CN113803041B - 一种体积压裂设计方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种体积压裂设计方法及系统，该方法包括：基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算不同裂缝距离下的水平诱导应力，依据其结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量；依据储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律确定目标储层区域的有效渗流单元，分别建立三维立体压裂设计地质模型；进而基于所述压裂设计地质模型根据裂缝间距参考值确定各有效渗流单元的目标裂缝参数，以及与目标裂缝参数匹配的施工参数；最终按照获得的裂缝间距目标裂缝参数、施工排量和施工参数对目标储层区域实施分段压裂。采用本发明的技术方案扩展了压裂工艺的应用范围，适用性广，且能够保障压裂工艺的可靠性，有效提升储层产能。

Description

一种体积压裂设计方法及系统
技术领域
本发明涉及油气井压裂优化技术领域，尤其涉及一种体积压裂设计方法及系统。
背景技术
对于具备低孔低渗特征的储层，如致密砂岩气藏，一般须通过压裂改造才能建产，但常规压裂改造工艺技术形成的单一裂缝无法适用于低孔低渗的储层，因为不能有效扩大储层改造体积，导致增产幅度有限。
近年来，现有技术借鉴页岩气体积压裂工艺，采用体积压裂理念针对部分致密砂岩储层进行混合水体积压裂改造，取得了较好效果，但是该方法仅适用于天然裂缝发育、脆性指数较高(＞40)、水平应力差异系数小(＜0.2)的致密砂岩储层，因为该工艺的技术理念为基于缝内净压力与地层水平最大最小水平主应力差值关系，采用滑溜水、线性胶和交联液等不同类型的压裂液进行交替压裂作业，通过裸眼封隔器分段压裂或速钻桥塞分段压裂实现“大排量6.0-15.0m3/min、大液量(1000-1500m3/段)、大砂量(100-200t)、低砂比(0.2-22％)”的参数设计模式及施工方式，在形成复杂支缝及高导流主缝的同时开启天然裂缝并形成有效支撑，从而增加储层改造体积。但对于天然裂缝不发育、水平应力差异系数中等(0.4±)的非均质致密砂岩储层，仅依靠低粘液体、大排量提高净压力克服两向应力差异较为困难，难以实现体积压裂改造。目前的体积压裂工艺，针对的体积压裂影响因素下限较低，适用范围不广，分段压裂工艺裂缝复杂有效性偏低，因此，亟需一种合理的体积压裂设计方法，实现储层品质更低的致密砂岩气藏的有效动用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种体积压裂设计方法，在一个实施例中，所述方法包括：
步骤S1、基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算不同裂缝距离下的水平诱导应力，依据其结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量；
步骤S2、依据储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律确定目标储层区域的有效渗流单元，并基于确定的各个有效渗流单元分别建立三维立体压裂设计地质模型；
步骤S3、基于所述压裂设计地质模型根据裂缝间距参考值确定目标储层区域各有效渗流单元的目标裂缝参数以及与所述目标裂缝参数匹配的施工参数；
步骤S4、按照已获得的目标裂缝参数、施工排量和施工参数对目标储层区域进行分段压裂。
在一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
在所述步骤S4之前，根据所述施工排量对多种尺寸的油管和滑套进行施工预测及对比，将确定尺寸匹配的油管和滑套组成用于施工的分段管柱，且将其作为目标储层区域的压裂管柱和完井管柱。
在一个实施例中，所述方法还包括：
根据分段管柱及滑套的结构数据设计用于分段开启滑套的开启工具，以实现不限级数分段、已压裂段与待压裂段封隔作业和管柱全通径。
在一个实施例中，在步骤S1中，将基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算的诱导应力作为原始水平地应力差值变化量，其中，所述干扰应力场模型包括目标储层区域在压裂多裂缝条件下不同裂缝距离的储层原始水平地应力差值和水平应力差异系数。
进一步地，在步骤S1中，结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量的过程包括：
