CN115828636B - 一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气资源开发及其增产改造技术领域，具体涉及一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，包括对储层增能潜力进行评价划分，得到评价结果；基于评价结果布署压窜测试井，得到测试井和评价井；对测试井和评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件；基于校正后的压裂裂缝扩展计算模型分别设置不同的地质与建井条件，开展井间压裂裂缝扩展计算，并以矫正后的临界施工条件为上限，得到防压窜施工参数；对防压窜施工参数进行正交实验，得到多维施工参数优化图版，使得井间压裂同时满足控制储量最大化和井筒安全，解决了现有的避免井间压窜的方法会降低页岩气开采价值的问题。

Description

一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法

技术领域

本发明涉及油气资源开发及其增产改造技术领域，尤其涉及一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法。

背景技术

商业开发页岩气的核心技术是在同一平台内钻多口水平井形成井组，并在各井中实施大规模体积压裂来保证单井页岩气产量。但井组压裂施工过程中发现：邻井压裂易形成井间干扰、甚至发生压窜，造储压裂冲击、损伤井筒。一方面，井筒损毁可能导致水平段严重套变，无法下入完井作业工具，单井建产产能受限；另一方面，井筒损毁可能使得单井产量跌落，无法满足经济开采需求。虽然可以通过不实施压裂或者最大程度降低压裂规模的方式来避免井间压窜，但却可能导致单井产能不能达到设计水平，进而降低了页岩气开采价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，旨在解决现有的避免井间压窜的方法会降低页岩气开采价值的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，包括以下步骤：

对储层增能潜力进行评价划分，得到评价结果；

基于所述评价结果布署压窜测试井，得到测试井和评价井；

对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件；

基于校正后的压裂裂缝扩展计算模型分别设置不同的地质与建井条件，开展井间压裂裂缝扩展计算，并以矫正后的临界施工条件为上限，得到防压窜施工参数；

对所述防压窜施工参数进行正交实验，得到多维施工参数优化图版。

其中，所述对储层增能潜力进行评价划分，得到评价结果，包括：

通过区块数据计算区块储层的断裂构造发育特征；

对所述断裂构造发育特征进行评价划分，得到评价结果。

其中，所述区块数据包括地质调查数据、地震测量数据、前期各老井FMI成像测井数据和岩心观测数据；

所述储层物性特征包括孔隙度、渗透率和页岩气流动特征。

其中，若所述测试井和所述评价井为同时部署的井，则对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件，包括：

建立压裂裂缝扩展计算模型对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试，得到不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件；

基于所述临界施工条件进行现场施工，得到评价井观测数据和测试井观测数据；

基于所述评价井观测数据和所述测试井观测数据校正压裂裂缝扩展计算模型与所述临界施工条件。

其中，若所述评价井为老井，则对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件，包括：

建立压裂裂缝扩展计算模型按照实际施工参数计算所述评价井的压裂裂缝；

基于所述压裂裂缝进行压后动态地应力演化评价，得到评价井压后-测试井压前井区的地应力情况；

基于所述地应力情况对所述测试井的压裂裂缝进行计算，得到不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件；

基于所述临界施工条件进行现场施工，得到评价井观测数据和测试井观测数据；

基于所述评价井观测数据和所述测试井观测数据校正压裂裂缝扩展计算模型与所述临界施工条件。

其中，所述地质与建井条件包括天然裂缝发育情况、井间距和两口井部署时差。

本发明的一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，通过对储层增能潜力进行评价划分，得到评价结果；基于所述评价结果布署压窜测试井，得到测试井和评价井；对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件；基于校正后的压裂裂缝扩展计算模型分别设置不同的地质与建井条件，开展井间压裂裂缝扩展计算，并以矫正后的临界施工条件为上限，得到防压窜施工参数；对所述防压窜施工参数进行正交实验，得到多维施工参数优化图版，使得井间压裂同时满足控制储量最大化和井筒安全，解决了现有的避免井间压窜的方法会降低页岩气开采价值的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法的流程图。

图2是 包含四类天然裂缝发育程度的压窜地质风险的示意图；

图3 是天然裂缝模型及其中的裂缝带的示意图；

图4 是孔隙压力和地应力波及范围的示意图；

图5 是优化后的增能井压裂裂缝扩展结果的示意图。

图6是评价井井底压力持续波动或出现较大的冲击效应的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图6，本发明提供一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，包括以下步骤：

