CN117114208A - 一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，涉及油气藏开发技术领域；该优化方法包括以下步骤：S1:获得目标储层的井组中每一单井的沿井储层属性；S2:根据沿井储层属性获取每一单井的全井分段分簇备选方案、非均匀射孔参数备选方案、泵注程序备选方案和井组压裂顺序备选方案；S3:根据目标储层的储层综合地质参数，获得目标储层的地质甜点值；根据半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法模拟得到单井中每一压裂段的裂缝面积；S4:将全井分段分簇备选方案、非均匀射孔参数备选方案、泵注程序备选方案和井组压裂顺序备选方案进行累举组合，以裂缝面积和地质甜点值的乘积作为压裂效果的评价指标，得到井组的整体水力压裂方案。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏开发技术领域，具体涉及一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法。
背景技术
页岩储层孔隙度、渗透率极低，给页岩气的经济高效开发带来了极大的困难和挑战，长水平井段钻井和多段大排量水力压裂施工时页岩气开发的关键和核心技术，能最大程度地增加压裂裂缝地改造体积和表面积，最终达到提高产量和采收率的目的。页岩储层脆性大、天然裂缝和水平层理发育，压裂过程中容易发生剪切滑移和张性破坏，压裂裂缝不再是单一对称的两翼缝，可能形成复杂的网状裂缝，给页岩水力压裂设计、裂缝监测及解释、压后产能预测等带来诸多不便。因此，压裂裂缝的展布和裂缝扩展对页岩压裂设计施工、裂缝监测、产能评价至关重要。
目前常见的裂缝扩展数值模拟方法都在不同程度上存在模拟精度不高或者运算效率较低的缺点，在模拟大尺度多裂缝竞争扩展问题上具有较明显的局限性。如现有的DEM模型，其可以用于非连续面发育的岩体的裂缝展布和扩展，对于在模拟非连续面发育岩体的变形与破坏时具有先天优势，但其仅能间接表征材料的宏观力学参数，存在额外计算误差，因此精度不高，应用范围有局限；BEM模型虽然降低了问题维数，大大降低了计算规模和求解时间，但其难以考虑基质孔隙流体渗流与岩石骨架变形的相互耦合，具有明显的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，可以得到优化的井组整体水力压裂方案。
本发明通过下述技术方案实现：本发明提供一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，包括以下步骤：
S1:获得目标储层的井组中每一单井的沿井储层属性；
S2:根据所述沿井储层属性获取每一所述单井的全井分段分簇备选方案、非均匀射孔参数备选方案、泵注程序备选方案和井组压裂顺序备选方案；
S3:根据目标储层的储层综合地质参数，获得目标储层的地质甜点值；根据半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法模拟得到所述单井中每一压裂段的裂缝面积；
S4:将全井分段分簇备选方案、非均匀射孔参数备选方案、泵注程序备选方案和井组压裂顺序备选方案进行累举组合，以所述裂缝面积和所述地质甜点值的乘积作为压裂效果的评价指标，得到所述井组的整体水力压裂方案。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述沿井储层属性根据目标储层的单井的井身轨迹、沿井双甜点值、沿井滤失系数获得；包括:
通过所述井身轨迹将所述沿井双甜点值及沿井滤失系数耦合，并沿井身轨迹计算，得到所述沿井储层属性。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述全井分段分簇备选方案的获得包括：
根据蒙特卡洛方法在水平段内随机依次选定桥塞位置和射孔簇位置，获得多个分段分簇备选方案；
据双甜点值与滤失系数计算每种分段分簇备选方案下两两桥塞间的离散度，通过将所有压裂段的离散度求平均值得到整个水平段的离散度平均值；
选择所述离散度平均值最小的分段分簇备选方案作为所述单井的全井分段分簇备选方案。
进一步地，在本申请的一些实施例中，根据蒙特卡洛方法在水平段内随机依次选定桥塞位置和射孔簇位置，获得多个分段分簇备选方案，包括：以50m-100m的间隔对桥塞位置随机选取104次；假设单个压裂段均为5簇，且限制上一桥塞与射孔簇1的距离为5 m ~10m，下一桥塞与射孔簇5的距离为10m~15m；在该范围内调整桥塞与射孔簇的距离，获得多个分段分簇备选方案。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述双甜点值的离散度表示为：
所述滤失系数的离散度表示为：
；
所述双甜点值的离散度的平均值表示为:
；
