CN109372498B

CN109372498B - 确定岩层中破碎带的方法及装置

Info

Publication number: CN109372498B
Application number: CN201811145378.5A
Authority: CN
Inventors: 张广清; 郑学林
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2018-09-29
Filing date: 2018-09-29
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2038-09-29
Also published as: CN109372498A

Abstract

本发明公开了一种确定岩层中破碎带的方法及装置，该方法包括：在压裂管柱对应的射孔段设置用于获取压裂液压力信息的压力传感器；向压裂管柱内注满压裂液，接着以预定排量注入压裂液，以地层破裂压力对井底进行憋压，形成第一人工裂缝段；并利用所述压力传感器获取当前的第一压力曲线段；持续以所述预定排量注入压裂液，使得所述第一人工裂缝段向前延伸；并利用所述压力传感器获取当前的第二压力曲线段；当压裂液流失速率大于注入速率，且所述压力传感器获取的当前压力出现突降时，表示所述第一人工裂缝段连通破碎带。本发明能够准确有效地识别出岩层中的破碎带，从而较佳地满足油田勘探开发的需求。

Description

确定岩层中破碎带的方法及装置

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，特别涉及一种确定岩层中破碎带的方法及装置。

背景技术

破碎带是由无定向的裂口和裂隙破坏的岩石带。破碎带数据特殊地质体，其结构比较复杂。一般的，当破碎带在地表露头时，比较容易被识别；但当破碎带位于地下时，其很难被识别，使得油田在勘探开发中存在诸多潜在问题。具体的，由于有些破碎带的组成、厚度、物性等会直接影响人工裂缝的延伸方式和剩余油的开发，使得破碎带的识别和描述成为一个亟待解决的科学和实际问题，也是前人尝试解决的难点问题。

随着油田勘探开发技术的不断发展，目前对岩层中破碎带的识别方法主要有破碎带测井识别和破碎带地震识别。其中，破碎带测井识别对破碎带的识别率较高，能够有效识别张开裂缝、角砾岩带，但对方解石充填的裂缝识别精度不够。另外，破碎带地震识别能够获得破碎带在岩层中的整体空间分布，但由于地震资料分辨率的限制，很难对单个的小型破碎带进行识别。

整体上，目前还缺乏一种对岩层中的破碎带进行有效识别的方法，从而较佳地满足油田勘探开发的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定岩层中破碎带的方法及装置，能够克服现有技术中的缺陷，准确有效地识别出岩层中的破碎带，从而较佳地满足油田勘探开发的需求。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种确定岩层中破碎带的方法，包括：

在压裂管柱对应的射孔段设置用于获取压裂液压力信息的压力传感器；

向压裂管柱内注满压裂液，接着以预定排量注入压裂液，以地层破裂压力对井底进行憋压，形成第一人工裂缝段；并利用所述压力传感器获取当前的第一压力曲线段；

持续以所述预定排量注入压裂液，使得所述第一人工裂缝段向前延伸；并利用所述压力传感器获取当前的第二压力曲线段；

当压裂液流失速率大于注入速率，且所述压力传感器获取的当前压力出现突降时，表示所述第一人工裂缝段连通破碎带。

在一个优选的实施方式中，当所述第一人工裂缝段连通破碎带后，通过所述压力传感器获取压裂液进入所述破碎带的压力曲线段为第三压力曲线段，所述第三压力曲线段包括：

至少一组由上升压力曲线段、持平压力曲线段、下降压力曲线段形成的沟通天然裂缝的压力曲线。

在一个优选的实施方式中，所述破碎带中包括多个天然裂缝和至少一个第二人工裂缝段，压裂液在所述天然裂缝中流动的摩擦阻力小于在所述第二人工裂缝段的摩擦阻力。

在一个优选的实施方式中，所述第三压力曲线段为多组，所述第三压力曲线段在岩层中的压力曲线为连续波动的压力曲线。

在一个优选的实施方式中，当所述第二人工裂缝段将所述破碎带全部沟通后，所述压力传感器检测到的压裂液的压力逐渐升高，与所述第二人工裂缝段相衔接的第三人工裂缝段沿着地层裂缝继续延伸，此时所述压力传感器检测到的压力趋于持平。

