CN105735961A - 一种低渗致密储层分层压裂级数优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低渗致密储层分层压裂级数优选方法，包括：（1）把单井X压裂层位划分成N个改造小层；（2）假设水力裂缝形态为双翼对称长方体，在某压裂液量<i>V</i>_L和排量<i>Q</i>_<i>L</i>下得到对应的水力裂缝改造体积<i>V</i>；（3）从裂缝延伸的角度将N个改造小层划分成M个压裂段；（4）获取不同压裂级数下压裂液量<i>V</i>_L和排量<i>Q</i>_<i>L</i>及其对应的改造体积<i>V</i>；（5）计算单井X在不同压裂级数和改造体积下3年生产收入现值<i>R</i>；（6）计算不同压裂级数下水力压裂改造成本<i>C</i>；（7）计算压裂后生产3年净现值NPV，绘制不同压裂级数与NPV的关系曲线，以NPV最高值确定单井X的最优压裂级数。本发明原理可靠，便于操作，能够为油气藏的增产改造提供一种切实可行的方法。

Description

一种低渗致密储层分层压裂级数优选方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发过程中用于低渗致密储层的分层压裂级数优选方法。

背景技术

随着油气勘探工作的逐步深入，发现多数油气藏具有低孔隙度、低饱和度、低渗透率的特征，开采难度较大。为了达到商业开发价值，水力压裂已是必不可少的增产措施。油气藏在纵向上普遍存在多个产层，各产层存在一定的非均质性。但油田通常采用笼统压裂(一级压裂)，一般只有一个产层得以开采。因此，对产层的压裂针对性不强，不能充分发挥各产层生产能力，也不能达到压裂预期目的。目前，分层压裂技术能对各个产层进行针对性压裂改造，分层压裂是指在不重新搬运设备的情况下，利用分层压裂工具通过一次或者多次泵注程序压开一口井的多个产层。

分层压裂级数越多越有利于沟通油气流动通道，提高增产改造效果。但大多数改造段具有产层厚度薄、隔层厚度小、隔层性质差等特性。从压裂工具上难以进行分层压裂，从压裂工艺上很难保证水力裂缝仅在产层中延伸而不扩展到隔层中。同时压裂级数越多，相应的增产改造费用就越高。因此，着眼于油气整体开发效益，需要从水力裂缝形态和经济角度对分层压裂级数进行优选。

低渗致密储层压裂级数的优选不仅与产隔层厚度、裂缝扩展形态有关，而且与增产改造成本有关。本发明旨在提供一种致密储层分层压裂级数优选方法，首先通过裂缝扩展形态分析拟压裂层位能否进行分层压裂，然后将水力压裂改造得到的裂缝形态输入产能软件中得到油气井产能，接着依据改造成本建立经济评价模型，从经济效益角度优选出分层级数。在全球油气价格低迷的情况下，油气藏的增产改造更应该注重经济效益，本发明能从裂缝形态和经济效益角度为油气藏的增产改造提供一种切实可行的分层级数优化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低渗致密储层分层压裂级数优选方法，该方法原理可靠，便于操作，能够为油气藏的增产改造提供一种切实可行的方法，具有广阔的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

首先，根据测井资料获取压裂层段产隔层地质参数和物性参数，在此基础上建立水力裂缝扩展三维数值模拟模型，从裂缝扩展角度分析改造层段能否进行分层压裂。然后，将模拟得到的水力裂缝形态输入产能软件中得到对应产能。接着，建立经济评价模型。最后，通过3年NPV值优选压裂井压裂级数，基于裂缝扩展形态从经济效益角度解决分层压裂级数问题。

一种低渗致密储层分层压裂级数优选方法，依次包括以下步骤：

(1)根据单井X测井解释得到的储层地质参数和储层物性参数，将隔层厚度小于1.5m的相邻产层视为同一个改造小层，从而把单井X压裂层位划分成N个改造小层。根据改造小层对应的地质参数和储层物性参数，建立水力裂缝三维扩展地质模型，该过程通过目前常用的水力裂缝扩展数值模拟商业软件(如ABAQUS等)即可实现；

