CN106321051A - 一种用于优化多段压裂水平井网络裂缝参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于优化多段压裂水平井网络裂缝参数的方法，包括：获取目标区块的储层特性参数；基于储层特性参数建立目标区块包括主缝和支缝的多段压裂水平井的网络裂缝模型；设计网络裂缝模型的网络裂缝参数；基于正交设计方法优化并确定网络裂缝参数。本发明可一次性获得包括主缝及支缝的多段压裂水平井的最优网络裂缝参数设置，优化结果可有效指导压裂施工、极大增加改造体积、明显改善施工效果。

Description

一种用于优化多段压裂水平井网络裂缝参数的方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体地说，涉及一种用于优化多段压裂水平井网络裂缝参数的方法。

背景技术

随着致密油气藏及页岩油气藏的大规模开发利用，体积压裂技术逐步得到推广应用。致密油气藏及页岩油气藏属于非常规天然气资源，具有储层岩性复杂、基质渗透性差、页理层理发育等特征，一般无自然产能，压裂后形成的网络裂缝体系是其主要的渗流通道。体积压裂的目的即形成纵向上裂缝高度贯穿整个有效储层厚度、横向上多条主缝和支缝纵横交错相互连通的裂缝网络体系。研究表明，渗透率越小，则网络裂缝中支缝***对产量的贡献越大，当渗透率≤1×10^-4mD，裂缝网络对产能极限贡献达80％左右。

由于网络裂缝包含多裂缝***，如主缝的条数、缝长、导流能力及支缝的条数、缝长与导流能力等参数，与传统的仅针对主缝进行的裂缝参数优化设计有很大区别，如何对其进行科学的优化设计，一直困扰着广大科技工作者。目前的优化方法一直采用以往单一裂缝的优化思路，通过在储层中设置人工主裂缝的长度及导流能力，分别模拟压后产量的变化趋势，根据趋势曲线的拐点获取最佳缝长及最佳导流能力。与现场实际情况相比，该方法存在诸多局限性：没有考虑多裂缝***；简单假设从井筒到裂缝端部的支撑缝高不变；裂缝导流能力为一恒定值；忽略网络裂缝压裂中常用的支撑剂段塞式加砂等模式的影响。因此，应用常规方法模拟页岩气井压后产量动态没有任何指导意义。

因此，亟需提出一种新的网络裂缝参数优化方法，设计结果可为后续的压裂施工参数设计及最终的压后产量和经济效益评估提供坚实的依据。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种用于优化多段压裂水平井网络裂缝参数的方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于优化多段压裂水平井网络裂缝参数的方法，包括：

获取目标区块的储层特性参数；

基于所述储层特性参数建立目标区块包括主缝和支缝的多段压裂水平井的网络裂缝模型；

设计所述网络裂缝模型的网络裂缝参数；

基于正交设计方法优化并确定所述网络裂缝参数。

根据本发明的一个实施例，所述网络裂缝参数包括主缝参数、支缝参数和支撑裂缝高度系数，其中，所述主缝参数包括主缝缝长、主缝导流能力、主缝缝间距和主缝失效周期，所述支缝参数包括支缝缝长、支缝导流能力、支缝缝间距和支缝失效周期。

