CN111666726A - 一种水平井穿层压裂可行性评价方法 - Google Patents

一种水平井穿层压裂可行性评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水平井穿层压裂可行性评价方法,包括以下步骤:S1建立单井地质模型;S2人工裂缝扩展规律模拟;S3穿层压裂可行性判断;S4携砂液在泥岩夹层人工裂缝内通过性分析;S5泥岩夹层内不同铺砂浓度导流能力实验评价;S6穿层压裂可行性综合评价。不仅能够评价目的油气层压裂改造同时能否兼顾相邻油气层,同时科学地评价了携砂液在泥岩夹层人工裂缝的通过性和泥岩夹层压裂导流能力,准确地分析出相邻油气层能否实现饱填砂以及泥岩夹层压后导流能力能否满足油气渗流的要求,为水平井穿层压裂技术现场实施的可行性提供一种可靠、全面、科学的评价方法,利用本发明提供的方法,不仅可以进行压前评估,同时可以进行压后分析判断。

Description

一种水平井穿层压裂可行性评价方法
技术领域
本发明涉及油气田开发压裂工程的技术领域,特别是涉及一种水平井穿层压裂可行性评价方法。
背景技术
众所周知,水平井是致密低渗油气田开发的有效手段,但是对于纵向上发育多套油气层的储层类型,由于常规水平井井筒轨迹只在某一个砂层中穿行,在后期压裂改造的过程中,希望在目的油气层改造的同时能够通过人工裂缝沟通相邻的其他油气层,不仅能够提高单井产能,同时能够提高地质储量的动用率,实现单井多层开发目的。
但是在实际应用过程中,穿层压裂实施效果未达到预期。为此,文献《水平井可控穿层压裂技术在低渗透油田的应用》、《葡萄花薄互层水平井穿层压裂技术》、《水平井穿层压裂技术研究及试验》、《可控穿层压裂技术在砂泥岩互层储层改造应用》和专利CN103967470 A和CN 107762476 A等探索了穿层压裂的设计方法,采用的关键技术是大排量、大液量施工,配套高粘压裂液、暂堵材料等,在目的油气层改造的同时兼顾相邻油气层的改造。但是由于泥岩夹层粘土含量高,泥岩塑性强,人工裂缝宽度较窄,穿层压裂实施过程中不仅存在隔层能否压开的问题,同时存在携砂液在泥岩夹层人工裂缝内容易发生“过液不过砂”的情况,导致相邻油气层中支撑剂铺置效果不理想;另外,由于泥岩夹层内人工裂缝宽度较窄导致压后支撑剂铺置浓度偏低,并且由于支撑剂在泥岩内的嵌入加剧了人工裂缝导流能力的降低。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种水平井穿层压裂可行性评价方法,该评价方法不仅能够评价目的油气层压裂改造同时能否兼顾相邻油气层,同时科学地评价了携砂液在泥岩夹层人工裂缝的通过性和泥岩夹层压裂导流能力,准确地分析出相邻油气层能否实现饱填砂以及泥岩夹层压后导流能力能否满足油气渗流的要求,为水平井穿层压裂技术现场实施的可行性提供一种可靠、全面、科学的评价方法,利用本发明提供的方法,不仅可以进行压前评估,同时可以进行压后分析判断。
本发明的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,包括以下步骤:
S1建立单井地质模型;
S2人工裂缝扩展规律模拟;
S3穿层压裂可行性判断;
S4携砂液在泥岩夹层人工裂缝内通过性分析;
S5泥岩夹层内不同铺砂浓度导流能力实验评价;
S6穿层压裂可行性综合评价。
本发明的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,所述步骤S1建立单井地质模型,考虑目的油气层和相邻油气层的砂体厚度、杨氏模量、泊松比、地层应力以及泥岩夹层厚度、杨氏模量、泊松比、地层应力。
本发明的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,所述步骤S2人工裂缝扩展规律模拟,在所述步骤S1的基础上,利用商业化压裂软件模拟在不同施工参数条件下的人工裂缝在缝高、缝长以及泥岩夹层缝宽方向上的扩展规律。
本发明的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,所述步骤S3穿层压裂可行性评价,在所述步骤S2的基础上,利用施工参数与人工裂缝在缝长和缝高的扩展规律,同时结合现场施工设备能力,分析判断穿层压裂的可行性。
本发明的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,所述步骤S4携砂液在泥岩夹层人工裂缝内的通过性评价,在所述步骤S2的基础上,结合施工参数与泥岩夹层人工裂缝宽度关系,利用Gruesbeck支撑剂桥架准则,结合现场施工设备能力,分析携砂液在泥岩夹层内人工裂缝的通过性,Gruesbeck支撑剂桥架准则为:
①当携砂液砂比η>17%时,若泥岩夹层内裂缝宽度Ws<3×Rp,则携砂液在泥岩夹层内发生桥堵;
