1所述的方法，其中，模拟所述交叉包括对自然裂缝的填充有来自诱导的水力裂缝的压裂流体的开放区进行建模，其中，所述开放区中的流体压力超过所述自然裂缝的正应力。

5.如权利要求1所述的方法，其中，模拟所述交叉包括对自然裂缝的被来自诱导的水力裂缝的压裂流体侵入的封闭区进行建模，其中，所述封闭区中的流体压力高于所述自然裂缝的孔隙压力并且低于所述自然裂缝的闭合应力。

6.如权利要求1所述的方法，其中，模拟所述交叉包括对自然裂缝的填充有原始储层流体并且没有侵入压裂流体的封闭区进行建模，其中，所述封闭区中的流体压力高于所述自然裂缝的孔隙压力。

7.如权利要求1所述的方法，还包括模拟诱导的水力裂缝的网络的扩展。

8.如权利要求1所述的方法，其中，模拟所述交叉包括对自然裂缝中的剪切破坏或剪切滑移进行建模。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个交叉属性包括由所述一个或多个诱导的水力裂缝交叉的所述一个或多个自然裂缝中的渗透率的增大。

10.如权利要求1所述的方法，还包括基于所述增产规划来执行增产作业。

11.如权利要求10所述的方法，还包括基于从所述增产作业获取的观测数据来验证所模拟的交叉。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述增产规划包括压裂流体的流体粘度或压裂流体的注入速率。

13.如权利要求10所述的方法，还包括调整所述压裂流体的所述流体粘度和所述注入速率的至少之一，以优化所述一个或多个交叉属性。

14.一种在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的方法，所述方法包括：

使用所述综合井场数据来生成力学地球模型；

确定交叉的自然裂缝的一个或多个交叉属性；以及

使用所述一个或多个交叉属性来预测来自所述地下岩层的油气产出。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述油气产出的预测使用从已经基于所述力学地球模型执行的增产作业获取的观测数据。

16.如权利要求14所述的方法，其中，预测所述油气产出包括使用所述一个或多个交叉属性来预测所述地下岩层中的储层的渗透率。

17.如权利要求14所述的方法，其中，模拟所述交叉包括以下至少之一：

对自然裂缝的填充有来自诱导的水力裂缝的压裂流体的开放区进行建模，其中，所述开放区中的流体压力超过所述自然裂缝的正应力；

对所述自然裂缝的被来自所述诱导的水力裂缝的压裂流体侵入的被侵入的封闭区进行建模，其中，所述被侵入的封闭区中的流体压力高于所述自然裂缝中的孔隙压力并且低于所述自然裂缝的闭合应力；以及

对所述自然裂缝的填充有原始储层流体并且没有侵入压裂流体的未侵入的封闭区进行建模，其中，所述未侵入的封闭区中的流体压力高于所述自然裂缝的孔隙压力。

18.如权利要求17所述的方法，其中，对所述自然裂缝中的所述封闭区中的一个或所述开放区进行建模包括使用以下参数中的一个或多个：

侵入的压裂流体的流速；

所述自然裂缝中的区的长度；

所述自然裂缝中的区的宽度；

剪切位移；

水力裂缝孔径；

储层渗透率；

自然裂缝渗透率；以及

压力场。

19.一种在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的方法，所述方法包括：

使用所述综合井场数据来生成力学地球模型；

确定一个或多个交叉的自然裂缝的一个或多个交叉属性；以及

基于所述力学地球模型来将所述一个或多个交叉属性与从增产作业获取的观测数据中的微震事件进行比较。

20.如权利要求19所述的方法，其中，模拟所述交叉包括以下至少之一：

21.一种在穿透地下岩层的井眼周围执行压裂作业的方法，所述方法包括：

使用所述综合井场数据来生成力学地球模型；

使用所述力学地球模型来模拟从一个或多个诱导的水力裂缝到所述一个或多个自然裂缝中的压裂流体泄漏；

使用所述力学地球模型来生成增产规划；以及

基于所模拟的泄漏来调整所述增产规划的一个或多个操作参数，以实现从所述一个或多个诱导的水力裂缝到所述一个或多个自然裂缝中的优化的泄漏。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述增产规划的所述一个或多个操作参数包括以下至少之一：

所述压裂流体的流体粘度；

所述压裂流体的注入速率；

所述压裂流体的流体组分；

所述压裂流体中影响泄漏属性的添加剂；

所述压裂流体中的支撑剂尺寸；以及

所述压裂流体中的支撑剂浓度。

23.如权利要求21所述的方法，其中，模拟所述压裂流体泄漏包括以下至少之一：

对所述自然裂缝的被来自所述诱导的水力裂缝中的压裂流体侵入的被侵入的封闭区进行建模，其中，所述被侵入的封闭区中的流体压力高于所述自然裂缝中的孔隙压力并且低于所述自然裂缝的闭合应力；以及