CN110344826B - 一种基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非常规储层体积压裂技术领域，涉及一种基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法。所述方法步骤如下：一、开展储层岩样的钻孔、清洗和封孔；二、采用脱模剂作为压裂液对岩样进行压裂；三、往水力裂缝内注入模具硅胶，模具硅胶表征出水力裂缝的三维空间形态。四、使用3D扫描仪对其进行计算机数字化建模，并采用三维计盒维数法计算模具硅胶所表征的水力裂缝的三维分形维数；五、使用体积测量仪测出模具硅胶的体积；六、结合水力裂缝的三维分行维数和改造体积计算储层岩样的可压性指标。本发明能够直接反映储层压裂形成复杂裂缝的能力，为现场压裂射孔层位的优选、施工工艺参数选取和压裂裂缝起裂延伸及缝网有效沟通提供依据。
Description
技术领域
本发明属于非常规储层体积压裂技术领域，涉及一种基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法。
背景技术
非常规储层需要经过压裂改造才能实现经济开发，一般具有低孔低渗等特点。非常规储层可压性是反映储层被有效压裂并形成复杂缝网的能力的一项关键指标，对储层压裂效果预测具有重要的指导意义。可压性是用来表征储层能被有效改造的难易程度，可压性的评价和预测直接关系到压裂施工参数选取、改造效果和生产产能等一系列问题，对页岩储层开发和增产具有重要意义。
目前常用的可压性评价大多将储层脆性视为可压性，或采用储层力学参数定义可压性评价指标，却忽略了储层岩体实际压裂破坏效果，导致难以形成预期压裂规模、产能下降速度快和实际应用效果不够理想等问题。另外，现有可压性评价方法多存在考虑因素不够全面或因素之间存在交叉，一般采用的多指标线性加权法将各因素指标进行加法合成，但难以准确确定各指标对可压性的贡献权重，导致实际应用非常受限。因此有必要结合室内储层岩样水力压裂试验，直接从压裂效果角度对储层进行可压性评价，优化压裂层段的选取和压裂施工参数，改善储层改造效果，提高产能。
室内岩样水力压裂试验中，多采用在压裂液中添加指示剂或CT扫描方法对水力裂缝扩展形态进行表征，这两种方法通常在压裂结束后将岩样破开或选取典型剖面进行切片，只能得到某些平面上的裂缝形态，难以得到水力裂缝三维空间形态。通过往水力裂缝中注入液态模具硅胶，待其凝固后可以有效的表征水力裂缝三维空间形态，为水力压裂试验研究和储层岩样可压性评价提供支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，该方法通过采用模具硅胶表征水力裂缝的实验方法，实现了实验室尺度的水力裂缝空间形态可视化，实现全方位立体的水力裂缝表征。可压性评价方法从岩体压裂破坏效果的角度定义可压性指标，综合考虑了水力压裂裂缝的复杂程度和储层改造体积，能够直接反映储层压裂形成复杂裂缝的能力。本发明有助于对水力压裂室内实验裂缝空间形态进行直观分析和对水力压裂效果进行量化评估，为现场压裂射孔层位的优选、施工工艺参数选取和压裂裂缝起裂延伸及缝网有效沟通研究提供依据，有助于提高非常规油气储层有效改造体积。
本发明采用的技术方案是：
一种基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，步骤如下：
第一步：沿储层岩样上表面中轴线向下钻孔，用酒精对钻孔进行清洗并依次向钻孔内放入中空塑料圆柱和套管，再使用胶粘剂进行封孔；
所述储层岩样是储层露头岩样；钻孔深度为套管长度和中空塑料圆柱高度之和，套管长度为岩样高度的一半，钻孔底部放置高度为10～20mm，外径等于钻孔直径的中空塑料圆柱用以模拟裸眼完井段。胶粘剂具体为环氧树脂结构胶和固化剂的混合物，封孔后放置24小时待胶粘剂完全凝固。
第二步：将封孔后的岩样放置于真三轴水力压裂试验机的加载腔内；通过液压泵在岩样外表面施加围压模拟地底环境的地应力，采用平流泵向套管内注入脱模剂对岩样进行压裂，在计算机监测软件中观察泵压曲线变化，当曲线在某一压力水平平稳延伸时说明压裂已完成，停止泵液。
所述脱模剂具体为二甲基硅油，可根据压裂需要灵活选取脱模剂粘度。压裂过程中使用具有不同粘度的脱模剂做为压裂液，可有效实现变粘度压裂。脱模剂的作用是防止模具硅胶和岩石裂缝表面粘连，便于顺利将凝固后的模具硅胶取出。
