CN109710965A - 一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法，包括如下步骤：1)通过对人工压裂改造后水平井的生产动态分析，建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型；2)根据步骤1)，采用马丢函数转换和拉普拉斯变换进行求解，建立水平井渗流图版；3)根据步骤2)，确定出人工压裂裂缝的有效主裂缝的最大长度；4)运用水平井产能计算理论，计算出人工压裂裂缝的导流能力和人工压裂支撑裂缝的缝宽；5)采用水平井油藏数值模拟方法，模拟分析水平井水平段的单段产能，确定压裂后主裂缝与支裂缝形成的有效裂缝带宽的大小。本发明的方法为水平井开发技术政策的优化与制定提供了依据。

Description

一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法

技术领域

本发明涉及一种评价方法，特别是一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法。属于油藏压裂裂缝评价技术领域。

背景技术

随着近年鄂尔多斯盆地长庆油田超低渗透油藏的大规模开发，储层物性逐渐变差，地层原油开采难度也随之加大。油藏开发对象也由以前常规的高孔、高渗油藏转向了低孔、低渗的超低渗透或者致密油藏。为了有效提高该类油藏的单井产量，水平井作为一种提高单井产量的技术得到广泛应用。然而水平井开发不同以往的定向井开发，由于其大规模的体积压裂储层改造方式，地层原油的渗流规律变得十分复杂，目前对裂缝的有效性评价研究还未形成有有效的测试手段。如何有效的认识和寻找出地层原油压裂后的渗流规律，提高油藏水平井的开发水平，针对性的提出水平井开发技术政策和措施方案，已成为目前国内外急需解决的技术难题之一。

目前，水平井开发作为主要的开发方式在超低渗、致密油藏中得到广泛的、大规模的运用。超低渗致密储层中的水平井，在水力体积压裂过程中人工压裂裂缝的形成和闭合机理均非常复杂，整个人工压裂形成的裂缝系统包括储层中的主裂缝、次级支裂缝及沟通的局部天然裂缝等等，这些裂缝形成和延伸范围及大小目前均未有有效的实际测量和观测手段，此外压裂改造还涉及到地质、工程等不同的领域，要系统的、直接的评价压裂效果十分困难。然而，整个压裂效果的综合反应在油井产能及动态变化上，因此分析油井产能及其变化，可以有效的解决这个难题。

在压裂改造中人工压裂裂缝的有效主裂缝的最大长度、有效导流能力、人工压裂支撑裂缝的缝宽、有效裂缝的带宽等这些人工压裂裂缝参数决定着水平井的产能大小及稳产时间。水平井产能大小是油田现场最为直接的评估压裂效果的参数。其中，有效主裂缝的最大长度是指对水平井产能具有实际贡献的主裂缝垂直于井筒方向的直线长度，其往往小于或者等于人工压裂施工过程中的实际主裂缝延伸长度；有效导流能力是人工压裂裂缝的导流能力；有效裂缝的带宽是指人工压裂形成主裂缝和支裂缝后，压裂裂缝所波及的、垂直于主裂缝延伸方向的宽度，该宽度值影响着水平井的初期渗流能力和初期稳产时间长短。有效确定人工压裂裂缝的带宽值(即有效裂缝的带宽大小)，可以为后期优化人工裂缝布缝方式及缝间距大小奠定基础，同时为后期数值模拟设置带宽大小范围提供了依据。

由于压裂改造在整个水平井开发中占据着极其重要的地位，水平井压裂效果是否成功，决定着水平井能否实现高效开发。因此如何评价压裂效果以及储层中压裂后人工裂缝的有效性成为一项重要的研究课题。与此同时，评价方法的准确、可靠性直接关系到水平井开发中开发方案的设计、压裂施工参数的优化、单井产能的预测、以及油田后期生产措施的调整等，因此有必要建立一套有效的水平井人工压裂裂缝参数综合评价的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法。该方法是一种针对致密储层中水平井体积压裂后人工裂缝参数有效性确定的方法。本发明通过提出运用理论分析、产能动态研究和油藏数值模拟相结合的办法，正确认识水平井渗流规律，评价得出水平井人工压裂裂缝参数的有效性及有效值范围大小。适用于超低渗、致密储层。

本发明的技术方案是：一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法，包括如下步骤：

步骤1)通过对人工压裂改造后水平井的生产动态分析，建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型；

