CN111219175B - 考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法，包括步骤：S1、建立储层模型并进行网格划分；S2、输入天然裂缝和水力裂缝刻蚀宽度，得到对应网格的渗透率；S3、计算时间步结束时储层流体压力分布；S4、将储层流体压力分布带入步骤S2，计算当前时间步下考虑应力敏感的酸蚀裂缝导流能力，并重新对水力裂缝、天然裂缝渗透率进行赋值；S5、重复步骤S2‑S4，直至获得产能模拟总时间内的储层内压力分布；S6、计算参考闭合应力下动态产能指数，确定平稳段的时间步；S7、计算得到不同施工参数平稳段内的无因次产能指数曲线图版，根据图版读取最优化施工参数；本发明有利于准确优选裂缝性储层酸压施工参数。

Description

考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，具体涉及考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法。

背景技术

近年来，深层裂缝性碳酸盐岩储层在四川盆地、塔里木盆地多有发现，业已成为国内油气勘探开发的重点领域。此类储层天然裂缝发育，基质储渗能力相对较差，酸化压裂是改造此类储层的主要手段之一。

酸化压裂(简称酸压)是指在高于储层破裂压力或天然裂缝的闭合压力下，将酸液挤入储层，在储层中形成水力裂缝。同时酸液与裂缝壁面岩石发生化学反应，非均匀刻蚀裂缝壁面，形成沟槽状或凹凸不平的刻蚀裂缝。使得施工结束后裂缝不完全闭合最终形成具有一定几何尺寸和导流能力的酸蚀裂缝，实现油气井增产。

酸压过程中，酸液沿天然裂缝大量滤失，但同时也会溶蚀天然裂缝壁面，增加天然裂缝宽度，提高天然裂缝在生产时的流动能力。而提高后的天然裂缝流动能力又会对主裂缝的流动能力产生额外的要求。因此，裂缝性碳酸盐岩储层对酸压裂缝的导流能力及长度的要求即酸压裂缝与储层的匹配性与非裂缝性储层略有不同。而酸压裂缝的导流能力和长度主要受到注酸排量及注酸量的影响，因此，如何将不同注酸排量、注酸量条件下的酸压裂缝导流能力及长度与考虑天然裂缝溶蚀的储层流动能力相匹配是此类储层有效改造的关键。

目前常用的裂缝参数匹配性研究方法一般是通过直接设置酸压裂缝的导流能力和长度并计算一定时间内的产量从而对理想化的裂缝参数进行选择。该类方法无法考虑现场施工条件及储层条件对酸压裂缝导流能力及长度的限制。同时在裂缝性碳酸盐岩储层中，天然裂缝的存在导致这些方法变得不再可靠。天然裂缝的滤失会大大减弱酸液对水力裂缝的刻蚀，而改造后的天然裂缝又会要求酸蚀裂缝拥有更高的导流能力。于此同时，酸蚀裂缝的导流能力对有效闭合应力的变化十分敏感，随着生产过程的进行，裂缝内的流体压力快速下降，有效闭合应力快速上升，酸蚀裂缝的导流能力也随之变化。由于这三个因素的存在，导致采用前期的方法对酸压裂缝匹配性进行优化不再可靠。

发明内容

针对上述问题，本发明提供考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法,重点考虑天然裂缝存在带来的额外流动能力和应力敏感条件下酸蚀裂缝内导流能力动态变化过程，以便最终获得可靠的裂缝性碳酸盐岩储层酸压裂缝匹配性优化。

本发明采用下述的技术方案：

考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法，包括以下步骤：

S1、建立储层模型：根据储层天然裂缝参数，对储层进行网格划分，将天然裂缝的宽度和水力裂缝的网格宽度按1cm划分，长度和宽度方向的网格在水力裂缝及天然裂缝壁面均按照对数加密；所述储层长度为L，储层宽度为W；

S2、输入天然裂缝和水力裂缝刻蚀宽度，将根据地层初始有效闭合应力及基于N-K模型计算所得的酸蚀裂缝及天然裂缝的导流能力分布赋值在储层模型中的对应位置网格，得到对应网格的渗透率；