令工程条件下施工排量达到的净压力克服裂缝间距对应的变化后的原始水平地应力差值，拟合确定裂缝间距以及所需的净压力，进而依据目标储层区域施工排量与净压力的关系曲线确定对应的施工排量。
一个实施例中，在步骤S2中，根据目标储层区域的储层类型分类标准，结合测井曲线、储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律数据对目标储层区域进行划分，确定对应的有效渗流单元。
一个实施例中，在步骤S3中，通过以下操作确定储层区域的目标裂缝参数：
在每个有效渗流单元中，依据缝长控制河道宽度的原则控制压裂风险，以产能最优为目标，进行不同缝长条件下的产能模拟对比，确定最优裂缝长度；
基于各个有效渗流单元中储层的砂体垂厚确定目标裂缝高度；
根据设置的裂缝间距参考值和设定的浮动幅度确定各有效渗流单元的待选裂缝间距，基于各个待选裂缝间距以及有效渗流单元的孔隙度数据、渗透率数据及压力波传播规律对各个有效渗流单元产能进行模拟对比，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量。
进一步地，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量的过程中，结合储层水平方向上的破裂压力进行计算，以保证裂缝改造体积覆盖整个地质模型。
一个实施例中，在步骤S3中，依据确定的最优裂缝长度、目标裂缝高度以及目标裂缝间距，对不同施工参数下的裂缝参数进行模拟对比，针对各个有效渗流单元确定与裂缝参数匹配的施工参数，所述施工参数包括：施工砂量、施工液量及平均砂比。
在一个实施例中，所述方法还包括：记录目标储层区域的实际产能数据，并将其与对应的常规测试储层的实际产能数据对比分析确定当前压裂方案的压裂效果，进而根据分析结果对压裂方案的压裂参数、施工排量和施工参数进行优化。
基于上述任意一个或多个实施例的其他方面，本发明还提供一种体积压裂设计系统，该系统执行上述任意一个或多个实施例中所述的方法。
与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：
本发明提供的体积压裂设计方法，基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算不同裂缝距离下的水平诱导应力，依据其结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量；通过考虑计算的水平诱导应力设置压裂多裂缝应力干扰下的压裂裂缝间距参考值，能够通过干扰应力提升裂缝复杂度。此外，本发明方法依据储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律确定目标储层区域的有效渗流单元，分别基于各渗流单元建立三维立体压裂设计地质模型；进而基于所述压裂设计地质模型根据裂缝间距参考值确定各有效渗流单元的目标裂缝参数，以及与目标裂缝参数匹配的施工参数；该步骤中，将目标储层区域划分为不同的有效渗流单元，进而分别以单个有效渗流单元对应的地质模型为研究对象进行模拟处理和计算，避免了实地测量的繁琐因素以及因单位计算量过大导致的计算误差，同时对目标储层进行分类精确处理，保证了计算结果的可靠性。
进一步地，采用本发明的技术方案扩展了压裂工艺的应用范围，适用于天然裂缝不发育、水平两向应力差异系数中等且非均质性强的致密砂岩气藏，可实现单段充分改造，最大程度提高了气井改造效果，同时能够保证压裂方案的设计效率，有助于油井的勘探设计进度和施工进度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的体积压裂设计方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中体积压裂设计方法的沙溪庙组JS2 1砂组排量与净压力关系模拟曲线示意图；
图3是本发明实施例中体积压裂设计方法的不同净压力下裂缝距离与水平诱导应力差关系曲线示意图；
图4是本发明实施例中体积压裂设计方法的JS206-10HF井测井解释曲线成果图；
图5是本发明实施例中体积压裂设计方法的JS206-10HF井井沙溪庙组JS2 1砂组油井的体积压裂施工曲线；
图6是本发明另一实施例中体积压裂设计方法的流程示意图；
图7是本发明实施例中体积压裂设计方法的JS206-10HF井压裂管柱示意图；
图8是本发明又一实施例提供的体积压裂设计系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
对于具备低孔低渗特征的储层，如致密砂岩气藏，一般须通过压裂改造才能建产，但常规压裂改造工艺技术形成的单一裂缝无法适用于低孔低渗的储层，因为不能有效扩大储层改造体积，导致增产幅度有限。