S1对储层增能潜力进行评价划分，得到评价结果；

具体的，所述区块数据包括地质调查数据、地震测量数据、前期各老井FMI成像测井数据和岩心观测数据；所述储层物性特征包括孔隙度、渗透率和页岩气流动特征。通过区块数据计算区块储层的断裂构造发育特征；对所述断裂构造发育特征进行评价划分，得到评价结果；另外通过储层物性特征（孔隙度、渗透率、页岩气流动特征）评价改造区边缘是否能够自动补能，具体为：通过该区块的地质调查、地震测量、前期各老井FMI成像测井、岩心观测等数据，综合计算区块储层的断裂构造发育特征，包括分布、产状、尺寸和胶结情况，并将该区块的断裂构造划分为低天然裂缝密度（地质低风险）、高天然裂缝密度（地质中风险）、裂缝带（地质高风险）以及断层（地质特高风险）。

区域天然裂缝建模：通过地质调查、地震测量手段，反演得到整个区块的区域天然断裂模型，模型中数据包括断层和天然裂缝的空间分布位置、密度、产状（走向、倾角、倾向）、几何尺寸（基本构形、长、宽、高）、胶结情况等信息，并将上述信息进行统计得到整个区块相应的概率分布函数；

对所述区域天然裂缝模型校正：以现有各井的FMI成像测井数据、岩心观测数据为基础，分析井周的断层和天然裂缝的空间分布位置、密度、产状（走向、倾角、倾向）、几何尺寸（基本构形、长、宽、高）、胶结情况等信息，并将上述信息进行统计得到该井相应的概率分布函数。在此基础上，利用各井周的各参数概率分布函数，校正整个区块中各井位置处的参数，并通过插值校正各井之间地层的断层或天然裂缝数据。

基于校正后的区域天然裂缝模型进行压窜地质风险等级划分与评价：以断裂构造的密度对压窜地质风险等级进行划分，分别划分为：低天然裂缝密度为地质低风险、高天然裂缝密度为地质中风险）、连续裂缝带为地质高风险、断层为地质特高风险。

S2基于所述评价结果布署压窜测试井，得到测试井和评价井；

具体的，压窜测试井评价与部署：选择同时具有低、中、高、特高4种等级地质风险的井区，并在同一储层相互平行的相邻位置处，按照现有开发井的井间距部署1口压窜测水平井和1口压窜评价水平井。

若该井区尚未部署任何水平井，则按照现有开发井的井间距部署2口相互平行的水平井，这两口井其中一口为压窜评价水平井（简称评价井）、另一口为压窜测试水平井（简称测试井）；

若该井区已存在1口老井且已是低产井或废弃井，则在老井相邻位置且满足现有开发井井间距处部署1口平行的水平井，作为测试井，而原有的老井则为评价井。

S3对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件；

具体的，井间压窜测试：如图4所示，若两口井均为同时部署的井，则先后开展评价井和测试井的压裂裂缝扩展计算，确定出不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件（包括分段方式、单段液量、排量、粘度）；若两口井中的评价井为老井，则先按照实际施工参数计算评价井的压裂裂缝，然后通过压后动态地应力演化评价，得到评价井压后-测试井压前该井区的地应力情况，并在此基础上开展测试井的压裂裂缝计算，确定出不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件（包括分段方式、单段液量、排量、粘度）；最后开展井间压窜测试现场施工，施工参数基于计算得到的临界施工条件，并通过评价井观测数据和测试井数据，验证/校正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件。具体实施过程根据如下2种选择有所差异：

若所述测试井和所述评价井为同时部署的井，则对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件，包括：

S311建立压裂裂缝扩展计算模型对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试，得到不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件；

具体的，建立评价井和测试井的压裂裂缝扩展计算模型，模型中综合考虑裂缝扩展过程中岩石的损伤破裂、裂缝壁面向岩石基质滤失、裂缝与岩石的变形互作用等，同时模型中井筒、射孔及注入参数均参照该井的实际施工参数；

开展评价井和测试井的压裂裂缝扩展计算（此处两口井独立计算，即计算其中一口井时，另一口井忽略），并以该区块前期压裂改造监测数据为依据，从改造区域的SRV和整体形态两个维度验证计算结果的准确性，若验证误差在10%以内，则说明模型能够满足该区域的实际压裂，得到不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件；

