CN108442918A - 一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气开发、石油工程领域，尤其是一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法。通过测井岩石力学参数解释以及岩石动静态力学参数转换，建立工区的三维力学参数场，进行非均质地质力学建模与井区应力场精细模拟；利用微地震监测破裂点拾取井区应力场精细模拟结果，通过微地震监测压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数，建立压裂裂缝双翼缝长定量预测模型，本发明由严格的数学算法推导组成，利用目前成熟的应力场数值模拟，编制相应的计算机程序，实现压裂裂缝双翼缝长定量预测。它解决了压裂裂缝双翼缝长无法准确预测的问题。

Description

一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法

技术领域

本发明涉及油气开发、石油工程领域，尤其是一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法。

背景技术

在油气开发、石油工程领域，随着致密油气、页岩气的勘探开发，水平井成为增产的重要手段。为了优质、快速和低成本得实现钻井、完井作业，并且最大限度地提高水平井产能，系统研究压裂裂缝双翼缝长对储层特征、水平井钻井、增产以及油气开发等至关重要。目前，压裂裂缝双翼缝长主要停留在半缝长的模拟上，认为压裂产生的两翼缝长相等，而这一认识与实际情况往往不符，储层的非均质性、力学参数的非均质性等因素往往导致水平井压裂裂缝双翼缝长不相等，因此有必要研究一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法，它解决了压裂裂缝双翼缝长无法准确预测的问题。

本发明的技术方案为：一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法，实现步骤如下：

第一步 非均质地质力学建模与井区应力场精细模拟；

通过测井岩石力学参数解释以及岩石动静态力学参数转换，建立工区的三维力学参数场，并建立有限元模型，利用岩石声发射、阵列声波测井确定水平最大主应力、水平最小主应力的大小；利用井壁崩落、诱导裂缝、压裂裂缝方位、阵列声波测井、岩心声速、差应变以及古地磁实验确定水平最大主应力、水平最小主应力的方向；进而确定应力场模拟的边界条件，实现井区应力场精细模拟。

第二步 利用微地震监测破裂点拾取井区应力场精细模拟结果；

利用微地震监测选取破裂点(数目为n)的空间位置，与应力场精细模拟结果进行空间位置耦合。

第三步 计算压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数；

利用微地震监测选取破裂点(数目为n)的空间位置，设垂直于水平井所在水平面的面为Ψ，以Ψ为界，将破裂点分为两组，数目分别为a、b，其中a、b满足：a+b＝n；设压裂喷点的坐标为(X_P，Y_P，Z_P)利用公式(1)计算压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数η：

第四步 建立压裂裂缝双翼缝长定量预测模型；

结合微地震监测破裂点拾取井区应力场精细模拟结果，求取水平主应力的差值Δσ，并对Δσ进行正态分布检验，求取喷点的压裂裂缝对应的Δσ正态分布检验偏度α、Δσ正态分布检验峰度β，本发明专利定义峰度β的正负与偏度α的正负一致，即：

定义Δσ正态分布检判别指数δ为：

利用压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数η与Δσ的正态分布检判别指数δ建立数学模型，在全区应力场模拟的基础上，利用Δσ分布，预测全区压裂裂缝双翼缝长。

本发明的有益效果是：本发明通过测井岩石力学参数解释以及岩石动静态力学参数转换，建立工区的三维力学参数场，进行非均质地质力学建模与井区应力场精细模拟；利用微地震监测破裂点拾取井区应力场精细模拟结果，通过微地震监测压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数，建立压裂裂缝双翼缝长定量预测模型，进而定量预测压裂裂缝双翼缝长。本发明由严格的数学算法推导组成，利用目前成熟的应力场数值模拟，编制相应的计算机程序，实现压裂裂缝双翼缝长定量预测。