步骤2)根据步骤1)所建立的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，采用马丢函数转换和拉普拉斯变换进行求解，建立水平井渗流图版；

步骤3)根据步骤2)的水平井渗流图版中归一化时间和归一化产量大小关系，辨识出生产初期渗流时间所对应的归一化时间点以及对应有效压裂改造的渗流面积大小，再结合步骤1)的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，确定出人工压裂裂缝的有效主裂缝的最大长度；

步骤4)运用水平井产能计算理论，计算出人工压裂裂缝的导流能力F_D，利用裂缝的导流能力与裂缝的缝宽之间的关系F_D＝k_f×w_f，计算出人工压裂支撑裂缝的缝宽；其中k_f是裂缝渗透率，w_f为人工压裂支撑裂缝的缝宽；

步骤5)采用水平井油藏数值模拟方法，模拟分析水平井水平段的单段产能，确定压裂后主裂缝与支裂缝形成的有效裂缝带宽的大小。

所述步骤1)中水平井为五点注水井网面积内的水平井，即水平井周围不同位置具有4口注水井。

所述步骤1)中生产动态分析是在等厚的储层和和均质油藏条件下，根据水平井产量和井底流压的变化，分析水平井的渗流面积及渗流规律。

所述步骤1)中建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型的模型表达式为：

式中，x与y分别为坐标横轴和纵轴，q表示水平井产量，t为时间，h表示油层厚度，p_i表示原始地层压力，φ为孔隙度，C_t为地层综合压缩系数，μ为流体粘度，B为流体压缩系数，L水平井水平段长度，a₁、b₁分别为椭圆渗流区域内区长半轴和短半轴，a₂、b₂分别为椭圆渗流区域外区长半轴和短半轴，k₁、k₂分别为椭圆渗流内区和外区的渗透率，M_c为流度比。

所述水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型的推导过程包括如下步骤：

步骤a)以水平井分区椭圆不稳定渗流理论和质量守恒定律为基础，推导出处于

-3-衰竭式开采过程中不稳定流阶段的致密油水平井产量递减模型；

步骤b)采用椭圆坐标变换方法，推导出致密油水平井产量递减模型的马丢函数数值解；

步骤c)根据推导的产量递减模型数值解，在双对数坐标图上分别绘制规整化产量q_Dd、规整化产量积分q_Ddi、规整化产量积分导数q_Ddid与物质平衡时间t_Dd关系曲线，建立起水平井产量递减分析图版；

步骤d)获取水平井生产过程中的日产液量数据q和井底流压大小p_wf，计算出不同物质平衡时间t_Dd'点的q_Dd'、q_Ddi'和q_Ddid'；

步骤e)将理论图版中的规整化产量q_Dd、规整化产量积分q_Ddi和规整化产量积分导数q_Ddid曲线，与目标水平井实际生产数据点进行拟合，分析出生产阶段致密油储层体积压裂水平井的产量递减规律；

步骤f)根据拟合结果，得出水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型各类参数值。

所述步骤2)中水平井渗流图版的表征的是归一化时间和归一化产量之间的关系，归一化时间、归一化产量、归一化产量积分、归一化产量求导的表达式分别为：

式中，t_Dd表示归一化时间，q_Dd表示归一化产量，q_Ddi表示归一化产量积分，q_Ddid表示归一化产量求导，t_D表示物质平衡时间，α表示物质平衡时间系数，N_p表示累计产量，q表示目前产量，p_i表示原始地层压力，p_wf表示井底流压。

所述步骤3)中有效压裂改造的渗流面积为水平井椭圆形渗流内区的椭圆形渗流面积，所述的有效主裂缝的最大长度为椭圆形渗流缝网面积的短轴长度，即2×b₁，b₁为短半轴。

所述步骤3)中水平井是沿着储层中垂直于最大主应力方向，人工压裂裂缝的分布是采用多段压裂纺锤形布缝方式，裂缝延伸方向为平行于最大主应力方向，同时水平井采用体积压裂方式形成缝网，且每个压裂段之间的段间距为60～80m。

所述步骤4)中运用水平井产能计算理论是：用于计算水平井产能的大小的范子菲公式，其表达式为：

式中，q为水平井产能，K表示渗透率，h_o表示油层厚度，n表示人工裂缝压裂段数，L_f表示有效主裂缝的最大长度，F_D表示裂缝的导流能力，r_w表示井筒半径，a为垂直于水平井井筒方向的渗流面积宽度，b为水平井渗流面积长度。