(2)假设水力裂缝形态为双翼对称长方体，在某压裂液量V_L和排量Q_L下必然得到对应的水力裂缝改造体积V,改造体积V与压裂液量V_L和排量Q之间满足函数关系式：

V＝f(V_L,Q_L)(1)

(3)为了提高支撑剂的铺置效率，在进行水力压裂时尽量保证支撑剂在产层中铺置。如果水力裂缝在纵向上扩展穿透隔层进入相邻产层，则判定水力裂缝发生窜层不宜进行分层压裂，反之则可进行分层压裂。因此，从裂缝延伸的角度将(1)中N个改造小层划分成M个压裂段；

(4)通过三维裂缝扩展软件(ABAQUS)模拟对M个压裂段采取一级压裂(M个压裂段一起压裂)，两级压裂(M个压裂段分成相邻两段分别压裂)，以此类推，同时可以从模拟软件中获取不同压裂级数下压裂液量V_L和排量Q_L及其对应的改造体积V；

(5)将(4)中不同压裂级数下得到的水力裂缝改造体积V代入产能模拟软件ECLIPSE中，模拟得到不同压裂级数在不同改造体积V下第1年、第2年、第3年的产油量U₁、U₂、U₃，采用公式(2)计算单井X在不同压裂级数和改造体积下3年生产收入的现值R(可以看出，U₁、U₂、U₃、R既是改造体积V的函数，同时也是V_L、Q_L的函数)：

$R=\underset{i=1}{\overset{3}{\&Sigma;}}\frac{F_i}{{(1+r)}^i}=\frac{(U_1-{\mathrm{\&mu;}}_1)P_1}{1+r}+\frac{(U_2-{\mathrm{\&mu;}}_2)P_2}{{(1+r)}^2}+\frac{(U_3-{\mathrm{\&mu;}}_3)P_3}{{(1+r)}^3}---\left(2\right)$

式中：i为生产年份(取1、2、3)，年，

F_i为某一压裂级数和改造体积下第i年的收入，万元，

U_i为某一压裂级数和改造体积下为第i年的产油量(即U₁、U₂、U₃)，m³，

μ₁为未压裂第i年的产油量(即μ₁、μ₂、μ₃)，m³，

P_i为原油在第i年时的价格，万元/m³，

r为贴现率，无因次；

(6)根据水力压裂改造体积V和压裂液量V_L和排量Q_L的函数关系，通过公式(3)计算不同压裂级数下水力压裂改造成本C：

C＝F_w+F_sd+F_ca+T＝V_LC_f+V_LηC_s+(0.1261V_L+12.101)+T(3)

式中：F_w为水力压裂施工过程中压裂液费用，万元，

F_sd为水力压裂施工过程中支撑剂费用，万元，

F_ca为水力压裂施工过程中车组作业费用，万元，

T为水力压裂过程中射孔、压裂管柱材料、劳务等费用，万元，

C_f为压裂液单价，万元/m³，

η为平均砂比，％，

C_s为支撑剂单价，万元/m³；

(7)根据步骤(5)计算得到的3年生产收入现值R和步骤(6)计算得到的增产改造成本C，采用公式(4)计算不同压裂级数和改造体积下压裂后生产3年净现值NPV：

$\begin{array}{c}NPV=R-C=\frac{(U_1-{\mathrm{\&mu;}}_1)P_1}{1+r}+\frac{(U_2-{\mathrm{\&mu;}}_2)P_2}{{(1+r)}^2}+\frac{(U_3-{\mathrm{\&mu;}}_3)P_3}{{(1+r)}^3}\\ -(V_L{C}_f+V_L{\mathrm{\&eta;C}}_s+0.1261V_L+12.101+T)\end{array}---\left(4\right)$

绘制某压裂级数下3年净现值NPV与改造体积V的关系曲线，得到某压裂级数下最大的NPV值；再以压裂级数为横坐标，3年净现值NPV为纵坐标，绘制不同压裂级数与3年净现值NPV的关系曲线，以NPV最高值确定单井X的最优压裂级数。

所述步骤(1)中，储层地质参数包括产层和隔层的垂向主应力、最大水平主应力、最小水平主应力、杨氏模量、泊松比；储层物性参数包括地层压力、产层和隔层孔隙度、饱和度、渗透率。

