CN108952657B - 一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法及装置 - Google Patents

一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法及装置，方法包括：获取所钻储层及上下隔层参数以及井筒数据；建立同一平台两口水平井的地质力学模型；将一口水平井作为压裂施工井，另一口作为观测井，对施工井进行压裂施工，获取压裂数据；根据压裂数据判断压裂冲击是否由水力裂缝扩展到观测井引起时，根据建立的地质力学模型模拟多簇裂缝扩展下的水力裂缝形态，确定水平井压裂裂缝长度判断是否由水力裂缝扩展到观测井引起，判断是，根据地质力学模型利用裂缝扩展模拟软件模拟多簇裂缝扩展下的水力裂缝形态，确定水平井压裂裂缝长度；判断否，修正施工参数及地质力学模型的参数后再次进行压裂施工。本发明大幅度提高人工裂缝长度预测的精度。

Description

一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法及装置
技术领域
本发明涉及石油勘探技术，具体的讲是一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法及装置。
背景技术
非常规油气藏，特别是页岩气和致密油近年来开发取得较大进展，实现了油气产量的快速增长。页岩气和致密油以水平井衰竭式开发为主，常采用平台式布井，每个平台2-6口水平井，目前页岩气水平井间距(两个水平井筒之间的距离)在400米左右，致密油水平井间距为200-600m。压裂施工采用逐口井压裂或两口井交错式压裂，根据水平井段长度，分压段数一般为15-30级，压裂措施完成后，关井一段时间然后投入生产。
目前，国内致密油和页岩气开发面临的突出挑战是单井累积产量和一次采收率低，主要原因是水平井初次压裂时，形成的水力裂缝对油气藏的控制程度较低，因此，有必要提高人工裂缝对油气藏的控制程度。而通过准确描述水力裂缝的长度、高度等几何参数，并优化水力裂缝的布置从而提高控藏程度，是实现提高累产与采收率的最有效的方式。
发明内容
为了解决水力裂缝的准确刻画技术难点，本发明实施例提供了一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法，包括：
步骤1，获取所钻储层的储层及上下隔层参数以及井筒数据；
步骤2，建立同一平台两口水平井的储层及隔层地质力学模型；
步骤3，将所述的两口水平井中的一口作为压裂施工井，另一口作为观测井，对施工井进行压裂施工，获取压裂数据；其中，所述的压裂数据包括：压裂井开始施工的时间，观测井收到压力响应的时间，施工井停止施工的时间，观测井受到冲击之前的稳定压力，观测井受到冲击之后的最高压力以及施工井的稳定施工压力；
步骤4，根据所述压裂数据判断压裂冲击是否由水力裂缝扩展到观测井引起；判断是，执行步骤6，判断否，执行步骤5；
步骤5，修正施工参数及所述地质力学模型的参数后执行步骤3；
步骤6，根据建立的地质力学模型利用裂缝扩展模拟软件模拟多簇裂缝扩展下的水力裂缝形态，确定水平井压裂裂缝长度。
本发明实施例中，所述的储层及上下隔层参数包括：孔隙度、渗透率、最小主应力、杨氏模量、泊松比、断裂韧性、温度、滤失系数、最大主应力方位；
井筒数据包括：两口水平井的井筒直径，井斜数据，射孔位置。
本发明实施例中，所述步骤3进行压裂施工中，对两口水平井分别采用固井方式完井和裸眼方式完井；
将固井方式完井的水平井作为压裂施工井；
将裸眼方式完井的水平井作为观测井。
本发明实施例中固井方式完井包括：采用固井滑套方式完井、固井桥塞方式完井；其中，
水平井采用的固井滑套方式完井时，每次只打开一个滑套；
采用固井桥塞的方式完井时，则每次施工只射开一簇射孔。
本发明实施例中，所述的步骤5还包括：
根据压裂数据确定压裂冲击延迟时间，压裂冲击压力以及压裂冲击强度；
根据所述压裂冲击延迟时间、压裂冲击压力以及压裂冲击强度确定压裂冲击是否由水力裂缝扩展到观测井引起。
本发明实施例中，所述的根据所述压裂数据确定压裂冲击延迟时间，压裂冲击压力以及压裂冲击强度包括：
根据所述压裂井开始施工的时间和观测井收到压力响应的时间的时间差确定压裂冲击延迟时间；
根据所述观测井受到冲击之前的稳定压力和观测井受到冲击之后的最高压力的压力差确定压裂冲击压力；