所述滤失系数的离散度的平均值表示为：
其中，S i 是射孔簇i在三维空间所处位置对应的双甜点评价值，是单次随机提取段内所有射孔簇所对应甜点值的平均值；C i 是射孔簇i在三维空间所处位置对应的滤失系数评价值，/>是单次随机提取段内所有射孔簇所对应的滤失系数平均值；/>是第i个分段内的甜点离散度，/>是第i个分段内的滤失系数离散度；/>为第j个分段单次随机提取段内所有射孔簇所对应的滤失系数离散度的平均值；/>为单个随机分段方案的分段总数量；为单次井工厂随机分段分簇的滤失系数离散度；i为单个分段内各射孔簇的编号，N为单井内的分段总数，从靠近趾端到靠近跟端从小到大顺序编号分别为射孔簇1至射孔簇n,n为单个分段的射孔簇总数；从靠近趾端到靠近跟端从小到大顺序编号分别为射孔分段1至射孔分段N。
进一步地，在本申请的一些实施例中，非均匀射孔参数备选方案的获得包括：
预设所述单井的射孔参数方案在目标区块单个射孔簇的孔数为8孔~12孔，射孔长度为8mm-12mm这一范围内；
在该范围内随机调整各簇孔数和长度，得到多个非均匀射孔参数备选方案。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述泵注程序备选方案的获得包括：
预设所述单井的压裂液粘度和泵注排量的范围，在该范围内随机调整所述压裂液粘度和泵注排量，得到多个所述泵注程序备选方案。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述井组压裂顺序备选方案的获得包括：
将所述井组中的所述单井的分段分簇方案形成矩阵；
从所述矩阵的首行随机提取数字，该数字对应的压裂段被选出；所述矩阵将上移该列，重新组成新的矩阵，依然按照这种算法执行下去直到最后一个分段，形成整个井组的压裂顺序。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述裂缝面积由所述半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法建立的复杂裂缝扩展模型根据所述目标储层的测井资料、录井资料和钻井资料模拟得到。
进一步地，在本申请的一些实施例中，半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法，包括：
S101:根据目标储层的测井数据、录井数据获得所述目标储层的储层物性、岩石力学参数；根据井工厂的钻井资料获得所述井组的分段分簇参数和每一压裂段的注排量参数；
S102:建立井工厂多裂缝扩展基础模型；
S103:根据所述储层物性、岩石力学参数、井工厂作业区域的应力分布，所述井组的压裂段分段分簇参数和注排量参数求解所述多裂缝扩展基础模型，得到所述压裂段中的包含时空信息的近似解：裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力；
S104:将初始值带入能量平衡方程和流量平衡方程求解得到下一迭代包含时空信息的数值解：裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力。然后根据迭代前后的流量差进行收敛性判断；若迭代前后的流量绝对差小于设定的阈值，则满足收敛条件并结束迭代；否则循环步骤S104，直至收敛；获得所述压裂段的数值解作为下一时间步的初始值，进入下一时间步的计算；
S105重复步骤S103~S104，直至达到所需的总泵送时间t(k)=T；获得所述压裂段数值解；
S106:将t(k)=T的裂缝数值解代入Sneddon应力计算公式得到下一压裂分段t(0)时刻的应力场分布，将该应力场导入步骤S103,从而得到下一压裂段的裂缝t(0)时刻初始解；
S107:重复所述步骤S103~S106，得到所述井工厂的所有压裂段的解，即为井工厂（井组）全井段模拟结果；
其中t(k)=T中t的定义为已注入流体累计时间，k为迭代次数。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明提供的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，该方法采用裂缝面积和地质甜点值的乘积作为水力压裂方案的评价标准，充分考虑了储层性质以及压裂井产能，使其评价得到的设计方案适应性强，有效性更加良好。此外，本申请提供裂缝面积的模拟值通过精度更高的半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法模拟得到，甜点值通过考虑了岩心-井筒-储层的三维双甜点模型模拟得到，有效性更好。本申请提供的设计方法基于地质-工程一体化思路，从储层双甜点评价结果入手，形成三维双甜点“井工厂”模式下的压裂参数优选方法，其获得优选方案下裂缝的长度和开度均有显著提升、趾端提升效果较明显，有利于获得可以有效促进裂缝在甜点位置相对更加发育、提高压裂效果的方案。
