CN113011048A - 一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法，包括以下步骤：根据油藏资料建立地质模型；通过UFM裂缝扩展模拟得到初始的缝网模型并校正得到最终的压裂模拟缝网形态；建立非结构化网格数值模拟模型并通过生产动态模拟进行校正；通过注水增能模拟优选注水方案并基于优选的注水方案通过四维地质建模优选焖井时间；建立重复压裂后的缝网模型；建立重复压裂后的数值模拟模型并进行重复压裂生产动态模拟。本发明通过采取多组微尺度天然裂缝等效砾石的存在，使裂缝扩展更符合砾岩油藏；通过四维地应力建模，建立不同时间点的地应力模型，并根据地应力恢复情况，为砾岩油藏注水方案和注水后焖井时间的确定即何时开展重复压裂工作提供了依据。

Description

一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法

技术领域

本发明属于油藏数值模拟技术领域，具体而言，涉及一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法。

背景技术

随着国家能源战略需求的增加和勘探技术的提高，新探明石油储量逐渐增加，储层类型呈现多样化趋势，尤其是新疆油田10亿吨级砾岩油藏的发现，使得砾岩油藏成为国家油田开发的又一重点。

砾岩油藏属深层、低孔、特低渗、异常高压的岩性构造油藏，水平井加体积压裂技术已经被证实是砂砾岩油藏开发的关键技术，水平井的初次压裂施工方案往往与地层、水平井轨迹匹配关系差，同时存在油藏物性差、裂缝失效等因素，使得储层得不到合理动用，最终造成了单井产量递减快、压裂增产有效期短。在开发过程中实施注水、不同井距多套井网等增产措施，导致剩余油分布规律复杂、认识不清，并且对注水、注气等能量补充方式不明确。在井场开展试验井重复压裂后，我们希望可以快速的评价重复压裂的增产效果，为后续井的重复压裂给予指导。所以我们可以借助油藏数值模拟的手段对重复压裂的效果进行评价和预测。

目前，有很多商业软件都可以用于油藏的数值模拟，如CMG、ECLIPSE、INTERSECT等模拟器。但是，针对砾岩油藏，建立的模型不能模拟砾石的存在；对于注水方案和注水后焖井时间的确定即何时开展重复压裂工作，不能给出有效的依据。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法。该方法建立了油藏地质模型，通过采取多组微尺度天然裂缝等效砾石的存在，使裂缝扩展更符合砾岩油藏。对目标井进行生产动态模拟，精确的显示出剩余油的分布特征。通过四维地质力学建模，得出不同时间点下的应力特征，根据地层压力恢复情况优选增能方案；根据不同时刻的最大主应力方向恢复情况，优选合理焖井时间并建立了重复压裂后的数值模拟模型，可以进行生产动态预测，为重复压裂工作提供了理论依据。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

1.一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1、根据油藏资料建立地质模型；

S2、通过UFM裂缝扩展模拟得到初始的缝网模型，对初始的缝网模型进行校正得到最终的压裂模拟缝网形态；以S1建立的地质模型为基础建立综合地学模型和多组微尺度天然裂缝，根据压裂液和支撑剂基本性能参数以及泵注程序，利用非常规裂缝模型，完成水力裂缝几何形态及缝内属性模拟，得到初始的压裂缝网模型；根据微地震事件点分布、泵注压力，完成水力裂缝几何形态和地应力模型的校正，得到最终的压裂模拟缝网形态；

通过对国内外基于数值模拟以及室内实验的调研，可以明确砾岩油藏在裂缝扩展过程中存在穿过、绕砾等多种复杂特征，并且随着砾石砾径、砾石含量等因素的影响，存在不同的扩展特征。受数值模拟方法的影响，难以在储层中表征砾石的特征；为了使模拟效果更佳接近真实的裂缝形态，本步骤通过设置天然裂缝来尝试裂缝扩展的模拟，采取的多组微尺度天然裂缝的情况压力响应与实际施工压力接近，可等效砾岩绕砾等复杂效果。