所述步骤5)的具体步骤是：

首先，通过水平井油藏的数值模型参数建立水平井数值模型，模型中压裂段的段间距为等间距70m,所述数值模型参数包括：水平段长度、单井控制面积、储层埋深、模型面积、渗透率、孔隙度、油层厚度和地层压力；

其次，根据数值模拟运算结果，计算不同裂缝带宽条件下平均的单井产量和单段裂缝产量，得出初期三个月与半年时的带宽大小与平均的单段裂缝产量之间关系，确定出压裂的有效裂缝带宽的大小。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法，解决了超低渗致密储层中水平井压裂后有效渗流面积分析以及人工压裂裂缝参数的有效值计算问题，同时通过对水平井产能大小和有效裂缝渗流规律的认识，增进了目前对现有的超低渗透致密油藏水平井渗流规律认识，评价得出了水平井人工压裂裂缝参数的有效性及有效值范围大小。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法的流程图；

图2是本发明中致密储层水平井五点注采井网及压裂缝分布示意图；

图3是本发明中水平井椭圆渗流示意图；

图4是本发明水平井井筒周围储层人工压裂后裂缝构成及沟通示意图；

图5是本发明中椭圆不稳定渗流图版拟合分析得出的水平井单井入地液量与内区半径大小关系图；

图6是本发明中合水地区水平井固平27-18井微地震测试平面成果图；

图7是本发明数值模拟过程中600m水平段水平井生产初期的压力平面分布图；

图8是本发明数值模拟得出的水平井裂缝带宽与生产初期三个月产量之间关系图；

图9是本发明数值模拟得出的水平井裂缝带宽与生产半年时平均产量之间关系图；

图10是本发明对合水地区长6油藏固平15-X井生产动态曲线图；

图11是本发明对合水地区长6油藏固平15-X井生产数据椭圆不稳定渗流图版拟合成果图。

具体实施方式

实施例1

为了解决超低渗致密储层油藏水平井压裂后有效渗流面积分析以及人工压裂裂缝参数的有效值计算问题，如图1所示，本实施例提供了一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法，包括如下步骤：

步骤1)通过对人工压裂改造后水平井的生产动态分析，建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型；

步骤2)根据步骤1)所建立的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，采用马丢函数转换和拉普拉斯变换进行求解，建立水平井渗流图版；

步骤3)根据步骤2)的水平井渗流图版中归一化时间和归一化产量大小关系，辨识出生产初期渗流时间所对应的归一化时间点以及对应有效压裂改造的渗流面积大小，再结合步骤1)的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，确定出人工压裂裂缝的有效主裂缝的最大长度；

步骤4)运用水平井产能计算理论，计算出人工压裂裂缝的导流能力F_D，利用裂缝的导流能力与裂缝的缝宽之间的关系F_D＝k_f×w_f，计算出人工压裂支撑裂缝的缝宽；其中k_f是裂缝渗透率，w_f为人工压裂支撑裂缝的缝宽；

步骤5)采用水平井油藏数值模拟方法，模拟分析水平井水平段的单段产能，确定压裂后主裂缝与支裂缝形成的有效裂缝带宽的大小。

实施例2

如图1所示，一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法，包括如下步骤：

步骤1)通过对人工压裂改造后水平井的生产动态分析，建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型；

所述水平井为五点注水井网面积内的水平井，即水平井周围不同位置具有4口注水井。

所述生产动态分析是在等厚的储层和和均质油藏条件下，根据水平井产量和井底流压的变化，分析水平井的渗流面积及渗流规律。

所述建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型的模型表达式为：

式中，x与y分别为坐标横轴和纵轴，q表示水平井产量，t为时间，h表示油层厚度，p_i表示原始地层压力，φ为孔隙度，C_t为地层综合压缩系数，μ为流体粘度，B为流体压缩系数，L水平井水平段长度，a₁、b₁分别为椭圆渗流区域内区长半轴和短半轴，a₂、b₂分别为椭圆渗流区域外区长半轴和短半轴，k₁、k₂分别为椭圆渗流内区和外区的渗透率，M_c为流度比。

步骤2)根据步骤1)所建立的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，采用马丢函数转换和拉普拉斯变换进行求解，建立水平井渗流图版；

