CN114764519A - 水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，包括：根据几何设计方法对水平段内的射孔簇位置进行等距设计；根据钻井数据计算所述水平段各处的岩石机械比能值；根据岩石相谱分级方法对所述岩石机械比能值进行岩石相划分；调整所述射孔簇位置，并使至少部分所述射孔簇位置位于同一岩石相内。本发明解决了现有技术中的水平井分段多簇压裂射孔簇位置优化设计方法无法在非常规油气工厂化压裂作业中实施的问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气开发技术领域，具体而言，涉及一种水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法。
背景技术
随着勘探开发逐步转向深层、海洋、非常规油气藏等领域，单一的直井开发方式存在很多不适用性，开发效果较差。而水平井大规模体积压裂改造技术可有效开发油气田，增加储量动用程度，提高采收率。尤其是水平井分段多簇射孔技术是水平井体积压裂改造技术的核心配套技术之一，其射孔簇位置的选择对体积压裂改造效果有着极为重要的影响。
现有一专利公开了一种致密油水平井多段分簇射孔位置优化设计新方法，通过测井数据计算水平段的可压性指数剖面与物性指数剖面，构建“工程甜点”综合评价指数来确定段内分簇射孔位置。另有一专利公开了一种水平井分段多簇压裂射孔簇位置优化设计方法，通过计算诱导应力对原地应力的反转范围优化射孔簇的位置，避免水平井段内横向重复改造区域和未改造区域的出现，实现各段压裂横向改造区域的首尾连接。
上述现有技术提供的技术方案只能在油气井开展测井作业的条件下实施，无法在当前常规测井作业难度极大的非常规油气工厂化压裂作业中实施。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，以解决现有技术中的水平井分段多簇压裂射孔簇位置优化设计方法无法在非常规油气工厂化压裂作业中实施的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，包括：根据几何设计方法对水平段内的射孔簇位置进行等距设计；根据钻井数据计算水平段各处的岩石机械比能值；根据岩石相谱分级方法对岩石机械比能值进行岩石相划分；调整射孔簇位置，并使至少部分射孔簇位置位于同一岩石相内。
进一步地，水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法还包括：在划分岩石相后，根据所划分的岩石相绘制水平段的岩石相色谱图；调整射孔簇位置时，根据岩石相色谱图调整射孔簇位置，并使至少部分射孔簇位置位于相同的岩石相色谱段内。
进一步地，在绘制岩石相色谱图时，每个岩石相分别采用一种颜色，沿水平段的延伸方向将各岩石相用对应的颜色进行标注，颜色的长度为对应岩石相按比例变换后的长度。
进一步地，在计算岩石机械比能值时，根据以下公式进行计算：
MSE(psi)＝4*(WOB/πD2)+480*(N+Kn*Q)*T/(D2*ROP)；
其中：MSE为岩石机械比能，单位psi；WOB为钻压，单位lbf；D为井眼直径，单位in；N为钻杆转速，单位rev/min；Kn为泥浆马达转速与流量比，单位rev/gal；Q为总的泥浆流速，单位gal/min；T为扭矩，单位ft-lb；ROP为机械钻速，单位ft/hr。
进一步地，调整射孔簇位置时，所有射孔簇位置分布在同一岩石相内。
进一步地，调整射孔簇位置时，所有射孔簇位置分布在相邻的两个岩石相内。
进一步地，调整射孔簇位置时，位于较高岩石相的射孔簇位置向较低岩石相移动。
进一步地，调整射孔簇位置时，位于最低级岩石相的射孔簇数量不超过段内射孔簇总数量的10％时，最低级岩石相内的射孔簇位置向更高级岩石相移动。
进一步地，调整射孔簇位置时，保持原各射孔簇位置之间的排列顺序不变。
进一步地，岩石相谱分级方法包括按照岩石容易起裂程度由低到高，将岩石相依次划分为一级、二级、…，其中，一级对应的岩石机械比能为0-15Kpsi，二级对应的岩石机械比能为15-30Kpsi，三级对应的岩石机械比能为30-50Kpsi，四级至十一级中，每级跨越的岩石机械比能为25Kpsi，十二级对应的岩石机械比能为250-300Kpsi，十三级对应的岩石机械比能为300-400Kpsi，十四级对应的岩石机械比能为400-500Kpsi。
应用本发明的技术方案，通过钻井数据计算水平段各处的岩石机械比能值，然后根据计算得到的岩石机械比能，结合岩石相谱分级方法，对岩石机械比能进行岩石相划分，根据等距设计的射孔簇位置所在岩石相对各射孔簇位置进行相应调整，使得各射孔簇位置尽可能地处于同一岩石相内，由于同一岩石相的岩石起裂困难程度大致相同，从而使得调整后的射孔簇位置的所有射孔簇能均衡起裂，会极大改善水平段的压裂效果和产能表现，并且该方法同样适用在非常规油气工厂化压裂作业中实施，而且整体方法简单方便，省时省力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法的流程图；
图2示出了采用本发明的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法前第7段的水平段岩石相色谱图；