近年来，现有技术借鉴页岩气体积压裂工艺，采用体积压裂理念针对部分致密砂岩储层进行混合水体积压裂改造，取得了较好效果，但是该方法仅适用于天然裂缝发育、脆性指数较高(＞40)、水平应力差异系数小(＜0.2)的致密砂岩储层，因为该工艺的技术理念为基于缝内净压力与地层水平最大最小水平主应力差值关系，采用滑溜水、线性胶和交联液等不同类型的压裂液进行交替压裂作业，通过裸眼封隔器分段压裂或速钻桥塞分段压裂实现“大排量6.0-15.0m3/min、大液量(1000-1500m3/段)、大砂量(100-200t)、低砂比(0.2-22％)”的参数设计模式及施工方式，在形成复杂支缝及高导流主缝的同时开启天然裂缝并形成有效支撑，从而增加储层改造体积。但对于天然裂缝不发育、水平应力差异系数中等(0.4±)的非均质致密砂岩储层，仅依靠低粘液体、大排量提高净压力克服两向应力差异较为困难，难以实现体积压裂改造。目前的体积压裂工艺，针对的体积压裂影响因素下限较低，适用范围不广，分段压裂工艺裂缝复杂有效性偏低，因此，亟需一种体积压裂设计方法，实现储层品质更低的致密砂岩气藏的有效动用。
研究表明，对于天然裂缝不发育、水平应力差异系数中等(0.4±)的非均质致密砂岩储层，需要通过多裂缝缝间干扰降低两向应力差异后采用低粘液体、大排量提高净压力克服两向应力差异实现体积压裂，裸眼封隔器分段压裂可通过自然选择实现单段内多裂缝起裂，但是因工具尺寸受限，分段数及改造充分性受限，难以有效实现，在此基础上，尽管速钻桥塞分度数不受限，但结合多簇射孔提高裂缝复杂性，导致整体工艺复杂，压裂施工时间长、不连续、作业成本高，因储层非均质性存在，射孔簇按要求进液难以准确控制，导致部分射孔簇无法有效改造，影响裂缝复杂性。另一方面还需要针对储层非均质性进行工艺及参数设计，在连续施工降低储层伤害的前提下，实现最佳体积与最优产量的匹配。
为满足上述需求，有效实现非均质致密砂岩储层的优化压裂，本发明提供一种体积压裂设计方法及系统，本发明的目的是针对上述常规致密砂岩气藏体积压裂技术对于天然裂缝不发育，水平两向应力差异系数中等且非均质性强的致密砂岩气藏的不足，提供一种基于无需射孔，可单段单簇、连续、大排量施工的全通径无限级分段压裂管柱的体积压裂设计方法，从而实现储层体积压裂改造、有效提高气井改造效果。下面参考附图对本发明各个实施例进行说明。
实施例一
图1示出了本发明实施例一提供的体积压裂设计方法的流程示意图，参照图1可知，该方法包括如下步骤。
步骤S110、基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算不同裂缝距离下的水平诱导应力，依据其结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量。
该步骤中，为了有效增加裂缝复杂性和体积，结合压裂多裂缝条件下的水平诱导应力确定裂缝间距参考值，以利用主裂缝诱导应力让分支缝发生转向。具体地，基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算不同裂缝距离下的诱导应力，计算的水平诱导应力差反应了原水平地应力的变化值，实际应用中通常体现为减小值，本发明实施例中以工程条件下施工排量达到的净压力可以克服因裂缝干扰下原水平地应力减小后的值为目标设置裂缝间距，同时可获得体积压裂所需要的施工排量。
因此，在一个实施例中，将基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算的诱导应力作为原始水平地应力差值变化量，其中，所述干扰应力场模型包括目标储层区域在压裂多裂缝条件下不同裂缝距离的储层原始水平地应力差值和水平应力差异系数。
实际应用中，根据原地应力场与人工裂缝诱导应力场构建所述压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型，具体包括以下操作：
步骤I：，将原地应力场和人工裂缝诱导应力场叠加，建立初始人工裂缝复合应力场；
步骤II：利用叠加原理，叠加设定数量的裂缝后，分别记录各条裂缝对初始裂缝产生的诱导应力，从而获得多裂缝干扰下的应力场物理模型。
进一步地，基于构建的压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型通过以下操作获取各裂缝距离下的水平诱导应力场：
步骤1：将无限大储层中一条对称双翼的垂直裂缝简化为无限大平板中央一直线状裂缝，裂缝穿透板厚，裂缝面上作用张力，从而建立裂缝诱导应力场几何模型。
步骤2：根据储层参数杨氏模量、泊松比及初始地应力参数划分边界单元，形成各单元的坐标、长度、方向角，并制定边界条件值。
