CN110094196B - 一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法，包括：（1）计算酸压井段破裂压力剖面，明确酸压井段裂缝起裂点，确定酸压裂缝位置；（2）采用酸压模拟器Fracpro PT通过净压力拟合确定酸压裂缝长度和导流能力；（3）建立单井控制面积内的酸压井非均质地质模型，在非均质地质模型中植入酸压裂缝，统计分析单井控制面积内酸压井模型中有效动用的模型网格数，计算储层有效动用率，定量评价分段酸压效果。本发明原理可靠，充分考虑酸压裂缝在裸眼水平井段的位置以及酸压裂缝形态特征，从生产长期角度定量评价裸眼水平井分段酸压效果，为后续裸眼水平井高效分段酸压改造提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程领域，尤其是碳酸盐岩油气藏酸压增产改造过程中的一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法。
背景技术
水平井油气层钻遇率高、含油气井段长、井筒与油气层的接触面积大，单井产量常为同区域直井产量的数倍，因此目前已成为低渗/致密碳酸盐岩开发首选的主要完井方式。“水平井裸眼完井+分段酸压改造”技术已成为低渗/致密碳酸盐岩开发的主体技术模式，如在塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地等碳酸盐岩油气藏广泛应用(季晓红,黄梦云,单锋,等.塔里木盆地塔中地区奥陶系超埋深碳酸盐岩凝析气田水平井储层分段酸压改造应用实践及认识[J].天然气地球科学,2015,26(s2):186-197；余淑明,刘艳侠,武力超,等.低渗透气藏水平井开发技术难点及攻关建议——以鄂尔多斯盆地为例[J].天然气工业,2013,33(1):54-60；李松,马辉运,张华,等.四川盆地震旦系气藏大斜度井水平井酸压技术[J].西南石油大学学报(自然科学版),2018,40(3):146-155)。
碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压技术是将水平井较长的含油气井段(最长达上千米)，通过人工干预(常采用裸眼封隔器)“切割”(即：分段)成数个较短的井段，然后各段分别酸压改造，力求实现整个长井段的含油气储层充分动用。分段酸压改造目的是依靠各段酸压改造形成的酸压裂缝充分动用储层；要实现充分动用储层，需要在一定投产期内，酸压裂缝能动用整个长井段的储层，即压力波传递到整个长井段。
裸眼水平井分段酸压效果评价是评判分段是否有效，酸压裂缝能否充分动用整个长井段油气储层的重要手段。裸眼水平井分段酸压效果评价方法目前较少，主要借鉴直井评价方法，如：直接测试酸压井产能，从目前的产能分析改造效果；或根据酸压时的施工数据，反演获取酸压裂缝形态，从裂缝几何形态评价储层是否得到充分改造。这些方法的局限在于：短期的产能评价不能体现酸压井长期的改造效果；施工数据反演方法，不能直接从酸压井产能评判酸压效果。
裸眼水平井分段酸压效果评价的难点是：酸液与段内全段储层充分接触，裂缝起裂位置不易判定；在一定的投产期内，整个水平井长井段内含油气储层是否充分有效动用难以评价。这些难点直接制约了裸眼水平井分段酸压效果评价，也影响了分段酸压优化设计的反馈和完善，不利于碳酸盐岩水平井的高效经济开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法，该方法原理可靠，结合评价井酸压施工数据和储层地质特征数据，充分考虑酸压裂缝在裸眼水平井段的位置以及酸压裂缝形态特征，从生产长期角度定量评价裸眼水平井分段酸压效果，为后续裸眼水平井高效分段酸压改造提供依据。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
本发明首先利用酸压井段测井解释数据，计算岩石力学参数剖面，然后计算酸压井段破裂压力剖面，明确酸压井段裂缝起裂点，确定酸压裂缝位置；然后基于酸压井段施工数据，采用酸压模拟器通过净压力拟合方式确定酸压裂缝长度和导流能力；最后基于酸压井所在工区储层工程地质资料和酸压井段测井解释成果，建立单井控制面积内的酸压井非均质地质模型，并在酸压井段裂缝起裂点对应位置植入酸压裂缝，采用数值模拟一定经济开发年限内酸压井段的压力分布，统计分析单井控制面积内酸压井有效动用网格数，计算储层有效动用率，并分析分段酸压效果。
一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法，依次包括下列步骤：