将所述施工井停止施工的时间和观测井收到压力响应的时间的时间差作为第二时间差，根据所述压力冲击压力和第二时间差的比值确定压裂冲击强度。
本发明实施例中，所述的根据所述压裂冲击延迟时间、压裂冲击压力以及压裂冲击强度确定压裂冲击是否由水力裂缝扩展到观测井引起包括：
所述压裂冲击延迟时间的为1-10分钟，压裂冲击压力与稳定压力差的差值小于预设阈值时，确定压裂冲击由断层引起；其中，所述的稳定压力差为施工井的稳定施工压力与观测井收到冲击之前的稳定压力的差值；
所述压裂冲击延迟时间的为10-100分钟，压裂冲击压力的量级为100，压力冲击强度小于预设的压力冲击强度阈值时，压裂冲击由微裂缝扩充引起；
所述压裂冲击延迟时间不小于60分钟，压裂冲击压力不小于10MPa时，确定压裂冲击由水力裂缝扩展到观测井引起。
同时本发明还提供一种水平井平台压裂裂缝长度确定装置，将所钻储层两口水平井中的一口作为压裂施工井，另一口作为观测井，对施工井进行压裂施工，获取各次施工的压裂数据，所述的装置获取所述压裂数，执行前述方法，确定水平井压裂裂缝长度。
本发明提供了一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法及装置，可用于致密油、页岩气等非常规储层水平井缝长的预测，解决裂缝控制油气藏程度不高的难题，可以大幅度提高人工裂缝长度预测的精度，从而提高水力裂缝对油气藏的控制程度。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开的一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法的流程图；
图2为本发明实施例中同一平台两口水平井地质力学模型示意图；
图3为本发明实施例中施工井与观测井压力随时间变化叠加示意图；
图4为本实施例中动态水力裂缝缝长与施工时间关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法，如图1所示，其包括：
步骤S102，获取所钻储层及上下隔层参数，井筒数据；
步骤S104，建立同一平台两口水平井的储层及隔层地质力学模型；
步骤S106，将两口水平井中的一口作为压裂施工井，另一口作为观测井，对施工井进行压裂施工，获取压裂数据；其中，所述的压裂数据包括：压裂井开始施工的时间，观测井收到压力响应的时间，施工井停止施工的时间，观测井受到冲击之前的稳定压力，观测井受到冲击之后的最高压力以及施工井的稳定施工压力；
步骤S108，根据压裂数据判断压裂冲击是否由水力裂缝扩展到观测井引起；判断是，执行步骤S112，判断否，执行步骤S110；
步骤S110，修正施工参数及所述地质力学模型的参数后，返回执行步骤S106；
步骤S112，根据建立的地质力学模型利用裂缝扩展模拟软件模拟多簇裂缝扩展下的水力裂缝形态，确定水平井压裂裂缝长度。
本实施例提供的水力裂缝长度预测方法主要包括下列要点：
1.针对致密油或页岩气同一平台两口水平井，建立地质力学模型，采用全三维水力裂缝模拟软件模拟裂缝长度和生长过程，本实施例中设计3种不同大小的施工规模，确保较大2个规模的动态裂缝长度要大于两口水平井间距，并建立裂缝动态长度与时间的相关关系。
2.在致密油或页岩气水平井中压裂和观测，两口水平井分别采用固井和裸眼方式完井，固井水平井作为施工井，裸眼完井水平井作为观测井。
3.施工水平井可以采用固井滑套方式完井，也可以采用固井桥塞方式完井，但在施工和观测期间，施工井每次只打开一个滑套或者只射孔一簇射孔，确保每次施工只有一条裂缝扩展。
4.两口井时间记录同时归零。开始对固井的水平井进行压裂施工，记录施工压力，施工排量等参数。在裸眼水平井地面和井底装上高精度压力计观察压力变化，并每隔3-5秒记录一次压力数据。
5.分析观察井的压力变化，去除由于断层、天然裂缝以及压力波动等引起的压力变化，并与第一步建立的裂缝动态长度与时间的关系对比，确认观察井收到的压力冲击是由于施工井的人工裂缝沟通到了观察井井筒引起的，从而确认动态水力裂缝的长度。
6.完成第一段施工后，按正常作业顺序开始下一段施工。重复步骤3)—步骤5)的过程，综合施工井3段压裂施工和观测井压力观察结果，确认动态水力裂缝长度随时间的变化关系，从而确定不同规模下的水力裂缝长度，并校正地质力学模型。
