CN110608037A - 实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，包括以下步骤：该方法采储层段露头岩样，利用裂缝面重构技术批量制作具有水力压裂后裂缝表面真实形态的雕刻岩样，根据现场施工参数确定支撑裂缝不同位置处的铺砂浓度，在雕刻岩样上铺置对应浓度的支撑剂后开展支撑裂缝导流能力测试。本发明真实模拟致密砂岩储层水力压裂后地下支撑裂缝的渗流形态，准确评价支撑裂缝导流能力及其分布情况，为优化压裂施工参数提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，属于石油天然气增产改造技术领域。
背景技术
水力压裂是致密砂岩油气藏增产改造的主要措施，通过水力压裂在储层中形成一条具有一定导流能力的支撑裂缝，从而达到改善油气渗流条件和油气增产的目的。支撑裂缝导流能力是评价支撑裂缝允许流体通过能力的指标，导流能力越高流体在支撑裂缝中的流动性越好，越有利于油气增产。
目前，国内外都主要通过室内实验的方法来评价水力压裂后地下支撑裂缝的导流能力。室内实验模拟支撑裂缝主要有两种方法：一种是利用油气储层段的井下岩心或者同层位露头岩石制作表面光滑的岩板，在岩板中填充支撑剂来模拟支撑裂缝。这种测试方法将地下裂缝壁面看作是光滑平直的裂缝面，支撑剂在裂缝中是均匀铺置的。然而，水力压裂后地下支撑裂缝是由于拉张或者剪切作用形成粗糙裂缝，其凹凸不平的粗糙表面会影响支撑剂的铺置情况，从而影响支撑裂缝导流能力。在光滑岩板中间填充支撑剂来模拟地下支撑裂缝是不切实际的。为了更为真实地模拟支撑裂缝导流能力，Freed等人采用井下岩心或与油气储层同层位露头岩石，利用人工劈裂的方式制造带有粗糙裂缝面的岩样，并在其中填充支撑剂来模拟地下支撑裂缝。这种做法的问题在于，不同劈裂后岩样的粗糙表面形貌不同，在其中充填相同浓度的支撑剂时其导流能力存在较大差异，实验结果无法用于指导现场水力压裂施工。不仅如此，支撑裂缝中的支撑剂类型及铺砂浓度对导流能有重要影响，然而在支撑裂缝的不同位置其铺砂浓度有所不同，但目前的做法多是利用固定的铺砂浓度来代表整条裂缝的铺砂浓度，用裂缝上一个点的测试数据来代替整条裂缝的导流能力，测试条件与储层实际情况不符。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，该方法采用井下岩心或同层位的露头岩样，利用裂缝面重构技术批量制作具有水力压裂后裂缝表面真实形态的雕刻岩样，根据现场施工参数确定支撑裂缝不同位置处的铺砂浓度，在雕刻岩样上铺置对应浓度的支撑剂后开展支撑裂缝导流能力测试，真实模拟致密砂岩储层水力压裂后地下支撑裂缝的渗流形态，准确评价支撑裂缝导流能力及其分布情况。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，包括以下步骤；
步骤S1、采集具有天然裂缝的致密砂岩储层段露头，将露头岩样切割为长180mm、宽37mm、高50mm的方形岩板，方形岩板数量不低于8块；
步骤S2、采用雕刻刀在方形岩板中部沿岩板长度方向预制划痕，制得预制划痕的方形岩板；
步骤S3、将步骤S2中预制划痕的方形岩板放入岩板劈裂装置中，将岩板劈裂装置放于压力加载框架上，缓慢加压直至预制划痕的方形岩板破裂为一对具有粗糙表面形态的劈裂岩板；
步骤S4、用激光扫描仪获取步骤S3所述劈裂岩板的裂缝面粗糙形貌数据，计算出粗糙面的几何面加权平均高度；
步骤S5、根据步骤S4中得到的几何面加权平均高度，选取一对代表该致密砂岩储层天然裂缝表面形貌的劈裂岩板；