(1)利用酸压井段测井解释数据，计算岩石力学参数剖面，并通过计算酸压井段破裂压力剖面，明确酸压井段裂缝起裂点，确定酸压裂缝位置；
(2)利用酸压井段施工数据，采用酸压模拟器Fracpro PT通过净压力拟合确定酸压裂缝长度和导流能力；
(3)根据研究工区储层工程地质资料和酸压井段测井解释资料，建立单井控制面积内的酸压井非均质地质模型，并根据步骤(1)确定的裂缝位置和步骤(2)确定的酸压裂缝长度和导流能力，在非均质地质模型中植入酸压裂缝，数值模拟研究工区经济开发年限内酸压井段的压力分布，统计分析单井控制面积内酸压井模型中有效动用的模型网格数，计算储层有效动用率，定量评价分段酸压效果。
在本发明中，所述步骤(1)中利用酸压井段测井解释数据，计算岩石力学参数剖面，并通过计算压裂井段破裂压力剖面，明确酸压井段裂缝起裂点，确定酸压裂缝位置，过程如下：
1)基于测井解释的横波时差DTS、纵波时差DTC计算酸压井段任意位置L处的动态杨氏模量
动态泊松比
同时由动、静态弹性参数转换关系，求取静态杨氏模量EL和静态泊松比υL(Buller,D.,Hughes,S.N.,Market,J.,Petre,J.E.,Spain,D.R.,&Odumosu,T.Petrophysical evaluation for enhancing hydraulic stimulation in horizontalshale gas wells[C]//Paper 132990presented at SPE Annual Technical Conferenceand Exhibition,19-22September,Florence,Italy)：
若缺乏横波时差DTS数据，采用如下经验公式计算横波时差DTS：
DTS＝aDTC (5)
式中：DTS为横波时差，ft/s；DTC为纵波时差，ft/s；a为纵横波时差转换系数，无因次；
为动态杨氏模量，MPa；
为动态泊松比，无因次；EL为静态杨氏模量，MPa；υL为静态泊松比，无因次；a1、a2、b1、b2为动静岩石力学参数转换系数，通过室内岩石力学数据与测井计算的岩石力学数据拟合求取；ρ为岩石密度，g/cm3。
2)利用酸压井段测井解释数据中的密度测井解释数据和1)中计算的静态岩石力学数据，计算酸压井段任意井深位置L处垂向应力
最大水平主应力
和最小水平主应力
式中：Δh为测井解释距离步长，m；γL为井深位置L处的井斜角，°；
为井深位置L处前一步长L0处的垂向应力，MPa；ρL为井深L处的岩石密度，g/cm3；g为重力加速，m/s2；α为孔弹性系数，无因次；pp为地层压力，MPa；kH，kh为构造应力系数，m-1；H为垂直井深，m。
3)水平井任意位置的破裂压力按照下式(Huang J,Griffiths D V,Wong SW.Initiation pressure,location and orientation of hydraulic fracture[J].International Journal of Rock Mechanics&Mining Sciences,2012,49(none):59-67；Zhang Y,Zhang J,Yuan B,et al.In-situ stresses controlling hydraulic fracturepropagation and fracture breakdown pressure[J].Journal of Petroleum Scienceand Engineering,2018,164:164-173)计算：
式中：
为酸压井段任意井深位置L处的破裂压力，MPa；
为酸压井段任意井深位置L处的水平井方位角(即：最大水平主应力方向与水平井井筒方向之间的夹角)，°。
通过计算酸压井段的破裂压力剖面，确定剖面上破裂压力最小的起裂点位置，即酸压裂缝的位置。
在本发明中，所述步骤(2)中利用酸压井段施工数据，采用酸压模拟器Fracpro PT通过净压力拟合确定酸压裂缝长度和导流能力，过程如下：
按照“实验确定碳酸盐岩油气藏酸压裂缝导流能力分布的方法”(CN106522935A)所述流程将酸压井层的实际酸压施工记录数据(含井底缝口净压力)、井筒资料、热传导参数、储层地质资料以及酸压液体资料输入到酸压模拟器中，数值计算酸压裂缝扩展。利用酸压模拟器Fracpro PT将酸压施工时监测到的井底缝口净压力与软件数值计算的缝口净压力进行拟合匹配，即净压力拟合，从而得到准确的酸压裂缝长度和导流能力。