步骤3：建立影响系数矩阵，计算边界影响系数。
步骤4：使用消元法确定位移不连续量。
步骤5：计算裂缝周围各点的诱导应力值，从而获得裂缝延伸过程中水平井筒周围诱导应力场。进一步地，结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量的过程包括：
令工程条件下施工排量达到的净压力克服裂缝间距对应的变化后的原始水平地应力差值，拟合确定裂缝间距以及所需的净压力，进而依据目标储层区域施工排量与净压力的关系曲线确定对应的施工排量。
以江沙(JS)206-10HF井为例，对本实施例做进一步说明。江沙(JS)206-10HF井以沙溪庙组JS2 1砂组为目的层，依据区域JS2 1砂组地应力实验结果，该砂组原始水平应力差值为16.7MPa，水平应力差异系数0.33；根据沙溪庙组JS2 1砂组排量与净压力的关系模拟曲线(图2)可以得出，排量大于12m3/min后，净压力增长不明显，约11.8MPa，因此，需要克服4.9MPa水平诱导应力差，相应的需要的平均裂缝间距约50m，及裂缝间距参考值为50m，基于该示例，其不同净压力下裂缝距离与水平诱导应力差关系曲线如图3所示。
该示例中，通过以下操作获得江沙(JS)206-10HF井以沙溪庙组JS2 1砂组的上述数据：
步骤(1)：根据区域砂组地应力试验测试结果，获得原地应力场，计算原始水平应力差值及水平应力差异系数。
步骤(2)：采用FracPT软件，根据区域的历史施工数据拟合净压力，从而获得排量与净压力的关系曲线，确定各施工排量可达到的最大净压力。
步骤(3)：原始水平应力差值与可达到的最大净压力差值为需要克服的诱导应力差值。
步骤(4)：采用压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型及计算方法，输入井区储层参数，计算最大净压力下不同裂缝间距下的诱导应力，并获得诱导应力差值，以需要克服的诱导应力差值为目标优选裂缝间距。
进一步地，考虑到将整个目标储层区域作为单位研究对象，计算及处理压力比较大，且无法保障计算结果的精确性，本发明实施例通过将目标储层区域划分为不同的有效渗流单元，进而分别以单个有效渗流单元为研究对象进行处理和计算。因此有以下步骤：
步骤S120、依据储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律确定目标储层区域的有效渗流单元，并基于确定的各个有效渗流单元采用油藏数值模拟软件ECLIPSE建立三维立体压裂设计地质模型。
在一个实施例中，上述步骤根据目标储层区域的储层类型分类标准，结合测井曲线、储层孔隙度、渗透率数据及压力波传播规律对目标储层区域进行划分，确定对应的有效渗流单元。本发明实施例中，以表征实际数据的测井曲线为依据，结合储层的孔隙度、渗透率数据及压力波传播规律对目标储层区域进行标准分类，确保了有效渗流单元划分的合理性，进一步地，基于划分的有效渗流单元构建对应的三维立体地质模型作为体积压裂方法的压裂设计地质模型，基于构建的地质模型进行模拟计算，在保证数据可靠性的基础上避免实地研究，节省时间和人力物力资源，同时能够保证压裂方案的设计效率，有助于油井的勘探设计进度和施工进度。
以江沙(JS)206-10HF井的沙溪庙组JS2 1砂组为例，其完钻井深3397.01m，完钻垂深垂深2176m，水平段长825.49m。参照图4中所示的江沙(JS)206-10HF井测井解释曲线成果图，其测井解释储层钻遇率99.3％，按照储层类型分类标准进行划分，沙溪庙组JS2 1砂组目的层以Ⅱ类储层为主，其中Ⅰ类储层92.6米，Ⅱ类储层695.2米，Ⅲ类储层26.7米，因此，其对应划分为三个有效渗流单元。
为保证设计的压裂方案能够在连续施工降低储层伤害的前提下，针对低品质砂岩储层(如非均质性致密砂岩储层)实现最佳体积与最优产量的匹配，本发明通过以下操作设计各个有效渗流单元的目标裂缝参数和施工参数：
步骤S130、基于所述压裂设计地质模型根据裂缝间距参考值确定目标储层区域各有效渗流单元的目标裂缝参数以及与所述目标裂缝参数匹配的施工参数。
具体地，在一个实施例中，通过以下操作确定储层区域的目标裂缝参数，实现裂缝参数优化：
在每个有效渗流单元中，依据现有技术《水平井非对称立体压裂设计方法》所述人工裂缝的缝长依据砂体平面展布特征，以缝长及控制半径最大控制砂体在裂缝延伸方向的原则，即以河道宽度方向的距离为准则控制缝长以令压裂风险最小，同时以产能最优为目标，进行不同缝长条件下的产能模拟对比，确定最优裂缝长度；
基于各个有效渗流单元中储层的砂体垂厚确定目标裂缝高度；