一种确定岩层中破碎带的装置，包括：向压裂管柱注入压裂液的注入系统和在所述压裂管柱对应的射孔段设置的用于获取压裂液压力信息的压力传感器；其中，所述注入系统被配置为：

本发明的特点和优点是：本申请所提供的确定岩层中破碎带的方法及装置，通过水力压裂施工压力变化来识别地层中的破碎带，不会受到裂缝中填充材料类别的限制，能够识别破碎带中方解石填充的天然裂缝，所以能在一定程度上弥补破碎带测井识别的缺陷；对于一些小型破碎带，内部会存在一定数量的天然裂缝，人工裂缝经过这些小型破碎带时，施工压力会发生变化，以此来识别小型破碎带，所以能在一定程度上弥补破碎带地震识别的缺陷。

此外，本发明还能够辅助破碎带测井识别和地震识别对岩层中的破碎带进行识别，也能够对通过破碎带测井识别和地震识别预测的破碎带进行实际验证。

整体上，本发明为岩层中破碎带的识别提供了一种新思路，丰富了破碎带的研究方法，具有切实的理论意义。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1为本申请实施方式中一种确定岩层中破碎带的方法的步骤流程图；

图2为本申请中水力压裂裂缝扩展路径示意图；

图3为本申请中水力压裂过程压力曲线示意图。

附图标记说明：

1、井筒；2、第一人工裂缝段；3、天然裂缝；4、第三人工裂缝段；5、破碎带。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本发明提供一种确定岩层中破碎带的方法及装置，能够克服现有技术中的缺陷，准确有效地识别出岩层中的破碎带，从而较佳地满足油田勘探开发的需求。

请参阅图1，本申请实施方式中提供一种确定岩层中破碎带的方法，该方法可以包括：

步骤S10：在压裂管柱对应的射孔段设置用于获取压裂液压力信息的压力传感器；

步骤S12：向压裂管柱内注满压裂液，接着以预定排量注入压裂液，以地层破裂压力对井底进行憋压，形成第一人工裂缝段；并利用所述压力传感器获取当前的第一压力曲线段；

步骤S14：持续以所述预定排量注入压裂液，使得所述第一人工裂缝段向前延伸；并利用所述压力传感器获取当前的第二压力曲线段；

步骤S16：当压裂液流失速率大于注入速率，且所述压力传感器获取的当前压力出现突降时，表示所述第一人工裂缝段连通破碎带。

请结合参阅图2和图3，本申请所提供的确定岩层中破碎带的方法主要基于水力压裂施工压力变化识别岩层中破碎带的原理。其中，图2为本申请中水力压裂裂缝扩展路径示意图；图3为本申请中水力压裂过程压力曲线示意图。图3中，横坐标表示压裂时间t，纵坐标表示压裂液压力大小P。

在实施压裂前，先在压裂管柱对应的射孔段处设置压力传感器，该压力传感器用于获取压裂液压力信息。

具体实施时，首先向井筒1中的压裂管柱内注满压裂液，接着定排量注入压裂液，压裂液在井底憋起高压。第一压力曲线段AB不断上升，待压裂液压力高于地层破裂压力时，地层起裂，压裂液瞬间大量流入第一人工裂缝段2，此时压力曲线段BC骤然下降。

继续定排量注入压裂液，第一人工裂缝段2向前延伸，压裂液流动需克服一定的阻力，压力曲线CD段基本持平。

当第一人工裂缝段2遇到地层破碎带5的天然裂缝3时，压裂液迅速流失，此时压力曲线段DE迅速下降。

接着人工裂缝开始沿着地层破碎带5的天然裂缝3进行延伸，当压裂液充满首先流入的天然裂缝3时，压裂液短暂憋起压力，上升压力曲线段EF短暂上升，等到压裂液压力超过破碎带5地层破裂压力时，破碎带5地层发生破裂，裂缝短暂延伸，持平压力曲线段FG短暂持平，裂缝延伸到一定程度后，沟通下一条天然裂缝3，即第二天然裂缝3，下降压力曲线段GH短暂下降，人工裂缝不断沟通破碎带5中新的天然裂缝3，第三压力曲线段EI不断波动。

