CN113705011B - 基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵材料用量的方法 - Google Patents

基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵材料用量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵材料用量的方法，涉及油气田增产改造领域。所述方法包括以下步骤：获取水平井分段多簇裂缝扩展模拟基础参数；开展模拟，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(未采取暂堵措施)，确定裂缝扩展形态变化较大的时刻；根据射孔方案和暂堵方案初步设计，调整暂堵材料投放时机和用量优化方案的实施顺序和次数；开展缝口/缝内暂堵裂缝扩展模拟，获取每分钟的裂缝扩展形态云图；基于裂缝扩展形态确定暂堵球/暂堵剂最优投放时机和用量；根据缝内暂堵剂在复杂分支缝的沉降分布，排除主要在射孔簇附近沉降的裂缝扩展形态云图，进一步优化投放时机。本发明为优化暂堵材料投放时机和投放用量提供理论指导。

Description

基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵材料用量的方法
技术领域
本发明涉及油气田增产改造领域，具体涉及一种基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵球个数和暂堵剂用量的方法。
背景技术
水平井体积改造已经成为页岩气实现有效开发的主体技术。体积改造的主要目的是增加远井裂缝复杂性。远井裂缝扩展形态主要受到远场应力、缝间应力干扰和天然裂缝影响。水平井分段多簇压裂利用簇间应力干扰的叠加与缝内转向技术提高了远井的裂缝复杂性，成为实现水平井体积改造的主要技术手段。
威远、长宁、泸州等主力页岩气开发区块为了进一步提高水平井体积改造效果，水平井压裂段长和射孔簇数不断增加，射孔簇间距不断减小，加剧了缝间应力干扰作用。为了实现各个射孔簇的充分起裂和有效扩展，可以投放暂堵材料对射孔孔眼和人工裂缝分别进行缝口暂堵和缝内暂堵，迫使未起裂射孔簇起裂并扩展，限制优势人工裂缝过度扩展，实现页岩气储层的充分体积改造。
目前暂堵材料投放时机和投放量主要依靠现场经验，缺乏理论优化和指导。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵球个数和暂堵剂用量的方法。
本发明是通过下述技术方案实现：
步骤1)获取水平井分段方案设计、射孔方案设计、储层物性资料、岩石力学资料、地应力资料、天然裂缝资料，提取水平井分段多簇裂缝扩展模拟基础参数。
步骤2)开展水平井分段多簇裂缝扩展模拟，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(未采取暂堵措施)。
步骤3)分析未采取暂堵措施的裂缝扩展形态，排除裂缝扩展早期或裂缝扩展晚期形态相似的云图，确定裂缝扩展形态变化较大的时刻，筛选裂缝扩展形态云图(未采取暂堵措施)，计算在这些时刻下裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比，具体计算公式如下：
(1)
Figure BDA0003242055240000021
(2)裂缝扩展广义面积＝最大裂缝缝长×单段水平段长；
(3)裂缝扩展狭义面积占比＝裂缝扩展形态云图面积/裂缝扩展广义面积。
步骤4)根据射孔方案设计和暂堵方案初步设计，确定暂堵球初步投放个数、暂堵剂初步投放量、暂堵球和暂堵剂投放优先顺序、暂堵设计次数。
若未初步确定暂堵球投放个数，按照每段射孔孔眼总数的1/3～1/2确定。
下述步骤5)至步骤7)为暂堵球投放时机和投放个数优化技术方案。
下述步骤8)至步骤11)为暂堵剂投放时机和投放用量优化技术方案。
若初步确定暂堵球和暂堵剂投放优先顺序，则根据需求调整两套技术方案的实施顺序，实施第二套技术方案前需要输入第一套技术方案的暂堵球(暂堵剂)的投放时机和投放个数(投放用量)。