根据设置的裂缝间距参考值和设定的浮动幅度确定各有效渗流单元的待选裂缝间距，基于各个待选裂缝间距以及有效渗流单元的孔隙度、渗透率数据及压力波传播规律对各个有效渗流单元产能进行模拟对比，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量。
在一个可选的实施例中，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量的过程中，结合储层水平方向上的破裂压力进行计算，以保证裂缝改造体积覆盖整个地质模型。
以江沙(JS)206-10HF井沙溪庙组JS2 1砂组为例，在每个有效渗流单元内，根据河道宽度300m±，依据缝长控制河道宽度为原则，以产能最优为目标，进行不同缝长条件下的产能模拟对比，确定最优的裂缝长度200m±；根据目标层砂体垂厚15-17m±，考虑改该砂体上下无其他优质砂体，设计裂缝高度20m；以浮动幅度为10为例，基于裂缝间距参考值50设置待选裂缝间距包括40m～60m的各间距，即根据单个有效渗流单元孔渗性，考虑产量最优下的40m、50m、60m裂缝间距的不同裂缝条数产能进行模拟对比，综合水平方向上破裂压力计算，考虑裂缝位置处破裂压力最低，确定特定孔渗性条件下的裂缝间距，最后获得该井的裂缝总条数为13条。江沙(JS)206-10HF井各类渗流单元的裂缝间距参数如下表1所示：
表1 JS 206-10HF井裂缝间距参数表
Figure BDA0002536959430000081
其中，待选裂缝间距的数量与设定的浮动幅度相关，浮动幅度越大，对应的待选裂缝间距数量越多，因此，实际应用中可以根据各有效渗流单元的测井曲线幅度和物性参数极值的差值设定浮动幅度的值。需要说明的是，综合水平方向上的破裂压力进行计算，能够确保设置的裂缝间距生成预期的裂缝体积，避免裂缝体积偏小的现象，有助确保裂缝改造体积覆盖整个地质模型，保障压裂效果及产能。
在设计完成合适的目标裂缝参数后，需要依据裂缝参数设计结果确定匹配的施工参数，以生成针对目标油井的施工方案。因此，本发明实施例有如下步骤：
依据确定的最优裂缝长度、目标裂缝高度以及目标裂缝间距，对不同砂量、液量等施工参数下的裂缝参数进行模拟对比，针对各个有效渗流单元确定与裂缝参数匹配的施工参数，所述施工参数包括：施工砂量、施工液量及平均砂比。实际应用时，江沙(JS)206-10HF井沙溪庙组JS2 1砂组油井的体积压裂施工曲线如图5所示。江沙(JS)206-10HF井各类渗流单元的施工参数如下表2所示：
表2 JS 206-10HF井施工参数表
Figure BDA0002536959430000091
进一步地，以确定的目标裂缝参数、施工排量和施工参数作为压裂方案实施压裂，因此有步骤S140、按照已获得的目标裂缝参数、施工排量和施工参数对目标储层区域进行分段压裂。
为了验证设计的压裂方案是否能够有效提升油井产能，本发明实施例还包括：
记录目标储层区域的实际产能数据，并将其与对应的常规测试储层的实际产能数据对比分析确定当前压裂方案的压裂效果。基于此，若压裂效果不满足施工需求，进而根据分析结果对压裂方案的压裂参数、施工排量和施工参数进行优化，其中，所述测试储层为采用常规压裂方法的同属目标储层区域的储层，例如可选取相同区域邻井的同层位作为测试储层。实际应用中，江沙(JS)206-10HF井经13级裂缝体积压裂改造后获无阻流量30.5154万方/天，是邻井同层位无阻流量6.2399万方/天的4.89倍，实现了预期的压裂效果。
采用本发明上述实施例，以工程条件下施工排量达到的净压力可以克服因裂缝干扰下原水平地应力减小后的值为目标，基于计算的水平诱导应力设置压裂多裂缝应力干扰下的压裂裂缝间距参考值，同时基于划分的有效渗流单元构建对应的三维地质模型，在三维地质模型的基础上模拟确定各个有效渗流单元的目标裂缝参数、施工排量及匹配的施工参数，以此作为压裂方案针对致密性砂岩储层实施压裂能够保证裂缝体积对储层的覆盖率，采用本发明的压裂设计方法，单段单簇改造方式不需刻意通过实时控制施工排量来控制裂缝起裂，并可实现单段充分改造，最大程度提高了气井改造效果相当程度上提升相应储层的产能。同时能够使得天然裂缝不发育，水平两向应力差异系数中等且非均质性强的致密砂岩气藏实现体积压裂，不但有效提高气井改造效果，还扩大了现有体积压裂工艺应用范围。
实施例二
图6示出了本发明实施例二提供的体积压裂设计方法的流程示意图，参照图6可知，该方法包括如下步骤。
步骤S110、基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算不同裂缝距离下的水平诱导应力，依据其结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量。