当人工裂缝将地层破碎带5中的天然裂缝3全部沟通后，压裂液逐渐憋起高压，压力曲线段IJ上升，最后与位于所述破碎带5中的第二人工裂缝段相衔接的第三人工裂缝段4沿着地层裂缝继续进行延伸，后续压力曲线段JK基本持平。

其中，整个水力压裂过程中向压裂管柱内注入压裂液的速率要恒定且适当缓慢，既要保证压裂管柱内压裂液的注入速率大于地层对压裂液的吸收速率，又要避免人工裂缝扩展过快导致人工裂缝在刚到达破碎带5时直接穿过破碎带5区域的天然裂缝3。

通过首先向压裂管柱中以恒定速率不断注入压裂液，井筒1周围岩层发生破裂，裂缝延伸到一定长度后，到达岩层中破碎带5区域。

由于破碎带5区域天然裂缝3比较发育，因此人工裂缝延伸到岩层中破碎带5区域时，压裂液会大量流入破碎带5区域的天然裂缝3当中，导致压裂管柱中压裂液流失速率大于注入速率，因此压力曲线在这一阶段会大幅下降。

压裂液在破碎带5区域的天然裂缝3中流动的摩擦阻力最小，因此压裂液优先在天然裂缝3中进行流动，即人工裂缝优先沿着天然裂缝3进行延伸。

压裂液充满首先流入的天然裂缝3时，会短暂憋起压力，当压力超过破碎带5区域地层的破裂压力时，破碎带5区域产生新的人工裂缝，由于破碎带5区域天然裂缝3发育，相邻的天然裂缝3之间距离比较近，所以新的人工裂缝在短暂延伸后会连通下一条天然裂缝3。

后续，人工裂缝在破碎带5区域内不断沟通新的天然裂缝3，压力曲线表现为连续不断波动。

在人工裂缝将破碎带5区域内的天然裂缝3全部沟通后，压裂液会逐渐憋起高压，达到地层裂缝的延伸压力后，人工裂缝会继续沿着地层裂缝进行延伸。

与现有技术相比，本发明提供的一种通过水力压裂施工压力变化识别岩层中破碎带5的方法，首次提出了从水力压裂角度识别岩层中破碎带5。其能够达到如下技术效果：

1、本发明通过水力压裂施工压力变化来识别地层中的破碎带5，不会受到裂缝中填充材料类别的限制，能够识别破碎带5中方解石填充的天然裂缝3，所以能在一定程度上弥补破碎带测井识别的缺陷；

2、本发明通过水力压裂施工压力变化来识别地层中的破碎带5，对于一些小型破碎带5，内部会存在一定数量的天然裂缝3，人工裂缝经过这些小型破碎带5时，施工压力会发生变化，以此来识别小型破碎带5，所以能在一定程度上弥补破碎带地震识别的缺陷。

此外，本发明还能够辅助破碎带5测井识别和地震识别对岩层中的破碎带5进行识别，也能够对通过破碎带5测井识别和地震识别预测的破碎带5进行实际验证。

本申请针对上述实施方式中提供的一种确定岩层中破碎带的方法，还对应提供了一种确定岩层中破碎带的装置，该装置可以包括：向压裂管柱注入压裂液的注入系统和在所述压裂管柱对应的射孔段设置的用于获取压裂液压力信息的压力传感器；其中，所述注入系统被配置为：

在本实施方式中，该装置实施方式与方法实施方式相对应，其能够实现方法实施方式所解决的技术问题，相应的达到方法实施方式的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。

