CN114109336B - 一种基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，包括以下步骤：获取配置压裂液的水样，测量压裂液的氢同位素值δD压裂液，得到D压裂液＝(δD压裂液+1)*Rst*H压裂液，Rst为标准物质的氢同位素比值；获取目的层原生水，测量目的层原生水的氢同位素值δD地层水，得到D地层水＝(δD地层水+1)*Rst*H地层水；获取返排液，测量返排液的氢同位素值δD返排液，假设返排液中压裂液的比例为a，返排液中地层水的比例为1‑a，得到：
Figure DDA0003373921290000011
本发明提出的技术方案的有益效果是：对每天的返排液、压裂液和地层水中氢同位素的测定，可得到任意一天中返排液中压裂液的比例，公式较为简单，参数易于获得，方法具有普适性易于推广。

Description

一种基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法
技术领域
本发明涉及页岩气开采技术领域，尤其涉及一种基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法。
背景技术
水力压裂是页岩气开采过程中增产的主要措施，由于压裂液的成本较为复杂，并且滞留在地层的压裂液会对地层孔隙结构造成一定程度的封堵，因此页岩气后期产量在很大程度上取决于压裂液的返排情况。压裂液经过压裂，关井返排后而返排液中不仅仅只是压裂液，还混合了地层中原生水，从而导致了井口通过计量的方式来进行压裂液返排率的较准确的计量无法实现。
目前计算压裂液返排率的方法主要分为：实验室模拟法/现场参数拟合预测法/氯离子含量法/示踪剂标记法，实验室模拟法即是通过实验室的大型设备尽可能的营造出压裂液在地下的复杂情况，然后通过模拟压裂前后的压裂液/样品等质量来进行计算得到，此方法的好处在于实验室方法对返排率的计算相对现场方法更加准确，缺点在于室内大型压裂设备较为昂贵，模拟实验只能做到尽可能接近现场条件，其还是存在一定差别，实验室结果指导现场不一定合适，仅可作为参考。
现场参数拟合预测法是通过前期的经验建立相应的模型，将现场数据带入模型中，其有点在于与现场实际生产数据紧密结合，获取少量数据后或可提前依据模型进行一定的预测，其缺点在于各页岩气工区的特异性，模型的方法较为适合在单一工区长期作业中进行使用，需要在使用过程中不断的修正模型从而提高预测的准确率。
目前西南地区有通过获得原始地层水氯离子以及压裂液中氯离子含量，再通过返排液中氯离子含量建立关系式进行计算，此方法优点在于数据来源于现场样品，安全环保，经济快速，缺点在于氯离子的浓度也会受到压裂液溶解组成页岩的部分盐类矿物的影响，因此需要进行拟合校正才能得到正确的结果。
示踪剂法分为放射性示踪剂法和非放射性示踪剂法，其优点在于示踪剂是随着压裂液一起注入并返排的，其总量是固定的，可以单独检测示踪剂在返排液中的浓度或含量来计算返排液中压裂液的含量，从而得到压裂液的返排率。其缺点是示踪剂的化学组成对人和环境存在安全隐患，且存在用量大，价格昂贵，并且示踪剂可能会出现吸附和絮凝导致结果错误。，并且压裂液在投产后也会持续的返排，示踪剂法不适应于压裂液返排周期较长的工况。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法。
本发明的实施例提供一种基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，包括以下步骤：
S1获取配置压裂液的水样，对水样进行预处理，测量压裂液的氢同位素值δD压裂液，得到D压裂液＝(δD压裂液+1)*Rst*H压裂液，Rst为标准物质的氢同位素比值；
S2获取目的层原生水，测量目的层原生水的氢同位素值δD地层水，得到D地层水＝(δD地层水+1)*Rst*H地层水；
S3获取返排液，测量返排液的氢同位素值δD返排液，假设返排液中压裂液的比例为a，返排液中地层水的比例为1-a，得到：
Figure BDA0003373921270000031
H压裂液为压裂液中1H所含比例，H地层水为地层水中1H所含比例。
进一步地，由于压裂液中1H所含比例和地层水中1H所含比例都在99.9％以上，因此根据H压裂液≈H地层水对步骤S3中的公式进行简化，得到：
