CN114458274A - 一种岩石扩容方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种岩石扩容方法，包括：油水井资料归纳整理、岩石扩容物理模拟试验、岩石扩容压力设计计算、岩石扩容工艺物理模拟试验、岩石扩容段塞的设计、管柱安全校核、施工设备选择及地面流程设计、现场实施和施工参数监测和施工井数据库的建立。本方法有效完善和补充了岩石扩容步骤，利用物理模拟试验结果再运行数值模拟方法的方式，提高模拟效率和准确性，并强化施工设备优选及管柱安全校核等关键步骤，提高作业安全性，并满足施工作业需求。
Description
技术领域
本发明涉及油水井酸化压裂增产增注工艺技术领域，更具体地说涉及一种岩石扩容方法。
背景技术
岩石扩容技术也被称为微压裂技术，是一项利用岩石在应力偏量作用下由于内部产生微裂隙而出现非弹性体积应变的岩石力学扩容现象进行储层改造的一项新技术，最早应用在加拿大阿尔伯塔地区油砂的SAGD开发中，国内林伯韬等人2016年开始完善了该技术(林伯韬,陈森,潘竟军,等.风城陆相超稠油油砂微压裂扩容机理实验研究[J].石油钻采工艺,2016,38(3):359-364.)。国内2012年起陆续在新疆风城油田SAGD开发中为实现快速建立井间连通的目的，提高后续注蒸汽能力而进行应用，目前已累计实施120余井次。
目前，国内已形成发明专利号：2020100219974，专利名称：一种注水井扩容储层改造方法，主要对岩石扩容技术的施工作业步骤进行详细描述，并采用数值模拟方法，对施工注入压力、注入排量和液量进行优化设计，为现场施工作业提供了较好的指导，但是在技术推广应用时，还存在如下几点问题：①欠缺作业前工艺设计详细步骤，工艺上不完整，也无法为施工作业提供有效指导；②采用数值模拟方法，模拟时间较长，且精度不理想，且会影响施工作业效果；③未有具体的施工设备设计以及安全控制，现场实施准备上还不足，存在安全风险。
综上所述，目前国内暂无一种岩石扩容方法，对现有岩石扩容施工改造方法进行有效补充，细化作业设计各个环节步骤，提高工艺完整性，并提高设计效率、准确性和实施安全性。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，现有的改造方法欠缺作业前工艺设计详细步骤，工艺上不完整，也无法为施工作业提供有效指导；采用数值模拟方法，模拟时间较长，且精度不理想，且会影响施工作业效果；未有具体的施工设备设计以及安全控制，现场实施准备上还不足，存在安全风险，提供了一种岩石扩容方法，本方法有效完善和补充了岩石扩容步骤，利用物理模拟试验结果再运行数值模拟方法的方式，进一步提高模拟效率和准确性，并强化施工设备优选及管柱安全校核等关键步骤，进一步提高作业安全性，并满足施工作业需求，通过建立数据库为类似井况提供参数，提高设计效率和准确性。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种岩石扩容方法，按照下述步骤进行：
步骤1，油水井资料归纳整理：油水井资料包括油田总体开发方案、钻完井总结报告、修井总结报告、岩石扩容地质设计、历史生产动态资料、类似井岩石扩容作业数据，从上述油水井资料中获取储层物性参数、岩石力学参数、井筒参数后，用于判断油水井低产原因以及增产潜力，进而为岩石扩容提供物理模拟参数和数值模拟参数；
步骤2，岩石扩容物理模拟试验：对录取到的油水井储层天然岩心进行单轴测试、三轴测试、地应力凯赛尔效应测试试验，以获取岩心单轴抗压强度、不同围压下岩心的抗剪切强度和扩容角，再计算油水井储层垂向地应力、水平最小主应力和水平最大主应力；
步骤3，岩石扩容压力设计计算：根据步骤2的试验结果拟合出油水井储层的岩石力学破坏曲线，通过曲线获得泊松比、抗拉强度、粘聚力、摩擦角参数，再根据现有的扩容压裂计算公式，估算出岩石扩容压力值，对估算的岩石扩容压力值进行选取判断；
步骤4，岩石扩容工艺物理模拟试验：选取油水井天然岩心或者与步骤2所测的参数接近的露头岩心，在步骤2所测的垂向地应力、水平最小主应力和水平最大主应力下，分别进行阶梯压力扩容试验、阶梯排量扩容试验、预处理后扩容试验，测试不同时间下，注液压力变化情况，并采用CT扫描方式，测试岩心裂缝情况，模拟扩容工艺不同过程，对步骤3得到的岩石扩容压力进一步修正，并通过裂缝起裂形态的变化对扩容排量和阶梯时间进行选定，并选择出应力预处理时间；
