CN110704888B - 一种非常规油气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非常规油气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法，它包括以下步骤：S1、建立带有物性及地质力学参数的三维地质模型；S2、综合岩心‑测井‑地震资料建立天然裂缝网络模型；S3、基于天然裂缝模型生成老井水力压裂复杂裂缝；S4、建立三维页岩气藏渗流模型；S5、建立三维地质力学模型；S6、分析计算动态地应力场；S7、基于老井复杂裂缝和动态地应力计算结果，建立加密井水平压裂复杂裂缝数值模型；S8、优化设计加密井体积压裂施工参数。本发明的有益效果是：能够准确反应天然裂缝发育的页岩储层长期开采过程对加密井体积压裂的影响，对其压裂施工参数进行优化设计，有效提高了压裂效果，增大了单井产能。
Description
技术领域
本发明涉及油气资源开发及其增产改造领域，特别是一种非常规油气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法。
背景技术
我国页岩气资源高效开发主要采用水平井+分段多簇射孔+大排量的体积压裂技术，形成的具有较高导流能力的裂缝网络，实现储层的体积改造。在开采一段时候后，单井产井快速衰减，需要通过加密井+水力压裂的方式补充区块产能、充分开发未动用区域，提高采收率。如果加密井水力压裂效果不佳，会极大程度上限制加密井单井产能，进而影响了开发区块整体采收率的提高。目前解决这一问题的关键在于能否通过对储层当前地质力学特征的准确认识，进而优化设计出高效压裂施工参数。
常规的加密井压裂设计仅能基于岩心实验、钻井、测井和漏失实验等对井周当前的地应力进行评价，并结合利用初期地震或地质资料中的初期地应力场猜测当前地应力场变化情况，无法将前期生产井长期开采对地应力的变化考虑到储层整体地应力场中，进而就无法针对当前储层应力状态进行有效的加密井压裂设计。另一方面，传统的动态地应力分析（如专利号CN2017102173386、CN2017102173403），往往无法考虑储层天然裂缝网络和前期压裂复杂裂缝的影响，其动态分析结果往往与真实的储层孔隙压力及地应力变化结果相差较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能够模拟分析页岩气藏在不同生产时期地质力学参数场变化情况下，计算出加密井体积压裂复杂裂缝的页岩气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种非常规油气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法，它包括以下步骤：
S1、建立带有物性及地质力学参数的三维地质模型，该三维地质模型中层位信息应与真实地层层位匹配，物性参数至少应包括孔隙度、渗透率、饱和度和沉积相，地质力学参数至少应包括杨氏模量、泊松比、岩性、岩相和三向地应力。
S2、通过岩心分析识别微观天然裂缝参数、通过成像测井资料分析得到井周裂缝三维形态及分布、通过地震解释结果分析得到储层天然裂缝分布，最终综合岩心-测井-地震资料建立天然裂缝网络模型。
S3、将天然裂缝网络模型嵌入到三维地质模型中，并结合水力压裂设计及施工数据，计算生成前期生产井水力压裂复杂裂缝。
S4、将前期生产井水力裂缝复杂裂缝嵌入到带有天然裂缝的地质模型中，根据三维地质模型建立三维页岩气藏渗流模型，并对各井设置生产动态参数边界条件。
S5、利用三维地质模型反演得到储层几何特征，并依据分析需要建立网格模型，然后利用地质模型中校正的地质力学属性参数对地质力学网格模型赋值相关属性，建立三维地质力学模型。
S6、以页岩气藏渗流模型和地质力学模型为基础，以各井生产动态参数为边界条件，开展页岩气藏开采过程中的渗流-应力耦合动态计算，分析储层动态地质力学参数场演变情况，最后计算得到的当前地质力学参数演变结果更新原有带有复杂裂缝网络的地质模型中的相关地质力学参数。
S7、在更新了地质力学参数的复杂裂缝网络地质模型基础上，结合加密井体积压裂设计施工数据，建立加密井体积压裂复杂裂缝数值模型。
S8、通过在加密井体积压裂复杂裂缝数值模型中改变不同压裂施工参数，计算得到不同的复杂裂缝分布及形态，分析不同施工参数对体积压裂改造效果的影响，以最佳有效储层改造体积为目标，优化设计出加密井体积压裂施工参数。
