CN113216947B - 基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法 - Google Patents

基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，所述基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法包括：步骤S10，裂缝延伸至光纤监测井的动态诊断；步骤S20，构建监测井光纤应变与应变率分布计算模型；步骤S30，构建监测井光纤峰值应变与峰值应变率计算模型；步骤S40，根据分布式光纤所在位置应变与应变率曲线分析裂缝高度。

Description

基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度 确定方法
技术领域
本发明实施例涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法。
背景技术
水平井压裂是深层致密油气藏、地热等资源高效开发的关键技术。为提高压裂开发效果，现场已开展了不同压裂工艺试验，但确定最优的压裂工艺及设计参数仍是技术难题，根源问题是压裂裂缝深埋于地层，裂缝形态难以精细分析，而裂缝形态监测是揭示裂缝扩展形态和提升压裂施工效果的核心手段。
目前已有基于声振动、温度、微地震、电磁、地层倾斜度、地层应变的裂缝监测手段。然而基于声振动和温度的监测一般为近井监测，用于近井带裂缝起裂及进液量分析；基于微地震、电磁、电磁、倾斜度和应变的监测为远井监测，可实现裂缝整体形态的分析。不同监测手段各有优势，然而如何高精确地确定水平井压裂过程裂缝高度的方法还非常短缺。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，旨在解决如何高精确地确定水平井压裂过程裂缝高度的方法。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，包括：
步骤S10，裂缝延伸至光纤监测井的动态诊断；
步骤S20，构建监测井光纤应变与应变率分布计算模型；
步骤S30，构建监测井光纤峰值应变与峰值应变率计算模型；
步骤S40，根据分布式光纤所在位置应变与应变率曲线分析裂缝高度。
优选地，所述步骤S10包括：
步骤S11，获取压裂过程光纤监测井的分布式光纤应变与应变率数据，并绘制光纤应变与应变率时间分布图；
步骤S12，根据光纤应变与应变率时间分布图，进行裂缝延伸动态诊断。
优选地，所述步骤S12包括：
据光纤应变与应变率时间分布图，根据尖端应力集中现象，当裂缝延伸至光纤监测井时，光纤应变与应变率会出现汇聚，根据汇聚现象可识别裂缝延伸至光纤监测井的时刻。
优选地，所述步骤S20包括：
步骤S21，压裂裂缝达到光纤监测井后，压裂裂缝在光纤所在平面的诱导应为：
Figure BDA0003067994850000021
步骤S22，建立光纤的应变及应变率计算公式，光纤应变为：
Figure BDA0003067994850000022
光纤应变率为：
Figure BDA0003067994850000023
其中，
ξ＝y/h为计算位置与裂缝面的无因次距离，无因次；
y是距离裂缝面的距离，m；
h是水力裂缝高度，m；
pnet是水力裂缝内流体净压力，MPa；
σyy、σzz、σxx分别为y、z和x方向的裂缝诱导应力，MPa；
v为岩石泊松比，无因次；
E为岩石杨氏模量，MPa；
ε为光纤应变，无因次；
Figure BDA0003067994850000024
为光纤应变率，s-1；
Figure BDA0003067994850000025
为水力裂缝内流体净压力随时间变化率，MPa/s。
优选地，所述步骤S30包括：
步骤S31，将应变与应变率的公式求导数，得到峰值应变和峰值应变率分别为
Figure BDA0003067994850000031
Figure BDA0003067994850000032
步骤S32，对应变与应变率的公式求导数，得到达到峰值应变和峰值应变率的无因次位置为：
Figure BDA0003067994850000033
由公式(6)可得到达到峰值应变与应变率的位置为：
Figure BDA0003067994850000034
其中，
εmax为峰值应变；
Figure BDA0003067994850000036
为峰值应变率；
v为岩石泊松比，无因次；
E为岩石杨氏模量，MPa；
pnet是水力裂缝内流体净压力，MPa；
Figure BDA0003067994850000037
为水力裂缝内流体净压力随时间变化率，MPa/s；
y是距离裂缝面的距离，m；
h是水力裂缝高度，m；
ξ＝y/h为计算位置与裂缝面的无因次距离，无因次。
优选地，所述步骤S40包括：
S41，当水力裂缝达到光纤监测井后，绘制分布式光纤所在位置的应变与应变率分布曲线图；
S42，根据分布式光纤应变与应变率曲线，找到峰值应变与应变率所在位置dm，根据式(8)计算裂缝高度，其中公式(8)为：
Figure BDA0003067994850000035
其中，
h是水力裂缝高度，m；
v为岩石泊松比，无因次；
dm为峰值应变与应变率所在位置，m。