在本发明中，所述步骤(3)中，根据研究工区储层工程地质资料和酸压井段测井解释资料，建立单井控制面积内的酸压井非均质地质模型，并根据步骤(1)确定的裂缝位置和步骤(2)确定的酸压裂缝长度和导流能力，在非均质地质模型中植入酸压裂缝，数值模拟研究工区经济开发年限内酸压井段的压力分布，统计分析酸压井模型中有效动用的模型网格数，计算储层有效动用率，定量评价分段酸压效果，过程如下：
1)建立水平井分段酸压非均质地质模型
按照“低渗透非均质油藏水平井重复压裂增产潜力评价方法”(CN107044277A)所述流程，将酸压井储层的井筒资料、基本物性参数、储层流体特征、储层温压特征参数等输入到Eclipse油气藏数值模拟软件中，建立单井控制面积内的非均质地质模型。
其中单井控制面积从目标油气田开发方案报告中所给数据获取。
2)水平井各段植入酸压裂缝
基于酸压水平井的分段数据，利用步骤(1)所计算的各段破裂压力剖面，确定各段的裂缝起裂点，即确定酸压裂缝的位置；在Eclipse油气藏数值模拟软件中建立好的非均质地质模型基础上继续进行编辑，在Grid模块中，选择Local Grid Refinement在步骤(1)中所确定的酸压裂缝位置处对应网格进行局部网格加密操作，重新设置加密网格属性；输入步骤(2)所确定的酸压裂缝长度和导流能力。
3)水平井分段酸压效果评价
运行步骤1)、2)建立的水平井非均质地质模型，模拟计算在经济开发年限内酸压井生产动态，统计分析达到经济开发年限时，酸压井模型有效动用的模型网格数，并计算储层有效动用率EO，评价水平井分段酸压效果，储层有效动用率按照下式计算：
式中：Eo为储层有效动用率，无量纲；ne为有效动用的模型网格数，个；n为单井控制面积内模型总网格数，个。
其中经济开发年限是指当开采油气井的净利润为0时，油气井开采将不再具有经济价值，此时对应的开采时间长度为经济开发年限。有效动用的模型网格定义为当达到经济开发年限时，目标网格压力小于或等于原始地层压力95％时，认为该网格被有效动用。有效动用的模型网格数求取方法为：当数值模拟计算到经济开发年限时，在Eclipse中打开计算后的网格，并在Grid Threshold选项中设置有效网格压力参数上限阈值(即：目标网格压力小于或等于原始地层压力95％)，大于压力阈值的网格将不被激活；在Scene选项中选择Statistic统计当前有效动用的模型网格数ne和单井控制面积内模型总网格数n，然后由式(10)计算储层有效动用率Eo。
当酸压井生产达到经济开发年限时，若Eo＜40％时，表明水平井酸压后全井段储层未实现充分动用，酸压效果差；当40％≤Eo＜70％，表明水平井酸压后全井段储层得到了一定程度的动用，酸压效果中等；当Eo≥70％时，表明水平井酸压后全井段储层充分动用，酸压效果优良。
与现有技术相比，本发明针对碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价难点，充分集成了目前酸压井效果评价众多方法优点，提供了一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果定量评价方法。该方法原理可靠，操作可行性强，克服了碳酸盐岩水平井生产测井评价方法周期有限、成本较高的局限。通过碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价，有利于指导、完善研究工区后续酸压工程方案设计，提高碳酸盐岩水平井分段酸压改造效果。
附图说明
图1为本发明中X25井酸压井段破裂压力剖面图。
图2为本发明中X25井酸压改造后压力波及云图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
实施例1
一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法，具体过程如下：
(1)利用酸压井段测井解释数据，计算岩石力学参数剖面，并计算酸压井段破裂压力剖面，明确酸压井段裂缝起裂点，确定酸压裂缝位置。以四川盆地某地层某酸压水平井X25井为例说明。本井采用裸眼封隔器分6段进行酸压改造(见表1)；通过获取到的X25井水平段5200-6250m横波时差测井曲线DTS和纵波时差测井曲线DTC，通过按照步骤(1)计算全井段的破裂压力剖面(见图1)，确定每段破裂压力最小点为裂缝位置点，计算所需参数取值见表1所示，计算结果如表2所示。
表1破裂压力剖面计算方法参数取值
| 参数 | 取值 | 参数来源 | 参数 | 取值 | 参数来源 |
| a<sub>1</sub> | 0.5578 | 实验拟合 | a<sub>2</sub> | 0.9243 | 实验拟合 |
| b<sub>1</sub> | 11.753 | 实验拟合 | b<sub>2</sub> | 0.0214 | 实验拟合 |