图3示出了采用本发明的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法后第7段的水平段岩石相色谱图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中的水平井分段多簇压裂射孔簇位置优化设计方法无法在非常规油气工厂化压裂作业中实施的问题，本发明提供了一种水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法。
如图1所示的一种水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，包括：根据几何设计方法对水平段内的射孔簇位置进行等距设计；根据钻井数据计算水平段各处的岩石机械比能值；根据岩石相谱分级方法对岩石机械比能值进行岩石相划分；调整射孔簇位置，并使至少部分射孔簇位置位于同一岩石相内。
本实施例通过钻井数据计算水平段各处的岩石机械比能值，然后根据计算得到的岩石机械比能，结合岩石相谱分级方法，对岩石机械比能进行岩石相划分，根据等距设计的射孔簇位置所在岩石相对各射孔簇位置进行相应调整，使得各射孔簇位置尽可能地处于同一岩石相内，由于同一岩石相的岩石起裂困难程度大致相同，从而使得调整后的射孔簇位置的所有射孔簇能均衡起裂，会极大改善水平段的压裂效果和产能表现，并且由于该方法基于钻井数据进行，因而同样适用在非常规油气工厂化压裂作业中实施，而且整体方法简单方便，省时省力。
需要说明的是，几何设计方法为常规的设计方法，具体为根据水平段的压裂长度等参数，简单地采用等距设计的理念，将各射孔簇位置等距设置在水平段上。
在本实施例中，将射孔簇位置与岩石相对应时，采用绘制岩石相色谱图的方式进行，具体而言，水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法还包括：在划分岩石相后，根据所划分的岩石相绘制水平段的岩石相色谱图；调整射孔簇位置时，根据岩石相色谱图调整射孔簇位置，并使至少部分射孔簇位置位于相同的岩石相色谱段内。
具体而言，在绘制岩石相色谱图时，每个岩石相分别采用一种颜色，沿水平段的延伸方向将各岩石相用对应的颜色进行标注，颜色的长度为对应岩石相按比例变换后的长度，然后将等距设计的射孔簇位置标注在岩石相色谱图的相应位置处，这样，通过岩石相色谱图即可直观看出每个射孔簇位置所在的位置以及调整位置时的较优解，使得调整过程更加直观方便。
在本实施例中，在计算岩石机械比能值时，根据以下公式进行计算：
MSE(psi)＝4*(WOB/πD2)+480*(N+Kn*Q)*T/(D2*ROP)；
其中：MSE为岩石机械比能，单位psi；WOB为钻压，单位lbf；D为井眼直径，单位in；N为钻杆转速，单位rev/min；Kn为泥浆马达转速与流量比，单位rev/gal；Q为总的泥浆流速，单位gal/min；T为扭矩，单位ft-lb；ROP为机械钻速，单位ft/hr。
上述公式考虑了钻压、钻杆转速、井下扭矩、机械转速、泥浆流速、泥浆马达转速、井眼尺寸对岩石机械比能值计算的影响。岩石机械比能值越小，说明该处岩石越容易破裂、射孔起裂后越容易延伸出水力裂缝。
在本实施例中，调整射孔簇位置时，所有射孔簇位置分布在同一岩石相内或者相邻的两个岩石相内，各射孔簇位置的岩石起裂困难程度大致相同，保证段内所有射孔簇能均衡起裂。
优选地，调整射孔簇位置时，位于较高岩石相的射孔簇位置向较低岩石相移动，尽量减少分布在岩石起裂困难位置的射孔簇数量。
优选地，调整射孔簇位置时，位于最低级岩石相的射孔簇数量不超过段内射孔簇总数量的10％时，最低级岩石相内的射孔簇位置向更高级的岩石相移动，从而避免最低级岩石相的射孔簇在压裂时由于优先起裂导致其他射孔簇无法起裂的情况。
优选地，调整射孔簇位置时，保持原各射孔簇位置之间的排列顺序不变。
本实施例的岩石相谱分级方法包括按照岩石容易起裂程度由低到高，将岩石相依次划分为一级、二级、…(分别记为HD1、HD2、…)，其中，一级对应的岩石机械比能为0-15Kpsi，二级对应的岩石机械比能为15-30Kpsi，三级对应的岩石机械比能为30-50Kpsi，四级至十一级中，每级跨越的岩石机械比能为25Kpsi，十二级对应的岩石机械比能为250-300Kpsi，十三级对应的岩石机械比能为300-400Kpsi，十四级对应的岩石机械比能为400-500Kpsi(上述数值中K代表10^3，psi为单位)。上述分级方法具体可以用如下的岩石相谱分级表进行表示(三列自左向右依次为标注颜色、岩石相等级、岩石机械比能值)：
上述的岩石相谱分级标准可以针对不同的地域进行调整，对该标准进行适应性调整时需要提供有力的证据支撑(岩心数据，测井数据等地层真实数据)，以保证能够实现改善压裂效果和产能表现的技术效果。
为了更直观地说明本实施例的实施方式，以下列举一具体的实施例：
根据常规的几何设计方法对段内射孔簇位置进行等距设计，通常段长200ft，段内射孔10簇，簇间距20ft；
根据钻井数据计算水平段的岩石机械比能值，如下表(表格中格子的颜色与岩石相谱分级表相对应，用于表征该位置的岩石相等级)：
根据上表所示的岩石相谱分级标准对岩石机械比能值进行岩石相划分；
绘制水平段岩石相色谱图；