进一步地，所述动态地质力学参数和当前地质力学参数包括孔隙压力和地应力。
本发明具有以下优点：
（1）本发明通过储层天然裂缝描述和前期压裂复杂裂缝分析，建立了带有复杂裂缝网络的页岩储层气藏模型，解决了传统页岩储层气藏模型中仅能对简单压裂裂缝进行描述，无法准确分析生产过程中的孔隙压力动态变化等问题；
（2）本发明通过考虑生产动态参数，建立了页岩储层四维动态地应力模型，克服了三维静态地应力模型无法反应页岩储层长期开采过程中地应力场动态变化的问题；
（3）本发明能够准确描述页岩储层天然裂缝状态、前期水力压裂裂缝状态以及孔弹性参数的非均质性和各向异性，更大程度上地反映加密井压裂前页岩储层的真实状态；
（4）本发明基于四维动态地应力结果开展的加密井体积压裂分析，解决了加密井压裂复杂裂缝形态认识不清的问题；
（5）本发明提出了页岩气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法，为最大程度提升加密井体积压裂改造效果提供了理论基础，能够增大加密井单井产能，提高储层采收率。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为地质属性模型图；
图3为综合岩心-测井-地震数据分析得到的储层天然裂缝网络模型图；
图4为前期生产井施工微地震监测结果与模拟体积压裂复杂裂缝对比验证图；
图5为带有复杂裂缝网络（天然裂缝和前期生产井水力裂缝）的页岩气藏模型图；
图6为加密井压裂前孔隙压力历史拟合结果图；
图7为开采后最小水平主应力图；
图8为最小水平主应力的偏转角度分布图；
图9为加密井计算得到的体积压裂复杂裂缝图。
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。
一种非常规油气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法，它包括以下步骤：
S1、建立带有物性及地质力学参数的三维地质模型，该三维地质模型中层位信息应与真实地层层位匹配，物性参数至少应包括孔隙度、渗透率、饱和度和沉积相，地质力学参数至少应包括杨氏模量、泊松比、岩性、岩相和三向地应力；
具体建立三维地质模型的步骤为：先根据地震资料或地质图册建立储层内各小层的三维地质层面模型，并利用区块内单井资料对层面信息进行校正；然后根据计算精度需求划分平面网格，并在纵向上以小层厚度划分网格；然后接着结合室内岩心实验校正后的测井解释单井参数剖面（至少包括孔隙度、渗透率、饱和度、沉积相、密度、杨氏模量、泊松比、岩性、岩相和三向地应力）资料对储层层面进行插值，最后将物性及地质力学属性参数进行三维插值生成三维地质模型，对于孔隙度、渗透率、饱和度等物性参数和杨氏模量、泊松比等岩石力学参数，以沉积相和岩相进行约束，利用高斯随机函数模型插值，而对于三向主应力参数，则利用克里金线性插值法进行插值，插值结果如图2所示。
S2、通过岩心分析识别微观天然裂缝参数、通过成像测井资料分析得到井周裂缝三维形态及分布、通过地震解释结果分析得到储层天然裂缝分布，最终综合岩心-测井-地震资料建立天然裂缝网络模型，具体建立过程包括以下五个步骤：
S2（I）通过岩心观察、测井资料、薄片观察和扫描电镜测试及分析，研究岩心的多尺度天然裂缝分布情况，并统计微裂缝的形态、尺寸及密度参数；
S2（II）通过成像测井资料分析得到井周裂缝三维分布、倾角、走向、空间密度和尺寸；
S2（III）通过地震解释结果分析得到储层天然裂缝三维分布情况，并结合岩心分析结果和基于成像测井资料的井周裂缝分析结果，在三维空间中生成天然裂缝网络并区分统计出不同类型天然裂缝的尺寸及分布状态；
S2（IV）结合S2（I）和S2（II）中的岩心-成像测井分析成果和S2（III）步骤中的不同类型天然裂缝的尺寸及分布状态，对包括三维裂缝的裂缝开度、渗透率参数进行属性赋值。
S2（V）将天然裂缝网络模型嵌入到三维地质模型的网格中。对于嵌入到网格中的天然裂缝，结合岩心-成像测井分析成果（包括不同类型裂缝开度、渗透率）计算出裂缝属性，计算裂缝网格的等效渗透率和孔隙度，同时结合单位网格上的裂缝疏密程度，利用单位网格内的裂缝间距计算裂缝形状因子。
S3、将天然裂缝网络模型嵌入到三维地质模型中，并结合水力压裂设计及施工数据，计算生成前期生产井水力压裂复杂裂缝，具体计算过程包括以下四个步骤：