所述水平井渗流图版的表征的是归一化时间和归一化产量之间的关系，归一化时间、归一化产量、归一化产量积分、归一化产量求导的表达式分别为：

式中，t_Dd表示归一化时间，q_Dd表示归一化产量，q_Ddi表示归一化产量积分，q_Ddid表示归一化产量求导，t_D表示物质平衡时间，α表示物质平衡时间系数，N_p表示累计产量，q表示目前产量，p_i表示原始地层压力，p_wf表示井底流压。

步骤3)根据步骤2)的水平井渗流图版中归一化时间和归一化产量大小关系，辨识出生产初期渗流时间所对应的归一化时间点以及对应有效压裂改造的渗流面积大小，再结合步骤1)的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，确定出人工压裂裂缝的有效主裂缝的最大长度；

所述有效压裂改造的渗流面积为水平井椭圆形渗流内区的椭圆形渗流面积，所述的有效主裂缝的最大长度为椭圆形渗流面积的短轴长度，即2×b₁，b₁为短半轴。

所述水平井是沿着储层中垂直于最大主应力方向，人工压裂裂缝的分布是采用多段压裂纺锤形布缝方式，裂缝延伸方向为平行于最大主应力方向，同时水平井采用体积压裂方式形成缝网，且每个压裂段之间的段间距为60～80m。

步骤4)运用水平井产能计算理论，计算出人工压裂裂缝的导流能力F_D，利用裂缝的导流能力与裂缝的缝宽之间的关系F_D＝k_f×w_f，计算出人工压裂支撑裂缝的缝宽；其中k_f是裂缝渗透率，w_f为人工压裂支撑裂缝的缝宽；

所述运用水平井产能计算理论是：用于计算水平井产能的大小的范子菲公式，其表达式为：

式中，q为水平井产能，K表示渗透率，h_o表示油层厚度，n表示人工裂缝压裂段数，L_f表示有效主裂缝的最大长度，F_D表示裂缝的导流能力，r_w表示井筒半径，a为垂直于水平井井筒方向的渗流面积宽度，b为水平井渗流面积长度。

步骤5)采用水平井油藏数值模拟方法，模拟分析水平井水平段的单段产能，确定压裂后主裂缝与支裂缝形成的有效裂缝带宽的大小。该步骤5)的具体步骤是：

首先，通过水平井油藏的数值模型参数建立水平井数值模型，模型中压裂段的段间距为等间距70m,所述数值模型参数包括：水平段长度、单井控制面积、储层埋深、模型面积、渗透率、孔隙度、油层厚度和地层压力；

其次，根据数值模拟运算结果，计算不同裂缝带宽条件下平均的单井产量和单段裂缝产量，得出初期三个月与半年时的带宽大小与平均的单段裂缝产量之间关系，确定出压裂的有效裂缝带宽的大小。

本发明通过准确评价人工压裂后人工裂缝参数(人工裂缝的有效长度、有效裂缝的导流能力、有效裂缝带宽的大小等)，加深了对人工压裂后水平井初期渗流规律的认识，不仅可以为压裂水平井的精细油藏数值模拟提供准确的裂缝模拟参数，同时可以为油田开发中优化人工裂缝的布缝方式及缝间距大小奠定基础，为水平井开发井网大小的优化提供了依据。

实施例3

在实施例2的基础上，所述水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型的推导过程包括如下步骤：

步骤a)以水平井分区椭圆不稳定渗流理论和质量守恒定律为基础，推导出处于衰竭式开采过程中不稳定流阶段的致密油水平井产量递减模型；

步骤b)采用椭圆坐标变换方法，推导出致密油水平井产量递减模型的马丢函数数值解；

步骤c)根据推导的产量递减模型数值解，在双对数坐标图上分别绘制规整化产量q_Dd、规整化产量积分q_Ddi、规整化产量积分导数q_Ddid与物质平衡时间t_Dd关系曲线，建立起水平井产量递减分析图版；

步骤d)获取水平井生产过程中的日产液量数据q和井底流压大小p_wf，计算出不同物质平衡时间t_Dd'点的q_Dd'、q_Ddi'和q_Ddid'；

步骤e)将理论图版中的规整化产量q_Dd、规整化产量积分q_Ddi和规整化产量积分导数q_Ddid曲线，与目标水平井实际生产数据点进行拟合，分析出生产阶段致密油储层体积压裂水平井的产量递减规律；