在一个实施例中，将基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算的诱导应力作为原始水平地应力差值变化量，其中，所述干扰应力场模型包括目标储层区域在压裂多裂缝条件下不同裂缝距离的储层原始水平地应力差值和水平应力差异系数。
进一步地，结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量的过程包括：
令工程条件下施工排量达到的净压力克服裂缝间距对应的变化后的原始水平地应力差值，拟合确定裂缝间距以及所需的净压力，进而依据目标储层区域施工排量与净压力的关系曲线确定对应的施工排量。
进一步地，考虑到将整个目标储层区域作为单位研究对象，计算及处理压力比较大，且无法保障计算结果的精确性，本发明实施例通过将目标储层区域划分为不同的有效渗流单元，进而分别以单个有效渗流单元为研究对象进行处理和计算。因此有以下步骤：
步骤S120、依据储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律确定目标储层区域的有效渗流单元，并基于确定的各个有效渗流单元分别建立三维立体压裂设计地质模型。
在一个实施例中，上述步骤根据目标储层区域的储层类型分类标准，结合测井曲线、储层孔隙度数据、渗透率数据及压力波传播规律对目标储层区域进行划分，确定对应的有效渗流单元。
为保证设计的压裂方案能够在连续施工降低储层伤害的前提下，针对低品质砂岩储层(如非均质性致密砂岩储层)实现最佳体积与最优产量的匹配，本发明通过以下操作设计各个有效渗流单元的目标裂缝参数和施工参数：
步骤S130、基于所述压裂设计地质模型根据裂缝间距参考值确定目标储层区域各有效渗流单元的目标裂缝参数以及与所述目标裂缝参数匹配的施工参数。
具体地，在一个实施例中，通过以下操作确定储层区域的目标裂缝参数，实现裂缝参数优化：
在每个有效渗流单元中，依据缝长控制河道宽度的原则控制压裂风险，以产能最优为目标，进行不同缝长条件下的产能模拟对比，确定最优裂缝长度。
基于各个有效渗流单元中储层的砂体垂厚确定目标裂缝高度。
根据设置的裂缝间距参考值和设定的浮动幅度确定各有效渗流单元的待选裂缝间距，基于各个待选裂缝间距以及有效渗流单元的孔隙度数据、渗透率数据及压力波传播规律对各个有效渗流单元产能进行模拟对比，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量。
在一个可选的实施例中，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量的过程中，结合储层水平方向上的破裂压力进行计算，以保证裂缝改造体积覆盖整个地质模型。
在设计完成合适的目标裂缝参数后，需要依据裂缝参数设计结果确定匹配的施工参数，以生成针对目标油井的施工方案。因此，本发明实施例有如下步骤：
依据确定的最优裂缝长度、目标裂缝高度以及目标裂缝间距，对不同砂量、液量等施工参数下的裂缝参数进行模拟对比，针对各个有效渗流单元确定与裂缝参数匹配的施工参数，所述施工参数包括：施工砂量、施工液量及平均砂比。
进一步地，以确定的目标裂缝参数、施工排量和施工参数作为压裂方案实施压裂，因此有步骤S140、按照已获得的目标裂缝参数、施工排量和施工参数对目标储层区域进行分段压裂。
基于上述实施例，考虑到压裂施工过程中常规压裂管柱只能以设定的分段条件安装，灵活性不足，且压裂管柱与完井管柱需要重复固井，操作繁杂，耗时耗力。为克服上述问题，本发明实施例还包括以下步骤：
在所述步骤S140之前，还可以包括步骤S610、根据所述施工排量对多种尺寸的油管和滑套进行施工预测及对比，将确定尺寸匹配的油管和滑套组成用于施工的分段管柱，且将其作为目标储层区域的压裂管柱和完井管柱。
实际应用时，依据所有渗流单元的长度和前期设置的目标裂缝间距可获得总的分段数，结合施工排量要求，选择油管尺寸及配套全通径分段压裂管柱工具数量。以江沙(JS)206-10HF井沙溪庙组JS2 1砂组为例，根据所需施工排量，对不同管柱下的压裂施工排量进行预测后，选择101.6mm油管及配套的4”系列全通径滑套组合成压裂管柱，下入到预定位置后固井，江沙206-10HF井的压裂管柱示意图如图7所示。
压裂管柱主要由压差滑套及1-12号全通径滑套组成。压差滑套位于管柱最末端，通过压力开启后可进行第1段压裂改造；随后利用开启工具逐级开启1-12号全通径滑套，并逐级实施2-13段压裂改造。
进一步地，该实施例的方法还包括：根据分段管柱及滑套的结构数据设计用于分段开启滑套的开启工具，以实现不限级数分段、已压裂段与待压裂段封隔作业和管柱全通径。