7.根据校正后的地质力学模型，采用全三维非平面裂缝扩展模拟软件，模拟多簇裂缝扩展下的水力裂缝形态，得到可靠的水平井压裂裂缝长度。
下面针对本实施例提供的一种确定致密油和页岩气储层水平井平台压裂，水力裂缝长度的方法，作进一步详细说明，本实施例中包括下列步骤：
步骤(1)针对致密油或页岩气同一平台两口水平井，通过输入两口井所钻储层及上下相邻储层分层的物性及力学等参数以井筒相关数据，主要包括储层孔隙度、渗透率、最小主应力、杨氏模量、泊松比、断裂韧性、温度、滤失系数、最大主应力方位，两口井的井筒直径，井斜数据，射孔位置等，建立两口井的地质力学模型，如图2所示，为同一平台两口水平井地质力学模型示意图；
步骤(2)在致密油或页岩气水平井中压裂和观测，选取的这两口相邻水平井分别采用固井和裸眼方式完井，其中固井水平井作为压裂施工井，裸眼完井的水平井作为观测井。
步骤(3)压裂施工的水平井可以采用固井滑套方式完井，也可以采用固井桥塞方式完井。在压裂施工和邻井观测期间，若水平井采用的固井滑套方式完井，每次只打开一个滑套；若采用固井桥塞的方式完井，则每次施工只射开一簇射孔，优选采用平面射孔方式，以确保每次施工只有一条水力裂缝向前扩展。作为观测的水平井则采用裸眼滑套封隔器方式完井，且处于施工井水力裂缝扩展前端的滑套打开，井筒内充满流体，井口压力不为零。
步骤(4)开始正式的水力压裂施工前，对两口井的时间记录同步归零。开始对固井水平井进行压裂施工，采用水力压裂施工的仪表车自动记录，记录数据包括地面施工压力，排量，砂比等参数。在裸眼水平井地面装上高精度压力计观察压力变化，并每隔3-5秒记录一次压力数据。推荐在井底位置也下入插入式的压力计，用于校正地面收到的压力数据。
步骤(5)将施工井与观测井记录的压力数据随时间的变化关系叠加在一起，如图4所示，为施工井与观测井压力随时间变化叠加示意图。图4中t1为压裂井正式开始施工的时间，t2为监测井开始收到压力响应的时间(单位为分钟)，t3为施工井停止施工的时间(单位为分钟)；Ps为观测井受到冲击之前的稳定压力(单位为MPa)，Pmax为观测井受到冲击之后的最高压力(单位为MPa)，Pt为施工井的稳定施工压力(单位为MPa)。定义以下三个参数：
压裂冲击延迟时间：Δt＝t2-t1
压裂冲击压力：ΔP＝Pmax-Ps
压裂冲击强度：I＝ΔP/(t3-t2)
本实施例中，通过分析以上三个参数，判断观测井受到压裂冲击的原因。通常情况下，有以下三种情况：
1.如果Δt为100或101量级，同时ΔP很高，接近施工井与观测井之间的压力差，即Pt-Ps，那么判断压裂冲击由断层引起。可以停止施工，进入第步骤(6)。
2.如果Δt为101或102分钟量级，ΔP很小，在100量级，压力冲击强度同时很小，小于预设的阈值，判断压裂冲击由微裂缝扩充引起。则继续完成施工，之后进入步骤(6)。
3.如果Δt不小于60分钟，ΔP不小于10MPa时，确定压裂冲击由水力裂缝扩展到观测井引起。
受到压力冲击后，即t2之后，压力稳步上升，到施工井停止施工(t3)，观测井压力持续上涨；施工井停泵后，观测压力逐渐降低。那么判断压裂冲击由水力裂缝扩展到观察井引起。
一旦确认压力冲击现象是由于施工井的水力裂缝扩展到观测井井筒引起的，那么可以将观测结果与图3对比，即如果步骤(1)中裂缝扩展到邻井的时间与延迟时间Δt相近，则表明模型预测准确，可直接进入步骤(7)，采用全井可靠的水力裂缝长度；如果两者差别较大，则对模型进行适当调整，是两者接近，之后进入下一步，采用下一段的施工数据对模型结果进行验证。
步骤(6)完成第一段施工后，根据步骤(6)修正模型及施工参数后，进入第二段施工。重复步骤(3)—步骤(5)的过程；之后再进入第三段施工。确保3次施工至少有一次邻井受到压力冲击，并综合3段压裂施工和观测井压力观察结果，确认动态水力裂缝长度随时间的变化关系，确定不同规模下的水力裂缝长度，并校正地质力学模型。
步骤(7)在油藏数值模拟优化得到的水力裂缝参数基础上，根据校正后的地质力学模型，采用全三维非平面裂缝扩展模拟软件，模拟多簇裂缝扩展下的水力裂缝形态，得到可靠的水平井压裂裂缝长度。现场固井采用分段多簇压裂施工或者一次打开多个滑套，高效快速完成压裂施工。