若初步确定暂堵设计次数，则根据需求增加两套技术方案的实施次数，实施下一套技术方案前需要输入上一套技术方案的暂堵球投放个数(暂堵剂投放用量)。
步骤5)输入暂堵球初步投放个数，开展水平井分段多簇缝口暂堵裂缝扩展模拟。若初步确定优先投放暂堵球，则在所述步骤3)中裂缝扩展形态变化较大的时刻下模拟投放暂堵球，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)；若初步确定优先投放暂堵剂，则需要确定投放暂堵剂后裂缝扩展形态变化较大的时刻，在新时刻下模拟投放暂堵球，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)；若初步确定暂堵设计次数，则需要确定上一套技术方案投放暂堵剂(暂堵球)后裂缝扩展形态变化较大的时刻，在新时刻下模拟投放暂堵球，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)。修改暂堵球投放个数或修改暂堵球投放时机，重复开展模拟，获取裂缝扩展形态云图。
步骤6)从所述步骤5)初步确定的裂缝扩展形态变化较大的时刻起，筛选经历相同时间间隔的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)，计算在这些新时刻下裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比。
步骤7)若初步确定优先投放暂堵球，对比所述步骤6)和所述步骤3)的裂缝扩展形态云图和计算结果；若初步确定优先投放暂堵剂，对比所述步骤6)和投放暂堵剂后裂缝扩展形态变化较大的裂缝扩展形态云图和计算结果；若初步确定暂堵设计次数，对比所述步骤6)和上一套技术方案投放暂堵剂(暂堵球)后裂缝扩展形态变化较大的裂缝扩展形态云图和计算结果。
优选裂缝扩展形态变化较大，均匀系数越接近于1，各簇动态分配流量越接近，裂缝扩展广义面积越大，裂缝扩展狭义面积占比越接近于1的缝口暂堵裂缝扩展形态云图，基于缝口暂堵裂缝扩展形态确定暂堵球最优投放时机和最优投放个数范围。
步骤8)输入暂堵剂初步投放量，开展水平井分段多簇缝内暂堵裂缝扩展模拟。若初步确定优先投放暂堵剂，则在所述步骤3)中裂缝扩展形态变化较大的时刻下模拟投放暂堵剂，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(缝内暂堵)；若初步确定优先投放暂堵球，则需要确定投放暂堵球后裂缝扩展形态变化较大的时刻，在新时刻下模拟投放暂堵剂，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(缝内暂堵)；若初步确定暂堵设计次数，则需要确定上一套技术方案投放暂堵球(暂堵剂)后裂缝扩展形态变化较大的时刻，在新时刻下模拟投放暂堵剂，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(缝内暂堵)。修改暂堵剂投放量或修改暂堵剂投放时机，重复开展模拟，获取裂缝扩展形态云图和缝内暂堵剂在复杂分支缝的沉降分布。
步骤9)从所述步骤8)初步确定的暂堵剂投放时机起，筛选经历相同时间间隔的裂缝扩展形态云图(缝内暂堵)，计算在这些新时刻下裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比。
步骤10)若初步确定优先投放暂堵剂，对比所述步骤9)和所述步骤3)的裂缝扩展形态云图和计算结果；若初步确定优先投放暂堵球，对比所述步骤9)和投放暂堵球后裂缝扩展形态变化较大的裂缝扩展形态云图和计算结果；若初步确定暂堵设计次数，对比所述步骤6)和上一套技术方案投放暂堵球(暂堵剂)后裂缝扩展形态变化较大的裂缝扩展形态云图和计算结果。
优选裂缝扩展形态变化较大，均匀系数越接近于1，各簇动态分配流量越接近，裂缝扩展广义面积越大，裂缝扩展狭义面积占比越接近于1的缝内暂堵裂缝扩展形态云图，基于缝内暂堵裂缝扩展形态确定暂堵剂最优投放时机和最优投放用量。