S3、根据S2建立的综合地学模型和最终的压裂模拟缝网形态，建立非结构化网格数值模拟模型并通过生产动态模拟校正数值模拟模型；

S4、基于S3校正后的数值模拟模型，通过注水增能模拟优选注水方案并基于优选的注水方案通过四维地质建模优选焖井时间；

通过调研得知，油藏开采一段时间后，地层能量存在一定程度亏空，地应力场也会发生变化。重复压裂施工前，进行注水增能可以弥补亏空区域，减缓重复压裂过程中新缝开启生长时老缝诱导作用；补充地层能量，利于裂缝延伸，扩大压裂规模；提升孔隙压力，减少两相应力差，提升重复压裂缝网复杂化；利用渗吸及重力分异作用提高单井产量。而焖井是为了使集中在井底附近的压力扩散开，充分发挥渗析作用，重新分布岩石孔隙中的油水饱和度，提高采收率。

S5、建立重复压裂后的缝网模型：通过四维地质力学建模，建立S4优选焖井时间点的地应力场和饱和度场，并以其更新S2建立的综合地学模型中地应力场和饱和度场，得到更新后的综合地学模型；依据更新后综合地学模型中饱和度场的各层剩余油分布情况，确定井重复压裂层位；结合原射孔层位和剩余油纵向分布特征，决定是否需要补射孔；根据更新后的综合地学模型、S2建立多组微尺度天然裂缝、重复压裂层位情况和补射孔情况、压裂液和支撑剂基本性能参数以及重复压裂泵注程序，利用非常规裂缝模型，完成水力裂缝几何形态及缝内属性模拟，建立重复压裂后的缝网模型；

S6、根据建立重复压裂后的数值模拟模型并进行重复压裂生产动态模拟：根据S5建立的更新后的综合地学模型和重复压裂缝网模型，建立重复压裂后的数值模拟模型；采用枚举法，开展重复压裂后油井生产动态预测。

优选的，所述的步骤S1的具体步骤如下：根据油藏储层物性资料、储层地质构造资料以及地层岩石力学资料，通过基本的建模理论方法，利用Petrel地质工程一体化软件，建立目标区域油藏的地层结构与构造模型、沉积相模型、储层属性模型、储量分布模型；根据需求划分地质网格，粗化地层物性参数及岩石力学参数，通过插值算法，进行地质网格属性赋值。

优选的，所述的步骤S3包括如下步骤：

S31、根据S2建立的综合地学模型，定义平面网格尺寸，定义垂向的分层，建立非结构化数值模拟模型。

S32、根据S31建立的非结构化数值模拟模型，采用平衡初始化的方法开展数值模拟，进行生产历史拟合。

优选的，步骤S3中所述通过生产动态模拟校正数值模拟模型的具体步骤如下：在模拟过程中，分别考虑不同支撑裂缝、未支撑缝和基质的应力敏感，考虑应力敏感及压裂引起的地层压力和含水饱和度变化，进行产能动态计算，通过生产历史拟合校正数值模拟模型。

优选的，所述的步骤S4的具体步骤如下：基于S3校正后的数值模拟模型，根据地层体积亏空状况，设计注水量为亏空体积的不同百分比的注水方案，进行注水增能模拟并评价优选注水方案；在油井端注水，补充地层能量，实现区块稳产；通过四维地质力学建模，建立不同时间点的地应力场模型，通过对比不同时间点最大水平主应力方向的恢复情况，优选合理的焖井时间后再进行重复压裂模拟；

有益效果：本发明通过采取多组微尺度天然裂缝等效砾石的存在，使裂缝扩展更符合砾岩油藏；通过四维地应力建模，建立不同时间点的地应力模型，并根据地应力恢复情况，为砾岩油藏注水方案和注水后焖井时间的确定即何时开展重复压裂工作提供了依据。