步骤5，岩石扩容段塞的设计：根据物理模拟试验结果，进行岩石扩容段塞的设计，根据步骤4得到的试验结果，设计不同段塞的扩容压力、注入排量、注液量、地应力预处理时间、阶梯时间，并通过数值模拟的方法分析作业后的扩容效果；
步骤6，管柱安全校核：管柱安全校核包括作业管柱安全校核和套管安全校核；
步骤7，施工设备选择及地面流程设计：施工设备包括2台压裂泵、20-30m3水罐及以上容量的泥浆池、2台无线压力传感器、2台无线流量传感器、连接管线及阀门、2套无线数据采集仪和分析软件，地面流程设计依据现有方法，需在井口和回压流程上分别设置无线压力传感器和无线流量传感器；
步骤8，现场实施和施工参数监测：按照岩石扩容方法进行地面流程连接，按岩石扩容段塞注入，通过无线压力传感器和无线流量传感器实时监测施工压力、施工排量变化情况，作业后，通过分析软件计算扩容半径、孔隙度、渗透率等扩容效果数据，并记录作业前后3个月或者以上的生产数据；
步骤9，施工井数据库的建立：建立施工井数据库包括储层物性参数、岩石力学参数、井筒参数、岩石扩容物理模拟试验参数、岩石扩容工艺物理模拟试验参数、岩石扩容段塞设计参数、施工参数、作业前后生产数据的内容，为后续类似井况提供参考依据。
在步骤2中，不同围压下岩心的抗剪切强度和扩容角中的不同围压采用3组数据，3组数据的平均值为油水井储层地层平均地应力减去孔隙压力的估算值。
在步骤3中，对估算的岩石扩容压力值进行适当选取判断，按照下述步骤进行：
1)判断估算的岩石扩容压力值是否在水平最小主应力和地层破裂压力之间，若在水平最小主应力和地层破裂压力之间，执行步骤2)，若不在水平最小主应力和地层破裂压力之间，则返回步骤2继续进行试验，直至岩石扩容压力值在区间范围；
2)估算的岩石扩容压力值不超过井筒安全限压的85％，若超过井筒安全限压的85％，则降低估算的岩石扩容压力值至水平最小主应力和井筒安全限压的85％之间。
在步骤5中，数值模拟方法采用通过现有的有限元分析数值模拟软件分析，分析过程中不再优化工艺参数，只进行扩容后实施规模、地应力变化情况效果分析。
在步骤7中，压裂泵的水马力大于等于基于扩容压力和最大排量所计算的水马力的1.2倍，无线压力传感器的精度不低于0.3％，有效分辨率不低于0.1MPa，耐压不低于35MPa，无线流量传感器的精度不低于0.3％，有效分辨率不低于0.01m3/min，耐压不低于35MPa，无线数据采集仪和分析软件与无线压力传感器和无线流量传感器进行数据交互，并实时测量计算。
本发明的有益效果为：有效完善和补充了岩石扩容工艺设计步骤：对现有的“一种注水井扩容储层改造方法”进行有效完善和补充，细化了施工作业前设计的各环节步骤，提高工艺的完整性；
提高岩石扩容工艺设计模拟效率和准确性：利用物理模拟试验结果再运行数值模拟方法的方式，进一步获取关键岩石力学参数，再进行段塞设计，可减少数值模拟设计的优化次数，同时直接采用现场岩石力学数据，模拟结果准确性更高；此外对已实施井况建立数据库，为类似井况提供参数，通过作业井积累大数据方式，进一步提高设计的准确性；
提高施工作业可操作性和安全性：强化施工设备优选及管柱安全校核等关键步骤，选择关键的压裂泵、传感器等设备组件，使施工更具有操作性，并进行管柱安全校核，满足现场作业要求，弥补了以往方法中该部分的缺失。
附图说明
图1是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
一种岩石扩容方法，按照下述步骤进行：
步骤1，油水井资料归纳整理：油水井资料包括油田总体开发方案、钻完井总结报告、修井总结报告、岩石扩容地质设计、历史生产动态资料、类似井岩石扩容作业数据，从上述油水井资料中获取储层物性参数、岩石力学参数、井筒参数后，用于判断油水井低产原因以及增产潜力，进而为岩石扩容提供物理模拟参数和数值模拟参数；
步骤2，岩石扩容物理模拟试验：对录取到的油水井储层天然岩心进行单轴测试、三轴测试、地应力凯赛尔效应测试试验，以获取岩心单轴抗压强度、不同围压下岩心的抗剪切强度和扩容角，再计算油水井储层垂向地应力、水平最小主应力和水平最大主应力；