②当携砂液砂比η<17%时,若泥岩夹层内裂缝宽度Ws<(1+2η/0.17)×Rp,则携砂液在泥岩夹层内发生桥堵。
其中:η=支撑剂体积/压裂液体系×100%;Rp为支撑剂直径。
本发明的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,所述步骤S5泥岩夹层人工裂缝内不同铺砂浓度导流能力评价,首先是选取若干块泥岩夹层岩芯,并沿轴线劈裂进行人工造缝处理,再分别铺置不同浓度的支撑剂,采用高温高压驱替装置,测定各铺砂浓度条件下泥岩夹层闭合压力条件下的长期导流能力,明确铺砂浓度与泥岩夹层裂缝导流能力关系。
本发明的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,所述步骤S6穿层压裂可行性综合评价,以同时满足①相邻油气层有效改造;②携砂液在泥岩夹层人工裂缝内不发生桥堵和③压后泥岩夹层导流能力满足油气渗流三项指标为依据,综合评价穿层压裂的可行性:若同时满足三项要求,则水平井穿层压裂技术可行;若不满足其中任何一项,或者只满足其中两项或者一项,则水平井穿层压裂技术不可行。
与现有技术相比本发明的有益效果为:本发明所提供的水平井穿层压裂可行性评价方法,不仅能够评价目的油气层压裂改造同时能否兼顾相邻油气层,同时科学地评价了携砂液在泥岩夹层人工裂缝的通过性和泥岩夹层压裂导流能力,准确地分析出相邻油气层能否实现饱填砂以及泥岩夹层压后导流能力能否满足油气渗流的要求,为水平井穿层压裂技术现场实施的可行性提供一种可靠、全面、科学的评价方法,利用本发明提供的方法,不仅可以进行压前评估,同时可以进行压后分析判断。
附图说明
图1是本发明的地质模型结构示意图;
图2是本发明的流程图;
图3是本发明的穿层压裂施工排量与裂缝高度关系曲线图;
图4是本发明的穿层压裂施工排量与泥岩夹层裂缝宽度关系曲线图;
图5是本发明的泥岩夹层支撑剂铺砂浓度与导流能力关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例
如图1-图5所示,水平井A井位于鄂尔多斯盆地某区块,目的层上覆一套含气层,设计采用穿层压裂改造,提高单井产能和地质储量动用率,设计步骤如下:
步骤S1建立地质模型:如图1所示,目的气层厚度10.0m,相邻气层厚度20m,目的气层与相邻气层闭合应力42MPa,杨氏模量22GPa,泊松比0.20,目的层与相邻层之间泥岩夹层厚度5m,闭合应力44MPa,杨氏模量18GPa,泊松比0.23;
步骤S2人工裂缝扩展规律模拟,基于建立的地质模型,利用商业化软件模拟不同施工排量与人工裂缝缝高及泥岩夹层内缝宽的关系曲线,如图3和图4所示;
步骤S3穿层压裂可行性评价,结合步骤S2所建立的施工排量与人工裂缝缝高的关系曲线,见图3所示,结合现场施工设备能力,分析认为:当施工排量<4.0m3/min,人工裂缝无法沟通下覆相邻油气层,即目的油气层在压裂改造的同时无法兼顾相邻油气层;当施工排量≥4.0m3/min,人工裂缝延伸并沟通下覆相邻油气层,即目的层油气层在压裂改造的同时能够兼顾相邻油气层;
步骤S4携砂液在泥岩夹层人工裂缝内的通过性评价,结合步骤S2所述建立的施工排量与泥岩夹层人工裂缝宽度关系曲线,见图4所示,并利用Gruesbeck支撑剂桥架准则,考虑到实际施工砂比从5%阶梯式增加至35%,为了避免携砂液在泥岩夹层人工裂缝内发生桥堵,分析如下:若采用20/40目(0.85mm-0.425mm)支撑剂,施工排量>8m3/min携砂液即可流畅通过;若采用30/50目(0.600mm-0.300mm)支撑剂,施工排量>5.0m3/min携砂液即可流畅通过;若采用40/70目支撑剂(0.425mm-0.212mm),施工排量>4.0m3/min携砂液即可流畅通过;
步骤S5泥岩夹层内不同铺砂浓度导流能力实验评价,通过实验分别测定不同支撑剂在不同铺砂浓度条件下的泥岩夹层内的裂缝导流能力,见图5所示,考虑油气渗流所需的最优导流能力要求,若采用20/40目支撑剂,铺砂浓度>2Kg/m2后,即满足最优裂缝导流能力(30μm2˙cm);若采用30/50目支撑剂,铺砂浓度>3Kg/m2后,即满足最优裂缝导流能力(30μm2˙cm);若采用40/70目支撑剂,铺砂浓度>4Kg/m2后,同样可以满足最优裂缝导流能力(30μm2˙cm);
步骤S6穿层压裂可行性综合评价,结合步骤S3、S4和S5,以同时满足①相邻油气层有效改造;②携砂液在泥岩夹层人工裂缝内不发生桥堵和③压后泥岩夹层导流能力满足油气渗流三项指标为依据,综合评价A井穿层压裂可行性:
①穿层压裂分析:当施工排量<4.0m3/min,人工裂缝无法沟通下覆相邻油气层,即目的油气层在压裂改造的同时无法兼顾相邻油气层;当施工排量≥4.0m3/min,即目的层油气层在压裂改造的同时能够兼顾相邻油气层;
