CN110472276A - 一种裂缝型油气储层加密井改造优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种裂缝型油气储层生产过程中地应力变化下加密井改造优化方法，他包括以下步骤：S1、建立三维地质网格属性模型；S2、建立天然裂缝网格属性模型；S3、建立水力压裂模拟模型；S4、建立三维油气藏数值模拟模型，计算生产、注入过程中储层孔隙压力场及温度场；S5、建立适用于力学计算的三维地应力模型；S6、生成初始三维地应力场；S7、建立四维动态地应力模型；S8、渗流‑应力耦合模型求解；S9、优选储层改造工艺参数。本发明的有益效果是：能够有效针对裂缝性油气藏特征，反映压裂井储层开发过程中地应力及孔弹性参数变化，为加密井布置及压裂改造方案优化提供指导。

Description

一种裂缝型油气储层加密井改造优化方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气开发领域，尤其涉及一种裂缝型油气储层加密井改造优化方法。

背景技术

目前油气资源依然在我国能源安全、国民经济发展中发挥着重要作用，其中非常规资源在我国油气生产领域所占比重逐渐增加，尤其是页岩油气资源，该类储层往往天然裂缝特别发育，而如何合理高效开发这类油气藏资源已成为目前油气勘探开发领域一个备受关注的问题。我国的页岩油气资源开发理论与方法尚处在探索阶段，在开发过程中需要评价前期开发效果，调整后续开发方案，优化井网，合理设计加密井位置，优选压裂施工参数，充分发挥未动用区油气资源潜力。压裂增产工艺是油气开发、增加开发效果的重要工艺，地应力场会严重影响压裂裂缝延展。因此，油气开发方案的调整必须考虑地应力场情况。

一般来说储层地应力场只能较为准确的反映某一时刻的地应力状态，而随着油气井的生产、注入开发，由于储层流体的变化及储层岩石的各向异性和非均质性，储层地应力会发生非线性和不规律的变化。在油气储层开发过程中，如果只按照原始地应力设计开发方案时，势必会影响开发效果，因此，本发明针对以上问题，提出了一种裂缝型油气储层生产过程中地应力变化下加密井改造优化方法。

储层地应力变化主要涉及原地应力场分布模型、压裂裂缝诱导应力模型及孔隙压力诱导模型。针对地应力变化模型，自20世纪90年代以来，先后发展出了Teufel等和Chen等提出的单孔隙和双孔隙渗流-应力耦合模型，Cuisiat等、Gutierrex等提出的全耦合有限元模型，Settari等、Tran等为解决全耦合收敛性差而提出的部分耦合有限元模型，Onaisi等、Samier等提出的显示积分耦合模型等。在此基础上，Hatchell等、Herwanger等、Onaisi等渗流-应力耦合模型。同时商业软件逐渐在渗流-应力耦合中发挥出强大的优势，其中应用较广、认可度较高的耦合系统主要有以Code-Bright、COMSOL等为代表的有限差分法全耦合，以TOUGH和FLAC3D耦合、ECLIPSE与ABAQUS耦合等为代表的有限元法部分耦合，以ECLIPSE与VISAGE耦合、ATHOS与ABAQUS耦合为代表的有限元法单向耦合。但现有模拟方法多采用理想假设模型，未考虑裂缝储层渗流模型，而水力压裂裂缝则采用简单的两翼缝模型，并未基于油气藏实际生产。另外，针对油气藏实际生产过程中动态地应力场情况下油气藏加密井选井、施工参数优选等问题目前依然缺少系统性指导方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对裂缝型油气藏开发过程中，在水力压裂生成的复杂裂缝网络的条件下，模拟不同生产/注入时期储层孔隙压力、应力场变化，从而指导优化加密井井位选择及水力压裂参数优化的裂缝型油气储层加密井改造优化方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种裂缝型油气储层加密井改造优化方法，其特征在于：包含以下步骤：

S1、根据油气藏储层构造、单井井层数据、物性数据、岩性数据、岩石力学数据、应力数据及地震数据，通过属性粗化、插值计算方法，建立目的区块包含地层厚度、应力、岩性、物性及岩石力学性质的三维地质网格模型。