根据本发明的一个实施例，基于所述主缝参数设计所述支缝参数。

根据本发明的一个实施例，基于所述主缝参数设计所述支缝参数进一步包括基于所述主缝缝长设计所述支缝缝长的步骤，该步骤包括：

基于压裂获取的经验裂缝尺寸，设置n水平主缝缝长；

基于主缝诱导应力作用范围上限，设置n水平支缝缝长。

根据本发明的一个实施例，基于所述主缝参数设计所述支缝参数进一步包括基于所述主缝导流能力设计所述支缝导流能力的步骤，该步骤包括：

基于支撑剂短期导流能力测试结果、实际压裂施工平均砂液比及段塞式加砂泵注程序，设计n水平主缝初期导流能力；

基于支撑剂长期导流能力测试结果和现场压裂井失效周期确定n水平主缝失效周期，进而确定n水平主缝长期导流能力；

基于所述n水平主缝初期导流能力和所述n水平主缝失效周期确定对应的n水平支缝初期导流能力和n水平支缝长期导流能力。

根据本发明的一个实施例，基于所述主缝参数设计所述支缝参数进一步包括基于所述主缝缝间距设计所述支缝缝间距的步骤，该步骤包括：

基于主缝诱导应力及所述支缝缝长设计n水平主缝缝间距；

基于所述主缝缝间距和天然裂缝随机分布设置n水平支缝缝间距。

根据本发明的一个实施例，设置所述支撑裂缝高度系数进一步包括：

将裂缝端部的有效储层厚度的中部设置为参考点0，分别向井筒处的储层有效厚度的顶底位置连接直线，并将顶底位置设置为参考点1，以形成三角形裂缝高度剖面；

基于所述参考点0和所述参考点1建立缝端以所述参考点0为中心的上下两点与井筒处储层有效厚度的顶底两点连线的梯形的裂缝支撑高度剖面，并在所述裂缝支撑高度剖面上所述参考点0和所述参考点1之间设置n水平支撑裂缝高度系数。

根据本发明的一个实施例，当采用所述段塞式加砂泵注程序时，导流能力设置采用分段式进行布设，其中，无支撑剂支撑部分的所述主缝初期导流能力按无限大来设置，所述主缝失效周期要延长。

根据本发明的一个实施例，确定所述n水平主缝长期导流能力进一步包括：

根据支撑剂长期导流能力测试结果结合现场压裂井的失效周期确定导流能力随时间的递减率，以导流能力从所述n水平初始导流能力按照相应的递减率在所述n水平主缝失效周期的末期刚好递减到0来确定所述n水平主缝长期导流能力。

根据本发明的一个实施例，基于正交设计方法优化并确定所述网络裂缝参数进一步包括：

基于所述n水平主缝缝长、所述n水平主缝导流能力、所述n水平主缝缝间距、所述n水平主缝失效周期、所述n水平支缝缝长、所述n水平支缝导流能力、所述n水平支缝失效周期和所述n水平支撑裂缝高度系数建立正交方案设计表；

基于所述正交方案设计表进行压裂井生产动态预测以确定产量最优的网络裂缝参数。

本发明的有益效果：

本发明可一次性获得包括主缝及支缝的多段压裂水平井的最优网络裂缝参数设置，优化结果可有效指导压裂施工、极大增加改造体积、明显改善施工效果，从而获得最大的经济效益。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的方法流程图；

图2是根据本发明的一个实施例的段塞式加砂网络裂缝示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的裂缝支撑高度剖面示意图；以及

图4是根据本发明的一个实施例的井压裂施工曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

首先，在步骤S110中，获取目标区块的储层物性参数。在该步骤中，综合目标区块所有的测井、岩心测试和生产测试等资料获取包括基质渗透率、天然裂缝、有效厚度及地质甜点等参数特征及其在储层中的分布特征。

接下来，在步骤S120中，基于储层特性参数建立目标区块包括主缝和支缝的网络裂缝模型。在该步骤中建立的网络裂缝模型包括主缝***和支缝***。对于主缝***和支缝***的模拟均采取一体化的方法。具体设置采取等效导流能力法，将裂缝等效为储层内的高渗透条带，缝长设置为预期值之后，将裂缝支撑缝宽放大至少10倍以上，相应地，裂缝内的渗透率按比例缩小，使它们的乘积即裂缝的导流能力保持不变。

上述将裂缝宽度放大的目的是为了减少计算的奇异性和模拟所需的迭代求解时间。例如，具体操作时，可基于经验勘探数据，设置基础缝宽为0.01m、0.05m、0.1m、0.2m、0.5m和1m，以模拟的产量基本稳定为依据确定合适的缝宽放大倍数，若缝宽放大后计算的产量不稳定则说明放大的倍数不合适。

