CN109101773A - 致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，属于致密油勘探开发技术领域。该方法首先根据裂缝不同形态进行分类；然后根据裂缝分布及发育特征进行参数表征；推导不同缝网形态等效渗透率表达式；再建立不同渗流缝网产能的理论模型；计算不同缝网形态对产能的影响；最后根据产能影响因素分析选择最佳压裂形式。本发明通过建立不同缝网形态的产能模型，对产能影响因素进行分析，选择最佳的压裂形式进行致密油压裂优化。有利于提高产量和采收率，解决致密油压裂裂缝优化等难题。
Description
技术领域
本发明涉及致密油勘探开发技术领域，特别是指一种致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法。
背景技术
非常规油气资源量巨大，存在很大的商业开发价值。其中，致密油作为非常规天然气资源的重要组成部分，有着广阔的市场和经济前景，但同时致密油的勘探开发技术也在不断地发展中。由于致密储层超低渗透率、超低孔隙度、大面积连续成藏等特征，加大了致密油开发难度，致密油开发产量的关键技术在于压裂技术这一环节。
目前的压裂技术关键在于使人工裂缝与天然裂缝相互连通后，能够形成最佳的大规模的裂缝网络，从而能够提高产量和采收率。为了确保其开发的经济有效性，必须在压裂前对压裂缝网进行最优设计，保证压裂后最佳产量的网络裂缝。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，能够有效提高产量和采收率，解决优化裂缝网络等难题。
该方法包括步骤如下：
(1)根据裂缝不同形态进行分类：通过裂缝地震预测结果图，将裂缝网络分为：树状缝和网状缝；
(2)根据裂缝分布及发育特征进行表征；
(3)推导不同缝网形态等效渗透率表达式；
(4)建立不同渗流缝网产能的理论模型；
(5)计算不同缝网形态对产能的影响；
(6)根据产能影响因素分析选择最佳压裂形式。
其中，步骤(1)具体包括：
a)对于树状缝，运用树状分叉网络嵌入到各向同性多孔介质中形成的等效介质模型来计算各向异性多孔介质的有效渗透率；
b)对于网状缝，利用概念模型的特征研究裂缝性油气藏，概念模型包含一个系列的裂缝，它们有相同的方向、孔径和间距，将流体流经的网状缝视为单相二维层流来计算有效渗透率。
步骤(2)具体包括：利用岩心观察、ICT扫描及成像测井等手段来识别和测算裂缝填充程度、裂缝开度等，为接下来裂缝的定量预测及建模提供可靠的硬数据。
步骤(3)具体包括：
a)对于树状缝，基质-树状裂缝系统为双重介质，则基质-裂缝体积压裂改造区渗透率为：
Kfn＝fmKm+ffKf，
其中，fm＝1-ff，
式中，Kfn为体积压裂改造区有效渗透率；Km为基质渗透率；ff为缝网复杂程度；fm为基质复杂程度；Kf为裂缝渗透率；V为体积压裂改造区体积；Vf为缝网体积；β为相邻两级分差裂缝直径之比；n为裂缝分叉个数；D为裂缝分型维数；l0为第0级的分叉直线长度；d0为第0级的分差裂缝直径；dmin和dmax为初级最小和最大直径；Dt为迂曲度分型维数；α为相邻两级分差裂缝长度比；m为分叉级数；
b)对于网状缝，基质-裂缝系统整体渗透率为：
其中，Kfn为缝网渗透率；Km为基质渗透率；Wi为裂缝的开度；Xi为各系列裂缝的平均间距；n为裂缝分叉个数；X为裂缝间距；γi为压力梯度方向和各自裂缝方向所成的角度。
步骤(4)具体为：
根据实际裂缝形态，考虑致密油储层特性，据渗流理论和非线性渗流有效动用理论，将水平井体积压裂致密油渗流场简化为3个区：1)Ⅰ区：水力压裂主裂缝区域；2)Ⅱ区：储层体积压裂改造椭圆缝网渗流区，即次生裂缝及微裂缝形成的区域；3)Ⅲ区：致密油非线性渗流特性和体积压裂改造区影响形成的基质椭圆渗流区；
3个区的具体理论模型如下：
a)Ⅰ区:主裂缝区区域流体流动为沿主裂缝的线性流动，且压裂裂缝高度即为地层厚度，其中改造区裂缝渗透率为主裂缝渗透率：kf＝Kfn；
