CN111368463A - 一种水平井穿层压裂设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田开发压裂工程的技术领域,特别是涉及一种水平井穿层压裂设计方法,该设计方法兼顾目的油气层与相邻油气藏同时开发,采用软件模拟优化裂缝参数和施工参数,并综合考虑泥岩夹层人工裂缝携砂液的通过性和泥岩夹层压后导流能力的评价结果,进一步合理优化穿层压裂设计参数,为穿层压裂设计提供一种科学的方法。包括以下步骤:(1)建立单井地质模型;(2)利用产能模型优化裂缝参数;(3)利用软件模拟分析人工裂缝扩展规律;(4)携砂液在泥岩夹层人工裂缝内通过性分析;(5)泥岩夹层人工裂缝内不同铺砂浓度导流能力评价;(6)穿层压裂施工参数优化。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发压裂工程的技术领域,特别是涉及一种水平井穿层压裂设计方法。
背景技术
众所周知,水平井是致密低渗油气田开发的有效手段,但是对于纵向上发育多套油气层的储层类型,由于常规水平井井筒轨迹只在某一个砂层中穿行,在后期压裂改造的过程中,希望在目的油气层改造的同时能够通过人工裂缝沟通相邻的其他油气层,不仅能够提高单井产能,同时能够提高地质储量的动用率,实现单井多层开发目的。
但是在实际应用过程中,穿层压裂实施效果未达到预期。为此,文献《水平井可控穿层压裂技术在低渗透油田的应用》、《葡萄花薄互层水平井穿层压裂技术》、《水平井穿层压裂技术研究及试验》、《可控穿层压裂技术在砂泥岩互层储层改造应用》和专利CN103967470 A和CN 107762476 A等探索了穿层压裂的设计方法,采用的关键技术是大排量、大液量施工,配套高粘压裂液、暂堵材料等,在目的油气层改造的同时兼顾相邻油气层的改造。但是由于泥岩夹层粘土含量高,泥岩塑性强,人工裂缝宽度较窄,穿层压裂实施过程中不仅存在隔层能否压开的问题,同时存在携砂液在泥岩夹层人工裂缝内容易发生“过液不过砂”的情况,导致相邻油气层中支撑剂铺置效果不理想;另外,由于泥岩夹层内人工裂缝宽度较窄导致压后支撑剂铺置浓度偏低,并且由于支撑剂在泥岩内的嵌入加剧了人工裂缝导流能力的降低。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种水平井穿层压裂设计方法,该设计方法兼顾目的油气层与相邻油气藏同时开发,采用软件模拟优化裂缝参数和施工参数,并综合考虑泥岩夹层人工裂缝携砂液的通过性和泥岩夹层压后导流能力的评价结果,进一步合理优化穿层压裂设计参数,为穿层压裂设计提供一种科学的方法。
本发明的一种水平井穿层压裂设计方法,包括以下步骤:
(1)建立单井地质模型;
(2)利用产能模型优化裂缝参数;
(3)利用软件模拟分析人工裂缝扩展规律;
(4)携砂液在泥岩夹层人工裂缝内通过性分析;
(5)泥岩夹层人工裂缝内不同铺砂浓度导流能力评价;
(6)穿层压裂施工参数优化。
本发明的一种水平井穿层压裂设计方法,所述步骤(1)建立单井储层地质模型,模型考虑目的油气层和相邻油气层的砂体厚度,孔隙度,渗透率,闭合应力,杨氏模量,泊松比,地层压力,含油气饱和度以及泥岩夹层厚度,闭合应力,杨氏模量,泊松比。
本发明的一种水平井穿层压裂设计方法,所述步骤(2)利用产能模型优化裂缝参数,在所述步骤(1)地质模型基础上,假设泥岩夹层为无渗透性的干层,在人工裂缝同时兼顾目的油气层和相邻油气层的基础上,采用油气藏压裂产能预测软件优化裂缝参数,确定最优裂缝长度Lf、最优裂缝高度Hf和最优裂缝导流能力Fcd-f。