S2、建立反映储层天然裂缝形态分布的离散裂缝网络分布模型，计算裂缝所在的地质网格属性。

S3、在S1和S2模型基础上，根据压裂施工数据，模拟三维水力压裂缝网扩展分布情况，计算水力压裂缝网属性。

S4、在S1、S2和S3模型基础上，结合储层温压参数及流体高压物性参数，建立三维油气藏数值模拟模型，利用生产、注入动态参数预计不同时期的储层三维孔隙压力场和温度场，或利用各井生产量、注入量参数，拟合各井生产压力温度，模拟不同时期储层三维孔隙压力场和温度场，同时建立非储层模型和计算其属性参数。

S5、根据S1中生成的三维地质岩石力学属性模型及相关层面数据，重新建立适用于岩石力学计算的三维力学模型，并根据插值算法，将原地质模型中岩石力学属性赋值于三维力学模型，建立带有储层物性及岩石力学模型的三维地应力模型。

S6、利用应力平衡法修正应力场分布模型，形成初始三维地应力场。

S7、利用数值模拟所得三维孔隙压力和温度场结果作为不同计算时间步长的边界条件，以初始三维地应力场为初始条件，建立四维动态地应力场模型。

S8、对四维地应力模型进行渗流-应力耦合迭代计算，得到动态地应力及孔弹性参数计算结果，分析地应力、地层位移、体积应变率以及孔隙压力动态孔弹性参数的变化情况。

S9、在动态孔隙压力动态模型上，优化加密井井位、层位选择；加密井完井改造工艺。进一步地，所述步骤S9包含以下子步骤：

S91、在动态应力场模型、地质属性模型、离散天然裂缝模型及参考井水力压裂模型下，选择不同的射孔间距、泵注规模、施工压力及施工排量参数，输入压裂模型中进行模拟对比；

S92、对比不同的施工参数下，压裂施工规模、裂缝扩展形态、目标井与参考井裂缝空间展布关系，确包上述施工参数符合施工要求。

本发明具有以下优点：

1.本发明充分考虑了天然裂缝对油气储层的影响，提出了天然裂缝模拟方法，并将天然裂缝属性与传统油气藏模型相结合，采用双孔渗流模型，同时考虑储层基质与裂缝的属性对流体渗流的影响，从模型建立上更加贴近于真实裂缝型油气藏特征，提高数据拟合的准确度；

2.本发明在传统油气藏模拟基础上增添了水力压裂缝网特征属性，并在以往双翼缝的基础上，创新性提出水力缝网数据在油气藏模拟中的应用，提高模型与真实压裂增产效果的符合度；

3.本发明通过考虑生产/注入动态过程，建立渗流-应力耦合的动态地应力模型，实现了油气藏开发过程中储层地应力场及储层物性变化模拟和预测，克服油气藏储层开发静态向动态的转化；

4.本发明创新性提出了压裂改造施工参数优化方法，从宏观裂缝展布形态、参考井与目标井压裂裂缝扩展规模，可直观对比不同参数值的差异，也为压裂施工设计提供有效依据；

5.本发明完整的提出了一套针对裂缝性油气藏生产过程中地应力变化及压裂施工参数优选方法，即地质属性模型-天然裂缝模型-水力压裂模型-裂缝型油气藏数值模拟模型-动态地应力模型-目标井压裂参数优选模型有机结合的系统性的方法体系，为我国油气藏开发，特别是页岩气开发提供了科学高效系统的技术支持。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为三维地质网格属性模型图；

图3为水力压裂模拟展布图；

图4为水力压裂裂缝网格三向渗透率分布图；

图5为生产前后储层孔隙压力对比图；

图6为水平最大主应力大小变化对比图；

图7为最大水平主应力方向变化对比；

图8为不同射孔参数下水力压裂裂缝展布图；

图9为不同液量下水力压裂裂缝展布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种裂缝型油气储层加密井改造优化方法，其特征在于：包含以下步骤：

S1、根据油气藏储层构造、单井井层数据、物性数据、岩性数据、岩石力学数据、应力数据及地震数据，通过属性粗化、插值计算方法，建立目的区块包含地层厚度、应力、岩性、物性及岩石力学性质的三维地质网格模型；

针对储层属性数据，如孔隙度、渗透率、含水饱和度、岩石密度、特别是岩石力学参数，如：杨氏模量，泊松比、三向主应力，利用测井数据及实验数据进行动静拟合、修正；之后将其粗化到地质网格模型中，对比选择合适的插值计算方法对其进行平面插值，生成地质网格属性模型，如图2所示。