则由达西定律得：
x＝0,p＝pw；x＝xf,p＝pm1
整理得：
该区流量为
该区渗流阻力为
b)Ⅱ区:体积压裂改造椭圆缝网渗流区以油井为中心，以主裂缝端点为焦点、体积压裂改造区域为边界，通过保角变换，等效为供给半径为生产半径为的圆形泄流区，则
该区流量为
该区渗流阻力为
c)Ⅲ区:体积压裂改造区外的基质非线性径向流区等效为供给半径为生产半径为的圆形泄流区，
该区流量为
渗流阻力为
d)由q1＝q2＝q3推导出致密油体积压裂产能公式：
其中，v为渗流速度；μ为黏度；αk为渗透率变形系数；p,pi分别为当前地层压力、原始地层压力；q1,q2,q3分别为主裂缝、体积压裂改造区、基质区流量；q为体积压裂产能；R1,R2,R3分别为主裂缝、缝网改造区、基质区的渗流阻力；G1,G分别为体积压裂改造区、基质区的启动压力梯度；xf为主裂缝半长；wf为主裂缝宽度；km为储层基质渗透率；ke为体积压裂改造区渗透率；pe为供给边界压力；pw为井底压力；pm1为主裂缝区边界压力；pm2为体积压裂改造区边界压力；Le为体积压裂改造区椭圆半径；rc为动用半径；h为储层厚度；kf为主裂缝渗透率；b1为改造实际长度；b1＝rc+Le。
步骤(5)具体包括：计算致密油水平井压裂过程中树状缝和网状缝水平井日产量，对不同缝网的产能进行对比，选择所需的压裂裂缝形态。
步骤(6)具体包括：分析影响致密油水平井压裂过程中树状缝或网状缝的水平井日产量的因素，包括裂缝半长、裂缝导流能力、裂缝排布形式和裂缝簇间距，选择最佳产能压裂的缝网形式。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过建立致密油压裂开发产能预测数学模型，对产能影响因素进行分析，选择最佳的产能形式进行致密油压裂优化，有效的提高产量和采收率，解决优化裂缝等难题。
附图说明
图1为本发明的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法中树状缝示意图；
图2为本发明的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法中网状缝示意图；
图3为本发明的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法中水平井压裂三区模型示意图；
图4为本发明实施例中不同裂缝形态的水平井日产量；
图5为本发明实施例中不同裂缝半长的水平井日产量；
图6为本发明实施例中不同裂缝导流能力的水平井日产量；
图7为本发明实施例中不同裂缝排布形式示意图，其中，(a)为裂缝半长增加，(b)为裂缝半长减小，(c)为外短里长，(d)为外长里短；
图8为本发明实施例中不同裂缝排布形式的水平井日产量；
图9为本发明实施例中不同裂缝簇间距的水平井日产量；
图10为本发明实施例中不同裂缝半长的水平井累计产量；
图11为本发明实施例中不同裂缝导流能力的水平井累计产量；
图12为本发明实施例中不同裂缝排布形式的水平井累计产量；
图13为本发明实施例中不同裂缝簇间距的水平井累计产量。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法该方法包括步骤如下：
(1)根据裂缝不同形态进行分类：通过裂缝地震预测结果图，将裂缝网络分为：树状缝和网状缝(如图1和图2所示)；
(2)根据裂缝分布及发育特征进行参数表征；
(3)推导不同缝网形态等效渗透率表达式；
(4)建立不同渗流缝网产能的理论模型；如图3所示，根据实际裂缝形态，考虑致密油储层特性，据渗流理论和非线性渗流有效动用理论，将水平井体积压裂致密油渗流场简化为3个区：1)Ⅰ区：水力压裂主裂缝区域；2)Ⅱ区：储层体积压裂改造椭圆缝网渗流区，即次生裂缝及微裂缝形成的区域；3)Ⅲ区：致密油非线性渗流特性和体积压裂改造区影响形成的基质椭圆渗流区；
(5)计算不同缝网形态对产能的影响；