步骤11)统计在不同暂堵剂投放量下确定的暂堵剂最优投放时机，根据缝内暂堵剂在复杂分支缝的沉降分布，排除缝内暂堵剂主要在射孔簇附近沉降的裂缝扩展形态云图，进一步优化该投放量下暂堵剂投放时机。
附图说明
图1为第20分钟、第30分钟、第40分钟、第50分钟的裂缝扩展形态云图(未采取暂堵措施)；
图2为第20分钟、第30分钟、第40分钟的裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比(未采取暂堵措施)；
图3为第50分钟、第60分钟、第70分钟的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)；
图4为第50分钟、第60分钟、第70分钟的裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比(缝口暂堵)；
图5为第80分钟、第90分钟、第100分钟的裂缝扩展形态云图(缝内暂堵)；
图6为第80分钟、第90分钟、第100分钟的裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比(缝内暂堵)；
图7为第80分钟，第90分钟，第100分钟的缝内暂堵剂在复杂分支缝的沉降分布。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
步骤1)获取威远区块页岩气某水平井分段方案设计、射孔方案设计、储层物性资料、岩石力学资料、地应力资料、天然裂缝资料，水平井分段多簇裂缝扩展模拟基础参数如表1所示。
表1
Figure BDA0003242055240000051
Figure BDA0003242055240000061
步骤2)开展水平井分段多簇裂缝扩展模拟，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(未采取暂堵措施)。第20分钟、第30分钟、第40分钟、第50分钟的裂缝扩展形态云图(未采取暂堵措施)如图1所示。
步骤3)分析未采取暂堵措施的裂缝扩展形态，排除裂缝扩展早期或裂缝扩展晚期形态相似的云图，确定裂缝扩展形态变化较大的时刻。
如图1所示，第40分钟和第50分钟的裂缝扩展形态云图较为相似，排除第40分钟后的裂缝扩展形态云图。计算在第20分钟、第30分钟和第40分钟的裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比，计算结果如图2所示。
步骤4)根据射孔方案设计和暂堵方案初步设计，确定暂堵球初步投放个数、暂堵剂初步投放量、暂堵球和暂堵剂投放优先顺序、暂堵设计次数。
由于未初步确定暂堵球投放个数，按照每段射孔孔眼总数的1/3～1/2确定。
本井单段射孔簇数为5簇，单簇射孔孔眼数为8个，单段射孔孔眼总数为40个，故暂堵球投放个数初步确定为20个。
暂堵剂初步投放量为150kg。
下述步骤5)至步骤7)为暂堵球投放时机和投放个数优化技术方案。
下述步骤8)至步骤11)为暂堵剂投放时机和投放用量优化技术方案。
初步确定先投一次暂堵球，再投一次暂堵剂。实施暂堵剂投放技术方案前需要输入暂堵球投放个数。
步骤5)输入暂堵球初步投放个数(20个)，开展水平井分段多簇缝口暂堵裂缝扩展模拟。初步确定优先投放暂堵球，在所述步骤3)中裂缝扩展形态变化较大的时刻下(第20分钟、第30分钟和第40分钟)模拟投放暂堵球，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)。修改暂堵球投放时机(第20分钟、第30分钟和第40分钟)，重复开展模拟，获取裂缝扩展形态云图。
步骤6)从所述步骤5)初步确定的暂堵球投放时机起，筛选经历相同时间间隔(经过30分钟)的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)，第50分钟、第60分钟、第70分钟的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)如图3所示；计算在这些新时刻下裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比，计算结果如图4所示。