S2、建立反映储层天然裂缝形态分布的离散裂缝网络分布模型，计算裂缝所在的地质网格属性，具体包含以下子步骤：

S21、根据某井FMI成像测井资料，分析裂缝类型，统计裂缝位置、产状数据；计算井筒方向上，不同层位或不同产状裂缝分布密度，分析结果如表1所示；

表1裂缝成像测井资料分析结果

S22、根据储层裂缝描述及统计资料，确定不同类型裂缝形状、尺寸分布，分布参数如表2所示；

表2裂缝尺寸分布参数

S23、结合一维分布密度及裂缝尺寸分布参数，通过Monte Carle方法分析计算出空间裂缝空间密度(即：单位体积内裂缝面积)；计算结果如表3所示；

表3空间裂缝密度计算结果

S24、根据岩心实验数据及岩性观察数据，分析储层裂缝开度及渗透率参数；

S25、根据以上参数，模拟计算储层离散天然裂缝分布形态及裂缝属性；

S26、结合离散型天然裂缝空间分布、裂缝属性及储层地质网格模型参数，利用Oda方法计算裂缝网格属性，如I、J、K(或X、Y、Z)方向裂缝渗透率、裂缝孔隙度；并计算裂缝与地质网格的匹配系数与裂缝形状因子。

S3、在S1和S2模型基础上，根据压裂施工数据，模拟三维水力压裂缝网扩展分布情况，计算水力压裂缝网属性，具体包括如下几个子步骤：

S31、分析各井压裂参数，包括不同阶段施工排量、压裂液量、支撑剂量、砂比、施工压力；

S32、分析不同压裂模拟影响因素对模拟结果影响，根据储层特征及施工情况，优选合适的压裂模拟参数；

S33、根据上述参数，模拟水力压裂裂缝扩展情况，计算裂缝数据，计算结果如图3所示；

若有压裂施工过程中的微地震事件数据，可对比模拟的微地震事件数据，修正相关参数，调整裂缝分布；

在水力压裂模拟过程中，特别是针对水平井多段压裂，还可考虑多段水力压裂裂缝扩展延伸时的诱导应力场引起的原始地应力场的变化。

S4、在S1、S2和S3模型基础上，结合储层温压参数及流体高压物性参数，建立三维油气藏数值模拟模型，利用生产、注入动态参数预计不同时期的储层三维孔隙压力场和温度场，或利用各井生产量、注入量参数，拟合各井生产压力温度，模拟不同时期储层三维孔隙压力场和温度场，同时建立非储层模型和计算其属性参数，具体包括如下几个子步骤：

S41、优选模型类型、储层温压参数、流体高压物性参数、气水界面、气藏吸附解析模型和相渗数据，本次采用气水两相模型，气相选用单项甲烷模型，温度设定为常数，气水界面设定为储层以下1000m，气体解析模型选用页岩富气解析模型，相渗采用建议裂缝性模型；

S42、完井改造数据，并利用Oda方法计算水力压裂模拟裂缝所在地质网格属性，如I、J、K(或X、Y、Z)方向裂缝渗透率；并根据矿场试井数据纠正裂缝属性，如图4所示。

S43、分析气井生产数据，依据生产井井轨迹、生产管柱结构、产气量、气液比，建立垂向管流模型，计算不同产量下，气井井底流压与井口流压之间转化关系；

S44、结合地质网格属性模型、天然裂缝属性模型、水力压裂模拟结果、垂向管流模型，建立数值模拟模型，反复调整测试参数，拟合区块内气井产量与压力结果，计算区块生产过程中储层孔隙压力场变化，如图5所示。

S5、根据S1中生成的三维地质岩石力学属性模型及相关层面数据，重新建立适用于岩石力学计算的三维力学模型，并根据插值算法，将原地质模型中岩石力学属性赋值于三维力学模型，建立带有储层物性及岩石力学模型的三维地应力模型，具体建立过程如下：利用S1建立的三维气藏网格模型层面数据，在abaqus软件中建立三维地应力模型，再利用编写的插值程序，并将S1中气藏地质模型网格中的地层物性及岩石力学模型赋值到三维地应力模型对应的网格中，建立带有储层物性及岩石力学属性的三维地应力模型。

S6、利用应力平衡法修正应力场分布模型，形成初始三维地应力场，具体过程为：对模型施加三向载荷、孔隙压力，根据地应力平衡得到有效三向地应力，在选区适用的地应力模型，计算形成初始三维地应力场。