(6)根据产能影响因素分析选择最佳压裂形式。
下面结合具体实施例予以说明。
某一待压裂地层储层、流体及裂缝基本参数如下所示：
某致密油藏井边界压力为28.8MPa，井底压力为8.8MPa，初始原油粘度为2.3mPa·s，初始原油密度为815kg·m-3，储层基质渗透率为0.0001，底层厚度为12m，井筒半径为0.1m，原油体积系数为1.057，主裂缝半长为180m，主裂缝渗透率为50μm2，主裂缝宽度为4mm，改造实际长度为15m。初期设计开采方式为自然能量开采，周围无注水井安排。
1、分析不同裂缝形态下的日产油量。
图4是树状缝和网状缝不同裂缝形态下水平井日产油量的对比。从图中可以看出，树状缝下的水平井日产油量比网状缝下的水平井日产油量高。在本例中，考虑到致密油水平井长期开采效益，要想获得较高产能，达到经济需求，选择树状缝压裂是较为理想的压裂方法。
2、设置不同裂缝半长下的裂缝产量情况。
图5是裂缝半长为50m、100m、150m、200m情况下压裂水平井的日产量情况。从图中可以看出，压裂裂缝半长越长，有效动用范围随之增大，对产量的增幅也是越明显，由于储层的致密性，启动压力梯度很大，导致有效动用程度很低，因此裂缝半长越长，产量越高；开发后期产量随裂缝长度的影响逐渐减小。在本例中，考虑到长期生产过程中，由于支撑剂被压碎、压裂液残渣等因素导致裂缝变化，优选裂缝半长为200m。其累计产量如图10所示。
3、设置不同裂缝导流能力下的裂缝产量情况。
图6是裂缝导流能力为2D·cm、4D·cm、6D·cm、8D·cm情况下压裂水平井日产量情况。从图中可以看出，裂缝导流能力的增加对水平井初期产量的增幅很高，但是递减速度也很快，这是由于储层渗透率太低，基质向裂缝流动流量少，因此裂缝的导流能力在生产初期效果明显，但是后期对产能影响逐渐减弱。在本例中，最佳裂缝导流能力为8D·cm左右。其累计产量如图11所示。
4、设置不同裂缝排布形式下的裂缝产量情况。
图7为不同裂缝排布形式，图8为不同裂缝排布形式下压裂水平井日产量情况。从图8中可以看出，相较于外短里长、裂缝半长逐渐增加和裂缝半长逐渐减小三种排布形式，当裂缝排布形式为外长里短时，其水平井日产量较高。在本例中，最佳裂缝排布形式为外长里短。其累计产量如图12所示。
5、设置不同裂缝簇间距的裂缝产量情况。
图9是裂缝簇间距为20m、30m、40m、50m情况下压裂水平井日产量情况。从图中可以看出，裂缝簇间距的增加在水平井初期产量增加明显，这是因为簇间距的增加有利于裂缝在空间内的扩展，其产量也会越高；在本例中，最佳裂缝簇间距为50m。其累计产量如图13所示。
通过模拟分析出水平井日产量的影响因素，以及不同影响因素下水平井累计产量，选择最佳水平井压裂的裂缝半长、裂缝导流能力、裂缝排布形式和裂缝簇间距，以此进行压裂优化，获得最佳产量。
该优化技术在现场井中开展了现场实施。本发明通过致密油水平井立体缝网簇网压裂优化，使致密油获得更有效稳定的生产能力。现场井改造后获得平均稳定产量3.5t/d，增产效果明显，说明了本发明的适用性和可靠性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)根据裂缝不同形态进行分类：通过裂缝地震预测结果图，将裂缝网络分为：树状缝和网状缝；
(2)根据裂缝分布及发育特征进行表征；
(3)推导不同缝网形态等效渗透率表达式；
(4)建立不同渗流缝网产能的理论模型；
(5)计算不同缝网形态对产能的影响；
(6)根据产能影响因素分析选择最佳压裂形式。
2.根据权利要求1所述的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括：
a)对于树状缝，运用树状分叉网络嵌入到各向同性多孔介质中形成的等效介质模型来计算各向异性多孔介质的有效渗透率；
b)对于网状缝，利用概念模型的特征研究裂缝性油气藏，概念模型包含一个系列的裂缝，它们有相同的方向、孔径和间距，将流体流经的网状缝视为单相二维层流来计算有效渗透率。