附图说明

图1为地质模型图；

图2为压裂施工拟合图；

图3为二维裂缝形态图；

图4为三维裂缝形态图；

图5为含水力裂缝的数值模拟模型图；

图6为不同时刻最大主应力方向图；

图7为重复压裂数值模拟模型图；

图8为衰竭开采与重复压裂开采预测产油量图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明的各个步骤可以通过地质工程一体化软件实现，当然也可以通过多种其他软件组合来实现，为了更清楚、简洁地说明本发明，本实施例采用Petrel地质工程一体化软件进行模拟。本发明提供了一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法，包括下列步骤：

S1、根据油藏资料，利用Petrel地质工程一体化软件建立地质模型：根据油藏储层物性资料、储层地质构造资料以及地层岩石力学资料，通过基本的建模理论方法，利用Petrel地质工程一体化软件，建立目标区域油藏的地层结构与构造模型、沉积相模型、储层属性模型、储量分布模型，根据需求划分地质网格，粗化地层物性参数及岩石力学参数，通过插值算法，进行地质网格属性赋值。如图1所示，建立了包含重复压裂水平井的地质模型。

S2、通过UFM裂缝扩展模拟得到初始的缝网模型，对初始的缝网模型进行校正得到最终的压裂模拟缝网形态：以S1建立的地质模型为基础，在Petrel软件的压裂模块中建立综合地学模型、设置压裂液和支撑剂基本性能参数、输入实际或预设计的泵注程序、建立多组微尺度天然裂缝，利用非常规裂缝模型，完成水力裂缝几何形态及缝内属性模拟，得到初始的压裂缝网模型；然后根据微地震事件点分布、泵注压力，完成水力裂缝几何形态和地应力模型的校正，得到最终的压裂模拟缝网形态。具体步骤如下：

S21、建立综合地学模型：打开Make zones，出现的Define zones窗口，在Selecttarget well内添加需要进行模拟的压裂井；在Creation标签下选择创建模型的方式，然后在Reference 3Dmodles内选择S1建立的地质模型；打开Copy properties标签，在页面右侧栏把地质模型对应的属性选中；打开Adjust grid dimensions标签，定义综合地学模型的范围；完成以上设置后点击OK，建立综合地学模型建立。

S22、定义压裂液：打开Define fluids，根据流体库中的数据，选择所需要的流体，并根据实际需要修改压裂液的密度和成分。

S23、定义支撑剂：打开Define proppants，按照实际需求在数据库中选择相应的支撑剂类型，打开Property标签，根据实际需要修改支撑剂类型。

S24、定义泵注程序：将实际压裂井的泵注数据导入到对应的压裂井，打开Definepumping schedules，把压裂井的压裂段加载到Select stage处，然后点击Generate pumpsteps，选择From pumping date，在Generate from pumping date窗口将导入的泵注数据加载到Pumping date中，设置好Min.time stepd等数据，点击Identify steps对泵注数据进行粗化，完成粗化后点击Generate schedule回到Define pumping schedule窗口，点击OK即可完成泵注程序定义。

S25、定义多组微尺度天然裂缝：打开Define 2D fracture network，建立多组微尺度天然裂缝，定义裂缝几何属性。

S26、压裂模拟运算：打开Define stimulation case，选择需要模拟的压裂井的压裂段，然后加载到Select stage处。在Frac geometry model标签处选择UFM模拟器；在Fracture settings标签内设置缝高约束条件；在Select 2D fracture network处添加S25所建立的多组微尺度天然裂缝，完成设置后开始压裂模拟运算。对压裂井的每一级都按S26的方法进行模拟，就可得到整口井初始的压裂缝网模型。

S27、裂缝长度拟合：在S26的压裂段裂缝模拟结束后，打开2D window窗口，将模拟得到的裂缝模型和微地震监测数据点显示在窗口中，对比二者的范围。如果模拟的裂缝长于或者短于微地震检测数据点，需要在Define stimulation case面板中，通过调整滤失系数来拟合裂缝长度。