S3（I）对研究区块的前期压裂井设计及施工参数进行分析统计，包括压裂层段、射孔层段、射孔簇长、压裂液量、泵压、排量；
S3（II）在研究区块各前期生产井中设置压裂分段数据和射孔数据，并录入实际泵注程序和施工参数；
S3（III）在带有天然裂缝网络的三维地质模型中拟合计算前期生产井体积压裂复杂裂缝，最终形成带有复杂裂缝网络的三维地质模型，如图3所示，并分析体积压裂复杂裂缝形态以及天然裂缝对复杂裂缝形成的影响；
S3（IV）利用微地震监测结果，对体积压裂复杂裂缝进行对比验证，如图4所示。
S4、将前期生产井水力裂缝复杂裂缝嵌入到带有天然裂缝的地质模型中，根据三维地质模型建立三维页岩气藏模型，并对各井设置生产动态参数边界条件，具体计算过程包括以下三个步骤：
S4（I）将带有复杂裂缝网络（包含天然裂缝和水力压裂）的三维地质模型导入到油藏模拟器中，如图5所示，建立有限差分网格的三维页岩气藏模型，模型中同时考虑储层基质的物性、复杂裂缝渗透率各向异性、孔隙度、裂缝形状因子属性；
S4（II）在三维页岩气藏模型中建立双孔渗渗流机制，根据室内岩心实验结果设置页岩解吸模型和相渗模型，根据试井分析结果建立垂向管流模型；
S4（III）对各生产井的边界条件进行设置，通过各井在一定时间（所指一定时间可根据现场工程实际需求确定，生产数天或数月或数年的时间阶段内的不同时间）的生产动态数据（包括井口流量、井口压力、井底压力和井底流量）对各井进行约束，形成完整的三维页岩气藏渗流数值模型，如图6所示；
S5、利用三维地质模型反演得到储层几何特征，并依据分析需要建立网格模型，然后利用地质模型中校正的地质力学属性参数对地质力学网格模型赋值相关属性，建立四维地质力学模型，具体建立过程包括以下四个步骤：
S5（I）根据地质模型节点参数，反演出研究区块储层几何信息并建立几何实体；
S5（II）根据储层分层需要选择单元类型并划分网格建立有限元地质力学网格模型；
S5（III）编制三维搜索插值程序，将三维地质模型中的属性插值到有限元地质力学网格模型中，建立四维各向同性地质力学模型；
S5（IV）结合各向异性和应力敏感性参数建立页岩横观各向同性地质力学模型。
S6、以页岩气藏渗流模型和地质力学模型为基础，以各井生产动态参数为边界条件，开展页岩气藏开采过程中的渗流-应力耦合动态计算，分析储层动态地质力学参数演变情况，最后计算得到的当前地质力学参数演变结果更新原有带有复杂裂缝网络的地质模型中的相关地质力学参数，如图7和图8所示，具体计算过程包括以下五个步骤：
S6（I）首先设置好计算时间步长（以天或月或年计数），开展页岩气藏渗流历史拟合，得到当前时间步下的孔隙压力变化情况；
S6（II）将渗流模型中的计算得到的孔压变化情况导入到地质力学模型中；
S6（III）以孔隙压力为边界条件，开展地质力学动态计算，得到岩石物性参数的变化情况；
S6（IV）将岩石物性参数变化情况导入到渗流模型中；
S6（V）开展下一时间步的页岩气藏渗流历史拟合。
S7、将动态地质力学参数演变结果更新原有带有复杂裂缝网络的地质模型中的相关地质力学参数，并在此基础上，结合加密井体积压裂设计/施工数据，建立加密井体积压裂复杂裂缝数值模型，具体计算过程包括以下五个步骤：
S7（I）将有限元模型计算得到的动态地质力学参数演变结果插值到原有带有复杂裂缝网络的地质模型中，并更新相关地质力学参数；
S7（II）利用更新后的地质模型建立加密井体积压裂复杂裂缝拟合数值模型；
S7（III）以加密井体积压裂的设计或施工数据（包括轨迹、射孔、压裂）为边界条件，对数值模型内各井进行约束，形成完整的加密体积压裂复杂裂缝数值模型；
S7（IV）利用该数值模型开展复杂裂缝数值拟合，如图9所示；
S7（V）利用微地震监测结果对体积压裂复杂裂缝进行对比验证，并与当前三维地应力场进行对比，分析前期生产井开采效应对加密井压裂裂缝形态的影响。
S8、通过改变不同压裂施工参数（包括射孔簇间距、段间距、泵压、排量、压裂液粘度），按照S7（IV）中所述方法，模拟加密井体积压裂复杂裂缝参数，计算不同施工参数下复杂裂缝参数，并计算出单段裂缝的有效储层改造体积（即通过水力扩张缝计算的储层改造体积），对比得到最佳有效储层改造体积对盈利施工参数，最终优化设计出全套加密井体积压裂施工参数。
所述动态地质力学参数场和当前地质力学参数包括孔隙压力和地应力。