②携砂液通过性分析:若采用20/40目(0.85mm-0.425mm)支撑剂,施工排量>8m3/min携砂液即可流畅通过;若采用30/50目(0.600mm-0.300mm)支撑剂,施工排量>5.0m3/min携砂液即可流畅通过;若采用40/70目支撑剂(0.425mm-0.212mm),施工排量>4.0m3/min携砂液即可流畅通过。但考虑到现场设备只能提供6m3/min的施工排量,分析认为30/50目支撑剂或者40/70目支撑剂能够在泥岩夹层人工裂缝内流畅通过;而20/40目支撑剂在泥岩夹层人工裂缝内形成桥堵,无法对相邻油气层进行有效充填;
③泥岩夹层导流能力分析:若采用20/40目支撑剂,铺砂浓度>2Kg/m2后,即满足最优裂缝导流能力(30μm2˙cm);若采用30/50目支撑剂,铺砂浓度>3Kg/m2后,即满足最优裂缝导流能力(30μm2˙cm);若采用40/70目支撑剂,铺砂浓度>4Kg/m2后,同样可以满足最优裂缝导流能力(30μm2˙cm)。考虑到40/70目支撑剂铺砂浓度为4Kg/m2时,实际的施工排量、施工液量、施工砂量和施工砂比均大幅度增加,从投入产出比分析认为,40/70目支撑剂经济性不合理;
综合①、②和③分析结果认为:当施工排量≥5.0m3/min,采用30/50目支撑剂,铺砂浓度>3Kg/m2,水平井A井在目的油气层压裂改造的同时兼顾相邻油气层,并确保携砂液流畅通过泥岩夹层内的人工裂缝实现相邻油气层的饱填砂,同时能够确保泥岩夹层在闭合后具有满足油气渗流的支撑剂铺砂浓度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水平井穿层压裂可行性评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1建立单井地质模型;
S2人工裂缝扩展规律模拟;
S3穿层压裂可行性判断;
S4携砂液在泥岩夹层人工裂缝内通过性分析;
S5泥岩夹层内不同铺砂浓度导流能力实验评价;
S6穿层压裂可行性综合评价。
2.如权利要求1所述的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,其特征在于,所述步骤S1建立单井地质模型,考虑目的油气层和相邻油气层的砂体厚度、杨氏模量、泊松比、地层应力以及泥岩夹层厚度、杨氏模量、泊松比、地层应力。
3.如权利要求2所述的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,其特征在于,所述步骤S2人工裂缝扩展规律模拟,在所述步骤S1的基础上,利用商业化压裂软件模拟在不同施工参数条件下的人工裂缝在缝高、缝长以及泥岩夹层缝宽方向上的扩展规律。
4.如权利要求3所述的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,其特征在于,所述步骤S3穿层压裂可行性评价,在所述步骤S2的基础上,利用施工参数与人工裂缝在缝长和缝高的扩展规律,同时结合现场施工设备能力,分析判断穿层压裂的可行性。
5.如权利要求4所述的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,其特征在于,所述步骤S4携砂液在泥岩夹层人工裂缝内的通过性评价,在所述步骤S2的基础上,结合施工参数与泥岩夹层人工裂缝宽度关系,利用Gruesbeck支撑剂桥架准则,结合现场施工设备能力,分析携砂液在泥岩夹层内人工裂缝的通过性,Gruesbeck支撑剂桥架准则为:
①当携砂液砂比η>17%时,若泥岩夹层内裂缝宽度Ws<3×Rp,则携砂液在泥岩夹层内发生桥堵;
②当携砂液砂比η<17%时,若泥岩夹层内裂缝宽度Ws<(1+2η/0.17)×Rp,则携砂液在泥岩夹层内发生桥堵。
其中:η=支撑剂体积/压裂液体系×100%;Rp为支撑剂直径。
6.如权利要求5所述的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,其特征在于,所述步骤S5泥岩夹层人工裂缝内不同铺砂浓度导流能力评价,首先是选取若干块泥岩夹层岩芯,并沿轴线劈裂进行人工造缝处理,再分别铺置不同浓度的支撑剂,采用高温高压驱替装置,测定各铺砂浓度条件下泥岩夹层闭合压力条件下的长期导流能力,明确铺砂浓度与泥岩夹层裂缝导流能力关系。
7.如权利要求6所述的一种水平井穿层压裂可行性评价方法,其特征在于,所述步骤S6穿层压裂可行性综合评价,以同时满足①相邻油气层有效改造;②携砂液在泥岩夹层人工裂缝内不发生桥堵和③压后泥岩夹层导流能力满足油气渗流三项指标为依据,综合评价穿层压裂的可行性:若同时满足三项要求,则水平井穿层压裂技术可行;若不满足其中任何一项,或者只满足其中两项或者一项,则水平井穿层压裂技术不可行。
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