步骤3，岩石扩容压力设计计算：根据步骤2的试验结果拟合出油水井储层的岩石力学破坏曲线，通过曲线获得泊松比、抗拉强度、粘聚力、摩擦角参数，再根据现有的扩容压裂计算公式，估算出岩石扩容压力值，对估算的岩石扩容压力值进行选取判断；
步骤4，岩石扩容工艺物理模拟试验：选取油水井天然岩心或者与步骤2所测的参数接近的露头岩心，在步骤2所测的垂向地应力、水平最小主应力和水平最大主应力下，分别进行阶梯压力扩容试验、阶梯排量扩容试验、预处理后扩容试验，测试不同时间下，注液压力变化情况，并采用CT扫描方式，测试岩心裂缝情况，模拟扩容工艺不同过程，对步骤3得到的岩石扩容压力进一步修正，并通过裂缝起裂形态的变化对扩容排量和阶梯时间进行选定，并选择出应力预处理时间；
步骤5，岩石扩容段塞的设计：根据物理模拟试验结果，进行岩石扩容段塞的设计，根据步骤4得到的试验结果，设计不同段塞的扩容压力、注入排量、注液量、地应力预处理时间、阶梯时间，并通过数值模拟的方法分析作业后的扩容效果；
步骤6，管柱安全校核：管柱安全校核包括作业管柱安全校核和套管安全校核；
步骤7，施工设备选择及地面流程设计：施工设备包括2台压裂泵、20-30m3水罐及以上容量的泥浆池、2台无线压力传感器、2台无线流量传感器、连接管线及阀门、2套无线数据采集仪和分析软件，地面流程设计依据现有方法，需在井口和回压流程上分别设置无线压力传感器和无线流量传感器；
步骤8，现场实施和施工参数监测：按照岩石扩容方法进行地面流程连接，按岩石扩容段塞注入，通过无线压力传感器和无线流量传感器实时监测施工压力、施工排量变化情况，作业后，通过分析软件计算扩容半径、孔隙度、渗透率等扩容效果数据，并记录作业前后3个月或者以上的生产数据；
步骤9，施工井数据库的建立：建立施工井数据库包括储层物性参数、岩石力学参数、井筒参数、岩石扩容物理模拟试验参数、岩石扩容工艺物理模拟试验参数、岩石扩容段塞设计参数、施工参数、作业前后生产数据的内容，为后续类似井况提供参考依据。
实施例二
在实施例一的基础上，在步骤2中，不同围压下岩心的抗剪切强度和扩容角中的不同围压采用3组数据，3组数据的平均值为油水井储层地层平均地应力减去孔隙压力的估算值。
在步骤3中，对估算的岩石扩容压力值进行适当选取判断，按照下述步骤进行：
1)判断估算的岩石扩容压力值是否在水平最小主应力和地层破裂压力之间，若在水平最小主应力和地层破裂压力之间，执行步骤2)，若不在水平最小主应力和地层破裂压力之间，则返回步骤2继续进行试验，直至岩石扩容压力值在区间范围；
2)估算的岩石扩容压力值不超过井筒安全限压的85％，若超过井筒安全限压的85％，则降低估算的岩石扩容压力值至水平最小主应力和井筒安全限压的85％之间。
实施例三
在实施例二的基础上，在步骤5中，数值模拟方法采用通过现有的有限元分析数值模拟软件分析，分析过程中不再优化工艺参数，只进行扩容后实施规模、地应力变化情况效果分析。
在步骤7中，压裂泵的水马力大于等于基于扩容压力和最大排量所计算的水马力的1.2倍，无线压力传感器的精度不低于0.3％，有效分辨率不低于0.1MPa，耐压不低于35MPa，无线流量传感器的精度不低于0.3％，有效分辨率不低于0.01m3/min，耐压不低于35MPa，无线数据采集仪和分析软件与无线压力传感器和无线流量传感器进行数据交互，并实时测量计算。
本方法有效完善和补充了岩石扩容步骤，利用物理模拟试验结果再运行数值模拟方法的方式，进一步提高模拟效率和准确性，并强化施工设备优选及管柱安全校核等关键步骤，进一步提高作业安全性，并满足施工作业需求，通过建立数据库为类似井况提供参数，提高设计效率和准确性。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种岩石扩容方法，其特征在于：按照下述步骤进行：
步骤1，油水井资料归纳整理：油水井资料包括油田总体开发方案、钻完井总结报告、修井总结报告、岩石扩容地质设计、历史生产动态资料、类似井岩石扩容作业数据，从上述油水井资料中获取储层物性参数、岩石力学参数、井筒参数后，用于判断油水井低产原因以及增产潜力，进而为岩石扩容提供物理模拟参数和数值模拟参数；