附图说明
图1为本申请提供的FY1井组的井轨迹图；
图2为本申请中提供的FY1井组所在的储层的甜点值和滤失系数的离散度图；
图3为本申请中提供的FY1井组全部备选分段分簇方案遴选示意图；
图4为本申请中提供的FY1井组的压裂顺序示意图；其中（a）为常规压裂顺序示意图，（b）为优选方案中的压裂顺序示意图；
图5为本申请中提供的FY1井组的优化方案的裂缝长度示意图；其中，（a）为4井的常规方案和优化方案的裂缝长度对比图；（b）为5井的常规方案和优化方案的裂缝长度对比图；（c）为6井的常规方案和优化方案的裂缝长度对比图；（d）为7井的常规方案和优化方案的裂缝长度对比图；
图6为本申请中提供的FY1井组的优化效果的评估结果示意图；其中，（a）为4井的沿井裂缝半长与地质甜点优化前后对比图；（b）为5井的沿井裂缝半长与地质甜点优化前后对比图；（c）为6井的沿井裂缝半长与地质甜点优化前后对比图；（d）为7井的沿井裂缝半长与地质甜点优化前后对比图；
图7为本申请中提供的FY1井组利用地质甜点与裂缝面积的乘积进行评价的评价结果图;其中，（a）为FY1井的沿井裂缝半长优化前后对比图，（b）为FY1井的裂缝面积与甜点乘积优化前后对比图；
图8为本申请中提供的FY1井组的变排量变粘度泵注实例中常规方案和优化方案的地质甜点与裂缝面积的乘积的对比图，其中（a）为4井的常规方案和优化方案的地质甜点与裂缝面积的乘积对比图；（b）为5井的常规方案和优化方案的地质甜点与裂缝面积的乘积对比图；（c）为6井的常规方案和优化方案的地质甜点与裂缝面积的乘积对比图；（d）为7井的常规方案和优化方案的地质甜点与裂缝面积的乘积对比图；
图9为本申请中提供的FY1井组中4井~7井利用常规压裂方法和优化方法压裂后的裂缝面积和地质甜点与裂缝面积的乘积的柱形对比图；其中（a）为4井的常规方案和优化方案的裂缝面积的柱形对比图；（b）为常规方案和优化方案的地质甜点与裂缝面积的乘积的柱形对比图；
图10为本申请中提供的全耦合的井工厂动态优化整体化压裂方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
多口井组成的井组压裂大多采用拉链式24小时不间断交替分段压裂，以降低压裂作业耗时，提高作业效率。然而在这一过程没有考虑地下应力随着分段泵注的时空分布与变化及其对簇间，段间和井间裂缝发育的影响，存在着一定的盲目性。此外，在井组压裂时，在簇间/段间/井间存在较显著的应力阴影效应，致使裂缝难以均匀扩展，部分区域得不到有效改造。因此压裂设计参数的优化显得尤为重要，但受限于现有大部分模拟软件的计算速度，一直以来优化的参数之间是不耦合的。也就是固定多数参数，只允许少量甚至一个参数是变量，当这部分参数优化好后，将其固定，然后再对其它参数进行优化。然而在实际的裂缝扩展过程中，多个参数互相影响作用，采用非耦合优化必然达不到预期优化效果。
对此，发明人提出了一种依托模型C5Frac的一种全耦合的井工厂动态优化整体化压裂方法，利用高计算效率和计算精度的C5Frac模型，针对已知地质参数，如储层参数和应力分布，在部分给定工程参数如布井和泵注程序下，开展全耦合的分段分簇，压裂作业顺序，射孔参数及泵注程序优化，有效提高井组压裂改造效果。
本申请中提供一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，参阅图10，包括以下步骤：
S1:获得目标储层的井组中每一单井的沿井储层属性；
S2:根据所述沿井储层属性获取每一所述单井的全井分段分簇备选方案、非均匀射孔参数备选方案、泵注程序备选方案和井组压裂顺序备选方案；
S3:根据目标储层的储层综合地质参数，获得目标储层的地质甜点值；根据半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法模拟得到所述单井中每一压裂段的裂缝面积；
S4:将全井分段分簇备选方案、非均匀射孔参数备选方案、泵注程序备选方案和井组压裂顺序备选方案进行累举组合，以所述裂缝面积和所述地质甜点值的乘积作为压裂效果的评价指标，得到所述井组的整体水力压裂方案。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述沿井储层属性根据目标储层的单井的井身轨迹、沿井双甜点值、沿井滤失系数获得；包括:
通过所述井身轨迹将所述沿井双甜点值及沿井滤失系数耦合，并沿井身轨迹计算，得到所述沿井储层属性。
在一些实施例中，所述全井分段分簇备选方案的获得包括：
根据蒙特卡洛方法在水平段内随机依次选定桥塞位置和射孔簇位置，获得多个分段分簇备选方案；
根据双甜点值与滤失系数计算每种分段分簇备选方案下两两桥塞间的离散度，再通过将所有压裂段的离散度求平均值得到整个水平段的离散度平均值；
所述双甜点值的离散度表示为：
（1）
所述滤失系数的离散度表示为：
（2）；
所述双甜点值的离散度的平均值表示为:
（3）；