S3、在储层模型中设置固定出口模拟生产井，所述固定出口流速为v_out，计算每个时间步结束时的储层流体压力分布，并记录每个时间步生产井位置流体压力；

S4、在每个计算时间步结束后，将步骤S3中的储层流体压力分布代入步骤S2中，基于步骤S2重新计算并加载天然裂缝及水力裂缝中的有效导流能力，重复步骤S2-S4直至产能模拟总时间段内生产过程模拟完毕；

S5、重复步骤S2-S4直至所有候选施工参数条件下案例生产模拟完毕；

S6、选取生产井位置压力计算结果的最高值作为储层流体压力，计算参考有效闭合应力，取所有施工参数案例中注酸量及注酸排量最小的案例中的裂缝刻蚀数据为参考刻蚀形态，重复步骤S2-S4，计算获得当前酸化压裂施工参数下的动态产能指数；取产能指数曲线平稳段开始时间点至结束时间点之间的时间段为有效评价时间段；

S7、基于不同施工参数条件下计算所得的储层流体压力，计算对应计算时间步内的产能指数后，取有效评价时间段内产能指数的平均值作为对应产能指数，并计算对应的无因次产能指数；对比不同施工方案的无因次产能指数图版，获得最优酸压裂缝匹配性条件下的施工参数。

优选的，步骤S1中，所述储层模型的长度L为100-200m，宽度W为100-200m。

优选的，步骤S1中，所述天然裂缝间的网格按照对数加密的数量为6-10个，加密节点处的导流能力通过线性差值的方式进行计算。

优选的，步骤S2中，所述有效闭合应力的计算公式如下：

σ_c'(x,y,0)＝σ_oh-αp(x,y,0) (1)

式中：σ_c’为有效闭合应力，Pa；σ_oh为最小水平主应力，Pa；α为Biot系数，取值0.6-0.7之间；p为储层压力，Pa；x为储层长度方向位置坐标，m；y为储层宽度方向位置坐标，m。

优选的，步骤S3中，所述固定出口流速v_out的计算公式如下：

式中，k为储层基质平均渗透率，m²；h_pay为储层厚度，m；μ为储层流体粘度，Pa·s；r_w为井筒半径，m；

所述每个时间步结束时的储层流体压力分布计算公式如下：

式中，k_mx,k_my为储层长度和宽度方向的渗透率，m²；C_t储层综合压缩系数，Pa^-1；φ为储层岩石孔隙度，无因次；t为生产时间，s。

优选的，步骤S6中，所述动态产能指数的计算公式如下：

式中，PI为产能指数，m³/(pa·s)；

为平均储层压力，Pa；p_wf为井底流压，Pa；h_pay为储层厚度，m；v_out为固定出口流速，m/s。

优选的，所述计算对应的无因次产能指数的计算公式为：

式中，J_D为无因次产能指数，无因次；PI为产能指数，m³/(pa·s)；h_pay为储层厚度，m；μ为储层流体粘度，Pa·s；k为储层基质平均渗透率，m²。

本发明的有益效果是：

1、本发明重点考虑天然裂缝存在带来的额外流动能力和应力敏感条件下酸蚀裂缝内导流能力动态变化过程，以便最终获得可靠的裂缝性碳酸盐岩储层酸压裂缝匹配性优化；

2、本发明原理可靠，计算高效，有利于准确计算裂缝性储层酸压后的无因次产能指数，提高酸压施工参数优化的准确性，对裂缝性碳酸盐岩储层酸压设计具有指导意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明储层模型网格划分示意图；

图2为本发明储层模型初始渗透率分布(部分)示意图；

图3为本发明第一个时间步结束时储层流体压力分布(部分)示意图；

图4为本发明储层模型计算后期渗透率分布(部分)示意图；

图5为本发明参考闭合应力下计算所得产能指数曲线示意图；

图6为本发明不同注酸条件下无因次产能指数对比示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图6所示，考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法，包括以下步骤：

S1、建立储层模型：根据储层天然裂缝参数，对储层进行网格划分，如图1所示，将天然裂缝的宽度和水力裂缝的网格宽度按1cm划分，长度和宽度方向的水力裂缝及天然裂缝壁面均按照对数加密；天然裂缝间的网格加密数为6-10个。为了节省计算时间，模型的大小一般设置为长度L为100-200m，宽度W为100-200m(酸蚀裂缝有效长度一般不超过100m)；所述储层模型的基本参数如表1所示：