附图说明

图1为一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法流程图。

图2为模拟的纵波相对误差(％)。

图3为模拟的横波相对误差(％)。

图4为模拟与实测动态杨氏模量对比。

图5为模拟与实测动态泊松比对比。

图6为动静态杨氏模量数学关系。

图7为动静态泊松比数学关系。

图8为预测的长6₃ ¹杨氏模量分布。

图9为预测的长6₃ ¹泊松比分布。

图10为D45样品应力与声发射累计事件数关系。

图11为D90样品应力与声发射累计事件数关系。

图12为应力载荷施加示意图。

图13为QP112井区水平最小(左)与最大(右)主应力分布。

图14为压裂裂缝形态展示图。

图15为微地震监测破裂点拾取井区应力场精细模拟结果。

图16为压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数η与Δσ的正态分布检判别指数δ关系。

图13中应力的单位为MPa。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

以鄂尔多斯盆地的西南部华庆油田的W区块的压裂裂缝双翼缝长的定量预测为例来说明本发明的具体技术方案：

华庆油田地理位置位于甘肃省华池县境内，面积约300平方公里，属黄土塬地貌，地表为100～200m厚的第四系黄土覆盖，地形复杂，沟壑纵横，梁峁参差。河流下切较深的河谷中，可见岩石裸露。地面海拔1350～1660m，相对高差310m左右。属于鄂尔多斯盆地陕北斜坡南部，由差异压实作用形成的局部隆起，总体为平缓的西倾单斜，在单斜背景上发育东西向低幅度排状鼻状隆起；属岩性油藏，三角洲前缘湖底滑塌浊积扇沉积体系，砂体展布方向总体呈北东～南西方向。W区块水平井区油井12口体积压裂(含2口定向采油井，10口水平井)，注水井25口体积压裂转采；定向井区油井17口体积压裂，注水井6口体积压裂转采。措施10年后同期对比采出程度增加3.7个百分点，W区块的主要目的层位为长6₃ ¹，根据研究区长6地层地质特征，以区域标志层为依据，结合沉积旋回及岩相组合，将长6油层组自上而下分为长6₁、长6₂、长6₃等3个油层，长6₃自上而下进一步细分为长6₃ ¹、长6₃ ²、长6₃ ³等3个小层，而后将长6₃ ¹细分为长6₃ ¹-1，长6₃ ¹-2，长6₃ ¹-3三个亚层(表1)。

表1W区块三叠系延长组长6油层组划分方案

第一步 非均质地质力学建模与井区应力场精细模拟；

通过测井岩石力学参数解释以及岩石动静态力学参数转换，建立工区的三维力学参数场，并建立有限元模型，利用岩石声发射、阵列声波测井确定水平最大主应力、水平最小主应力的大小；利用井壁崩落、诱导裂缝、压裂裂缝方位、阵列声波测井、岩心声速、差应变以及古地磁实验确定水平最大主应力、水平最小主应力的方向；进而确定应力场模拟的边界条件，进行井区应力场精细模拟。

如图2、图3所述，对常规曲线进行动态力学参数解释，其中解释得到的纵波与横波与阵列声波对比表明，90％转换点相对误差小于10％。如图4、图5所示，对常规曲线进行动态力学参数解释，常规测井解释的动态杨氏模量与阵列声波测量结果的拟合度R²＝0.8773；常规测井解释的动态泊松比与阵列声波测量结果的拟合度R²＝0.6399。

通常将由单轴/三轴抗压试验得到的弹性参数称为静态参数,反映真实地层所受长时间静载荷作用下的力学性质；而由声波速度转换得到的弹性参数称为动态参数,它反映地是地层在瞬时加载时的力学性质。静态、动态弹性参数值存在一定差别,根据实际受载情况,岩石的静态弹性参数更适合工程需要。由于压缩试验测定过程复杂、耗资大,实际生产中通常利用测井资料先得到目的层动态弹性参数,然后借助于动静态参数之间的定量关系确定相应静态弹性参数。利用三轴压缩实验获得的静态弹性参数测试数据，与测井资料资料解释的动态参数进行线性回归确定动静态弹性模量和泊松比之间的关系,得到演技求静态、动态弹性参数之间的关系：

E_s＝0.4733E_d-2.2225 (4)

μ_s＝0.9076μ_d+0.0146 (5)

利用图6、图7所示的动静态力学参数之间的关系，得到研究区力学参数的三维分布；利用测井解释的动静态力学参数，在动静态转换的基础上，得到静态力学参数分布，静态杨氏模量集中分布在18-37GPa；静态泊松比集中分布在0.14-0.32之间(图8、图9)。