该优化设计方法能够描述页岩储层天然裂缝分布及参数，并基于此拟合出前期生产井体积压裂裂缝参数，进而模拟分析在不同生产时间内不同位置处地应力及地质力学参数的变化情况；在此基础上，拟合计算出加密井体积压裂复杂裂缝，更大程度上地反映页岩储层在前期压裂、生产、加密井压裂过程中的真实动态变化状态，同时解决了包括传统地质力学模型描述天然裂缝网络准确度较低、前期生产井压裂裂缝无法准确反映在页岩储层渗流中、三维静态地应力模型无法准确反应页岩气藏发过程中地应力及储层参数变化、加密井压裂分析无法基于真实地质力学状态以及以最佳有效储层改造体积为目标的加密井压裂施工参数优化方法等一系列页岩气藏加密井压裂关键技术难题。
以上所述仅是本发明的模型建立实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动，而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种非常规油气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：
S1、建立带有物性及地质力学参数的三维地质模型，该三维地质模型中层位信息应与真实地层层位匹配，物性参数至少应包括孔隙度、渗透率、饱和度和沉积相，地质力学参数至少应包括杨氏模量、泊松比、岩性、岩相和三向地应力；
S2、通过岩心分析识别微观天然裂缝参数、通过成像测井资料分析得到井周裂缝三维形态及分布、通过地震解释结果分析得到储层天然裂缝分布，最终综合岩心-测井-地震资料建立天然裂缝网络模型；具体建立过程包括以下五个步骤：
S2（I）通过岩心观察、测井资料、薄片观察和扫描电镜测试及分析，研究岩心的多尺度天然裂缝分布情况，并统计微裂缝的形态、尺寸及密度参数；
S2（II）通过成像测井资料分析得到井周裂缝三维分布、倾角、走向、空间密度和尺寸；
S2（III）通过地震解释结果分析得到储层天然裂缝三维分布情况，并结合岩心分析结果和基于成像测井资料的井周裂缝分析结果，在三维空间中生成天然裂缝网络并区分统计出不同类型天然裂缝的尺寸及分布状态；
S2（IV）结合S2（I）和S2（II）中的岩心-成像测井分析成果和S2（III）步骤中的不同类型天然裂缝的尺寸及分布状态，对包括三维裂缝的裂缝开度、渗透率参数进行属性赋值；
S2（V）将天然裂缝网络模型嵌入到三维地质模型的网格中；
对于嵌入到网格中的天然裂缝，结合岩心-成像测井分析成果计算出裂缝属性，计算裂缝网格的等效渗透率和孔隙度，同时结合单位网格上的裂缝疏密程度，利用单位网格内的裂缝间距计算裂缝形状因子；所述岩心-成像测井分析成果包括不同类型裂缝开度、渗透率；
S3、将天然裂缝网络模型嵌入到三维地质模型中，并结合水力压裂设计及施工数据，计算生成前期生产井水力压裂复杂裂缝；
S4、将前期生产井水力裂缝复杂裂缝嵌入到带有天然裂缝的地质模型中，根据三维地质模型建立三维页岩气藏渗流模型，并对各井设置生产动态参数边界条件；
S5、利用三维地质模型反演得到储层几何特征，并依据分析需要建立网格模型，然后利用地质模型中校正的地质力学属性参数对地质力学网格模型赋值相关属性，建立四维地质力学模型；具体建立过程包括以下四个步骤：
S5（I）根据地质模型节点参数，反演出研究区块储层几何信息并建立几何实体；
S5（II）根据储层分层需要选择单元类型并划分网格建立有限元地质力学网格模型；
S5（III）编制三维搜索插值程序，将三维地质模型中的属性插值到有限元地质力学网格模型中，建立四维各向同性地质力学模型；
S5（IV）结合各向异性和应力敏感性参数建立页岩横观各向同性地质力学模型；
S6、以页岩气藏渗流模型和地质力学模型为基础，以各井生产动态参数为边界条件，开展页岩气藏开采过程中的渗流-应力耦合动态计算，分析储层动态地质力学参数场演变情况，最后计算得到的当前地质力学参数演变结果更新原有带有复杂裂缝网络的地质模型中的相关地质力学参数；
S7、在更新了地质力学参数的复杂裂缝网络地质模型基础上，结合加密井体积压裂设计施工数据，建立加密井体积压裂复杂裂缝数值模型；
S8、通过在加密井体积压裂复杂裂缝数值模型中改变不同压裂施工参数，计算得到不同的复杂裂缝分布及形态，分析不同施工参数对体积压裂改造效果的影响，以最佳有效储层改造体积为目标，优化设计出加密井体积压裂施工参数。
2.根据权利要求1所述的一种非常规油气藏加密井体积压裂施工参数优化设计方法，其特征在于：所述动态地质力学参数和当前地质力学参数包括孔隙压力和地应力。
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