第三步：压裂结束后，关闭脱模剂压裂液容器的截止阀并打开模具硅胶压裂液容器的截止阀，启动平流泵往水力裂缝内缓慢注入充分混合固化剂的模具硅胶，直至岩样表面有模具硅胶渗出。待模具硅胶凝固后，拆卸岩样并将其破开，取出凝固后的模具硅胶。通过往裂缝内缓慢注入模具硅胶实现对水力裂缝的空间形态进行表征。
通过将平流泵的泵入实现充分混合固化剂的模具硅胶往水力裂缝内的缓慢注入，其目的是防止模具硅胶对岩样造成二次压裂，破坏原有水力裂缝形态。
第四步：根据模具硅胶所表征的水力裂缝的空间形态，使用3D扫描仪对其进行计算机数字化建模，采用立方体覆盖法计算其三维分形维数fD；
第五步：使用体积测量仪测出凝固后的模具硅胶的体积SRV；
第六步：采用公式(1)计算储层岩样的可压性指标，可压性指标FI越大表示储层可压性越强，压裂形成复杂缝网的能力越强。
采用公式(1)所述的乘积合成平均法定义可压性评价模型，有效克服了传统线性加权平均法模型难以确定各因素对可压性指标的影响权重的弊端，且消除了各因素之间相互关联对可压性结果产生的影响。另外，可压性指标FI控制在(0,1)之间，便于将可压性评价结果和现场目标压裂层段水力裂缝微震监测结果进行对比，从而确定储层可压性评价分级标准。FI越大表示储层可压性越强，压裂形成复杂缝网的可能性越大。
采用公式(1)所示的可压性评价模型，直接从水力压裂效果的角度评价储层岩体可压性，能够有效克服传统可压性评价方法影响因素选取不全面，难以确定各影响因素对可压性影响的相对权重等弊端。本发明所提出的可压性评价模型综合考虑了储层改造体积和水力裂缝复杂性，能够全面描述储层体积压裂形成缝网的综合能力。
本发明具备的有益效果：
1.本发明利用模具硅胶充填水力裂缝，对水力裂缝三维空间形态进行表征，有助于为水力压裂试验研究和储层岩样可压性评价提供支持。
2.本发明提供的可压性评价方法直接从室内水力压裂效果的角度对岩样可压性进行评价，不仅能直接对相应储层压裂形成复杂缝网的能力进行评价，而且有效克服了现有可压性评价方法影响因素考虑不全面和权重系数难以准确确定等问题。
3.本发明提供的可压性评价方法综合考虑了水力裂缝扩展的三维复杂度和有效改造体积，使可压性评价结果更准确。可压性指标控制在(0,1)之间，便于将可压性评价结果和现场目标压裂层段水力裂缝微震监测结果进行对比，从而确定储层可压性评价分级标准。
附图说明
图1为本发明的储层露头岩样示意图。
图2为本发明的泵压曲线。
图3为本发明的液体泵注系统示意图。
图4为本发明的计盒维数三维覆盖盒子划分示意图。
图5为本发明的计盒维数法计算结果图。
图中，1钻孔；2胶粘剂；3套管；4中空塑料圆柱；5模具硅胶压裂液容器；6流量表；7夹持器；8平流泵；9水压裂液容器；10截止阀；11脱模剂压裂液容器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
在具体实施过程中，本发明一种基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的实验方法，实施过程包括下列步骤：
第一步：将储层岩样加工成300×300×300mm的立方体(如图1所示)，沿储层岩样上表面中轴线向下钻孔，钻孔(1)直径为25mm，孔深为170mm，用酒精对钻孔进行清洗并依次向钻孔内放入中空塑料圆柱(4)和套管(3)；中空塑料圆柱内径为23mm，外径为25mm，高为20mm，套管内径为16mm，外径为20mm，套管长度为150mm，将环氧树脂结构胶和固化剂的混合物作为胶粘剂(2)沿孔壁缓慢倒入孔内，对钻孔进行封孔；
采用高为20mm，外径25mm的中空塑料圆柱模拟裸眼完井段；封孔后放置24小时待胶粘剂完全凝固。
第二步：将封孔后的岩样放置于真三轴水力压裂试验机的加载腔内；通过液压泵在岩样外表面施加围压模拟地底环境的地应力，采用平流泵向套管内注入脱模剂对岩样进行压裂，在计算机监测软件中观察泵压曲线变化(如图2所示)，压裂120s时泵压曲线在维持在1.5MPa且不再发生波动，说明压裂已完成；此时关闭平流泵，停止泵液。
第三步：压裂结束后，关闭脱模剂压裂液容器的截止阀并打开模具硅胶压裂液容器的截止阀，启动平流泵往水力裂缝内缓慢注入充分混合固化剂的模具硅胶(如图3所示)。注入模具硅胶180s时观察岩样表面有模具硅胶渗出，说明模具硅胶已充分填充水力裂缝，此时关闭平流泵停止注入。将岩样放置5小时，待模具硅胶凝固后，从真三轴水力压裂试验机的加载腔内卸下岩样并将其破开，取出凝固后的模具硅胶。通过往裂缝内缓慢注入模具硅胶实现对水力裂缝的空间形态进行表征。