S28、施工曲线拟合：在S27的压裂段裂缝模拟结束后，打开Kinetix 2D plot窗口，对比运算得到的施工压力与实际施工压力，如果没有拟合上，需要在Define stimulationcase面板中，通过调整Factor和Offset值、调整流体的摩阻梯度和调整Prop frictiontable来拟合运算得到的施工压力与实际施工压力。得到的施工拟合图如图2所示。

考虑储层非均质性和应力各向异性，模拟水力裂缝与天然裂缝的相互作用、水力裂缝之间的相互影响(应力阴影效应)、水力裂缝缝网展布形态以及支撑剂有效支撑范围和裂缝导流能力，通过裂缝监测数据对水力裂缝几何形态的标定，以及通过压裂泵注数据进行历史拟合对水力裂缝参数的进一步校正，得到最终的压裂模拟缝网形态，如图3和图4所示。

S3、建立非结构化网格数值模拟模型并通过生产动态模拟校正数值模拟模型：基于Petrel软件模拟平台，根据S2建立的综合地学模型和最终的压裂模拟缝网形态，建立非结构化网格数值模拟模型，开展产能模拟；在模拟过程中，分别考虑不同支撑裂缝、未支撑缝和基质的应力敏感，考虑应力敏感及压裂引起的地层压力和含水饱和度变化，进行产能动态计算，通过生产历史拟合校正数值模拟模型，进一步降低模型参数的不确定性，实现产能动态特征的准确描述。

S31、打开Define production grid，加载S2建立的综合地学模型，定义平面网格尺寸，定义垂向的分层，建立非结构化数值模拟模型。为保证模拟的准确性，建立了包含水力裂缝的数值模拟模型，精细网格步长为：20m×20m×2m，总网格数为42.8万。如图5所示。

S32、根据S31建立的非结构化数值模拟模型，采用平衡初始化的方法开展数值模拟，进行生产历史拟合。通过调整该井组模型的裂缝导流系数、基质渗透率、垂向动用范围和注水量等参数，实现生产历史拟合。

S4、通过注水增能模拟优选注水方案并基于优选的注水方案通过四维地质建模优选焖井时间：基于S3历史拟合后的数值模拟模型，根据地层体积亏空状况，设计注水量为亏空体积的不同百分比的注水方案，进行注水增能模拟并评价优选注水方案；在油井端注水，补充地层能量，实现区块稳产；通过四维地质力学建模，建立不同时间点的地应力场模型，通过对比不同时间点最大水平主应力方向的恢复情况，优选合理的焖井时间后再进行重复压裂模拟。

具体的，按照地层亏空体积的百分之八十，采用1200m³/d的注入速度，注水30天来恢复地层能量。应用四维地应力建模方法，建立注水增能前、注水增能后和不同焖井时间的地应力模型，通过对比不同模型的最大主应力方向，发现在焖井40天时，最大主应力方向恢复较好，如图6不同时刻最大主应力方向图所示。所以焖井40天后，可以进行重复压裂。

S5、建立重复压裂后的缝网模型：根据S4优选的焖井时间点，通过四维地质力学建模，建立该时间点的地应力场和饱和度场，并将其导入到S2建立的综合地学模型中将原地应力场和饱和度场更新。依据更新的饱和度场的各层剩余油分布情况，确定井重复压裂层位；结合原射孔层位和剩余油纵向分布特征，决定是否需要补射孔。重复S24和S26步骤，建立重复压裂后的缝网模型。重复压裂后的裂缝扩展情况，如图7重复压裂数值模拟模型所示。

S6、建立重复压裂后的数值模拟模型并进行重复压裂生产动态模拟：根据S5建立的重复压裂缝网模型和S2建立的更新后的综合地学模型，重复S31步骤，建立重复压裂后的数值模拟模型；采用枚举法，开展重复压裂后油井生产动态预测。