步骤f)根据拟合结果，得出水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型。

实施例4

该实施例是对实施例3所述水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型的推导过程的具体计算过程：

定义无因次：

无因次化为：

笛卡尔坐标(x，y)转化为椭圆坐标系(ξ，β)(马丢函数椭圆坐标系)：

将模型转换为：

拉普拉斯变换为：

根据拉普拉斯变换的(3)，有：

根据拉普拉斯变换的(4)，有：

[A_2nKe_2n(ξ_e1,-σ₁)+B_2nIe_2n(ξ_e1,-σ₁)]ce_2n(β,-σ₂)＝

[C_2nKe_2n(ξ_e1,-σ₂)+D_2nIe_2n(ξ_e1,-σ₂)]ce_2n(β,-σ₁)

根据拉普拉斯变换的(5)，有：

根据拉普拉斯变换的(6)，有：

对于任何n值，有：

C_2nKe₂′_n(ξ_e2,-σ₂)+D_2nIe₂′_n(ξ_e2,-σ₂)＝0

因此，采用行列式求解方程(3)、(4)、(5)和方程(6)：

形成矩阵形式：

Δ＝(a33·a44-a34)(a11·a22-a12)+(a24-a23·a44)(a11·a32-a12)

ΔA＝d1[a22(a33·a44-a34)+a32(a24-a23·a44)]

ΔB＝d1[(a34-a33·a44)-(a24-a23·a44)]

根据矩阵方程进行求解，得出方程解为：

根据上述的计算过程进行数值计算，得出不同归一化时间下的归一化产量大小，同时通过人工拟合实际水平井的生产数据，得出水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型确定出致密油体积压裂水平井初期渗流过程中人工压裂缝网区面积大小和储层渗流参数，以及中后期地层压力传播至缝网区以外的储层特征参数和渗流参数，为生产递减后期目标水平井的产量递减特征分析及致密油储层储量动用情况预测奠定基础。

实施例5

目前，长庆油田超低渗透油藏水平井的布井方式主要采用五点注采井网(如图2)，该井网具有注水开发有效补充地层能量、有效注采驱替和不易见水的特征。在该种开发井网下的，在相同的储层物性和厚度条件下，开发水平井产能的大小及初期产量动态递减特征可有效的反应人工压裂裂缝参数及压裂缝渗流特征的差异性。因此从生产动态特征出发，分析水平井的渗流面积及渗流规律，是评价人工压裂裂缝参数有效性的根本。

1)本发明通过对人工压裂改造后水平井的生产动态分析，建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型；本发明结合水平井开发井网，根据超低渗透油藏水平井椭圆形渗流特征出发(如图3)，推导了超低渗透油藏水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，模型表达式为：

式中，x与y分别为坐标横轴和纵轴，q表示水平井产量，t为时间，h表示油层厚度，p_i表示原始地层压力，φ为孔隙度，C_t为地层综合压缩系数，μ为流体粘度，B为流体压缩系数，L水平井水平段长度，a₁、b₁分别为椭圆渗流区域内区长半轴和短半轴，a₂、b₂分别为椭圆渗流区域外区长半轴和短半轴，k₁、k₂分别为椭圆渗流内区和外区的渗透率，M_c为流度比。

长庆油田超低渗储层中伴随有一定程度的天然裂缝发育，水平井开发主要采用水力喷射体积压裂方式，在压裂过程中人工压裂裂缝首先沿着主裂缝延伸，同时形成支裂缝，部分形成的主和支裂缝与地层原始的天然裂缝沟通(如图4)，主裂缝之间的间距为60～80m。在该裂缝分布特征条件下，水平井的渗流满足椭圆形渗流模型及渗流规律。

2)根据步骤1)所建立的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，采用马丢函数转换和拉普拉斯变换进行求解，建立水平井渗流图版。

水平井渗流图版主要表征的是归一化时间和归一化产量之间的关系，归一化时间、归一化产量、归一化产量积分、归一化产量求导的表达式分别为：

式中，t_Dd表示归一化时间，q_Dd表示归一化产量，q_Ddi表示归一化产量积分，q_Ddid表示归一化产量求导，t_D表示物质平衡时间，α表示物质平衡时间系数，N_p表示累计产量，q表示目前产量，p_i表示原始地层压力，p_wf表示井底流压。