S7、利用数值模拟所得三维孔隙压力和温度场结果作为不同计算时间步长的边界条件，以初始三维地应力场为初始条件，建立四维动态地应力场模型，具体过程为：在不同时间补偿下对三维地应力模型施加载荷，载荷包括重力、静水压力、孔隙压力、温度，并将S4中拟合的不同时间三维孔隙压力和温度场作为每一计算时间步的初始条件和边界条件，并以应力初始化后的三维地应力模型为初始模型，建立四维动态地应力模型。

S8、对四维地应力模型进行渗流-应力耦合迭代计算，得到动态地应力及孔弹性参数计算结果，分析地应力、地层位移、体积应变率以及孔隙压力动态孔弹性参数的变化情况，如图6、7所示。

S9、在动态孔隙压力动态模型上，优化加密井井位、层位选择；加密井完井改造工艺；具体包含以下子步骤：

S91、在动态应力场模型、地质属性模型、离散天然裂缝模型及参考井水力压裂模型下，选择不同的射孔间距、泵注规模、施工压力及施工排量参数，输入压裂模型中进行模拟对比；

S92、对比不同的施工参数下，压裂施工规模、裂缝扩展形态、目标井与参考井裂缝空间展布关系，确包上述施工参数符合施工要求。

一般来说，页岩气加密以防止井间压串为前提，力求改造规模和裂缝复杂程度最大化。通过对比参数，我们发现对于不同射孔间距及射孔簇数，同样长度的水平井段，当射孔段数较多时，水力裂缝长度较短，但扩张缝数量较多，裂缝网络相对较复杂，如表4、图8所示；对于不同液量，同样射孔参数，当液量较大时，水力裂缝长度增加，但裂缝过长会联通邻井裂缝，不利于压裂改造，如表5、图9所示。

表4不同射孔方式下的水力压裂模拟参数统计

表5不同压裂液量下的水力压裂模拟参数统计

Claims (2)

1.一种裂缝型油气储层加密井改造优化方法，其特征在于：包含以下步骤：

S1、根据油气藏储层构造、单井井层数据、物性数据、岩性数据、岩石力学数据、应力数据及地震数据，通过属性粗化、插值计算方法，建立目的区块包含地层厚度、应力、岩性、物性及岩石力学性质的三维地质网格模型；

S2、建立反映储层天然裂缝形态分布的离散裂缝网络分布模型，计算裂缝所在的地质网格属性；

S3、在S1和S2模型基础上，根据压裂施工数据，模拟三维水力压裂缝网扩展分布情况，计算水力压裂缝网属性；

S4、在S1、S2和S3模型基础上，结合储层温压参数及流体高压物性参数，建立三维油气藏数值模拟模型，利用生产、注入动态参数预计不同时期的储层三维孔隙压力场和温度场，或利用各井生产量、注入量参数，拟合各井生产压力温度，模拟不同时期储层三维孔隙压力场和温度场，同时建立非储层模型和计算其属性参数；

S5、根据S1中生成的三维地质岩石力学属性模型及相关层面数据，重新建立适用于岩石力学计算的三维力学模型，并根据插值算法，将原地质模型中岩石力学属性赋值于三维力学模型，建立带有储层物性及岩石力学模型的三维地应力模型；

S6、利用应力平衡法修正应力场分布模型，形成初始三维地应力场；

S7、利用数值模拟所得三维孔隙压力和温度场结果作为不同计算时间步长的边界条件，以初始三维地应力场为初始条件，建立四维动态地应力场模型；

S8、对四维地应力模型进行渗流-应力耦合迭代计算，得到动态地应力及孔弹性参数计算结果，分析地应力、地层位移、体积应变率以及孔隙压力动态孔弹性参数的变化情况；

S9、在动态孔隙压力动态模型上，优化加密井井位、层位选择；加密井完井改造工艺。

2.根据权利要求1所述的一种裂缝型油气储层加密井改造优化方法，其特征在于：所述步骤S9包含以下子步骤：

S91、在动态应力场模型、地质属性模型、离散天然裂缝模型及参考井水力压裂模型下，选择不同的射孔间距、泵注规模、施工压力及施工排量参数，输入压裂模型中进行模拟对比；

S92、对比不同的施工参数下，压裂施工规模、裂缝扩展形态、目标井与参考井裂缝空间展布关系，确包上述施工参数符合施工要求。