步骤S6、采用标准差滤波法对步骤S5中选取的劈裂岩板的三维点云数据进行降噪处理，然后根据克里金插值法对降噪后的点云数据进行插值规整，之后导入Geomagic软件中将点云数据转换为NURBS曲面模型，最后将曲面模型导入雕刻机，利用雕刻机自带的Artcame软件建立雕刻机刀路；
步骤S7、利用致密砂岩储层段的井下岩心或者同层位露头岩石制作表面光滑平直的光滑方形岩板，光滑方形岩板的长为180mm、宽为37mm、高为30mm；
步骤S8、再利用雕刻机将步骤S7中的光滑方形岩板雕刻为表面形貌统一的人造岩样；
步骤S9、利用线切割机将步骤S8中的人造岩样长方向两端打磨成直径37mm的半圆弧，获得导流能力测试用岩板；
步骤S10、根据现场施工参数，采用压裂模拟器FracproPT模拟水力压裂过程中储层水力裂缝延伸扩展过程，获取沿着水力缝长方向的缝宽分布、缝高分布、支撑剂质量浓度分布数据；再根据铺砂浓度分布情况将支撑裂缝分成多段，其中每段支撑裂缝中的铺砂浓度和粒径都分别相同；
步骤S11、支撑裂缝导流能力测试的闭合压力由下面公式确定，将地层温度定为裂缝导流能力测试的实验温度；
δ＝δ1-αPp
式中：δ为导流能力测试的闭合压力，MPa；δ1为最小水平主应力，MPa；α为有效应力系数，小数；Pp为孔隙压力，MPa；
步骤S12、将步骤S9中得到的导流能力测试用岩板放入导流室中，并根据步骤S10确定的支撑剂铺砂浓度及粒径分布情况均匀地铺置支撑剂，将组装完成的导流室装入导流能力测试装置，利用步骤S11中确定的闭合压力和实验温度对导流室加温并加载闭合压力，测试支撑裂缝不同段处的导流能力，即可最终得到致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝裂缝导流能力及其分布情况。
进一步的技术方案是，所述步骤S4中几何面加权平均高度的计算公式如下：
Vi＝|Zsi|ds
Sa＝l×w
式中：Vi为基于裂缝表面基准面不规则几何体体积；n为不规则几何体个数；Sa为粗糙裂缝面投影面积；ZP是表面微观不规则几何面加权平均高度；ds是粗糙表面无限微分面积，|ZSi|是对应微分面积ds的高程；l为岩板长度；w为岩板宽度。
进一步的技术方案是，所述步骤S5中具体的过程为：根据每对劈裂岩板的几何面加权平均高度来计算全部劈裂岩板的几何面加权平均高度平均值，后选取一对几何面加权平均高度最接近平均值的劈裂岩板。
进一步的技术方案是，所述步骤S6中标准差滤波法的具体计算过程如下：
步骤S61、在扫描获取的裂缝面点云数据数组{Xi、Yi、Zi}中计算每个点{Xn、Yn、Zn}与之临近的8个邻域点的距离，8个领域点的x和y方向坐标分别为{Xn-1、Yn-1}、{Xn-1、Yn}、{Xn-1、Yn+1}、{Xn、Yn-1}、{Xn、Yn+1}、{Xn+1、Yn-1}、{Xn+1、Yn}、{Xn+1、Yn+1}；
步骤S62、对步骤S61中计算的距离进行统计，并计算平均距离的均值u和标准差r；
步骤S63、判断点{Xn、Yn、Zn}到8个邻域点的平均距离u与距离阈值d＝u±5r之间的关系；若大于距离d，则为噪点进行去除。
进一步的技术方案是，所述步骤S6中在采用克里金插值法对点云数据进行插值时所设置的步长为0.1mm×0.1mm。
本发明的有益效果是：本发明能够批量制作与储层岩石矿物组分相同、力学性质一致、表面粗糙形貌真实且统一的岩样，为还原砂岩储层水力压裂真实形态并开展物理模拟实验提供岩样；利用该岩样开展支撑裂缝导流能力实验，可真实模拟致密砂岩储层水力压裂后地下支撑裂缝的渗流形态，准确评价支撑裂缝导流能力及其分布情况，为优化压裂施工参数提供依据。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步的说明。
实施例1