采用该实施例设计的分段管柱实施压裂，提升了管柱安装的灵活性，其作为一套可满足不同排量需求的系列化不限级数的全通径分段压裂管柱，通过特殊设计的开启工具开启内径相同的滑套，因不受滑套极差影响，可实现不限级数分段和管柱全通径，并且可连续施工，不影响压裂改造进度，同时，钻井完成后，该管柱可作为完井管柱直接固井，不需单独下套管及射孔，管柱上的滑套打开后既为压裂改造通道，又可封隔已压裂段与待压裂段，一段施工结束，投入下一段滑套开启工具，同时对下层起到封闭作用，这不仅准确的实现了压裂多裂缝应力干扰，最大程度提高了裂缝复杂性，同时该管柱减少了完井作业周期和作业费用，也确保了压裂施工的连续性，可单段单簇、连续、大排量施工的全通径无限级分段压裂管柱的体积压裂设计方法，通过单段改造提高了改造充分性，实现了有效的体积压裂，有效提高气井改造效果。
实施例三
考虑到上述任意一个或多个实施例的其他方面，本发明还提供一种体积压裂设计系统，该系统执行上述任意一个或多个实施例中的方法和步骤，图8示出了本发明实施例三提供的体积压裂设计系统的结构示意图，如图8所示，本发明实施例的体积压裂设计系统包括：
应力干扰处理模块81，其配置为基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算不同裂缝距离下的水平诱导应力，依据其结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量。
储层划分及建模模块83，其配置为依据储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律确定目标储层区域的有效渗流单元，并基于确定的各个有效渗流单元分别建立三维立体压裂设计地质模型。
压裂方案确定模块85，其配置为基于所述压裂设计地质模型根据裂缝间距参考值确定目标储层区域各有效渗流单元的目标裂缝参数以及与所述目标裂缝参数匹配的施工参数。
管柱设计模块87，其配置为根据所述施工排量对多种尺寸的油管和滑套进行施工预测及对比，将确定尺寸匹配的油管和滑套组成用于施工的分段管柱，且将其作为目标储层区域的压裂管柱和完井管柱。
压裂执行模块89，其配置为按照已获得的目标裂缝参数、施工排量和施工参数对目标储层区域进行分段压裂。
具体地，所述应力干扰处理模块81将基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算的诱导应力作为原始水平地应力差值变化量，其中，所述干扰应力场模型包括目标储层区域在压裂多裂缝条件下不同裂缝距离的储层原始水平地应力差值和水平应力差异系数。
在一个实施例中，应力干扰处理模块81进一步配置为通过以下操作结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量：
令工程条件下施工排量达到的净压力克服裂缝间距对应的变化后的原始水平地应力差值，拟合确定裂缝间距以及所需的净压力，进而依据目标储层区域施工排量与净压力的关系曲线确定对应的施工排量。
在一个实施例中，所述储层划分及建模模块83配置为：根据目标储层区域的储层类型分类标准，结合测井曲线、储层孔隙度、渗透率数据及压力波传播规律对目标储层区域进行划分，确定对应的有效渗流单元。
在一个实施例中，所述压裂方案确定模块85通过以下操作确定储层区域的目标裂缝参数：
在每个有效渗流单元中，依据缝长控制河道宽度的原则控制压裂风险，以产能最优为目标，进行不同缝长条件下的产能模拟对比，确定最优裂缝长度；
基于各个有效渗流单元中储层的砂体垂厚确定目标裂缝高度；
根据设置的裂缝间距参考值和设定的浮动幅度确定各有效渗流单元的待选裂缝间距，基于各个待选裂缝间距以及有效渗流单元的孔隙度数据、渗透率数据及压力波传播规律对各个有效渗流单元产能进行模拟对比，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量。
进一步地，在一个实施例中，所述压裂方案确定模块85配置为：结合储层水平方向上的破裂压力计算计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量，以保证裂缝改造体积覆盖整个地质模型。
在一个实施例中，所述压裂方案确定模块85进一步配置为：依据确定的最优裂缝长度、目标裂缝高度以及目标裂缝间距，对不同砂量、液量等施工参数下的裂缝参数进行模拟对比，针对各个有效渗流单元确定与裂缝参数匹配的施工参数，所述施工参数包括：施工砂量、施工液量及平均砂比。
在一个实施例中，所述管柱设计模块87进一步配置为：
根据分段管柱及滑套的结构数据设计用于分段开启滑套的开启工具，以实现不限级数分段、已压裂段与待压裂段封隔作业和管柱全通径。