所述滤失系数的离散度的平均值表示为：
（4）。
其中，S i 是射孔簇i在三维空间所处位置对应的双甜点评价值，是单次随机提取段内所有射孔簇所对应甜点值的平均值。C i 是射孔簇i在三维空间所处位置对应的滤失系数评价值，/>是单次随机提取段内所有射孔簇所对应的滤失系数平均值。/>是第i个分段内的甜点离散度，/>是第i个分段内的滤失系数离散度。/>为单个随机分段方案的分段总数量，/>为单次井工厂随机分段分簇的甜点离散度，/>为单次井工厂随机分段分簇的滤失系数离散度；i为单个分段内各射孔簇的编号，N为单井内的分段总数。
选择所述离散度平均值最小的分段分簇备选方案作为所述单井的全井分段分簇备选方案。
其中，本申请中，沿井双甜点值用来量化地质甜点和工程甜点沿井轨迹在井周的分布情况。地质甜点值（Geological Sweet Spot, GSS）是指在石油勘探开发中，地质构造、岩石物性等因素综合作用下，形成油气聚集的最有利区域。在这个区域内，石油地质条件、油气成藏类型和运移途径等均具备了形成油气藏的关键因素。GSS是油气勘探开发的关键概念之一，它的确定可以帮助石油工程师选择合适的勘探开发区块、确定最佳的勘探开发方案、优化油气井网布置等。GSS的确定通常需要对地震数据、岩石物性数据、地质构造等进行综合分析，并结合历史油气勘探开发经验进行判断。
工程甜点值（Engineering Sweet Spot, ESS）是指在石油开采过程中，通过优化采油工程措施，形成最优开采方案的区域。在这个区域内，采油工程措施的组合可以最大限度地提高采收率、降低开采成本，并保证油井的稳定产量。ESS是石油开采中的关键概念之一，它的确定可以帮助石油工程师确定最佳的采油方案、优化油井的产能、降低生产成本、延长油田的生产寿命等。ESS的确定通常需要对地质勘探数据、油井测试数据、生产数据等进行综合分析，并结合采油工程经验进行判断。
在一些实施例中，根据蒙特卡洛方法在水平段内随机依次选定桥塞位置和射孔簇位置，获得多个分段分簇备选方案，包括：以50m-100m的间隔对桥塞位置随机选取104次；假设单个压裂段均为5簇，且限制上一桥塞与射孔簇的距离为5m~10m，下一桥塞与射孔簇的距离为10m~15m；在该范围内调整桥塞与射孔簇的距离，获得多个分段分簇备选方案。
在一些实施例中，非均匀射孔参数备选方案的获得包括：
预设所述单井的射孔参数方案在目标区块单个射孔簇的孔数为8孔~12孔，射孔长度为8m-12mm这一范围内；
在该范围内随机调整各簇孔数和长度，得到多个非均匀射孔参数备选方案。
在一些实施例中，所述泵注程序备选方案的获得包括：
预设所述单井的压裂液粘度和泵注排量的范围，在该范围内随机调整所述压裂液粘度和泵注排量，得到多个所述泵注程序备选方案。
在一些实施例中，所述井组压裂顺序备选方案的获得包括：
将所述井组中的所述单井的分段分簇方案形成矩阵；
从所述矩阵的首行随机提取数字，被提取的数字对应的压裂段被选出；所述矩阵将上移被提取的数字对应的列，依然按照这种算法执行下去直到最后一个分段，形成整个井组的压裂顺序。
在一些实施例中，所述裂缝面积由半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法建立的复杂裂缝扩展模型(C5Frac)根据所述目标储层的测井资料、录井资料和钻井资料模拟得到。
在一些实施例中，半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法，包括：
S101:根据目标储层的测井数据、录井数据获得所述目标储层的储层物性、岩石力学参数；根据井工厂的钻井资料获得所述井组的分段分簇参数和每一压裂段的注排量参数；
S102:建立井工厂多裂缝扩展基础模型；
S103:根据所述储层物性、岩石力学参数、井工厂作业区域的应力分布，所述井组的压裂段分段分簇参数和注排量参数求解所述多裂缝扩展基础模型，得到所述压裂段中的包含时空信息的近似解，所述压裂段中的包含时空信息的近似解包括裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力；
S104:将初始值带入能量平衡方程和流量平衡方程求解得到下一迭代包含时空信息的数值解。然后根据迭代前后的流量差进行收敛性判断；若迭代前后的流量绝对差小于设定的阈值，则满足收敛条件并结束迭代；否则循环步骤S104，直至收敛；获得所述压裂段的数值解作为下一时间步的初始值，进入下一时间步的计算；其中：数值解包括裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力；
S105重复步骤S103~S104，直至达到所需的总泵送时间t(k)=T；获得所述压裂段数值解；
S106:将t(k)=T的裂缝数值解代入Sneddon应力计算公式得到下一压裂分段t(0)时刻的应力场分布，将该应力场导入步骤S103,从而得到下一压裂段的裂缝t(0)时刻初始解，其中t(k)=T中t的定义为已注入流体累计时间，k为迭代次数；