表1储层模型酸压设计基本参数

S2、输入天然裂缝和水力裂缝刻蚀宽度，如表2所示，根据地层初始有效闭合应力：

σ_c'(x,y,0)＝σ_oh-αp(x,y,0) (1)

式中：σ_c’为有效闭合应力，Pa；σ_oh为最小水平主应力，Pa；α为Biot系数，取值0.6-0.7之间；p为储层压力，Pa；x为储层长度方向位置坐标，m；y为储层宽度方向位置坐标，m。

表2不同排量下0.5m-65.5m长度处酸蚀裂缝宽度输入数据表

基于N-K模型计算酸蚀裂缝及天然裂缝的导流能力分布，将计算所得的酸蚀裂缝及天然裂缝的导流能力分布赋值在储层模型中的对应位置网格，得到对应网格的渗透率，如图2所示为模型初始渗透率分布(部分)，此时有效闭合应力相对较小，酸蚀裂缝渗透率较高，天然裂缝渗透率在图中不可见；

加密节点处的导流能力通过线性差值的方式进行计算；天然裂缝由于在地层条件下具有初始开度，故认为酸蚀后天然裂缝作为有效流动通道不发生闭合，则在天然裂缝区域加载的有效闭合应力设为0。

S3、在储层模型中设置固定出口模拟生产井，所述固定出口流速为v_out：

式中，k为储层基质平均渗透率，m²；h_pay为储层厚度，m；μ为储层流体粘度，Pa·s；r_w为井筒半径，m；

根据公式(3)计算每个时间步结束时的储层流体压力分布：

式中，k_mx,k_my为储层长度和宽度方向的渗透率，m²；C_t储层综合压缩系数，Pa^-1；φ为储层岩石孔隙度，无因次；t为生产时间，s。

计算时间步根据需求在在1-10天范围内选定，产能模拟的总时间设置为3个月，计算过程中记录每个时间步生产井位置的流体压力。

S4、在每个计算时间步结束后，将步骤S3中的储层流体压力分布代入步骤S2中，基于步骤S2重新计算并加载天然裂缝及水力裂缝中的有效导流能力，重复步骤S2-S4直至产能模拟总时间段内生产过程模拟完毕；

S5、重复步骤S2-S4直至所有候选施工参数条件下案例生产模拟完毕；

将需要进行对比优选的施工参数计算所得的裂缝刻蚀数据依次带入并重复上述步骤，即可得到在相同产量条件下生产三个月后地层压力分布结果；

如图4所示，模型计算后期的渗透率分布示意图(部分)，此时有效闭合应力相对较大，酸蚀裂缝渗透率下降，天然裂缝渗透率可见；

选取生产井位置压力计算结果的最高值作为储层流体压力，重复步骤S2-S4，计算获得当前酸化压裂施工参数下的动态产能指数；取产能指数曲线平稳段开始时间点至结束时间点之间的时间段为有效评价时间段；

S6、选取生产井位置压力计算结果的最高值作为储层流体压力，计算参考有效闭合应力，取所有施工参数案例中注酸量及注酸排量最小的案例中的裂缝刻蚀数据为参考刻蚀形态，重复步骤S2-S4并记录每个时间步生产后的储层压力分布，通过计算拟稳态流动下的产能系数计算公式(PRODUCTION SYSTEM)获得当前酸化压裂施工参数下的动态产能指数；

式中，PI为产能指数，m³/(pa·s)；

为平均储层压力，Pa；p_wf为井底流压，Pa；h_pay为储层厚度，m；v_out为固定出口流速，m/s。

观察参考闭合应力下计算所得产能指数曲线，将产能指数曲线中平稳段判定为整体流态已经进入拟稳态，则取产能指数曲线平稳段开始时间点至结束时间点之间的时间段为有效评价时间段；如图5所示，有效评价时间段内确定的平稳段位时间步5-时间步20。

S7、基于不同施工参数条件下(不同注酸排量，注酸量)计算所得的储层流体压力数据，计算对应计算时间步内的产能指数后，取有效评价时间段内产能指数的平均值作为对应产能指数，并通过公式(5)计算对应的无因次产能指数；