当所述第一人工裂缝段2连通破碎带5后，通过所述压力传感器获取压裂液进入所述破碎带5的压力曲线段为第三压力曲线段，所述第三压力曲线段包括：

至少一组由上升压力曲线段EF、持平压力曲线段FG、下降压力曲线段GH形成的沟通天然裂缝的压力曲线。

其中，所述破碎带5中包括多个天然裂缝3和至少一个第二人工裂缝段，压裂液在所述天然裂缝3中流动的摩擦阻力小于在所述第二人工裂缝段的摩擦阻力。

进一步的，所述第三压力曲线段为多组，所述第三压力曲线段在岩层中的压力曲线为连续波动的压力曲线。

当所述第二人工裂缝段将所述破碎带5全部沟通后，所述压力传感器检测到的压裂液的压力逐渐升高，与所述第二人工裂缝段相衔接的第三人工裂缝段4沿着地层裂缝继续延伸，此时所述压力传感器检测到的压力趋于持平。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

本文披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种确定岩层中破碎带的方法，其特征在于，

向压裂管柱内注满压裂液，接着以预定速率注入压裂液，以地层破裂压力对井底进行憋压，形成第一人工裂缝段；并利用所述压力传感器获取当前的第一压力曲线段；

持续以所述预定速率注入压裂液，使得所述第一人工裂缝段向前延伸；并利用所述压力传感器获取当前的第二压力曲线段；

当压裂液流失速率大于注入速率，且所述压力传感器获取的当前压力出现突降时，表示所述第一人工裂缝段连通破碎带；整个水力压裂过程中，向压裂管柱内注入压裂液的速率要恒定，既要保证压裂管柱内压裂液的注入速率大于地层对压裂液的吸收速率，又要避免人工裂缝扩展过快导致人工裂缝在刚到达破碎带时直接穿过破碎带区域的天然裂缝。

2.如权利要求1所述的确定岩层中破碎带的方法，其特征在于，当所述第一人工裂缝段连通破碎带后，通过所述压力传感器获取压裂液进入所述破碎带的压力曲线段为第三压力曲线段，所述第三压力曲线段包括：

3.如权利要求2所述的确定岩层中破碎带的方法，其特征在于，所述破碎带中包括多个天然裂缝和至少一个第二人工裂缝段，压裂液在所述天然裂缝中流动的摩擦阻力小于在所述第二人工裂缝段的摩擦阻力。

4.如权利要求3所述的确定岩层中破碎带的方法，其特征在于，所述第三压力曲线段为多组，所述第三压力曲线段在岩层中的压力曲线为连续波动的压力曲线。

5.如权利要求4所述的确定岩层中破碎带的方法，其特征在于，当所述第二人工裂缝段将所述破碎带全部沟通后，所述压力传感器检测到的压裂液的压力逐渐升高，与所述第二人工裂缝段相衔接的第三人工裂缝段沿着地层裂缝继续延伸，此时所述压力传感器检测到的压力趋于持平。

6.一种确定岩层中破碎带的装置，其特征在于，包括：向压裂管柱注入压裂液的注入系统和在所述压裂管柱对应的射孔段设置的用于获取压裂液压力信息的压力传感器；其中，所述注入系统被配置为：

7.如权利要求6所述的确定岩层中破碎带的装置，其特征在于，当所述第一人工裂缝段连通破碎带后，通过所述压力传感器获取压裂液进入所述破碎带的压力曲线段为第三压力曲线段，所述第三压力曲线段包括：

8.如权利要求7所述的确定岩层中破碎带的装置，其特征在于，所述破碎带中包括多个天然裂缝和至少一个第二人工裂缝段，压裂液在所述天然裂缝中流动的摩擦阻力小于在所述第二人工裂缝段的摩擦阻力。

9.如权利要求8所述的确定岩层中破碎带的装置，其特征在于，所述第三压力曲线段为多组，所述第三压力曲线段在岩层中的压力曲线为连续波动的压力曲线。

10.如权利要求9所述的确定岩层中破碎带的装置，其特征在于，当所述第二人工裂缝段将所述破碎带全部沟通后，所述压力传感器检测到的压裂液的压力逐渐升高，与所述第二人工裂缝段相衔接的第三人工裂缝段沿着地层裂缝继续延伸，此时所述压力传感器检测到的压力趋于持平。