S107:重复所述步骤S103~S106，得到所述井工厂的所有压裂段的解，即为井工厂（井组）全井段模拟结果。
在一些实施例中，所述储层物性包括目标储层的孔隙度、渗透率、层厚、含水饱和度、泥质含量、岩样分类；所述岩石力学参数包括岩石的伽马值、电阻率、杨氏模量、泊松比、断裂韧性、声波时差、含氢量、密度；
所述分段分簇参数包括所述单井的段间距、簇间距、射孔长度、孔密度、单段孔数；所述注排量参数包括所述单井的泵注量、排量、流体粘度和时间；所述泵注量包括净液量和混砂液量。
在一些实施例中，所述复杂裂缝扩展基础模型为C5Frac模型，其具体模型包括联立的质量平衡方程、局部法向牵引力T和宽度W之间的弹性关系表达式、径向通量与流体压力梯度的表达式、裂缝扩展准则、体积平衡方程、雷诺润滑方程、各裂缝入口压力平衡和射孔簇的流量总和表达式、各裂缝内的流量总和的表达式。
其中，所述质量平衡方程为：
其中：为裂缝在时间点t坐标r处的宽度；/>是缝内流速；/>为滤失系数；为岩石渗透性；/>为储层压缩系数；/>为岩石孔隙度；/>为储层压力；/>为与时间相关的函数，表示裂缝尖端到达坐标为/>的点的时间；其中，t为时间，r为裂缝上一点与井筒的直线距离。这一方程为考虑了流体的渗漏的裂缝连续性方程的经典表达式，其中/>是Carter在1957年提出的滤失系数（Carter,1957），为考虑了渗漏现象的历史依赖函数，/>定义为地应力；/>定义为地应力减去储层压力的值；此外/>是用于描述储层的压缩性，结合了储层流体和孔隙的压缩性；∂：偏导数运算符（partial derivative）。
所述局部法向牵引力T和宽度W之间的弹性关系表达式为：
其中F为非局部积分算子；为裂缝在时间点t坐标r处的宽度；/>为裂缝在时间点t的半径；E’为弹性模量；T i （ρ i ，t）中T i 是作用在裂缝i裂缝面上的法向牵引力；ρ i 为裂缝i上无量纲距离井筒系数；
其中，。
其中为强制复合粘度表征岩石韧度并满足裂缝扩展条件/>的压力系数：
因此该参数的定义为裂缝i上无量纲距离井筒系数ρ i 、时间为t处的局部法向牵引力。其中ρ i 表示距离井筒为r一点与裂缝半径的比例。/>为近邻裂缝j对裂缝i施加的应力的法向分量，/>为复合粘度，通过对流体流动阻力的修改来保持能量等效化，从而量化岩石破裂和地层滤失的影响裂缝i在时间t处内部流体的复合粘度；E’为E’=E/(1-ν 2 )；d：微分运算符（differentiation）。
径向通量与流体压力梯度的表达式为：
其中为动态粘度；p f(i)(r,t)为裂缝i的缝内净压力；
裂缝扩展准则的表达式为：
其中表示I型裂缝的应力强度因子，/>表示I型裂缝的断裂韧性；
体积平衡方程为：
其中，为裂缝在时间点t的缝口流量；
雷诺润滑方程为：
；
各裂缝入口压力平衡和射孔簇的流量总和表达式为：
其中为井眼半径。
各裂缝内的流量总和的表达式为：
。
其中，为注入流量。
在裂缝扩展准则的表达式中，对于径向裂缝，表示为：
。
所述体积平衡方程在缝口处的边界条件、裂纹尖端的边界条件和裂纹尖端的初始条件下对进行积分得到；hk为压裂段中各裂缝的距离。
其中在缝口处的边界条件为：
其中为井眼半径；
裂纹尖端的边界条件表达式为：
；
裂纹尖端的初始条件为：
。
其中，为裂缝i在时间点t时的宽度；/>为裂缝i在时间点t时的缝内流速；/>为裂缝i的裂缝半径；/>为裂缝i的裂缝宽度；/>为裂缝i的缝内净压力。
所述模型的解值包括：裂缝无量纲半径R i (t)/Z、缝内流量q i (R w ,t)、缝口宽度w i (R w ,t)和裂缝面积A(t)。所述的模型求解基于以下假设得到：
（1）裂缝扩展遵循线性弹性断裂力学（LEFM），该力学假设材料在任何地方都遵循线性松弛应力-应变关系；当裂纹尖端的应力强度因子达到材料断裂韧性时，将发生裂纹扩展；
（2）裂缝内为不可压缩牛顿流体，并用润滑方程进行描述；
（3）岩石是不透水的，液体滤失忽略；
（4）所有裂缝均径向平行扩展；
（5）在弹性和流体流动方程中均忽略重力；
（6）流体前沿与裂缝前沿重合；
（7）远场原位应力是均匀且恒定的。
根据所述储层物性、岩石力学参数对所述复杂裂缝扩展基础模型赋值的参数包括：E、v、K IC 、μ、Q、Z、σ min 、R w 、h i,j ，其中，E为弹性稀释；v为泊松比；K IC 为I型裂缝的断裂韧性；μ为动态粘度；Z为压裂段总长度；Q为单个分段总注入流量；σ min 为地层最小地应力；R w 为井眼半径；h i,j 为裂缝i和j之间的距离。
在一些实施例中，所述甜点值通过三维“双甜点”评价模型得到，所述三维“双甜点”评价方法包括以下步骤：
S1:根据目标储层的岩心数据、岩石力学实验数据以及所述目标储层中单井的测井数据和录井数据获得所述目标储层的可动性参数、储集性参数、含油性参数和可压性参数；