本发明的实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、采集致密砂岩储层段露头，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为8块长180mm、宽37mm、高50mm的方形岩板，并且编号1-8；
步骤S2、采用雕刻刀在原始方形岩板中部沿岩板长度方向预制划痕，制得预制划痕的方形岩板；
步骤S3、将步骤S2中预制划痕的方形岩板放入岩板劈裂装置中，将岩板劈裂装置放于压力加载框架上，缓慢加压直至预制划痕的方形岩板破裂为一对具有粗糙表面形态的劈裂岩板，从而形成编号为1-8的8对劈裂岩板；
步骤S4、用激光扫描仪获取步骤S3所述的劈裂岩板的裂缝面粗糙形貌数据，计算出每对劈裂岩板的几何面加权平均高度以及平均值，其结果如表1所示；
表1几何面加权平均高度计算结果
步骤S5、根据计算数据6号劈裂岩板的几何面加权平均高度最接近平均值，选取6号劈裂岩板作为YT01井致密砂岩储层层段自支撑裂缝典型粗糙形貌；
步骤S6、将6号劈裂岩板的三维点云数据进行降噪处理后进行插值规整，之后导入Geomagic软件中将点云数据转换为NURBS曲面模型，最后将曲面模型导入雕刻机，利用雕刻机自带的Artcame软件建立雕刻机刀路；
步骤S7、采用切割机将采集的致密砂岩露头切割成长180mm、宽37mm、高30mm的方形岩样，并用雕刻机将6号劈裂岩板的形貌重复雕刻到切割好的方形岩样上，获得表面形貌统一的人造岩样；
步骤S8、利用线切割机将步骤S7中的人造岩样长方向两端打磨成直径为37mm的半圆弧，获得导流能力测试用岩板；
步骤S9、根据现场施工参数，采用压裂模拟器FracproPT模拟水力压裂过程中井下水力裂缝延伸扩展过程，获取沿着水力缝长方向的缝宽分布、缝高分布、支撑剂质量浓度分布数据；再根据铺砂浓度分布情况将支撑裂缝分成多段，其中每段支撑裂缝中的铺砂浓度和粒径都分别相同；
表2 YT01井裂缝不同位置处支撑剂铺置情况
步骤S10、根据YT01地质资料已知：致密砂岩储层地层温度为78℃，由此确定支撑裂缝导流能力测试温度为78℃；通过地应力测试确定地层最小水平主应力为47.7MPa，地层孔隙压力为55MPa，孔隙压力有效应力系数为0.5，确定支撑裂缝导流能力测试闭合压力为20.2MPa；
步骤S11、根据步骤S10中设定的测试温度设置导流室温度；根据步骤S10中设定的闭合压力设置压力试验机的加载压力，根据步骤S9中确定的铺砂浓度和粒径均匀地铺置支撑剂，测试支撑裂缝不同位置(段)处的导流能力。
表3导流能力测试数据
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤S1、采集致密砂岩储层段露头，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为不低于8块的方形岩板，其方形岩板的长为180mm、宽为37mm、高为50mm；
步骤S2、采用雕刻刀在方形岩板中部沿岩板长度方向预制划痕，制得预制划痕的方形岩板；
步骤S3、将步骤S2中预制划痕的方形岩板放入岩板劈裂装置中，将岩板劈裂装置放于压力加载框架上，缓慢加压直至预制划痕的方形岩板破裂为一对具有粗糙表面形态的劈裂岩板；
步骤S4、用激光扫描仪获取步骤S3所述劈裂岩板的裂缝面粗糙形貌数据，计算出粗糙面的几何面加权平均高度；
步骤S5、根据步骤S4中得到的几何面加权平均高度，选取一对代表该致密砂岩储层天然裂缝表面形貌的劈裂岩板；
步骤S6、采用标准差滤波法对步骤S5中选取的劈裂岩板的三维点云数据进行降噪处理，然后根据克里金插值法对降噪后的点云数据进行插值规整，之后导入Geomagic软件中将点云数据转换为NURBS曲面模型，最后将曲面模型导入雕刻机，利用雕刻机自带的Artcame软件建立雕刻机刀路；