步骤7)初步确定优先投放暂堵球，对比所述步骤6)和所述步骤3)的裂缝扩展形态云图和计算结果。
优选裂缝扩展形态变化较大，均匀系数越接近于1，各簇动态分配流量越接近，裂缝扩展广义面积越大，裂缝扩展狭义面积占比越接近于1的缝口暂堵裂缝扩展形态云图，基于缝口暂堵裂缝扩展形态确定暂堵球最优投放时机。
对比图1和图3可知，第50分钟的裂缝扩展形态云图变化最大；对比图2和图4可知，第60分钟的裂缝扩展均匀系数最大，第50分钟的裂缝扩展均匀系数变化最大；第70分钟的裂缝扩展广义面积最大；三个暂堵球投放时机下裂缝扩展狭义面积占比相似，第50分钟的裂缝扩展狭义面积占比增幅最大。综上选择暂堵球最优投放时机为第20分钟至第30分钟。
步骤8)输入暂堵剂初步投放量(150kg)，开展水平井分段多簇缝内暂堵裂缝扩展模拟。初步确定优先投放暂堵球，如图3所示，第50分钟的裂缝扩展形态云图变化最大，则在新时刻下模拟投放暂堵剂，获取每分钟的裂缝扩展形态云图(缝内暂堵)。修改暂堵剂投放时机(第50分钟，第60分钟，第70分钟)，重复开展模拟，获取裂缝扩展形态云图和缝内暂堵剂在复杂分支缝的沉降分布。
步骤9)从所述步骤8)初步确定的暂堵剂投放时机起，筛选经历相同时间间隔(经过30分钟)的裂缝扩展形态云图(缝内暂堵)，第80分钟、第90分钟、第100分钟的裂缝扩展形态云图(缝内暂堵)如图5所示；计算在这些新时刻下裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比，计算结果如图6所示。
步骤10)初步确定优先投放暂堵球，如图3所示，第50分钟的裂缝扩展形态云图变化最大，对比所述步骤9)和第50分钟的裂缝扩展形态云图(缝口暂堵)和计算结果。
优选裂缝扩展形态变化较大，均匀系数越接近于1，各簇动态分配流量越接近，裂缝扩展广义面积越大，裂缝扩展狭义面积占比越接近于1的缝内暂堵裂缝扩展形态云图，基于缝内暂堵裂缝扩展形态确定暂堵剂最优投放时机。
对比图3和图5可知，第100分钟的裂缝扩展形态云图变化最大；对比图4和图6可知，第90分钟和第100分钟的裂缝扩展均匀系数相似；第100分钟的裂缝扩展广义面积最大；第100分钟的裂缝扩展狭义面积占比最大；第100分钟的各簇动态分配流量相似。综上选择暂堵剂最优投放时机为第60分钟至第70分钟。
步骤11)第80分钟，第90分钟，第100分钟的缝内暂堵剂在复杂分支缝的沉降分布如图7所示。排除缝内暂堵剂主要在射孔簇附近沉降的裂缝扩展形态云图(第80分钟)，进一步优化150kg暂堵剂投放时机为第60分钟至第70分钟。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，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变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 (4)

1.一种基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵材料用量的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
步骤1)获取水平井分段方案设计、射孔方案设计、储层物性资料、岩石力学资料、地应力资料、天然裂缝资料，提取水平井分段多簇裂缝扩展模拟基础参数；
步骤2)开展水平井分段多簇裂缝扩展模拟，获取未采取暂堵措施的每分钟的裂缝扩展形态云图；
步骤3)分析未采取暂堵措施的裂缝扩展形态，确定裂缝扩展形态变化较大的时刻，筛选未采取暂堵措施的裂缝扩展形态云图；
未采取暂堵措施的裂缝扩展形态分析方法为：
排除裂缝扩展早期或裂缝扩展晚期形态相似的云图，确定裂缝扩展形态变化较大的时刻，筛选未采取暂堵措施的裂缝扩展形态云图，计算在这些时刻下裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比；