S2:根据所述可动性参数、储集性参数、含油性参数构建地质甜点评价模型；根据所述可压性参数构建工程甜点评价模型，获得双甜点预测模型；
S3:根据所述双甜点预测模型得到所述单井的双甜点剖面；
S4:构建所述目标储层的三维地质网络模型，将所述单井的双甜点剖面赋值三维地质网络模型，得到三维“双甜点”评价模型；
其中，所述可压性参数包括弱面指数H和岩石综合脆性指数B。
所述三维“双甜点”评价模型的建立包括以下步骤：
S201:根据目标储层的岩心数据、岩石力学实验数据以及所述目标储层中单井的测井数据和录井数据获得所述目标储层的可动性参数、储集性参数、含油性参数和可压性参数；
S202:根据所述可动性参数、储集性参数、含油性参数构建地质甜点评价模型；根据所述可压性参数构建工程甜点评价模型，获得双甜点预测模型；
S203:根据所述双甜点预测模型得到所述单井的双甜点剖面；
S204:构建所述目标储层的三维地质网络模型，将所述单井的双甜点剖面赋值三维地质网络模型，得到三维“双甜点”评价模型。
其中，步骤S203中，包括：
利用所述单井的工程甜点评价模型得到所述单井的可压裂性剖面；根据所述单井的地质甜点评价模型获得所述单井的地质甜点剖面；根据所述可压裂性剖面和所述地质甜点剖面，利用交叉取值法，得到所述单井的双甜点剖面模型。
其中，所述工程甜点评价模型为：
F I=w 1 ×B+w 2 ×H；
其中，B为岩石综合脆性指数B；w 1 和w 2 分别为岩石综合脆性指数B和弱面指数H的权重，由灰色关联法关联微地震事件数和施工压力得到，w 1 和w 2 的和等于1；
所述含油性参数包括所述储层的全烃含量、含水饱和度；所述储集性参数包括储层的孔隙度和可动流体饱和度；所述可动性参数包括所述储层的地层压力系数和渗透率；
所述地质甜点评价模型为：
其中，G n为归一化的全烃含量；φ n为归一化的孔隙度；k n为归一化的渗透率；S wn 为归一化的含水饱和度；S D 为归一化的地层压力系数；α p 为归一化的可动流体饱和度；ω1~ω6分别为各参数的权重，ω1~ω6的和等于1；FG为地质甜点。
其中，所述岩石综合脆性指数B由下式获得：
B=（Bmineral+BI）/2
所述Bmineral由下式获得：
其中，为硅酸盐脆性矿物总质量，单位：g；/>为碳酸盐岩脆性矿物总质量，单位：g；/>为矿物总质量，单位：g。
其中，W1和W2分别为岩石综合脆性指数Bmineral和弱面指数H的权重，其利用灰色权重，由灰色关联法关联微地震事件数和施工压力得到；
所述BI由下式获得：
BI=W1×Jn+W2×Ψn+W3×Bc+W4×Kn
其中，BI为岩石力学脆性；Jn为所述储层的岩石的归一化剪切模量；Ψn为所述储层的岩石的归一化剪胀角；Bc为所述储层的岩石的归一化耗散能；Kn为所述储层的岩石的归一化断裂韧性；W1~ W4分别为对应参数的权重，W1~ W4的和等于1。
所述弱面指数H为：
其中，ρ f 为弱面密度，单位：条（层）/m；c为岩石内聚力，单位：MPa；σn为储层中弱面单元法向应力，单位：MPa；φ为岩石内测角，单位：°。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为了验证本申请提供的全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，发明人在FY1井组对本申请建立的全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法的设计方法进行验证，其验证过程和结果如下：
首先结合井口坐标得到实际井轨迹坐标，进而得到井轨迹图，如图1所示。
考虑到井组压裂中存在明显的应力阴影效应，井间相对位置更加重要。为方便后期图像展示，以FY1-6井井口作为原点，矫正四口井的坐标，得到井轨迹矫正图。
使用蒙特卡洛方法在水平段内随机依次选定桥塞位置和射孔簇位置；以50m -100m的间隔对桥塞位置随机选取104次。
假设单个压裂段均为5簇，且限制上一桥塞与射孔簇1的距离为5m ~10m，下一桥塞与射孔簇5的距离为10m ~15m，得到备选桥塞、备选射孔簇的方案。
图2为根据三维“双甜点”评价模型获得的FY1井组所在的储层的甜点值和滤失系数的离散度。从图中可以看出FY1井组中各井的井轨迹在储层三维空间内位置不同，同时储层物性、力学性质与地应应力存在非均质性，致使各井的离散度存在差异，而4井沿井属性相对均匀，7井非均质性强，尤其是滤失系数离散度平均值达到45%，因此需要合理的分段分簇，使得离散度尽可能的小，如图3所示。
而当难以取到甜点和滤失系数离散度均最小的分段分簇方案时，对每口井选择多个分段分簇备选方案，将各井的备选方案全组合构成整个井组的分段分簇备选方案。
根据分段分簇备选方案按照井编号汇集成的表格设计压裂顺序方案设计：将4口井的分段分簇方案形成矩阵。