图版拟合方法可以利用时间和产量大小关系，有效辨识出生产初期渗流时间对应的归一化时间以及对应的渗流面积大小，从而计算出水平井椭圆形渗流的内区的长半轴和短半轴a₁、b₁，有效主裂缝的最大长度即为椭圆形渗流面积的短轴长度，即2×b₁。

结合鄂尔多斯盆地合水地区长6超低渗透油藏水平井的生产特征，利用该方法，发现，内驱半径即椭圆渗流内驱的短半轴长b₁与水平井平均单段入地液量之间具有较好的相关性，如图5所示。

3)运用水平井产能计算理论，计算和分析水平井的产能，确定出人工压裂裂缝的导流能力，同时可确定出人工压裂支撑裂缝的缝宽；水平井初期产能的大小采用范子菲公式进行计算，其表达式为：

式中，q为水平井产能，K表示渗透率，h_o表示油层厚度，n表示人工裂缝压裂段数，L_f表示有效主裂缝的最大长度，F_D表示裂缝的导流能力，r_w表示井筒半径，a为垂直于水平井井筒方向的渗流面积宽度，b为水平井渗流面积长度。

根据范子菲公式，可以计算出裂缝的导流能力F_D，利用裂缝导流能力与裂缝的缝宽之间的关系F_D＝k_f×w_f，其中k_f可以根据压裂施工填砂类型进行室内实验研究获得其值的大小，因此计算出裂缝宽度w_f；

4)采用水平井油藏数值模拟方法，模拟分析水平井水平段的单段产能，确定压裂后主裂缝与支裂缝形成的有效裂缝带宽的大小。

表征裂缝渗流能力的参数还有裂缝的带宽，带宽的大小决定了渗流初期裂缝周围渗流波及的快慢。目前，微地震测试人工压裂裂缝的带宽是常用的手段，然而由于微地震事件解释的差异性，使得真实的带宽无法准确获得。如图6位合水地区长6超低渗透油藏一口水平井固平27-18井采用水力喷射体积压裂方式进行储层改造时的微地震测试结果，根据结果可以看出：水平井各压裂段压裂的裂缝带宽波及整个人工裂缝之间，无法准确得出裂缝带宽真实长度。

本发明从数值模拟研究水平井裂缝带宽出发，首先建立水平井数值模型(如图7)，模型中压裂段的段间距为等间距70m。此外，参考鄂尔多斯盆地超低渗透油藏储层物性参数和水平井布缝方式，模型的其它基本参数如表1所示。

表1数值模型参数设计与预测表

项目	值
		水平段长度(m)	600
单井控制面积(km<sup>2</sup>)	0.24
		储层埋深(m)	2650
模型面积(km<sup>2</sup>)	1.04
		渗透率(mD)	0.32
孔隙度(％)	10.8
		油层厚度(m)	13.5
地层压力(MPa)	15.6

在数值模型中考虑不同的带宽大小下的裂缝对水平井产量的影响，因此模拟中设计了8种不同数值模型，各种模型的裂缝带宽分别为1、5、10、15、20、30、40和50m。采用油藏数值模拟方法，根据单段产能贡献大小，分析出裂缝带宽大小对水平井渗流规律的影响以及压裂施工参数与人工裂缝带宽之间的关系。

根据数值模拟运算结果，计算不同裂缝带宽条件下的平均单井产量和单段裂缝产量，得出初期三个月与半年时的带宽大小与平均单段裂缝产量之间关系，如图8和图9。从图中可以看出，随着带宽的增加，单段裂缝产量增加，统计长庆油田超低渗透油藏水平井68口，平均水平段长度635m、压裂段数7.2段、单段施工排量5.6m³/min、单段加砂48.2m³、单段入地液量756m³，平均初期三个月单井产量9.8t/d，半年平均单井产量为7.6t/d，因此有效裂缝带宽大小为5～10m。

本发明提供的这种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法，加深了对水平井初期高产递减以及有效裂缝渗流规律的认识，利用水平井渗流模型对产能大小及影响因素进行分析具有特别的优势。初期水平井产能的大小及其递减形态特征，反应了水平井压裂后地层的供液范围和能力。同时，运用数值模拟方法，利用大型数值模拟软件模拟不同水力裂缝带宽对油藏生产动态的影响，分析出了裂缝参数对生产的影响规律。