具体计算公式如下：
(1)
Figure FDA0003779490390000011
(2)裂缝扩展广义面积＝最大裂缝缝长×单段水平段长；
(3)裂缝扩展狭义面积占比＝裂缝扩展形态云图面积/裂缝扩展广义面积；
步骤4)根据射孔方案设计和暂堵方案初步设计，确定暂堵球初步投放个数、暂堵剂初步投放量、暂堵球和暂堵剂投放优先顺序、暂堵设计次数，调整暂堵球投放时机和投放个数，暂堵剂的投放时机和投放用量优化技术方案的实施顺序和实施次数；
步骤5)输入暂堵球初步投放个数或暂堵剂初步投放用量，开展水平井分段多簇缝口暂堵或缝内暂堵裂缝扩展模拟，获取每分钟缝口暂堵或缝内暂堵的裂缝扩展形态云图；修改暂堵球投放个数或暂堵剂投放用量，或修改暂堵球或暂堵剂投放时机，重复开展模拟，获取裂缝扩展形态云图；
步骤6)基于缝口暂堵或缝内暂堵裂缝扩展形态确定暂堵球最优投放时机和最优投放个数，或暂堵剂最优投放时机和最优投放用量的范围：
裂缝扩展形态变化较大，均匀系数越接近于1，各簇动态分配流量越接近，裂缝扩展广义面积越大，裂缝扩展狭义面积占比越接近于1的缝口暂堵或缝内暂堵裂缝扩展形态云图，基于缝口暂堵或缝内暂堵裂缝扩展形态确定暂堵球最优投放时机和最优投放个数，或暂堵剂最优投放时机和最优投放用量的范围；
步骤7)统计在不同暂堵剂投放量下确定的暂堵剂最优投放时机，根据缝内暂堵剂在复杂分支缝的沉降分布，排除缝内暂堵剂主要在射孔簇附近沉降的裂缝扩展形态云图，进一步优化该投放量下暂堵剂投放时机。
2.根据权利要求1所述的基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵材料用量的方法，其特征在于，所述暂堵球投放时机和投放个数，或暂堵剂投放时机和投放用量优化技术方案的实施顺序和实施次数调整方法为：
若初步确定暂堵球和暂堵剂投放优先顺序，则根据需求调整两套技术方案的实施顺序，实施第二套技术方案前需要输入第一套技术方案的暂堵球的投放时机和投放个数，或暂堵剂的投放时机和投放用量；
若初步确定暂堵设计次数，则根据需求增加两套技术方案的实施次数，实施下一套技术方案前需要输入上一套技术方案的暂堵球投放个数或暂堵剂投放用量。
3.根据权利要求1所述的基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵材料用量的方法，其特征在于，水平井分段多簇缝口暂堵或缝内暂堵裂缝扩展模拟方法为：
输入暂堵球初步投放个数或暂堵剂初步投放用量，开展水平井分段多簇缝口暂堵或缝内暂堵裂缝扩展模拟；
若初步确定优先投放暂堵球，则在所述步骤3)中裂缝扩展形态变化较大的时刻下模拟投放暂堵球，获取每分钟缝口暂堵或缝内暂堵的裂缝扩展形态云图；
若初步确定优先投放暂堵剂，则需要确定投放暂堵剂后裂缝扩展形态变化较大的时刻，在新时刻下模拟投放暂堵球，获取每分钟缝口暂堵或缝内暂堵的裂缝扩展形态云图；
若初步确定暂堵设计次数，则需要确定上一套技术方案投放暂堵剂或暂堵球后裂缝扩展形态变化较大的时刻，在新时刻下模拟投放暂堵球或暂堵剂，获取每分钟缝口暂堵或缝内暂堵的裂缝扩展形态云图。
4.根据权利要求3所述的基于裂缝扩展形态确定暂堵时机、优化暂堵材料用量的方法，其特征在于，暂堵球最优投放时机和最优投放个数，或暂堵剂最优投放时机和最优投放用量的范围确定方法为：
从权利要求3所述的裂缝扩展形态变化较大的时刻起，筛选经历相同时间间隔缝口暂堵或缝内暂堵的裂缝扩展形态云图，计算在这些新时刻下裂缝扩展均匀系数、各簇动态分配流量、裂缝扩展广义面积、裂缝扩展狭义面积占比；
若初步确定优先投放暂堵球，对比上述经历相同时间间隔的裂缝扩展形态云图和所述步骤3)的裂缝扩展形态云图和计算结果；
若初步确定优先投放暂堵剂，对比上述经历相同时间间隔的裂缝扩展形态云图和投放暂堵剂后裂缝扩展形态变化较大的裂缝扩展形态云图和计算结果；
若初步确定暂堵设计次数，对比所述步骤6)和上一套技术方案投放暂堵剂或暂堵球后裂缝扩展形态变化较大的裂缝扩展形态云图和计算结果。
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