从矩阵的首行随机提取数字，该数字对应的压裂段被选出；而矩阵将上移该列，重新组成新的矩阵，依然按照这种算法执行下去直到最后一个分段，从而形成整个井组的压裂顺序，将时间轴上的前一分段与下一分段在空间中用带有颜色的箭头连接，颜色代表作业时间先后顺序，箭头指向下一压裂段。将备选的压裂顺序方案结合分段分簇方案汇集成表格。
根据FY1井射孔参数方案，目标区块单个射孔簇的孔数为8孔~12孔，射孔长度为8mm -12mm；在该范围内随机调整各簇孔数和长度，构成非均匀射孔参数备选方案。将非均匀射孔参数与分段分簇方案随机组合，得到分段分簇/压裂顺序/射孔参数方案集成表，如表1所示。
表1 分段分簇/压裂顺序/射孔参数方案集成表
将FY1井压裂效果较好的7/27号泵注程序沿整个井段重复使用，对全井段裂缝扩展开展模拟，得到FY1井不同泵注程序下的缝长和压裂液效率，不同井段的压裂液效率在8%~25%之间，说明压裂液普遍滤失严重。压裂液效率与微地震监测结果高度对应，说明压裂效果受地层滤失的影响显著，因此仅依赖FY1井的泵注程序对方案进行调整，滤失难以减弱，缝长提升有限，如图8~图10所示。
因此，发明人通过控制压裂液粘度/排量/泵注顺序，可减少滤失，防止裂缝过宽造成缝间过度干扰和裂缝过窄造成支撑剂难以有效支撑，然后通过调整压裂液粘度和泵注排量来构成压裂施工参数组合，并与分段分簇/压裂顺序/射孔方案随机组合，最终形成该井组完整的整体压裂方案。其中，所采用的压裂液中滑溜水的粘度为3mPa•s、线性胶的粘度为50mPa•s、交联凝胶的粘度为500mPa•s；泵注排量选择0.15m3/s~0.25m3/s。
将单井分段分簇/射孔/泵注程序备选方案与井组压裂顺序备选方案做累举组合，在所有备选方案中选出具有最大地质甜点与裂缝面积乘积的方案。其获得的优选方案中压裂顺序如图4所示，其中，图4中（a）为常规压裂顺序，（b）为优选方案中的压裂顺序，优化方案的裂缝长度如图5所示，从图中可以看出，优化方案的裂缝长度提升明显；其中图5中（a）为4井的常规方案和优化方案的裂缝长度对比图；（b）为5井的常规方案和优化方案的裂缝长度对比图；（c）为6井的常规方案和优化方案的裂缝长度对比图；（d）为7井的常规方案和优化方案的裂缝长度对比图。优化方案四口井裂缝平均长度增幅达到36.6%；四口井的平均半缝长基本集中在150m，说明通过合理的优化，各井裂缝均得到有效地扩展。
其获得的优选方案和常规方案中压裂参数表如表2所示。
表2优选方案和常规方案中压裂参数表
此外，发明人还基于地质-工程一体化思路，结合模拟得到的裂缝半长与地质甜点，观察沿井裂缝半长与地质甜点的匹配度，对优化效果进行综合评估，其评估结果如图6所示；其中，图6中（a）为4井的沿井裂缝半长与地质甜点优化前后对比图；（b）为5井的沿井裂缝半长与地质甜点优化前后对比图；（c）为6井的沿井裂缝半长与地质甜点优化前后对比图；（d）为7井的沿井裂缝半长与地质甜点优化前后对比图。从图中可以看出，在地质甜点较高区，优化方案使得对应缝长更发育。利用地质甜点与裂缝面积的乘积进行评价，其评价结果如图7所示，从图7中（a）可以看出，综合井组结果，裂缝面积提高92.1%，从图7中（b）可以看出裂缝面积与甜点乘积提高64.8%。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:获得目标储层的井组中每一单井的沿井储层属性；
S2:根据所述沿井储层属性获取每一所述单井的全井分段分簇备选方案、非均匀射孔参数备选方案、泵注程序备选方案和井组压裂顺序备选方案；
S3:根据目标储层的储层综合地质参数，获得目标储层的地质甜点值；根据半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法模拟得到所述单井中每一压裂段的裂缝面积；
S4:将全井分段分簇备选方案、非均匀射孔参数备选方案、泵注程序备选方案和井组压裂顺序备选方案进行累举组合，以所述裂缝面积和所述地质甜点值的乘积作为压裂效果的评价指标，得到所述井组的整体水力压裂方案。
2.根据权利要求1所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，所述沿井储层属性根据目标储层的单井的井身轨迹、沿井双甜点值、沿井滤失系数获得；包括:
通过所述井身轨迹将所述沿井双甜点值及沿井滤失系数耦合，并沿井身轨迹计算，得到所述沿井储层属性。
3.根据权利要求2所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，所述全井分段分簇备选方案的获得包括：
根据蒙特卡洛方法在水平段内随机依次选定桥塞位置和射孔簇位置；获得多个分段分簇备选方案；
根据双甜点值与滤失系数计算每种分段分簇备选方案下两两桥塞间的离散度，通过将所有压裂段的离散度求平均值得到整个水平段的离散度平均值；
选择所述离散度平均值最小的分段分簇备选方案作为所述单井的全井分段分簇备选方案。