接下来，在步骤S130中，设计网络裂缝模型的网络裂缝参数。其中，网络裂缝参数包括主缝参数、支缝参数和支撑裂缝高度系数。主缝参数包括主缝缝长、主缝导流能力、主缝缝间距和主缝失效周期，支缝参数包括支缝缝长、支缝导流能力、支缝缝间距和支缝失效周期。其中，支缝参数基于主缝参数设置，具体的设置包括以下几个方面。

基于主缝缝长设计支缝缝长。设计时，基于目前压裂获取的经验裂缝尺寸，在主缝缝长的经验尺寸范围内设置n水平主缝缝长。其中的n水平表示n个不同值的主缝缝长值，n为正整数。例如，4水平主缝缝长可设置为50m、150m、250m、350m。此处的主缝缝长和支缝缝长为裂缝的半长。

基于主缝诱导应力作用范围上限，对应设置n水平支缝缝长。例如，主裂缝诱导应力的作用范围上限为35m，超过后难以形成转向缝(等同于支缝)，此时如裂缝仍延伸，也将回归到主裂缝的方位，故对应4水平主缝缝长，4水平支缝缝长可对应设置为5m、15m、25m、35m。

基于主缝导流能力设计支缝导流能力。主缝导流能力和支缝导流能力均包括短期及长期导流能力两种。n水平主缝初期导流能力设置时，根据室内支撑剂短期导流能力测试结果，结合实际压裂施工的平均砂液比及段塞式加砂泵注程序，综合权衡确定。n水平主缝长期导流能力设置时，根据支撑剂长期导流能力测试结果，结合现场大部分压裂井的失效周期确定，通过导流能力随时间的递减率进行表征。

例如，主缝压裂失效周期为3年时间，则导流能力从初始值按照相应的递减率，在3年末期刚好递减到0。具体操作时，4水平主缝初期导流能力可分别设置为20μm²·cm、30μm²·cm、40μm²·cm、50μm²·cm 4个值；导流递减系数按压裂失效周期分别为2年、3年、4年、5年4个值设定。

n水平支缝导流能力的设置，由于支缝缝宽及进缝砂液比主缝导流能力都要减少5-10倍以上，甚至没有支撑剂进入。参照主缝的参数设置，支缝初期导流能力取值为主缝初期导流能力1/m，m为正整数。例如，m取值为10时，支缝初期导流能力取值为主缝初期导流能力的1/10。同时，支缝的失效会更快，例如，4水平支缝失效周期可设置为0.5年、1年、1.5年、2年等4个值，导流递减指数按此失效周期重新计算。

当采用段塞式加砂模式的导流能力设置时，要采取分段式进行布设。换言之，有支撑剂支撑部分按上述方法进行，无支撑剂支撑部分的主缝初期裂缝导流能力按无限大来设置。考虑到模拟计算的收敛性，例如，主缝初期裂缝导流能力可基于经验数据初步设置为500μm²·cm。压裂失效周期要延长，可分别取为4年、6年、8年、10年4个值。如图2是段塞式加砂网络裂缝示意图，其中不同灰度代表不同裂缝导流能力，需分段进行区别处理。

基于主缝缝间距设计支缝缝间距。设计时，基于主缝诱导应力及支缝缝长设计n水平主缝缝间距，然后基于主缝缝间距和天然裂缝的随机分布特性设置n水平支缝缝间距。

具体的，考虑到主缝诱导应力及支缝缝长的设计思路，原则上主缝缝间距的设置，可考虑取前述支缝缝长的n个值。当n取4时，主缝缝间距对应以上支缝缝长的4个值，即5m、15m、25m、35m。支缝缝间距的确定比较复杂，因其主要取决于天然裂缝的分布密度等参数，而天然裂缝又是随机分布居多，有时主缝净压力还难以达到天然裂缝张开的临界压力。因此，天然裂缝间距的取值按4个主缝长度值分布乘以取值[0,1]之间的一个随机函数。

设置支撑裂缝高度系数包括将裂缝端部的有效储层厚度的中部设置为参考点0，分别向井筒处的储层有效厚度的顶底位置连接直线，并将顶底位置设置为参考点1，以形成三角形裂缝高度剖面。