所述步骤(6)中，平均砂比η为根据实际低渗透砂岩储层改造特征选取相应的值，通常低渗透致密砂岩储层压裂改造过程中平均砂比为12％；车组作业费用F_ca与压裂液体积V_L的关系式是通过5个低渗透砂岩储层近110口井压裂车组费用与压裂液体积V_L关系拟合得到的经验表达式。

附图说明

图1为ZX32井压裂段测井曲线图。

图2为ZX32井压裂段最小水平主应力剖面图。

图3为ZX32井三维裂缝扩展有限元模型。

图4为一级压裂下不同裂缝改造体积与生产3年净现值NPV曲线图。

图5为两级压裂下不同裂缝改造体积与生产3年净现值NPV曲线图。

图6为压裂级数与生产3年净现值NPV关系曲线图。

图7为ZX32VF微地震监测裂缝延伸高度示意图。

具体实施方式

下面结合附图和现场应用实例进一步说明本发明。

位于胜利油田的ZX32井是一口低渗致密砂岩油井，完钻井深3919m。根据测井解释和增产改造要求，需要对层段3823.5m—3852.8m进行水力压裂改造。应用本发明提供的方法进行分层压裂级数的优选。

(1)通过测井曲线(图1)及对应测井解释(表1)获得Z32压裂层位产层和隔层对应的物性参数，根据三向应力分布获得压裂层位产隔层应力剖面图(图2)，获取产隔层应力差值。

表1ZX32井压裂段测井解释数据表

(2)从隔层厚度角度，将ZX32压裂段分为3个改造小层(表2)，根据ZX32地质参数和物性参数，建立水力裂缝三维扩展数值模型，对水力裂缝扩展形态进行模拟(图3)。模拟结果显示，第一层和第二层在进行分层压裂时不会发生窜层，但在现有的施工条件下，第二层和第三层进行分层压裂时，将发生窜层。因此，从裂缝扩展形态角度将ZX32井分成两个压裂段，压裂第一段为第一层，压裂第二段为第二层和第三层。

表2ZX32井压裂段分层情况表

(3)将一级压裂(第一层、第二层、第三层同时压裂)和两级压裂(第一段为第一层，第二段为第二层和第三层)模拟得到的裂缝改造体积V输入ECLIPSE产能模型中。在油价为45$/桶情况下，根据油田经济成本，建立经济评价模型。绘制一级压裂和两级压裂在不同改造体积V下压后生产3年NPV值(图4和图5)，得到各级压裂方式下最大的3年NPV值。随后，绘制各级压裂级数和NPV的关系曲线，优选出最优压裂级数(图6)。

从图中可以看出一级压裂在裂缝改造体积为15.21m³下获得最大3年净现值(NPV)-23万元，意味着在油价45$/桶下一级压裂改造将使油田亏损。两级压裂第一段在裂缝改造体积为20.25m³下获得3年最大净现值(NPV)19.7万元，两级压裂第二段在裂缝改造体积为17.64m³下获得3年最大净现值(NPV)5.6万元。因此，一级压裂获得3年最大净现值(NPV)-23万元，两级压裂获得3年最大净现值(NPV)25.3万元。在油价为45$/桶情况下，相比一级压裂而言，ZX32压裂段进行两级压裂时能获得更高的经济收益。因此，ZX32压裂段优选的压裂级数为两级压裂。

本发明在胜利油田ZX32井开展了实施应用，结合裂缝扩展形态和经济成本对压裂级数进行优选，并取得良好效果。微地震监测显示(图7)，两级压裂水力裂缝得到充分延伸，裂缝没有发生窜层。施工后产液量21.3t/d，产油量13.6t/d，压后10个月累计产油量2790t。本发明产生的经济效益是该区块其它未采用该发明的油井2～3倍。

本发明已陆续在胜利油田等各大油气田展开应用，本发明与现有的方法相比，能够结合裂缝扩展形态和经济成本对压裂段的压裂级数进行优选，使得水力压裂改造的目的更加明确，最大化水力压裂增产改造的经济效益。

Claims (3)