S312基于所述临界施工条件进行现场施工，得到评价井观测数据和测试井观测数据；

具体的，开展评价井和测试井的现场压裂施工，施工方法及过程与该区块其它井压裂相同，施工参数以S311中初步验证得到的施工参数为准。

S313基于所述评价井观测数据和所述测试井观测数据校正压裂裂缝扩展计算模型与所述临界施工条件。

具体的，压裂施工监测与模型校正：1、需要实时监测评价井井底压力，若评价井井底压力持续波动或出现较大的冲击效应，则立即停止施工，此时实际地层中测试井压裂裂缝缝内流体已接近评价井井周，并将此时的施工参数视为后续施工的上限；2、微地震监测：通过微地震信号的实时动态监测反演，确定微地震信号的是否已经波及进入评价井的压裂改造区，若已经进入，则立即停止施工，此时实际地层中测试井压裂裂缝的波及应力已接近评价井井周，并将此时的施工参数视为后续施工的上限；3、以施工监测结果为依据，反复调整模型参数，实现模型的最终校正。

若所述评价井为老井，则对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件，包括：

S321建立压裂裂缝扩展计算模型按照实际施工参数计算所述评价井的压裂裂缝；

具体的，建立评价井的压裂裂缝扩展计算模型，模型中综合考虑裂缝扩展过程中岩石的损伤破裂、裂缝壁面向岩石基质滤失、裂缝与岩石的变形互作用等，同时模型中井筒、射孔及注入参数均参照该井的实际施工参数；

开展评价井的压裂裂缝扩展计算，并以该井本身进行了压裂改造监测或该区块前期压裂改造监测数据为依据，从改造区域的SRV和整体形态两个维度验证计算结果的准确性，若验证误差在10%以内，则说明该井压裂改造裂缝符合实际。

S322基于所述压裂裂缝进行压后动态地应力演化评价，得到评价井压后-测试井压前井区的地应力情况；

具体的，评价井长期开采的波及范围：评价井长期开采波及范围需要包括孔隙压力波及范围和地应力的波及范围，因而需要建立评价井长期开采的地应力模型，即建立基于三维地质建模成果，考虑胡克定律和有效应力定律，建立三维有限元地质力学模型，并三维页岩气渗流模型计算得到的三维孔隙压力变化结果为边界条件，计算评价井压后生产不同时间的地应力变化情况，最终确定评价井长期开采的孔隙压力和地应力波及范围，如图5所示。

S323基于所述地应力情况对所述测试井的压裂裂缝进行计算，得到不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件；

S324基于所述临界施工条件进行现场施工，得到评价井观测数据和测试井观测数据；

S325基于所述评价井观测数据和所述测试井观测数据校正压裂裂缝扩展计算模型与所述临界施工条件。

具体的，压裂施工监测与模型校正：1、需要实时监测评价井井底压力，若评价井井底压力持续波动或出现较大的冲击效应，如图6所示，则立即停止施工，此时实际地层中测试井压裂裂缝缝内流体已接近评价井井周，并将此时的施工参数视为后续施工的上限；2、微地震监测：通过微地震信号的实时动态监测反演，确定微地震信号的是否已经波及进入评价井的压裂改造区，若已经进入，则立即停止施工，此时实际地层中测试井压裂裂缝的波及应力已接近评价井井周，并将此时的施工参数视为后续施工的上限；3、以施工监测结果为依据，反复调整模型参数，实现模型的最终校正。

S4基于校正后的压裂裂缝扩展计算模型分别设置不同的地质与建井条件，开展井间压裂裂缝扩展计算，并以矫正后的临界施工条件为上限，得到防压窜施工参数；

具体的，所述地质与建井条件包括天然裂缝发育情况、井间距和两口井部署时差。

防压窜施工参数优化：以校正后的井间压窜计算模型为基础，分别设置不同的井间距、两口井部署时差等地质与建井条件，开展井间压裂裂缝扩展计算，以临界压窜为优化上限，得到不同地质与建井条件下的防压窜施工参数，并通过大量正交试验，得到裂缝-井间距-部署时差相互正交的多维施工参数优化图版，如表1所示。

表中

A.压窜控制强度-裂缝带；

B.未压窜最大强度-原缝长较长-高天然裂缝密度；

C.未压窜最大强度-原缝长较短-低天然裂缝密度；

具体实施过程包括如下：

在同一模型中开展测试井的压裂裂缝扩展计算，改变分簇方式、单段液量、排量、粘度等参数的大小，计算出两口井不同压裂段（低天然裂缝密度段（地质低风险）、高天然裂缝密度段（地质中风险）、裂缝带段（地质高风险）以及断层段（地质特高风险））的压裂裂缝，以两口井压裂裂缝刚好相互接触为上限判据，确定出不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件。