基于参考点0和参考点1建立缝端以参考点0为中心的上下两点与井筒处储层有效厚度的顶底两点连线的梯形的裂缝支撑高度剖面，并在裂缝支撑高度剖面上参考点0和参考点1之间设置n水平支撑裂缝高度系数。

具体的，考虑到支撑剂的沉降特性，一般只有井筒处裂缝的支撑高度可等效为储层有效厚度，而远井裂缝上支撑裂缝高度会逐渐递减，到裂缝端部位置的支撑高度最小。以裂缝端部的有效储层厚度的中部为参考点，极端的情况是在缝端，裂缝的高度为0，为简化起见，可假设此时的支撑裂缝高度剖面为从上述的0点位置，分别向井筒处的储层有效厚度的顶底位置连直线，此三角形即为支撑的裂缝高度剖面。以此类推，缝端的裂缝高度为储层有效厚度的0.1、0.5、1倍时，即为缝端的以0点为中心的上下两点与井筒处储层有效厚度的顶底两点连线的梯形分布即为裂缝支撑高度剖面，如图3所示中灰度较浅部分。在上述裂缝支撑高度剖面外的储层没有支撑裂缝，导流能力一直为0。包括缝端的0缝高，也取4个值，通过以上方法可得到4水平支撑裂缝高度系数：0、0.1、0.5、1。

最后，在步骤S140中，基于正交设计方法优化并确定网络裂缝参数。综合以上设计的主缝参数、支缝参数和支撑裂缝高度系数，采用正交设计方法，可一次性同步输出优化的结果。具体的，选择以上全部或部分网络裂缝参数，以及各网络裂缝参数的水平数，建立正交方案设计表。如表1所示为一个采用以上主缝缝长、主缝导流能力、主缝缝间距、主缝失效周期、支缝缝长、支缝导流能力、支缝失效周期和裂缝高度系数8个因素、各个因素取4水平的正交方案设计表。当然，网络裂缝参数不限于表1中的8个参数、各因素的水平数也不限于4水平。

表1网络裂缝参数优化正交方案设计表

基于该正交方案设计表进行压裂井生产动态预测，确定产量最优的网络裂缝参数范围，以进一步指导压裂施工。

以下通过一个具体的实施例来对本发明的实验效果进行说明。本发明在某一水平井体积压裂改造施工中得到应用，该井垂深2146m，测深3646m，水平段长1008m。采用本发明所提供的方法，优化得到最优网络裂缝参数如下：主缝半长250～300m、长期稳定导流能力1～3μm²·cm、簇间距20～25m，支缝半长10～15m、长期稳定导流能力0.1～0.5μm²·cm，且长期导流能力尽可能保持稳定，在此条件下预计该井长期稳产6～7×10⁴m³/d，19个月累产气量为3420～3990×10⁴m³。以此为依据优化施工规模、簇射孔方式、布缝模式等参数，经现场实施成功解决了页岩气储层压裂裂缝复杂程度不高、改造体积有限、产量递减快等技术难题。典型施工曲线如图4所示。

续表1网络裂缝参数优化正交方案设计表

14	350	15	20	4	3	5	25	0
									15	350	25	50	3	0	2	15	1
16	350	35	40	2	1	3	5	0.5
									17	50	5	50	2	3	3	25	0.1
18	50	15	40	3	2	2	35	0
									19	50	25	30	4	1	5	5	1
20	50	35	20	5	0	4	15	0.5
									21	150	5	50	3	2	5	5	0.5
22	150	15	40	2	3	4	15	1
									23	150	25	30	5	0	3	25	0
24	150	35	20	4	1	2	35	0.1
									25	250	5	40	4	0	3	35	1
26	250	15	50	5	1	2	25	0.5
									27	250	25	20	2	2	5	15	0.1
28	250	35	30	3	3	4	5	0
									29	350	5	40	5	1	5	15	0
30	350	15	50	4	0	4	5	0.1
									31	350	25	20	3	3	3	35	0.5
32	350	35	30	2	2	2	25	1