本发明提出了一种基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，该方法解决了当前基于分布式光纤应变解释缝高的方法短缺的技术难题；压裂裂缝扩展引起的分布式光纤应变信号复杂，一般需要借助精细反演手段分析裂缝参数，方法复杂，不利于工程师的实际操作应用，本发明基于裂缝诱导应变分布的解析模型进行解释分析，避免了大量反演计算，方法简易高效，方便工程师应用，对高效解读分布式光纤应变数据具有重要应用价值；水力压裂裂缝形态的诊断分析是压裂行业的难题，分布式光纤应变监测裂缝扩展是精细诊断方法，本发明针对分布式光纤应变解释裂缝扩展形态中缝高问题而设计构思，通过该方法可实现对压裂裂缝扩展动态和形态的精细分析，可推动分布式光纤应变监测在压裂裂缝高精度诊断的高效应用。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为压裂井与光纤监测井分布示意图；
图2a为水平井压裂过程监测井分布式光纤应变与应变时间分布图；
图2b为水平井压裂过程监测井分布式光纤应变率与应变时间分布图；
图3为裂缝诱导应变与缝高计算模型示意图；
图4为裂缝诱导应变沿分布式光纤的空间分布曲线图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，请参阅图1，本实施例以一口水平压裂井和两口与之平行的光纤应变监测井，由于水力压裂裂缝延伸到#1监测井，因此利用#1光纤监测井的数据进行缝高解释；本实施例的实际参数为压裂井射孔层位上下具有高应力遮挡层，缝高为恒定高度50m；储层平均杨氏模量为33GPa，平均泊松比为0.20，在其他实施例中，也可以采用其他参数，在此不做具体限制。
基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度解释方法包括裂缝延伸至光纤监测井的动态诊断、缝高计算模型、数据分析等三个部分。
具体地，该基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，包括如下步骤：
步骤S10，裂缝延伸至光纤监测井的动态诊断；
具体地，所述步骤S10包括：
步骤S11，获取压裂过程光纤监测井的分布式光纤应变与应变率数据，并绘制光纤应变与应变率时间分布图；
请参阅图2a和图2b，图2a和图2b为水平压裂井压裂过程监测井#1的光纤应变与应变率时间分布图。
步骤S12，根据光纤应变与应变率时间分布图，进行裂缝延伸动态诊断。
具体地，所述步骤S12包括：
据光纤应变与应变率时间分布图，根据尖端应力集中现象，当裂缝延伸至光纤监测井时，光纤应变与应变率会出现汇聚，根据汇聚现象可识别裂缝延伸至光纤监测井的时刻。
请参阅图2a和图2b，根据光纤应变与应变率发生汇聚的图像特征，可识别裂缝延伸至光纤监测井#1的时刻。本例为14min时刻延伸至光纤监测井#1。需注意的是，本实施例主要是用于展示解释流程，不同井间距、不同储层类型及施工条件下的时刻会有较大差异。
步骤S20，构建监测井光纤应变与应变率分布计算模型；
具体地，所述步骤S20包括：
步骤S21，压裂裂缝达到光纤监测井后，请参阅图3，压裂裂缝在光纤所在平面的诱导应为：
Figure BDA0003067994850000061
一般光纤固结在监测井水泥环内，且胶结完好，故根据地层应变计算光纤应变。
步骤S22，建立光纤的应变及应变率计算公式，光纤应变为：
Figure BDA0003067994850000062
光纤应变率为：
Figure BDA0003067994850000063
其中，
ξ＝y/h为计算位置与裂缝面的无因次距离，无因次；
y是距离裂缝面的距离，m；
h是水力裂缝高度，m；
pnet是水力裂缝内流体净压力，MPa；
σyy、σzz、σxx分别为y、z和x方向的裂缝诱导应力，MPa；
v为岩石泊松比，无因次；
E为岩石杨氏模量，MPa；
ε为光纤应变，无因次；
Figure BDA0003067994850000064
为光纤应变率，s-1；
Figure BDA0003067994850000065
为水力裂缝内流体净压力随时间变化率，MPa/s。
步骤S30，构建监测井光纤峰值应变与峰值应变率计算模型；
具体地，所述步骤S30包括：
步骤S31，将应变与应变率的公式求导数，得到峰值应变和峰值应变率分别为
Figure BDA0003067994850000071
Figure BDA0003067994850000072
步骤S32，对应变与应变率的公式求导数，得到达到峰值应变和峰值应变率的无因次位置为：
Figure BDA0003067994850000073
由公式(6)可得到达到峰值应变与应变率的位置为：
Figure BDA0003067994850000074
其中，
εmax为峰值应变；
Figure BDA0003067994850000075
为峰值应变率；
v为岩石泊松比，无因次；
E为岩石杨氏模量，MPa；
pnet是水力裂缝内流体净压力，MPa；
Figure BDA0003067994850000076
为水力裂缝内流体净压力随时间变化率，MPa/s；
y是距离裂缝面的距离，m；
h是水力裂缝高度，m；
ξ＝y/h为计算位置与裂缝面的无因次距离，无因次。