Figure BDA0003373921270000032
进一步地，每天返排液中压裂液的体积Vi压＝Vi返*ai，i为整数，Vi返为第i天的返排液量，ai为第i天返排液中压裂液的比例。
进一步地，累积n天返排液中累计的压裂液总量
Figure BDA0003373921270000033
1≤i≤n。
进一步地，累积n天的返排率
Figure BDA0003373921270000034
V压裂液总量为n天使用的压裂液的总量。
进一步地，步骤S1中对水样进行预处理具体为，将水样静置后用滴管取其清液，对清液进行蒸发冷凝。
进一步地，步骤S2中获取目的层原生水具体为，获取大块钻井取心样品，将取心样品中未被钻井液污染的部分进行密闭破碎后，收集目的层原生水。
进一步地，以大洋平均海水SMOW作为标准物质。
进一步地，所述配置压裂液的水样为当地湖水或者水库水。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在压裂过程中对返排液和压裂液进行连续监测，对每天的返排液进行氢同位素测定，结合压裂液和地层水中氢同位素的测定，可得到任意一天中返排液中压裂液的比例。通过对每天的返排液量和压裂液量进行计量，可得到多天压裂液返排的总量和压裂液的返排率，通过返排液中压裂液的比例能分析压裂的效果和预测产能。本发明公式较为简单，参数易于获得，方法具有普适性易于推广。
附图说明
图1是本发明提供的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供一种基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，包括以下步骤：
S1获取配置压裂液的水样，对水样进行预处理，具体地，压裂液一般采用当地湖水或者水库水进行配置，和当地大气降雨线的氢同位素较为匹配，将水样静置后用滴管取其清液，对清液进行蒸发冷凝，可去除盐类和颗粒物等杂质，测量压裂液的氢同位素值δD压裂液；
根据δD压裂液＝(R压裂液/Rst-1) (1)、
Figure BDA0003373921270000041
得到D压裂液＝(δD压裂液+1)*Rst*H压裂液 (3)，Rst为标准物质的氢同位素比值，本实施例中，以大洋平均海水SMOW作为标准物质，R压裂液为压裂液的氢同位素比值。
S2获取目的层原生水，具体地，获取大块钻井取心样品，将取心样品中未被钻井液污染的部分进行密闭破碎，可采用专利号为CN211697051U的专利公开的装置进行密闭破碎，收集目的层原生水，测量目的层原生水的氢同位素值δD地层水；
根据δD地层水＝(R地层水/Rst-1) (4)，
Figure BDA0003373921270000051
R地层水为地层水的氢同位素比值；
得到D地层水＝(δD地层水+1)*Rst*H地层水 (6)。
S3获取返排液，测量返排液的氢同位素值δD返排液，假设返排液中压裂液的比例为a，返排液中地层水的比例为1-a，其中返排液中氘的含量和氢的含量为压裂液和地层水中氢同位素按比例混合组成的，则：
D返排液＝a*D压裂液+(1-a)D地层水 (7)，
H返排液＝a*H压裂液+(1-a)H地层水 (8)；
根据δD返排液＝(R返排液/Rst-1) (9)，
Figure BDA0003373921270000052
R返排液为返排液的氢同位素比值，将公式(7)和公式(8)代入公式(10)中，再代入公式(9)中；
可得到
Figure BDA0003373921270000053
将公式(11)转换为：
Figure BDA0003373921270000054
得到
Figure BDA0003373921270000055
则
Figure BDA0003373921270000056
H压裂液为压裂液中1H所含比例，H地层水为地层水中1H所含比例。
进一步地，由于压裂液中1H所含比例和地层水中1H所含比例都在99.9％以上，因此根据H压裂液≈H地层水，可对公式(13)进行简化，得到：
Figure BDA0003373921270000061
进一步得到：δD返排液＝a*δD压裂液+(1-a)*δD地层水 (16)；
则
Figure BDA0003373921270000062