步骤2，岩石扩容物理模拟试验：对录取到的油水井储层天然岩心进行单轴测试、三轴测试、地应力凯赛尔效应测试试验，以获取岩心单轴抗压强度、不同围压下岩心的抗剪切强度和扩容角，再计算油水井储层垂向地应力、水平最小主应力和水平最大主应力；
步骤3，岩石扩容压力设计计算：根据步骤2的试验结果拟合出油水井储层的岩石力学破坏曲线，通过曲线获得泊松比、抗拉强度、粘聚力、摩擦角参数，再根据现有的扩容压裂计算公式，估算出岩石扩容压力值，对估算的岩石扩容压力值进行选取判断；
步骤4，岩石扩容工艺物理模拟试验：选取油水井天然岩心或者与步骤2所测的参数接近的露头岩心，在步骤2所测的垂向地应力、水平最小主应力和水平最大主应力下，分别进行阶梯压力扩容试验、阶梯排量扩容试验、预处理后扩容试验，测试不同时间下，注液压力变化情况，并采用CT扫描方式，测试岩心裂缝情况，模拟扩容工艺不同过程，对步骤3得到的岩石扩容压力进一步修正，并通过裂缝起裂形态的变化对扩容排量和阶梯时间进行选定，并选择出应力预处理时间；
步骤5，岩石扩容段塞的设计：根据物理模拟试验结果，进行岩石扩容段塞的设计，根据步骤4得到的试验结果，设计不同段塞的扩容压力、注入排量、注液量、地应力预处理时间、阶梯时间，并通过数值模拟的方法分析作业后的扩容效果；
步骤6，管柱安全校核：管柱安全校核包括作业管柱安全校核和套管安全校核；
步骤7，施工设备选择及地面流程设计：施工设备包括2台压裂泵、20～30m3水罐及以上容量的泥浆池、2台无线压力传感器、2台无线流量传感器、连接管线及阀门、2套无线数据采集仪和分析软件，地面流程设计依据现有方法，需在井口和回压流程上分别设置无线压力传感器和无线流量传感器；
步骤8，现场实施和施工参数监测：按照岩石扩容方法进行地面流程连接，按岩石扩容段塞注入，通过无线压力传感器和无线流量传感器实时监测施工压力、施工排量变化情况，作业后，通过分析软件计算扩容半径、孔隙度、渗透率等扩容效果数据，并记录作业前后3个月或者以上的生产数据；
步骤9，施工井数据库的建立：建立施工井数据库包括储层物性参数、岩石力学参数、井筒参数、岩石扩容物理模拟试验参数、岩石扩容工艺物理模拟试验参数、岩石扩容段塞设计参数、施工参数、作业前后生产数据的内容，为后续类似井况提供参考依据。
2.根据权利要求1所述的一种岩石扩容方法，其特征在于：在步骤2中，不同围压下岩心的抗剪切强度和扩容角中的不同围压采用3组数据，3组数据的平均值为油水井储层地层平均地应力减去孔隙压力的估算值。
3.根据权利要求1所述的一种岩石扩容方法，其特征在于：在步骤3中，对估算的岩石扩容压力值进行适当选取判断，按照下述步骤进行：
1)判断估算的岩石扩容压力值是否在水平最小主应力和地层破裂压力之间，若在水平最小主应力和地层破裂压力之间，执行步骤2)，若不在水平最小主应力和地层破裂压力之间，则返回步骤2继续进行试验，直至岩石扩容压力值在区间范围；
2)估算的岩石扩容压力值不超过井筒安全限压的85％，若超过井筒安全限压的85％，则降低估算的岩石扩容压力值至水平最小主应力和井筒安全限压的85％之间。
4.根据权利要求1所述的一种岩石扩容方法，其特征在于：在步骤5中，数值模拟方法采用通过现有的有限元分析数值模拟软件分析，分析过程中不再优化工艺参数，只进行扩容后实施规模、地应力变化情况效果分析。
5.根据权利要求1所述的一种岩石扩容方法，其特征在于：在步骤7中，压裂泵的水马力大于等于基于扩容压力和最大排量所计算的水马力的1.2倍，无线压力传感器的精度不低于0.3％，有效分辨率不低于0.1MPa，耐压不低于35MPa，无线流量传感器的精度不低于0.3％，有效分辨率不低于0.01m3/min，耐压不低于35MPa，无线数据采集仪和分析软件与无线压力传感器和无线流量传感器进行数据交互，并实时测量计算。
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2021
- 2021-04-19 CN CN202110420826.3A patent/CN114458274B/zh active Active
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