在本实施例中，岩石的泊松比为0.15～0.35，因此得到峰值应变与峰值应变率的位置范围为[0.17h，0.28h]。根据实际储层的平均泊松比，可以获知峰值应变与应变率的准确位置。
优选地，根据实际储层的平均泊松比0.2，可以获知峰值应变与应变率的位置为0.20h。
步骤S40，根据分布式光纤所在位置应变与应变率曲线分析裂缝高度。
具体地，所述步骤S40包括：
S41，当水力裂缝达到光纤监测井后，绘制分布式光纤所在位置的应变与应变率分布曲线图；
具体地，由于实际数据具有一定粗糙性，采用高斯滤波方法对曲线进行光滑处理。本实施例结果如图4所示。
S42，根据分布式光纤应变与应变率曲线，找到峰值应变与应变率所在位置dm，根据式(8)计算裂缝高度，其中公式(8)为：
Figure BDA0003067994850000081
其中，
h是水力裂缝高度，m；
v为岩石泊松比，无因次；
dm为峰值应变与应变率所在位置，m。
本实施例得到峰值应变与应变率所在位置dm为10m，根据实际储层的平均泊松比0.2，可以获知峰值应变与应变率的位置为h＝5dm＝50m。该结果与实际裂缝高度50m一致，验证了本发明的准确性和可靠性。本发明的裂缝高度解释流程简单易操作，可根据光纤应变与应变率数据高效解释裂缝高度，避免了复杂反演模型的繁琐计算，非常适合工程师现场应用。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，其特征在于，包括：
步骤S10，裂缝延伸至光纤监测井的动态诊断；
步骤S20，构建监测井光纤应变与应变率分布计算模型；
步骤S30，构建监测井光纤峰值应变与峰值应变率计算模型；
步骤S40，根据分布式光纤所在位置应变与应变率曲线分析裂缝高度；
其中，所述步骤S20包括：
步骤S21，压裂裂缝达到光纤监测井后，压裂裂缝在光纤所在平面的诱导应为：
Figure FDA0003877536170000011
步骤S22，建立光纤的应变及应变率计算公式，光纤应变为：
Figure FDA0003877536170000012
光纤应变率为：
Figure FDA0003877536170000013
其中，
ξ＝y/h为计算位置与裂缝面的无因次距离，无因次；
y是距离裂缝面的距离，m；
h是水力裂缝高度，m；
pnet是水力裂缝内流体净压力，MPa；
σyy、σzz、σxx分别为y、z和x方向的裂缝诱导应力，MPa；
v为岩石泊松比，无因次；
E为岩石杨氏模量，MPa；
ε为光纤应变，无因次；
Figure FDA0003877536170000021
为光纤应变率，s-1；
Figure FDA0003877536170000022
为水力裂缝内流体净压力随时间变化率，MPa/s。
2.如权利要求1所述的基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，其特征在于，所述步骤S10包括：
步骤S11，获取压裂过程光纤监测井的分布式光纤应变与应变率数据，并绘制光纤应变与应变率时间分布图；
步骤S12，根据光纤应变与应变率时间分布图，进行裂缝延伸动态诊断。
3.如权利要求2所述的基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，其特征在于，所述步骤S12包括：
据光纤应变与应变率时间分布图，根据尖端应力集中现象，当裂缝延伸至光纤监测井时，光纤应变与应变率会出现汇聚，根据汇聚现象可识别裂缝延伸至光纤监测井的时刻。
4.如权利要求1所述的基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，其特征在于，所述步骤S30包括：
步骤S31，将应变与应变率的公式求导数，得到峰值应变和峰值应变率分别为
Figure FDA0003877536170000023
Figure FDA0003877536170000024
步骤S32，对应变与应变率的公式求导数，得到达到峰值应变和峰值应变率的无因次位置为：
Figure FDA0003877536170000025
由公式(6)可得到达到峰值应变与应变率的位置为：
Figure FDA0003877536170000026
其中，
εmax为峰值应变；
Figure FDA0003877536170000027
为峰值应变率；
v为岩石泊松比，无因次；
E为岩石杨氏模量，MPa；
pnet是水力裂缝内流体净压力，MPa；
Figure FDA0003877536170000031
为水力裂缝内流体净压力随时间变化率，MPa/s；
y是距离裂缝面的距离，m；
h是水力裂缝高度，m；
ξ＝y/h为计算位置与裂缝面的无因次距离，无因次。
5.如权利要求1所述的基于监测井分布式光纤应变监测的水平井压裂过程裂缝高度确定方法，其特征在于，所述步骤S40包括：
S41，当水力裂缝达到光纤监测井后，绘制分布式光纤所在位置的应变与应变率分布曲线图；
S42，根据分布式光纤应变与应变率曲线，找到峰值应变与应变率所在位置dm，根据式(8)计算裂缝高度，其中公式(8)为：
Figure FDA0003877536170000032
其中，
h是水力裂缝高度，m；
v为岩石泊松比，无因次；
dm为峰值应变与应变率所在位置，m。
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