每天实时测量压裂液的氢同位素值δD压裂液，地层水的氢同位素值δD地层水，返排液的氢同位素值δD返排液，则可得到每天返排液中压裂液的体积Vi压＝Vi返*ai，i为整数，Vi返为第i天的返排液量，可通过井口计量装置进行计量得到，ai为第i天返排液中压裂液的比例。
累积n天返排液中累计的压裂液总量
Figure BDA0003373921270000065
1≤i≤n，i为整数。
则累积n天的返排率Cn为：
Figure BDA0003373921270000064
Figure BDA0003373921270000066
V压裂液总量为n天使用的压裂液的总量。
压裂液一般采用湖水或者水库水进行配置，和当地大气降雨线的氢同位素较为匹配，地层原生水一般和其当时所处于的沉积环境等因素相关，地层水的氢同位素值较压裂液的氢同位素值偏正，返排液中的氢稳定同位素值由压裂液和地层水的比例所决定。
本发明提供的技术方案，在压裂过程中对返排液和压裂液进行连续监测，对每天的返排液进行氢同位素测定，结合压裂液和地层水中氢同位素的测定，可得到任意一天中返排液中压裂液的比例。通过对每天的返排液量和压裂液量进行计量，可得到多天压裂液返排的总量和压裂液的返排率。通过返排液中压裂液的比例能分析压裂的效果和预测产能。本发明公式较为简单，参数易于获得，方法具有普适性易于推广。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1获取配置压裂液的水样，对水样进行预处理，测量压裂液的氢同位素值δD压裂液，得到D压裂液＝(δD压裂液+1)*Rst*H压裂液，Rst为标准物质的氢同位素比值；
S2获取目的层原生水，测量目的层原生水的氢同位素值δD地层水，得到D地层水＝(δD地层水+1)*Rst*H地层水；
S3获取返排液，测量返排液的氢同位素值δD返排液，假设返排液中压裂液的比例为a，返排液中地层水的比例为1-a，得到：
Figure FDA0003726680940000011
H压裂液为压裂液中1H所含比例，H地层水为地层水中1H所含比例；
其中，
Figure FDA0003726680940000012
R压裂液为压裂液的氢同位素比值、R地层水为地层水的氢同位素比值。
2.如权利要求1所述的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，由于压裂液中1H所含比例和地层水中1H所含比例都在99.9％以上，因此根据H压裂液≈H地层水对步骤S3中的公式进行简化，得到：
Figure FDA0003726680940000013
3.如权利要求2所述的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，每天返排液中压裂液的体积Vi压＝Vi返*ai，i为整数，Vi返为第i天的返排液量，ai为第i天返排液中压裂液的比例。
4.如权利要求3所述的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，累积n天返排液中累计的压裂液总量
Figure FDA0003726680940000021
1≤i≤n。
5.如权利要求4所述的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，累积n天的返排率
Figure FDA0003726680940000022
V压裂液总量为n天使用的压裂液的总量。
6.如权利要求1所述的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，步骤S1中对水样进行预处理具体为，将水样静置后用滴管取其清液，对清液进行蒸发冷凝。
7.如权利要求1所述的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，步骤S2中获取目的层原生水具体为，获取大块钻井取心样品，将取心样品中未被钻井液污染的部分进行密闭破碎后，收集目的层原生水。
8.如权利要求1所述的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，以大洋平均海水SMOW作为标准物质。
9.如权利要求1所述的基于氢稳定同位素压裂液返排率的计算方法，其特征在于，所述配置压裂液的水样为当地湖水或者水库水。
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