1.一种低渗致密储层分层压裂级数优选方法，依次包括以下步骤：

(1)根据单井X的储层地质参数和储层物性参数，将隔层厚度小于1.5m的相邻产层视为同一个改造小层，从而把单井X压裂层位划分成N个改造小层；

(2)假设水力裂缝形态为双翼对称长方体，在某压裂液量V_L和排量Q_L下得到对应的水力裂缝改造体积V,改造体积V与压裂液量V_L和排量Q之间满足函数关系式：

V＝f(V_L,Q_L)；

(3)从裂缝延伸的角度将N个改造小层划分成M个压裂段，所述从裂缝延伸的角度是指：如果水力裂缝在纵向上扩展穿透隔层进入相邻产层，则判定水力裂缝发生窜层不宜进行分层压裂，反之可进行分层压裂；

(4)通过三维裂缝扩展软件ABAQUS模拟对M个压裂段采取一级压裂，两级压裂，以此类推，获取不同压裂级数下压裂液量V_L和排量Q_L及其对应的改造体积V；

(5)将不同压裂级数下的改造体积V代入产能模拟软件ECLIPSE中，得到不同压裂级数在不同改造体积V下第1年、第2年、第3年的产油量U₁、U₂、U₃，采用下式计算单井X在不同压裂级数和改造体积下3年生产收入的现值R：

$R=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{F_i}{{(1+r)}^i}=\frac{(U_1-{\mathrm{\&mu;}}_1)P_1}{1+r}+\frac{(U_2-{\mathrm{\&mu;}}_2)P_2}{{(1+r)}^2}+\frac{(U_3-{\mathrm{\&mu;}}_3)P_3}{{(1+r)}^3}$

式中i为生产年份，年，

F_i为某一压裂级数和改造体积下第i年的收入，万元，

U_i为某一压裂级数和改造体积下为第i年的产油量，m³，

μ₁为未压裂第i年的产油量，m³，

P_i为原油在第i年时的价格，万元/m³，

r为贴现率，无因次；

(6)通过下式计算不同压裂级数下水力压裂改造成本C：

C＝F_w+F_sd+F_ca+T＝V_LC_f+V_LηC_s+(0.1261V_L+12.101)+T

式中F_w为水力压裂施工过程中压裂液费用，万元，

F_sd为水力压裂施工过程中支撑剂费用，万元，

F_ca为水力压裂施工过程中车组作业费用，万元，

T为水力压裂过程中射孔、压裂管柱材料、劳务等费用，万元，

C_f为压裂液单价，万元/m³，

η为平均砂比，％，

C_s为支撑剂单价，万元/m³；

(7)采用下式计算不同压裂级数和改造体积下压裂后生产3年净现值NPV：

$\begin{array}{c}NPV=R-C=\frac{(U_1-{\mathrm{\&mu;}}_1)P_1}{1+r}+\frac{(U_2-{\mathrm{\&mu;}}_2)P_2}{{(1+r)}^2}+\frac{(U_3-{\mathrm{\&mu;}}_3)P_3}{{(1+r)}^3}\\ -(V_L{C}_f+V_L{\mathrm{\&eta;C}}_s+0.1261V_L+12.101+T)\end{array}$

绘制某压裂级数下3年净现值NPV与改造体积V的关系曲线，得到某压裂级数下最大的NPV值；再以压裂级数为横坐标，3年净现值NPV为纵坐标，绘制不同压裂级数与3年净现值NPV的关系曲线，以NPV最高值确定单井X的最优压裂级数。

2.如权利要求1所述的一种低渗致密储层分层压裂级数优选方法，其特征在于，所述步骤(1)中，储层地质参数包括产层和隔层的垂向主应力、最大水平主应力、最小水平主应力、杨氏模量、泊松比；储层物性参数包括地层压力、产层和隔层孔隙度、饱和度、渗透率。

3.如权利要求1所述的一种低渗致密储层分层压裂级数优选方法，其特征在于，所述步骤(6)中，平均砂比η在低渗透致密砂岩储层压裂改造过程中为12％；车组作业费用F_ca是通过110口井压裂车组费用与压裂液体积V_L关系拟合得到的经验表达式。