实施例6

本实施例在实施例5的基础上，对合水地区长6超低渗透油藏水平井区固平15-X井采用本发明的水平井人工裂缝有效性的评价方法对其进行人工压裂有效主裂缝直线长度、有效裂缝导流能力和裂缝宽度、有效裂缝带宽进行分析。超低渗透油藏合水地区水平井区长6油藏处于陕北鄂尔多斯沉积盆地斜坡南部，长6₃属湖泊水下扇沉积，砂体分布主要受辫状水道微相控制，砂体厚度稳定，平均储层孔隙度10.8％，平均渗透率0.32mD，有效厚度13.5m。

固平15-X为该区实施的一开发水平井，该井于2015年7月完钻，完钻层位长6₃储层，水平段长度735m，油层钻遇率98.2％，采用水力喷射分段体积压裂改造工艺，压裂改造9段，平均单段施工排量5.9m³/min，平均单段加砂量48.3m³，平均单段入地液量556.6m³，压裂完后于2015年8月23日投产。该水平井周围有4口注水井，即规则的五点注采水平井井网，采用同步注水开发方式进行注水开发。

固平15-X井投产后生产动态特征如图10所示，投产初期三个月平均日产液19.2m³,日产油13.3t，含水28.6％；半年平均日产液16.9m³,日产油10.6t，含水26.3％。从生产动态曲线可以看出，初期井筒内动液面持续下降，下降至100天左右保持平稳在900m左右，同时，初期具有一个稳产时间段，即生产时间为80天至280天，持续时间约为200天。由于稳产时间长，采用常规的产量与时间递减关系(Arps递减模型)，无法拟合出该段时间的产量变化递减情况。除固平15-X井外，其余该区开发的水平井大都具有该平稳生产时间段，因此也说明Arps递减等模型均不适用于水平井递减分析。

通过对固平15-X井水平井初期的生产动态分析，采用超低渗透油藏水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，建立图版如图11所示，运用该图版确定水平井在不稳定渗流阶段无因次时间t_Dd为2.7，对应的生产时间为267.94天，同时拟合得出：水平井内区平均渗透率为9.8mD，椭圆长半轴a₁为341m，短半轴长b₁为122.7m，即有效压裂改造渗流面积0.13km²。根据该井有效压裂改造的渗流面积和短半轴长度，确定出有效主裂缝的直线长度为245.4m；根据范子菲水平井产能计算理论公式，计算裂缝有效平均导流能力F_D为0.265mD.m，室内实验得出陶粒砂的填砂渗透率为50mD左右，因此压裂裂缝的平均有效裂缝宽度约为0.53cm；根据固平15-X井的初期三个月和半年平均产量，得出初期和半年单段裂缝平均产量分别为1.48t/d、1.18t/d，确定初期压裂后有效裂缝的带宽平均值为8.2m。

根据实施例5提供的人工裂缝有效性评价方法步骤，结合实施例6的矿产试验研究分析可以看出，本发明的方法是一种有效的评价水平井人工裂缝参数的方式，为优化超低渗透油藏水平井布缝，以及水平井人工裂缝数值模拟取值提供了依据。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的工艺步骤或技术，属本行业的公知常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种水平井人工压裂裂缝参数有效性的评价方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1)通过对人工压裂改造后水平井的生产动态分析，建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型；

步骤2)根据步骤1)所建立的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，采用马丢函数转换和拉普拉斯变换进行求解，建立水平井渗流图版；

步骤3)根据步骤2)的水平井渗流图版中归一化时间和归一化产量大小关系，辨识出生产初期渗流时间所对应的归一化时间点以及对应有效压裂改造的渗流面积大小，再结合步骤1)的水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型，确定出人工压裂裂缝的有效主裂缝的最大长度；

步骤4)运用水平井产能计算理论，计算出人工压裂裂缝的导流能力F_D，利用裂缝的导流能力与裂缝的缝宽之间的关系F_D＝k_f×w_f，计算出人工压裂支撑裂缝的缝宽；其中k_f是裂缝渗透率，w_f为人工压裂支撑裂缝的缝宽；

步骤5)采用水平井油藏数值模拟方法，模拟分析水平井水平段的单段产能，确定压裂后主裂缝与支裂缝形成的有效裂缝带宽的大小。

2.如权利要求1所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述步骤1)中水平井为五点注水井网面积内的水平井，即水平井周围不同位置具有4口注水井。