| g | 9.8m/s<sup>2</sup> | - | α | 0.7 | 实验测试 |
| Δh | 0.076m | 测井解释步长 | p<sub>p</sub> | 56.5MPa | 气藏测试压力 |
| k<sub>H</sub> | 9.2841×10<sup>-8</sup>m<sup>-1</sup> | 实验测试 | k<sub>h</sub> | 6.3871×10<sup>-8</sup>m<sup>-1</sup> | 实验测试 |
| H | 5007.99m | 实钻垂直井深 |
表2水平段酸压分段情况
(2)将酸压井层的实际酸压施工记录数据(含井底缝口净压力)、井筒结构资料、热传导参数、储层地质资料以及酸压液体资料输入到酸压模拟器中，数值计算酸压裂缝扩展。利用酸压模拟器Fracpro PT将酸压施工时监测到的井底缝口净压力与软件数值计算的缝口净压力进行拟合匹配，即净压力拟合，从而得到准确的酸压裂缝长度和导流能力(见表3)。
表3 X25井酸压净压力拟合后得到各段裂缝参数
| 分段 | 第六段 | 第五段 | 第四段 | 第三段 | 第二段 | 第一段 |
| 酸压裂缝长度(m) | 32.31 | 22.86 | 18.11 | 22.56 | 18.26 | 32.31 |
| 导流能力(D·cm) | 3.70 | 8.40 | 6.81 | 1.64 | 1.51 | 10.87 |
(3)根据研究工区储层工程地质资料和酸压井段测井解释成果，建立单井控制面积内的酸压井非均质地质模型，并根据步骤(1)确定的裂缝位置和步骤(2)确定的酸压裂缝长度和导流能力在酸压井非均质地质模型中植入酸压裂缝，数值模拟研究工区经济开发年限内酸压井段的压力分布，统计分析酸压井模型中有效动用网格数，计算储层有效动用率，定量评价分段酸压效果：
1)首先将酸压井储层的井筒资料、基本物性参数、储层流体特征、储层温压特征参数等输入到Eclipse油气藏数值模拟软件中，建立单井控制面积内的非均质地质模型，模型总网格数为130×120×6＝93600个。
2)基于水平段的分段结果，在步骤(1)所确定的起裂点位置所对应的网格处，在Grid模块继续进行编辑，选择Local Grid Refinement进行局部网格加密，重新设置加密网格属性，输入步骤(2)所确定的酸压裂缝长度和导流能力。
基于酸压水平井的分段数据，利用步骤(1)所计算的各段破裂压力剖面，确定各段的裂缝起裂点，即确定酸压裂缝的位置；在Eclipse油藏数值模拟软件中建立好的非均质地质模型基础上Grid模块继续进行编辑，选择Local Grid Refinement在步骤(1)中所确定的酸压裂缝位置处对应网格进行局部网格加密操作，重新设置加密网格属性；输入步骤(2)所确定的酸压裂缝长度和导流能力。
3)运行数值模拟模型，在油气井经济开发年限内，逐年设置时间步数值模拟酸压井段的压力分布，统计分析酸压井模型中有效动用的模型网格数，计算储层有效动用率，定量评价分段酸压效果。打开数值模拟后的网格，依据压力波及情况，确定压力波前缘值大小为558×95％＝530Bar(原始地层压力为558Bar)，在Grid Threshold选项中设置压力参数上限阈值为530Bar，大于压力阈值的网格将不被激活(见图2)，在油气井经济开发年限15年内，逐年设置时间步为1，2，3，4，…，14，15年，在菜单栏Scene选项中选择Statistic统计当前活跃网格数(即有效动用的模型网格数)，利用公式(10)计算储层有效动用率(见表4)。
表4 X25井单井储层动用情况统计
| 生产时间 | 第1年 | 第2年 | 第3年 | 第4年 | 第5年 |
| 有效动用的模型网格数(个) | 6215 | 10815 | 16388 | 20917 | 25795 |
| 储层有效动用率(％) | 6.64 | 11.55 | 17.51 | 22.35 | 27.56 |
| 生产时间 | 第6年 | 第7年 | 第8年 | 第9年 | 第10年 |
| 有效动用的模型网格数(个) | 31050 | 36592 | 41968 | 47246 | 53404 |
| 储层有效动用率(％) | 33.17 | 39.09 | 44.84 | 50.48 | 57.06 |
| 生产时间 | 第11年 | 第12年 | 第13年 | 第14年 | 第15年 |
| 有效动用的模型网格数(个) | 60074 | 66460 | 73147 | 79536 | 85657 |
| 储层有效动用率(％) | 64.18 | 71.00 | 78.15 | 84.97 | 91.51 |