式中，J_D为无因次产能指数，无因次；PI为产能指数，m³/(pa·s)；h_pay为储层厚度，m；μ为储层流体粘度，Pa·s；k为储层基质平均渗透率，m²。

对比不同施工方案的无因次产能指数图版，获得设计人员需求的最优酸压裂缝匹配条件下的施工参数方案。如图6所示，最优化排量随注酸量的增加而增加，在300m³注酸量下最优注酸排量为3-5m³/min；在400m³注酸量下最优注酸排量为4-6m³/min。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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许更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做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立储层模型：根据储层天然裂缝参数，对储层进行网格划分，将天然裂缝的宽度和水力裂缝的网格宽度按1cm划分，长度和宽度方向的网格在水力裂缝及天然裂缝壁面均按照对数加密；所述储层长度为L，储层宽度为W；

S2、输入天然裂缝和水力裂缝刻蚀宽度，将根据地层初始有效闭合应力及基于N-K模型计算所得的酸蚀裂缝及天然裂缝的导流能力分布赋值在储层模型中的对应位置网格，得到对应网格的渗透率；所述有效闭合应力的计算公式如下：

σ_c'(x,y,0)＝σ_oh-αp(x,y,0) (1)

式中：σ_c’为有效闭合应力，Pa；σ_oh为最小水平主应力，Pa；α为Biot系数，取值0.6-0.7之间；p为储层压力，Pa；x为储层长度方向位置坐标，m；y为储层宽度方向位置坐标，m；

S3、在储层模型中设置固定出口模拟生产井，所述固定出口流速为v_out，计算每个时间步结束时的储层流体压力分布，并记录每个时间步生产井位置流体压力；

所述固定出口流速v_out的计算公式如下：

式中，k为储层基质平均渗透率，m²；h_pay为储层厚度，m；μ为储层流体粘度，Pa·s；r_w为井筒半径，m；

所述每个时间步结束时的储层流体压力分布计算公式如下：

式中，k_mx,k_my为储层长度和宽度方向的渗透率，m²；C_t储层综合压缩系数，Pa^-1；φ为储层岩石孔隙度，无因次；t为生产时间，s；

S4、在每个计算时间步结束后，将步骤S3中的储层流体压力分布代入步骤S2中，基于步骤S2重新计算并加载天然裂缝及水力裂缝中的有效导流能力，重复步骤S2-S4直至产能模拟总时间段内生产过程模拟完毕；

S5、重复步骤S2-S4直至所有候选施工参数条件下案例生产模拟完毕；

S6、选取生产井位置压力计算结果的最高值作为储层流体压力，计算参考有效闭合应力，取所有施工参数案例中注酸量及注酸排量最小的案例中的裂缝刻蚀数据为参考刻蚀形态，重复步骤S2-S4，计算获得当前酸化压裂施工参数下的动态产能指数；取产能指数曲线平稳段开始时间点至结束时间点之间的时间段为有效评价时间段；

所述动态产能指数的计算公式如下：

式中，PI为产能指数，m³/(pa·s)；

为平均储层压力，Pa；p_wf为井底流压，Pa；h_pay为储层厚度，m；v_out为固定出口流速，m/s；

S7、基于不同施工参数条件下计算所得的储层流体压力，计算对应计算时间步内的产能指数后，取有效评价时间段内产能指数的平均值作为对应产能指数，并计算对应的无因次产能指数；对比不同施工方案的无因次产能指数图版，获得最优酸压裂缝匹配性条件下的施工参数。

2.根据权利要求1所述的考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法，其特征在于，步骤S1中，所述储层模型的长度L为100-200m，宽度W为100-200m。

3.根据权利要求1所述的考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法，其特征在于，步骤S1中，所述天然裂缝间的网格按照对数加密的数量为6-10个，加密节点处的导流能力通过线性差值的方式进行计算。

4.根据权利要求1所述的考虑应力敏感的裂缝性碳酸盐岩酸压裂缝匹配性优化方法，其特征在于，所述计算对应的无因次产能指数的计算公式为：

式中，J_D为无因次产能指数，无因次；PI为产能指数，m³/(pa·s)；h_pay为储层厚度，m；μ为储层流体粘度，Pa·s；k为储层基质平均渗透率，m²。

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