4.根据权利要求3所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，根据蒙特卡洛方法在水平段内随机依次选定桥塞位置和射孔簇位置；获得多个分段分簇备选方案，包括：
以50m-100m的间隔对桥塞位置随机选取104次；假设单个压裂段均为5个射孔簇，在上一桥塞与第一个射孔簇的距离为5m~10m，下一桥塞与第五个射孔簇的距离为10m~15m的范围内调整桥塞与射孔簇的距离，获得多个分段分簇备选方案。
5.根据权利要求3所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，所述双甜点值的离散度表示为：
，
所述滤失系数的离散度表示为：
，
所述双甜点值的离散度的平均值表示为:
，
所述滤失系数的离散度的平均值表示为：
，
其中，S i 是射孔簇i在三维空间所处位置对应的双甜点评价值，是单次随机提取段内所有射孔簇所对应甜点值的平均值；C i 是射孔簇i在三维空间所处位置对应的滤失系数评价值，/>是第j个分段单次随机提取段内所有射孔簇所对应的滤失系数平均值；/>是第i个分段内的甜点离散度，/>是第i个分段内的滤失系数离散度；/>为单次随机提取段内所有射孔簇所对应的滤失系数离散度的平均值；/>为单个随机分段方案的分段总数量；/>为单次井工厂随机分段分簇的滤失系数离散度；i 为单个分段内各射孔簇的编号，N为单井内的分段总数。
6.根据权利要求1所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，非均匀射孔参数备选方案的获得包括：
预设所述单井的射孔参数方案在目标区块单个射孔簇的孔数为8孔~12孔，射孔长度为8mm-12mm这一范围内；
在该范围内随机调整各簇孔数和长度，得到多个非均匀射孔参数备选方案。
7.根据权利要求1所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，所述泵注程序备选方案的获得包括：
预设所述单井的压裂液粘度和泵注排量的范围，在该范围内随机调整所述压裂液粘度和泵注排量，得到多个所述泵注程序备选方案。
8.根据权利要求3所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，所述井组压裂顺序备选方案的获得包括：
将所述井组中的所述单井的分段分簇方案形成矩阵；
从所述矩阵的首行随机提取数字，被提取的数字对应的压裂段被选出；所述矩阵将上移被提取的数字对应的列，重新组成新的矩阵，依然按照这种算法执行下去直到最后一个分段，形成整个井组的压裂顺序。
9.根据权利要求1所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，所述裂缝面积由所述半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法建立的复杂裂缝扩展模型根据所述目标储层的测井资料、录井资料和钻井资料模拟得到。
10.根据权利要求9所述的一种全耦合的井工厂动态调整整体压裂优化方法，其特征在于，所述半解析半数值复杂裂缝扩展模拟方法包括：
S101:根据目标储层的测井数据、录井数据获得所述目标储层的储层物性、岩石力学参数；根据井工厂的钻井资料获得所述井组的分段分簇参数和每一压裂段的注排量参数；
S102:建立井工厂多裂缝扩展基础模型；
S103:根据所述储层物性、岩石力学参数、井工厂作业区域的应力分布，所述井组的压裂段分段分簇参数和注排量参数求解所述多裂缝扩展基础模型，得到所述压裂段中的包含时空信息的近似解；所述压裂段中的包含时空信息的近似解包括裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力；
S104:将初始值带入能量平衡方程和流量平衡方程求解得到下一迭代包含时空信息的数值解；然后根据迭代前后的流量差进行收敛性判断；若迭代前后的流量绝对差小于设定的阈值，则满足收敛条件并结束迭代；否则循环步骤S104，直至收敛；获得所述压裂段的数值解作为下一时间步的初始值，进入下一时间步的计算；其中，数值解包括裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力，
S105:重复步骤S103~S104，直至达到所需的总泵送时间t(k)=T；获得所述压裂段数值解；
S106:将t(k)=T的裂缝数值解代入Sneddon应力计算公式得到下一压裂分段t(0)时刻的应力场分布，将该应力场导入步骤S103,从而得到下一压裂段的裂缝t(0)时刻初始解；
S107:重复所述步骤S103~S106，得到所述井工厂的所有压裂段的解，即为井工厂全井段模拟结果；
其中，t(k)=T中t的定义为已注入流体累计时间，k为迭代次数；T为总泵送时间。
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