分别设置不同的井间距、两口井部署时差等建井条件，开展井间压裂裂缝扩展计算，以临界压窜为优化上限，得到不同发育程度天然裂缝所在压裂段在不同建井条件下的防压窜施工参数。

S5对所述防压窜施工参数进行正交实验，得到多维施工参数优化图版。

具体的，开展天然裂缝发育程度、井间距、部署时差三者之前两两正交试验，然后加入第三因素，均以临界压窜为优化目标，得到裂缝-井间距-部署时差相互正交的多维施工参数优化矩阵图版，如表1所示。

因此该页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法能够对充分利用前期开发资料，在仅部署1~2口井的基础上进行防压窜测试，避免了无效增能设计及施工，能够极大程度上节省每个井区分别开展防压窜研发成本；通过压前地质力学评价-压中监测与控制-压后预测的方式，实现了测试井可控压窜评价井，在不损害评价井井筒和生产的情况下，还可以此结果校正压裂模型；同时，考虑了评价井压后生产过程中的动态地质力学演化，确保测试井布署和压裂施工参数设计符合当前地质力学条件，有助于在压裂连通裂缝带的过程中开展有效压窜控制。在此基础上，不仅可以充分挖掘低产井或废弃井的价值，还有可能通过压窜使得低产井与压窜测试井连通，形成补能通道，使低产井或废弃井的产能恢复，从而实现了老井产能恢复和控制范围扩展，提高了页岩气开发潜力。

本发明了一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，即在明确特定地质力学风险的基础上，通过在低产老井或废弃老井相邻处部署压窜风险评价井，通过数值计算和现场施工的方式，找出压窜老井的临界地质及工程条件，并通过大量正交试验，确定出适用于该类储层的防压窜优化施工参数，使得井间压裂同时满足控制储量最大化和井筒安全。

以上所揭露的仅为本发明一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

对储层增能潜力进行评价划分，得到评价结果；

基于所述评价结果布署压窜测试井，得到测试井和评价井；

对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件；

基于校正后的压裂裂缝扩展计算模型分别设置不同的地质与建井条件，开展井间压裂裂缝扩展计算，并以矫正后的临界施工条件为上限，得到防压窜施工参数；

对所述防压窜施工参数进行正交实验，得到多维施工参数优化图版。

2.如权利要求1所述的页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，其特征在于，

所述对储层增能潜力进行评价划分，得到评价结果，包括：

通过区块数据计算区块储层的断裂构造发育特征；

对所述断裂构造发育特征进行评价划分，得到评价结果。

3.如权利要求2所述的页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，其特征在于，

所述区块数据包括地质调查数据、地震测量数据、前期各老井FMI成像测井数据和岩心观测数据；

还包括储层物性特征：孔隙度、渗透率和页岩气流动特征。

4.如权利要求3所述的页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，其特征在于，

若所述测试井和所述评价井为同时部署的井，则对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件，包括：

建立压裂裂缝扩展计算模型对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试，得到不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件；

基于所述临界施工条件进行现场施工，得到评价井观测数据和测试井观测数据；

基于所述评价井观测数据和所述测试井观测数据校正压裂裂缝扩展计算模型与所述临界施工条件。

5.如权利要求3所述的页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，其特征在于，

若所述评价井为老井，则对所述测试井和所述评价井分别开展间压窜测试和现场施工后矫正压裂裂缝扩展计算模型与临界施工条件，包括：

建立压裂裂缝扩展计算模型按照实际施工参数计算所述评价井的压裂裂缝；

基于所述压裂裂缝进行压后动态地应力演化评价，得到评价井压后-测试井压前井区的地应力情况；

基于所述地应力情况对所述测试井的压裂裂缝进行计算，得到不同井段测试井压窜评价井的临界施工条件；

基于所述临界施工条件进行现场施工，得到评价井观测数据和测试井观测数据；

基于所述评价井观测数据和所述测试井观测数据校正压裂裂缝扩展计算模型与所述临界施工条件。

6.如权利要求1所述的页岩气井组压裂的防压窜施工参数优化方法，其特征在于，

所述地质与建井条件包括天然裂缝发育情况、井间距和两口井部署时差。

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