之后采用全三维水力裂缝模拟软件(本申请实施例中，可采用FrackOptima但不限于此软件)，模拟水力裂缝的扩展过程，得到裂缝动态长度与时间的相关关系，如图3所示，为本实施例中动态水力裂缝缝长与施工时间关系图。本实施例中需至少设计3种压裂液和支撑剂量依次递增的施工规模，以确保至少2个施工规模的动态裂缝长度要大于两口水平井之间的距离。
本发明提供的确定致密油和页岩气储层水平井平台压裂，水力裂缝长度的方法，可用于以上两类储层水平井缝长的预测，解决裂缝控制油气藏程度不高的难题。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种水平井平台压裂裂缝长度确定方法，其特征在于，所述的方法包括：
步骤1，获取所钻储层的储层及上下隔层参数以及井筒数据；
步骤2，建立同一平台两口水平井的储层与隔层的地质力学模型；
步骤3，将所述的两口水平井中的一口作为压裂施工井，另一口作为观测井，对压裂施工井进行压裂施工，获取压裂数据；其中，所述的压裂数据包括：压裂施工井开始施工的时间，观测井收到压力响应的时间，压裂施工井停止施工的时间，观测井受到冲击之前的稳定压力，观测井受到冲击之后的最高压力以及压裂施工井的稳定施工压力；
步骤4，根据所述压裂数据判断压裂冲击是否由水力裂缝扩展到观测井引起；判断是，执行步骤6，判断否，执行步骤5；
步骤5，修正压裂施工参数及所述地质力学模型的参数后执行步骤3；
步骤6，根据建立的地质力学模型利用裂缝扩展模拟软件模拟多簇裂缝扩展下的水力裂缝形态，确定水平井压裂裂缝长度；其中，
所述的步骤4包括：
根据压裂数据确定压裂冲击延迟时间，压裂冲击压力以及压裂冲击强度；
根据所述压裂冲击延迟时间、压裂冲击压力以及压裂冲击强度确定压裂冲击是否由水力裂缝扩展到观测井引起；其中，
所述的根据所述压裂数据确定压裂冲击延迟时间，压裂冲击压力以及压裂冲击强度包括：
根据所述压裂施工井开始施工的时间和观测井收到压力响应的时间的时间差确定压裂冲击延迟时间；
根据所述观测井受到冲击之前的稳定压力和观测井受到冲击之后的最高压力的压力差确定压裂冲击压力；
将所述压裂施工井停止施工的时间和观测井收到压力响应的时间的时间差作为第二时间差，根据所述压裂冲击压力和第二时间差的比值确定压裂冲击强度。
2.如权利要求1所述的水平井平台压裂裂缝长度确定方法，其特征在于，
所述的储层及上下隔层参数包括：孔隙度、渗透率、最小主应力、杨氏模量、泊松比、断裂韧性、温度、滤失系数、最大主应力方位；
井筒数据包括：两口水平井的井筒直径，井斜数据，射孔位置。
3.如权利要求2所述的水平井平台压裂裂缝长度确定方法，其特征在于，所述步骤3进行压裂施工中，对两口水平井分别采用固井方式完井和裸眼方式完井；
将固井方式完井的水平井作为压裂施工井；
将裸眼方式完井的水平井作为观测井。
4.如权利要求3所述的水平井平台压裂裂缝长度确定方法，其特征在于，
固井方式完井包括：采用固井滑套方式完井、固井桥塞方式完井；其中，
水平井采用的固井滑套方式完井时，每次只打开一个滑套；
采用固井桥塞的方式完井时，则每次施工只射开一簇射孔。
5.如权利要求1所述的水平井平台压裂裂缝长度确定方法，其特征在于，所述的根据所述压裂冲击延迟时间、压裂冲击压力以及压裂冲击强度确定压裂冲击是否由水力裂缝扩展到观测井引起包括：
所述压裂冲击延迟时间的为1-10分钟，压裂冲击压力与稳定压力差的差值小于预设阈值时，确定压裂冲击由断层引起；其中，所述的稳定压力差为压裂施工井的稳定施工压力与观测井收到冲击之前的稳定压力的差值；
所述压裂冲击延迟时间的为10-100分钟，压裂冲击压力的量级为100，压裂冲击强度小于预设的压裂冲击强度阈值时，压裂冲击由微裂缝扩充引起；
所述压裂冲击延迟时间不小于60分钟，压裂冲击压力不小于10MPa时，确定压裂冲击由水力裂缝扩展到观测井引起。
6.一种水平井平台压裂裂缝长度确定装置，其特征在于，将所钻储层两口水平井中的一口作为压裂施工井，另一口作为观测井，对压裂施工井进行压裂施工，获取各次施工的压裂数据，所述的装置获取所述压裂数，执行权利要求1至5中任一项所述方法，确定水平井压裂裂缝长度。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一所述方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至5任一所述方法的计算机程序。
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