第四步：根据模具硅胶所表征的水力裂缝的空间形态，使用3D扫描仪对其进行计算机数字化建模，采用立方体覆盖法计算其三维分形维数fD。立方体覆盖法具体步骤为模具硅胶所表征的水力裂缝所占空间R3设为300×300×300mm，选取等分数c，则空间R3被若干个边长为Xc的小盒子覆盖(如图4所示)。例如取等分数为5，则300×300×300mm的空间R3被等分为60×60×60个小盒子。若有Nc个小盒子覆盖的空间区域内包含水力裂缝，则可得到一个点(1/c,Nc)；选择n个等分数c则可得到n个相对应的Nc。可根据n个点(-ln(1/c),lnNc)，采用最小二乘法拟合如式(2)所示的直线方程，计算出三维分行维数。本实施方案中，依次取等分数c为2,3,4,5,6，采用计算机程序根据上述方法计算得到5个点，依次为(1.79,7.56)、(1.61,7.11)、(1.39,6.56)、(1.10,5.84)、(0.69,4.84)，拟合曲线如图5所示，采用立方体覆盖法计算水力裂缝三维分形维数fD为2.57。
第五步：使用体积测量仪测出凝固后的模具硅胶的体积SRV为0.0235m2；
第六步：采用公式(1)计算储层岩样的可压性指标为0.474，说明该岩样可压性一般。可压性指标FI越大表示储层可压性越强，压裂形成复杂缝网的能力越强。
Claims (8)
1.一种基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，其特征在于，步骤如下：
第一步：沿储层岩样上表面中轴线向下钻孔，对钻孔(1)进行清洗并依次向钻孔(1)内放入中空塑料圆柱(4)和套管(3)，使用胶粘剂(2)进行封孔；封孔后待胶粘剂(2)完全凝固；
第二步：将封孔后的岩样放置于真三轴水力压裂试验机的加载腔内；在岩样外表面施加围压模拟地底环境的地应力，向套管(3)内注入脱模剂对岩样进行压裂，观察泵压曲线变化，当曲线在某一压力水平平稳延伸时，停止泵液；
第三步：压裂结束后，往水力裂缝内缓慢注入模具硅胶，直至岩样表面有模具硅胶渗出；待模具硅胶凝固后，拆卸岩样并将其破开，取出凝固后的模具硅胶；
第四步：根据模具硅胶所表征的水力裂缝的空间形态，使用3D扫描仪对其进行计算机数字化建模，采用立方体覆盖法计算其三维分形维数fD；
第五步：使用体积测量仪测出凝固后的模具硅胶的体积SRV；
第六步：采用公式(1)计算储层岩样的可压性指标，可压性指标FI越大表示储层可压性越强，压裂形成复杂缝网的能力越强；
可压性指标FI控制在(0,1)之间，便于将可压性评价结果和现场目标压裂层段水力裂缝微震监测结果进行对比，从而确定储层可压性评价分级标准。
2.如权利要求1所述的基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，其特征在于，第一步中，所述储层岩样是储层露头岩样；钻孔(1)深度为套管(3)长度和中空塑料圆柱(4)高度之和，套管(3)长度为岩样高度的一半。
3.如权利要求1或2所述的基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，其特征在于，第一步中，所述胶粘剂(2)为环氧树脂结构胶和固化剂的混合物。
4.如权利要求1或2所述的基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，其特征在于，第一步中，钻孔(1)底部放置高度为10～20mm，外径等于钻孔直径的中空塑料圆柱(4)用以模拟裸眼完井段。
5.如权利要求3所述的基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，其特征在于，第一步中，钻孔(1)底部放置高度为10～20mm，外径等于钻孔直径的中空塑料圆柱(4)用以模拟裸眼完井段。
6.如权利要求1或2或5所述的基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，其特征在于，第二步中，所述脱模剂为二甲基硅油，根据压裂需要灵活选取脱模剂粘度。
7.如权利要求3所述的基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，其特征在于，第二步中，所述脱模剂为二甲基硅油，根据压裂需要灵活选取脱模剂粘度。
8.如权利要求4所述的基于压裂裂缝形态表征评价非常规储层可压性的方法，其特征在于，第二步中，所述脱模剂为二甲基硅油，根据压裂需要灵活选取脱模剂粘度。
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