对于有限单元分析的力学问题而言，有两种边界条件可以采用。一是位移边界条件:二是受力边界条件，假设边界上所受的力为一组确定值，在没有办法得到详细资料的情况下，可以将作用在研究区边界上的力看成是均匀分布的。

由岩石的Kaiser效应我们知道：脆性材料对曾经受过的荷载作用具有记忆性，岩石在经过一次应力作用后，当再次加载到先前经受过的应力水平后，其声发射活动将突然增加，这种岩石的声发射活动能够“记忆”岩石所受过的最大应力的效应称为Kaiser效应。从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点成为Kaiser点，该点对应的应力即为岩石先前受到的最大应力。实验理论证实利用Kaiser点的测取来得到不同构造运动时期地应力的大小。完成七组共27块岩心的kaiser效应室内测试，计算分析得到目标区块的原地应力大小(图10、图11)。

将要求解的地质体数值化，离散成有限个连续的单元，单元与单元之间以节点相互连接,将地质模型用三角网格单元形进行网格划分，将模型划分为1272549个单元，包含节点856192个。模型自下而上分为23层。长6₃储层垂向模拟精度为3-4m，平面预测精度为15-25m；模拟精度达到了目前的开发需求，对北东、南西边界施加水平最大主应力42MPa，对北西、南东边界施加最小主应力35MPa，同时对模型底边界进行Z方向上的位移约束，定义模型垂向重力(图12)。

水平主应力方向为NEE65°，应力差集中分布在5.8-13.8MPa。现今水平最大主应力集中在30-42MPa，水平最大主应力集中分布在34-48MPa(图13)。

第二步利用微地震监测破裂点拾取井区应力场精细模拟结果；

利用微地震监测选取破裂点(数目为n)的空间位置(图14)，与应力场精细模拟结果进行空间位置耦合(图15)。

第三步 利用公式(1)计算压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数η(图16)；

第四步 利用公式(3)-(4)，建立压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数η与Δσ正态分布检判别指数δ关系，定量预测压裂裂缝双翼缝长，有图可知，δ趋于0时，压裂裂缝两翼等长；δ大于0.6或者小于-0.6，导致压裂裂缝两翼明显不等长；基于该模型预测全区的压裂裂缝双翼缝长(图15-图16)。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种压裂裂缝双翼缝长定量预测方法，预测的步骤如下：

1)非均质地质力学建模与井区应力场精细模拟；

通过测井岩石力学参数解释以及岩石动静态力学参数转换，建立工区的三维力学参数场，并建立有限元模型，利用岩石声发射、阵列声波测井确定水平最大主应力、水平最小主应力的大小；利用井壁崩落、诱导裂缝、压裂裂缝方位、阵列声波测井、岩心声速、差应变以及古地磁实验确定水平最大主应力、水平最小主应力的方向；进而确定应力场模拟的边界条件，实现井区应力场精细模拟；

2)利用微地震监测破裂点拾取井区应力场精细模拟结果；

利用微地震监测选取破裂点的空间位置，所述的破裂点的数目为n，与应力场精细模拟结果进行空间位置耦合；

3)计算压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数；

利用微地震监测选取破裂点的空间位置，设垂直于水平井所在水平面的面为Ψ，以Ψ为界，将破裂点分为两组，数目分别为a、b，所述的a、b满足：a+b＝n；设压裂喷点的坐标为(X_P，Y_P，Z_P)，利用公式(1)计算压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数η：

4)建立压裂裂缝双翼缝长定量预测模型；

结合微地震监测破裂点拾取井区应力场精细模拟结果，求取水平主应力的差值Δσ，并对Δσ进行正态分布检验，求取压裂喷点产生压裂裂缝对应的Δσ正态分布检验偏度α、Δσ正态分布检验峰度β，本发明专利定义峰度β的正负与偏度α的正负一致，即：

定义Δσ正态分布检判别指数δ为：

利用压裂裂缝双翼缝长差异性评价指数η与Δσ的正态分布检判别指数δ建立数学模型，在全区应力场模拟的基础上，利用Δσ分布，预测全区压裂裂缝双翼缝长。