步骤S7、利用致密砂岩储层段的井下岩心或者同层位露头岩石制作表面光滑平直的光滑方形岩板，其光滑方形岩板的长为180mm、宽为37mm、高为30mm；
步骤S8、再利用雕刻机将步骤S7中的光滑方形岩板雕刻为表面形貌统一的人造岩样；
步骤S9、利用线切割机将步骤S8中的人造岩样长方向两端打磨成直径37mm的半圆弧，获得导流能力测试用岩板；
步骤S10、根据现场施工参数，采用压裂模拟器FracproPT模拟水力压裂过程中储层水力裂缝延伸扩展过程，获取沿着水力缝长方向的缝宽分布、缝高分布、支撑剂质量浓度分布数据；再根据铺砂浓度分布情况将支撑裂缝分成多段，其中每段支撑裂缝中的铺砂浓度和粒径都分别相同；
步骤S11、支撑裂缝导流能力测试的闭合压力由公式确定，将地层温度定为裂缝导流能力测试的实验温度；
δ＝δ1-αPp
式中：δ为导流能力测试的闭合压力，MPa；δ1为最小水平主应力，MPa；α为有效应力系数，小数；Pp为孔隙压力，MPa；
步骤S12、将步骤S9中得到的导流能力测试用岩板放入导流室中，并根据步骤S10确定的铺砂浓度及粒径分布情况均匀地铺置支撑剂，将组装完成的导流室装入导流能力测试装置，利用步骤S11中确定的闭合压力和实验温度对导流室加温并加载闭合压力，测试支撑裂缝不同段处的导流能力，即可最终得到致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝裂缝导流能力及其分布情况。
2.根据权利要求1所述的实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，其特征在于，所述步骤S4中几何面加权平均高度的计算公式如下：
Sa＝l×w
式中：Vi为基于裂缝表面基准面不规则几何体体积；n为不规则几何体个数；Sa为粗糙裂缝面投影面积；ZP是表面微观不规则几何面加权平均高度；ds是粗糙表面无限微分面积，|ZSi|是对应微分面积ds的高程；l为岩板长度；w为岩板宽度。
3.根据权利要求2所述的实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，其特征在于，所述步骤S5中具体的过程为：根据每对劈裂岩板的几何面加权平均高度来计算全部劈裂岩板的几何面加权平均高度平均值，后选取一对几何面加权平均高度最接近平均值的劈裂岩板。
4.根据权利要求1所述的实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，其特征在于，所述步骤S6中标准差滤波法的具体计算过程如下：
步骤S61、在扫描获取的裂缝面点云数据数组{Xi、Yi、Zi}中计算每个点{Xn、Yn、Zn}与之临近的8个邻域点的距离，8个领域点的x和y方向坐标分别为{Xn-1、Yn-1}、{Xn-1、Yn}、{Xn-1、Yn+1}、{Xn、Yn-1}、{Xn、Yn+1}、{Xn+1、Yn-1}、{Xn+1、Yn}、{Xn+1、Yn+1}；
步骤S62、对步骤S61中计算的距离进行统计，并计算平均距离的均值u和标准差r；
步骤S63、判断点{Xn、Yn、Zn}到8个邻域点的平均距离u与距离阈值d＝u±5r之间的关系；若大于距离d，则为噪点进行去除。
5.根据权利要求4所述的实验确定致密砂岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力的方法，其特征在于，所述步骤S6中在采用克里金插值法对点云数据进行插值时所设置的步长为0.1mm×0.1mm。
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