在一个可选的实施例中，所述系统还包括验证优化模块810，其配置为：记录目标储层区域的实际产能数据，并将其与对应的常规测试储层的实际产能数据对比分析确定当前压裂方案的压裂效果，进而根据分析结果对压裂方案的压裂参数、施工排量和施工参数进行优化，其中，所述测试储层为采用常规压裂方法的同属目标储层区域的储层。
本发明实施例提供的体积压裂设计系统中，各个模块或单元结构可以根据实际应用需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。
说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种体积压裂设计方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算不同裂缝距离下的水平诱导应力，依据其结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量；
步骤S2、依据储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律确定目标储层区域的有效渗流单元，并基于确定的各个有效渗流单元分别建立三维立体压裂设计地质模型；
步骤S3、基于所述压裂设计地质模型根据裂缝间距参考值确定目标储层区域各有效渗流单元的目标裂缝参数以及与所述目标裂缝参数匹配的施工参数；
步骤S4、按照已获得的目标裂缝参数、施工排量和施工参数对目标储层区域进行分段压裂；
在所述步骤S1中，将基于压裂多裂缝条件下的干扰应力场模型计算的水平诱导应力作为原始水平地应力差值变化量；结合设定条件确定裂缝间距参考值以及对应的施工排量的过程包括：
令工程条件下施工排量达到的净压力克服裂缝间距对应的变化后的原始水平地应力差值，拟合确定裂缝间距以及所需的净压力，进而依据目标储层区域施工排量与净压力的关系曲线确定对应的施工排量；
在所述步骤S3中，通过以下操作确定储层区域的目标裂缝参数：
在每个有效渗流单元中，依据缝长控制河道宽度的原则控制压裂风险，以产能最优为目标，进行不同缝长条件下的产能模拟对比，确定最优裂缝长度；
基于各个有效渗流单元中储层的砂体垂厚确定目标裂缝高度；
根据设置的裂缝间距参考值和设定的浮动幅度确定各有效渗流单元的待选裂缝间距，基于各个待选裂缝间距以及有效渗流单元的孔隙度数据、渗透率数据及压力波传播规律对各个有效渗流单元产能进行模拟对比，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量。
2.如权利要求1所述的体积压裂设计方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
在所述步骤S4之前，根据所述施工排量对多种尺寸的油管和滑套进行施工预测及对比，将确定尺寸匹配的油管和滑套组成用于施工的分段管柱，且将其作为目标储层区域的压裂管柱和完井管柱。
3.如权利要求1或2所述的体积压裂设计方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据分段管柱及滑套的结构数据设计用于分段开启滑套的开启工具，以实现不限级数分段、已压裂段与待压裂段封隔作业和管柱全通径。
4.如权利要求1所述的体积压裂设计方法，其特征在于，在步骤S1中，所述干扰应力场模型包括目标储层区域在压裂多裂缝条件下不同裂缝距离的储层原始水平地应力差值和水平应力差异系数。
5.如权利要求1所述的体积压裂设计方法，其特征在于，在步骤S2中，根据目标储层区域的储层类型分类标准，结合测井曲线、储层孔隙度、渗透率及压力波传播规律数据对目标储层区域进行划分，确定对应的有效渗流单元。
6.如权利要求1所述的体积压裂设计方法，其特征在于，计算匹配的目标裂缝间距及裂缝数量的过程中，结合储层水平方向上的破裂压力进行计算，以保证裂缝改造体积覆盖整个地质模型。
7.如权利要求1所述的体积压裂设计方法，其特征在于，在步骤S3中，依据确定的最优裂缝长度、目标裂缝高度以及目标裂缝间距，对不同施工参数下的裂缝参数进行模拟对比，针对各个有效渗流单元确定与裂缝参数匹配的施工参数，所述施工参数包括：施工砂量、施工液量及平均砂比。
8.如权利要求1所述的体积压裂设计方法，其特征在于，所述方法还包括：记录目标储层区域的实际产能数据，并将其与对应的常规测试储层的实际产能数据对比分析确定当前压裂方案的压裂效果，进而根据分析结果对压裂方案的压裂参数、施工排量和施工参数进行优化。
9.一种体积压裂设计系统，其特征在于，所述系统执行如权利要求1～8中任意一项所述的方法。
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