按照图4的施工曲线一共完成15段36簇压裂，累计注入地层总液量21522m³、累计加砂966m³，压后无阻流量达16.74×10⁴m³/d，截至2014年6月已连续稳产19个月，累产气量达3690.2×10⁴m³，取得了显著的经济效益。由此可知，该井的采用本发明的预计产量和实际产量相符。

本发明规避了采用单一裂缝模拟页岩气井压裂效果的技术风险，优化结果可有效指导压裂施工、极大增加改造体积、明显改善施工效果，从而获得最大的经济效益。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于优化多段压裂水平井网络裂缝参数的方法，包括：

获取目标区块的储层特性参数；

基于所述储层特性参数建立目标区块包括主缝和支缝的多段压裂水平井的网络裂缝模型；

设计所述网络裂缝模型的网络裂缝参数；

基于正交设计方法优化并确定所述网络裂缝参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络裂缝参数包括主缝参数、支缝参数和支撑裂缝高度系数，其中，所述主缝参数包括主缝缝长、主缝导流能力、主缝缝间距和主缝失效周期，所述支缝参数包括支缝缝长、支缝导流能力、支缝缝间距和支缝失效周期。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述主缝参数设计所述支缝参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述主缝参数设计所述支缝参数进一步包括基于所述主缝缝长设计所述支缝缝长的步骤，该步骤包括：

基于压裂获取的经验裂缝尺寸，设置n水平主缝缝长；

基于主缝诱导应力作用范围上限，设置n水平支缝缝长。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，基于所述主缝参数设计所述支缝参数进一步包括基于所述主缝导流能力设计所述支缝导流能力的步骤，该步骤包括：

基于支撑剂短期导流能力测试结果、实际压裂施工平均砂液比及段塞式加砂泵注程序，设计n水平主缝初期导流能力；

基于支撑剂长期导流能力测试结果和现场压裂井失效周期确定n水平主缝失效周期，进而确定n水平主缝长期导流能力；

基于所述n水平主缝初期导流能力和所述n水平主缝失效周期确定对应的n水平支缝初期导流能力和n水平支缝长期导流能力。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其特征在于，基于所述主缝参数设计所述支缝参数进一步包括基于所述主缝缝间距设计所述支缝缝间距的步骤，该步骤包括：

基于主缝诱导应力及所述支缝缝长设计n水平主缝缝间距；

基于所述主缝缝间距和天然裂缝随机分布设置n水平支缝缝间距。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的方法，其特征在于，设置所述支撑裂缝高度系数进一步包括：

将裂缝端部的有效储层厚度的中部设置为参考点0，分别向井筒处的储层有效厚度的顶底位置连接直线，并将顶底位置设置为参考点1，以形成三角形裂缝高度剖面；

基于所述参考点0和所述参考点1建立缝端以所述参考点0为中心的上下两点与井筒处储层有效厚度的顶底两点连线的梯形的裂缝支撑高度剖面，并在所述裂缝支撑高度剖面上所述参考点0和所述参考点1之间设置n水平支撑裂缝高度系数。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当采用所述段塞式加砂泵注程序时，导流能力设置采用分段式进行布设，其中，无支撑剂支撑部分的所述主缝初期导流能力按无限大来设置，所述主缝失效周期要延长。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述n水平主缝长期导流能力进一步包括：

根据支撑剂长期导流能力测试结果结合现场压裂井的失效周期确定导流能力随时间的递减率，以导流能力从所述n水平初始导流能力按照相应的递减率在所述n水平主缝失效周期的末期刚好递减到0来确定所述n水平主缝长期导流能力。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于正交设计方法优化并确定所述网络裂缝参数进一步包括：

基于所述n水平主缝缝长、所述n水平主缝导流能力、所述n水平主缝缝间距、所述n水平主缝失效周期、所述n水平支缝缝长、所述n水平支缝导流能力、所述n水平支缝失效周期和所述n水平支撑裂缝高度系数建立正交方案设计表；

基于所述正交方案设计表进行压裂井生产动态预测以确定产量最优的网络裂缝参数。