3.根据权利要求1所述的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括：利用岩心观察、ICT扫描及成像测井手段来识别和测算裂缝填充程度、裂缝开度，为接下来裂缝的定量预测及建模提供数据。
4.根据权利要求1所述的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括：
a)对于树状缝，基质-树状裂缝系统为双重介质，则基质-裂缝体积压裂改造区渗透率为：
Kfn＝fmKm+ffKf，
其中，
式中，Kfn为体积压裂改造区有效渗透率；Km为基质渗透率；ff为缝网复杂程度；fm为基质复杂程度；Kf为裂缝渗透率；V为体积压裂改造区体积；Vf为缝网体积；β为相邻两级分差裂缝直径之比；n为裂缝分叉个数；D为裂缝分型维数；l0为第0级的分叉直线长度；d0为第0级的分差裂缝直径；dmin和dmax为初级最小和最大直径；Dt为迂曲度分型维数；α为相邻两级分差裂缝长度比；m为分叉级数；
b)对于网状缝，基质-裂缝系统整体渗透率为：
其中，Kfn为缝网渗透率；Km为基质渗透率；Wi为裂缝的开度；Xi为各系列裂缝的平均间距；n为裂缝分叉个数；X为裂缝间距；γi为压力梯度方向和各自裂缝方向所成的角度。
5.根据权利要求1所述的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为：
根据实际裂缝形态，考虑致密油储层特性，据渗流理论和非线性渗流有效动用理论，将水平井体积压裂致密油渗流场简化为3个区：1)Ⅰ区：水力压裂主裂缝区域；2)Ⅱ区：储层体积压裂改造椭圆缝网渗流区，即次生裂缝及微裂缝形成的区域；3)Ⅲ区：致密油非线性渗流特性和体积压裂改造区影响形成的基质椭圆渗流区；
3个区的具体理论模型如下：
a)Ⅰ区:主裂缝区区域流体流动为沿主裂缝的线性流动，且压裂裂缝高度即为地层厚度，其中改造区裂缝渗透率为主裂缝渗透率：kf＝Kfn；
则由达西定律得：
x＝0,p＝pw；x＝xf,p＝pm1
整理得：
该区流量为
该区渗流阻力为
b)Ⅱ区:体积压裂改造椭圆缝网渗流区以油井为中心，以主裂缝端点为焦点、体积压裂改造区域为边界，通过保角变换，等效为供给半径为生产半径为的圆形泄流区，则
该区流量为
该区渗流阻力为
c)Ⅲ区:体积压裂改造区外的基质非线性径向流区等效为供给半径为生产半径为的圆形泄流区，
该区流量为
渗流阻力为
d)由q1＝q2＝q3推导出致密油体积压裂产能公式：
其中，v为渗流速度；μ为黏度；αk为渗透率变形系数；p,pi分别为当前地层压力、原始地层压力；q1,q2,q3分别为主裂缝、体积压裂改造区、基质区流量；q为体积压裂产能；R1,R2,R3分别为主裂缝、缝网改造区、基质区的渗流阻力；G1,G分别为体积压裂改造区、基质区的启动压力梯度；xf为主裂缝半长；wf为主裂缝宽度；km为储层基质渗透率；ke为体积压裂改造区渗透率；pe为供给边界压力；pw为井底压力；pm1为主裂缝区边界压力；pm2为体积压裂改造区边界压力；Le为体积压裂改造区椭圆半径；rc为动用半径；h为储层厚度；kf为主裂缝渗透率；b1为改造实际长度；b1＝rc+Le。
6.根据权利要求1所述的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，其特征在于：所述步骤(5)具体包括：计算致密油水平井压裂过程中树状缝和网状缝水平井日产量，对不同缝网的产能进行对比，选择所需的压裂裂缝形态。
7.根据权利要求1所述的致密油水平井立体缝网簇网压裂优化方法，其特征在于：所述步骤(6)具体包括：分析影响致密油水平井压裂过程中树状缝或网状缝的水平井日产量的因素，包括裂缝半长、裂缝导流能力、裂缝排布形式和裂缝簇间距，选择最佳产能压裂的缝网形式。
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