如图2所示，分析可知：X25井酸压改造后连续生产5年，压力全面波及整个储层井筒范围，此时已经实现水平井水平段的有效动用，储层有效动用率Eo＝33.17％，还未实现储层的有效动用。伴随油气井继续生产，当达到经济开发年限时15年时，单井控制面积内储层有效动用率达到Eo＝91.51％，酸压效果优良，表明酸压改造实现了对储层的有效动用。
Claims (4)
1.一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法，依次包括下列步骤：
(1)利用酸压井段测井解释数据，计算岩石力学参数剖面，并通过计算酸压井段破裂压力剖面，明确酸压井段裂缝起裂点，确定酸压裂缝位置，过程如下：
1)计算酸压井段任意位置L处的动态杨氏模量
动态泊松比
由动、静态弹性参数转换关系，求取静态杨氏模量EL和静态泊松比υL：
式中：DTS为横波时差，ft/s；DTC为纵波时差，ft/s；
为动态杨氏模量，MPa；
为动态泊松比，无因次；EL为静态杨氏模量，MPa；υL为静态泊松比，无因次；a1、a2、b1、b2为动静岩石力学参数转换系数，通过室内岩石力学数据与测井计算的岩石力学数据拟合求取；ρ为岩石密度，g/cm3；
2)计算酸压井段任意井深位置L处垂向应力
最大水平主应力
和最小水平主应力
式中：Δh为测井解释距离步长，m；γL为井深位置L处的井斜角，°；
为井深位置L处前一步长L0处的垂向应力，MPa；ρL为井深L处的岩石密度，g/cm3；g为重力加速，m/s2；α为孔弹性系数，无因次；pp为地层压力，MPa；kH，kh为构造应力系数，m-1；H为垂直井深，m；
3)按照下式计算水平井任意位置的破裂压力：
式中：
为酸压井段任意井深位置L处的水平井方位角，°；
通过计算酸压井段的破裂压力剖面，确定剖面上破裂压力最小的起裂点位置，即酸压裂缝的位置；
(2)利用酸压井段施工数据，采用酸压模拟器Fracpro PT通过净压力拟合确定酸压裂缝长度和导流能力；
(3)建立单井控制面积内的酸压井非均质地质模型，并根据步骤(1)确定的裂缝位置和步骤(2)确定的酸压裂缝长度和导流能力，在非均质地质模型中植入酸压裂缝，数值模拟经济开发年限内酸压井段的压力分布，统计分析单井控制面积内有效动用的模型网格数，计算储层有效动用率，定量评价分段酸压效果，过程如下：
1)将酸压井储层的井筒资料、基本物性参数、储层流体特征、储层温压特征参数输入到Eclipse油气藏数值模拟软件中，建立单井控制面积内的非均质地质模型；
2)在Eclipse油气藏数值模拟软件中建立的非均质地质模型基础上继续进行编辑，在Grid模块中，选择Local Grid Refinement在步骤(1)中所确定的酸压裂缝位置处对应网格进行局部网格加密操作，重新设置加密网格属性；输入步骤(2)所确定的酸压裂缝长度和导流能力；
3)运行非均质地质模型，模拟计算在经济开发年限内酸压井生产动态，统计达到经济开发年限时有效动用的模型网格数，按照下式计算储层有效动用率EO，评价水平井分段酸压效果：
式中：ne为有效动用的模型网格数，个；n为单井控制面积内模型总网格数，个。
2.如权利要求1所述的一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法，其特征在于，所述步骤(2)过程如下：将实际酸压施工记录数据、井筒资料、热传导参数、储层地质资料以及酸压液体资料输入到酸压模拟器中，数值计算酸压裂缝扩展，利用酸压模拟器FracproPT将酸压施工时监测到的井底缝口净压力与软件数值计算的缝口净压力进行拟合匹配，得到酸压裂缝长度和导流能力。
3.如权利要求1所述的一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法，其特征在于，所述有效动用的模型网格数求取方法为：当数值模拟计算到经济开发年限时，在Eclipse中打开计算后的网格，并在Grid Threshold选项中设置有效网格压力参数上限阈值，在Scene选项中选择Statistic统计当前有效动用的模型网格数ne。
4.如权利要求1所述的一种碳酸盐岩裸眼水平井分段酸压效果评价方法，其特征在于，评价水平井分段酸压效果，过程如下：
当酸压井生产达到经济开发年限时，若Eo＜40％时，表明水平井酸压后全井段储层未实现充分动用，酸压效果差；当40％≤Eo＜70％，表明水平井酸压后全井段储层得到一定程度的动用，酸压效果中等；当Eo≥70％时，表明水平井酸压后全井段储层充分动用，酸压效果优良。
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