3.如权利要求1所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述步骤1)中生产动态分析是在等厚的储层和和均质油藏条件下，根据水平井产量和井底流压的变化，分析水平井的渗流面积及渗流规律。

4.如权利要求1所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述步骤1)中建立水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型的模型表达式为：

式中，x与y分别为坐标横轴和纵轴，q表示水平井产量，t为时间，h表示油层厚度，p_i表示原始地层压力，φ为孔隙度，C_t为地层综合压缩系数，μ为流体粘度，B为流体压缩系数，L水平井水平段长度，a₁、b₁分别为椭圆渗流区域内区长半轴和短半轴，a₂、b₂分别为椭圆渗流区域外区长半轴和短半轴，k₁、k₂分别为椭圆渗流内区和外区的渗透率，M_c为流度比。

5.如权利要求4所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型的推导过程包括如下步骤：

步骤a)以水平井分区椭圆不稳定渗流理论和质量守恒定律为基础，推导出处于衰竭式开采过程中不稳定流阶段的致密油水平井产量递减模型；

步骤b)采用椭圆坐标变换方法，推导出致密油水平井产量递减模型的马丢函数数值解；

步骤c)根据推导的产量递减模型数值解，在双对数坐标图上分别绘制规整化产量q_Dd、规整化产量积分q_Ddi、规整化产量积分导数q_Ddid与物质平衡时间t_Dd关系曲线，建立起水平井产量递减分析图版；

步骤d)获取水平井生产过程中的日产液量数据q和井底流压大小p_wf，计算出不同物质平衡时间t_Dd'点的q_Dd'、q_Ddi'和q_Ddid'；

步骤e)将理论图版中的规整化产量q_Dd、规整化产量积分q_Ddi和规整化产量积分导数q_Ddid曲线，与目标水平井实际生产数据点进行拟合，分析出生产阶段致密油储层体积压裂水平井的产量递减规律；

步骤f)根据拟合结果，得出水平井椭圆不稳定分区渗流特征模型各类参数值。

6.如权利要求1所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述步骤2)中水平井渗流图版的表征的是归一化时间和归一化产量之间的关系，归一化时间、归一化产量、归一化产量积分、归一化产量求导的表达式分别为：

式中，t_Dd表示归一化时间，q_Dd表示归一化产量，q_Ddi表示归一化产量积分，q_Ddid表示归一化产量求导，t_D表示物质平衡时间，α表示物质平衡时间系数，N_p表示累计产量，q表示目前产量，p_i表示原始地层压力，p_wf表示井底流压。

7.如权利要求1所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述步骤3)中有效压裂改造的渗流面积为水平井椭圆形渗流内区的椭圆形渗流面积，所述的有效主裂缝的最大长度为椭圆形渗流缝网面积的短轴长度，即2×b₁，b₁为短半轴。

8.如权利要求1所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述步骤3)中水平井是沿着储层中垂直于最大主应力方向，人工压裂裂缝的分布是采用多段压裂纺锤形布缝方式，裂缝延伸方向为平行于最大主应力方向，同时水平井采用体积压裂方式形成缝网，且每个压裂段之间的段间距为60～80m。

9.如权利要求1所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述步骤4)中运用水平井产能计算理论是：用于计算水平井产能的大小的范子菲公式，其表达式为：

式中，q为水平井产能，K表示渗透率，h_o表示油层厚度，n表示人工裂缝压裂段数，L_f表示有效主裂缝的最大长度，F_D表示裂缝的导流能力，r_w表示井筒半径，a为垂直于水平井井筒方向的渗流面积宽度，b为水平井渗流面积长度。

10.如权利要求1所述的水平井压裂裂缝参数的有效性评价方法，其特征在于：所述步骤5)的具体步骤是：

首先，通过水平井油藏的数值模型参数建立水平井数值模型，模型中压裂段的段间距为等间距70m,所述数值模型参数包括：水平段长度、单井控制面积、储层埋深、模型面积、渗透率、孔隙度、油层厚度和地层压力；

其次，根据数值模拟运算结果，计算不同裂缝带宽条件下平均的单井产量和单段裂缝产量，得出初期三个月与半年时的带宽大小与平均的单段裂缝产量之间关系，确定出压裂的有效裂缝带宽的大小。