根据岩石相色谱图逐一调整射孔簇位置，保证段内射孔簇位置位于相同或相邻岩石相色谱内。根据岩石相色谱图显示，第2段第1簇、第7段第2簇、第9段第5簇中均比同段其他9簇的岩石机械比能值值低(岩石相为HD1)，此三处射孔簇位置均设计欠优，在压裂时很可能出现位于HD1岩石相的射孔簇优先起裂进液，从而阻碍其他射孔簇起裂，为避免上述起裂不均情况的发生，需要调整位于HD1岩石相的射孔簇的位置，保证重置后位于与其他射孔簇有相似岩石机械比能值的岩石相位置。
以第7段为例，绘制出水平段岩石相色谱图如图2所示，其中，第2射孔簇(岩石相等级为HD1)非常可能引起第7段压裂时出现单簇过度进液、全段起裂不均的情况，因此该段射孔簇优化设计时需要将第2射孔簇位置由HD1移动至附近的HD2。
对其他射孔簇也进行位置优化设计，如图3所示，第5、7、8、9簇均由HD3调整至HD2，第10簇由HD4调整至HD3。
经过上述优化设计后，最终调整为8个射孔簇位于HD2的范围内，剩余2个射孔簇位于HD3的范围内，这就有效保证了在压裂时10个射孔簇中至少有8簇会同时起裂，会极大改善该段压裂效果和产能表现。
需要说明的是，上述实施例中的多个指的是至少两个。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、解决了现有技术中的水平井分段多簇压裂射孔簇位置优化设计方法无法在非常规油气工厂化压裂作业中实施的问题；
2、调整后的射孔簇位置的所有射孔簇能均衡起裂，会极大改善水平段的压裂效果和产能表现；
3、基于钻井数据进行，因而适用在非常规油气工厂化压裂作业中实施；
4、整体方法简单方便，省时省力。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，包括：
根据几何设计方法对水平段内的射孔簇位置进行等距设计；
根据钻井数据计算所述水平段各处的岩石机械比能值；
根据岩石相谱分级方法对所述岩石机械比能值进行岩石相划分；
调整所述射孔簇位置，并使至少部分所述射孔簇位置位于同一岩石相内。
2.根据权利要求1所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，所述水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法还包括：
在划分所述岩石相后，根据所划分的岩石相绘制所述水平段的岩石相色谱图；
调整所述射孔簇位置时，根据所述岩石相色谱图调整所述射孔簇位置，并使至少部分所述射孔簇位置位于相同的岩石相色谱段内。
3.根据权利要求2所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，在绘制所述岩石相色谱图时，每个所述岩石相分别采用一种颜色，沿所述水平段的延伸方向将各所述岩石相用对应的颜色进行标注，颜色的长度为对应岩石相按比例变换后的长度。
4.根据权利要求1所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，在计算所述岩石机械比能值时，根据以下公式进行计算：
MSE(psi)＝4*(WOB/πD2)+480*(N+Kn*Q)*T/(D2*ROP)；
其中：MSE为岩石机械比能，单位psi；WOB为钻压，单位lbf；D为井眼直径，单位in；N为钻杆转速，单位rev/min；Kn为泥浆马达转速与流量比，单位rev/gal；Q为总的泥浆流速，单位gal/min；T为扭矩，单位ft-lb；ROP为机械钻速，单位ft/hr。
5.根据权利要求1所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，调整所述射孔簇位置时，所有所述射孔簇位置分布在同一所述岩石相内。
6.根据权利要求1所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，调整所述射孔簇位置时，所有所述射孔簇位置分布在相邻的两个所述岩石相内。
7.根据权利要求1所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，调整所述射孔簇位置时，位于较高岩石相的射孔簇位置向较低岩石相移动。
8.根据权利要求1所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，调整所述射孔簇位置时，位于最低级岩石相的射孔簇数量不超过段内射孔簇总数量的10％时，所述最低级岩石相内的射孔簇位置向更高级岩石相移动。
9.根据权利要求1所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，调整所述射孔簇位置时，保持原各所述射孔簇位置之间的排列顺序不变。
10.根据权利要求1所述的水平井分段多簇压裂射孔簇位置设计方法，其特征在于，所述岩石相谱分级方法包括按照岩石容易起裂程度由低到高，将所述岩石相依次划分为一级、二级、…，其中，一级对应的岩石机械比能为0-15Kpsi，二级对应的岩石机械比能为15-30Kpsi，三级对应的岩石机械比能为30-50Kpsi，四级至十一级中，每级跨越的岩石机械比能为25Kpsi，十二级对应的岩石机械比能为250-300Kpsi，十三级对应的岩石机械比能为300-400Kpsi，十四级对应的岩石机械比能为400-500Kpsi。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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