我们根据动态预测结果对重复压裂效果进行了评价，具体的，进行预测生产10年，并且与衰竭开采方案进行对比，评价重复压裂的增产效果。如图8衰竭开采与重复压裂开采预测产油量图所示，重复压裂后再进行生产，能够提高产油量。

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)

1.一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1、根据油藏资料建立地质模型；

S2、通过UFM裂缝扩展模拟得到初始的缝网模型，对初始的缝网模型进行校正得到最终的压裂模拟缝网形态：以S1建立的地质模型为基础建立综合地学模型和多组微尺度天然裂缝，根据压裂液和支撑剂基本性能参数以及泵注程序，利用非常规裂缝模型，完成水力裂缝几何形态及缝内属性模拟，得到初始的压裂缝网模型；根据微地震事件点分布、泵注压力，完成水力裂缝几何形态和地应力模型的校正，得到最终的压裂模拟缝网形态；

S3、根据S2建立的综合地学模型和最终的压裂模拟缝网形态，建立非结构化网格数值模拟模型并通过生产动态模拟校正数值模拟模型；

S4、基于S3校正后的数值模拟模型，通过注水增能模拟选择注水方案并基于选择的注水方案通过四维地质建模选择焖井时间；

S5、建立重复压裂后的缝网模型：通过四维地质力学建模，建立S4选择焖井时间点的地应力场和饱和度场，并以其更新S2建立的综合地学模型中地应力场和饱和度场，得到更新后的综合地学模型；根据更新后的综合地学模型、S2建立多组微尺度天然裂缝、重复压裂层位情况和补射孔情况、压裂液和支撑剂基本性能参数以及重复压裂泵注程序，利用非常规裂缝模型，完成水力裂缝几何形态及缝内属性模拟，建立重复压裂后的缝网模型；

S6、建立重复压裂后的数值模拟模型并进行重复压裂生产动态模拟：根据S5建立的重复压裂缝网模型和S5建立的更新后的综合地学模型，建立重复压裂后的数值模拟模型；采用枚举法，开展重复压裂后油井生产动态预测。

2.根据权利要求1所述的一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法，其特征在于，所述的步骤S1的具体步骤如下：根据油藏储层物性资料、储层地质构造资料以及地层岩石力学资料，通过基本的建模理论方法，利用Petrel地质工程一体化软件，建立目标区域油藏的地层结构与构造模型、沉积相模型、储层属性模型、储量分布模型；根据需求划分地质网格，粗化地层物性参数及岩石力学参数，通过插值算法，进行地质网格属性赋值。

3.根据权利要求1所述的一种基于地质工程一体化的致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法，其特征在于，所述的步骤S3包括如下步骤：

S31、根据S2建立的综合地学模型，定义平面网格尺寸，定义垂向的分层，建立非结构化数值模拟模型。

S32、根据S31建立的非结构化数值模拟模型，采用平衡初始化的方法开展数值模拟，进行生产历史拟合。

4.根据权利要求1所述的一种致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法，其特征在于，步骤S3中所述通过生产动态模拟校正数值模拟模型的具体步骤如下：在模拟过程中，分别考虑不同支撑裂缝、未支撑缝和基质的应力敏感，考虑应力敏感及压裂引起的地层压力和含水饱和度变化，进行产能动态计算，通过生产历史拟合校正数值模拟模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于地质工程一体化的致密砾岩油藏水平井重复压裂模拟方法，其特征在于，所述的步骤S4的具体步骤如下：基于S3校正后的数值模拟模型，根据地层体积亏空状况，设计注水量为亏空体积的不同百分比的注水方案，进行注水增能模拟并评价选择注水方案；在油井端注水，补充地层能量，实现区块稳产；通过四维地质力学建模，建立不同时间点的地应力场模型，对比不同时间点最大水平主应力方向的恢复情况，选择最大水平主应力恢复较好的时间作为焖井时间。

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