本发明的一种水平井穿层压裂设计方法,所述步骤(3)利用软件模拟分析人工裂缝扩展规律,在所述步骤(1)基础上,利用软件模拟在不同施工参数条件下的人工裂缝形态,明确施工参数与裂缝长度L、裂缝高度H、导流能力Fcd和泥岩夹层裂缝宽度Ws的关系,以目的油气层和相邻油气层同时改造为目的,初步优化施工排量Qi,施工液量Vl-i,施工砂量Vs-i,施工砂比ηi和前置夜比例γi。
本发明的一种水平井穿层压裂设计方法,所述步骤(4)携砂液在泥岩夹层人工裂缝内通过性分析是结合权利要求4中所述的施工参数与泥岩夹层内裂缝宽度Ws的关系,利用Gruesbeck支撑剂桥架准则,分析携砂液在泥岩夹层内人工裂缝的通过性,并以携砂液在泥岩夹层内不发生桥堵为原则,优选支撑剂粒径和施工参数,Gruesbeck支撑剂桥架准则为:
①当携砂液砂比η>17%时,若泥岩夹层内裂缝宽度Ws<3×Rp,则携砂液在泥岩夹层内发生桥堵;
②当携砂液砂比η<17%时,若泥岩夹层内裂缝宽度Ws<(1+2η/0.17)×Rp,则携砂液在泥岩夹层内发生桥堵;
其中:η=支撑剂体积/压裂液体系×100%;Rp为支撑剂直径。
本发明的一种水平井穿层压裂设计方法,所述步骤(5)泥岩夹层人工裂缝内不同铺砂浓度导流能力评价,首先是选取若干块泥岩夹层岩芯,并沿轴线劈裂进行人工造缝处理,再分别铺置不同浓度的支撑剂,采用高温高压驱替装置,测定各铺砂浓度条件下泥岩夹层闭合压力条件下的长期导流能力,明确铺砂浓度与泥岩夹层裂缝导流能力关系,并以满足裂缝最优导流能力为原则,优选满足油气渗流的支撑剂类型和铺砂浓度。
本发明的一种水平井穿层压裂设计方法,所述步骤(6)穿层压裂施工参数优化,结合步骤(2)、(3)、(4)和(5),以同时满足①目的油气层在压裂改造的同时能够有效兼顾相邻油气层的改造;②穿层压裂在施工过程中携砂液能够顺利通过泥岩夹层内人工裂缝而不发生桥堵;③压后泥岩夹层内支撑裂缝的导流能力满足油气渗透这三个条件为原则,优化最终施工排量Qo,施工液量Vl-o,施工砂量Vs-o,施工砂比ηo和前置夜比例γo,同时优选合适的支撑剂粒径。
与现有技术相比本发明的有益效果为:本发明所提供的穿层压裂设计方法,不仅能够确保目的油气层在改造的同时能够有效兼顾相邻油气层,还能够避免穿层压裂实施过程中携砂液在泥岩夹层人工裂缝内形成桥堵,实现相邻油气层的饱填砂,同时考虑了泥岩夹层压后导流能力情况,为穿层压裂设计提供一种科学合理的方法。
附图说明
图1是本发明的流程图;
图2是本发明建立的两套油气层地质模型结构图;
图3是本发明穿层压裂施工参数与泥岩夹层裂缝宽度关系图;
图4是本发明泥岩夹层支撑剂铺砂浓度与导流能力关系曲线图;
图5是本发明穿层压裂水平井压后净压力拟合人工裂缝示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
水平井A井位于鄂尔多斯盆地某区块,目的层上覆一套含气层,设计采用穿层压裂改造,提高单井产能和地质储量动用率。设计步骤如下:
步骤(1)建立地质模型:如图2所示,目的气层厚度10.0m,平均孔隙度12%,平均渗透率1.0mD,含气饱和度65%,上覆相邻气层厚度20m,平均孔隙度10%,平均渗透率0.8mD,含气饱和度50.0%。目的气层与相邻气层闭合应力42MPa,杨氏模量22GPa,泊松比0.20,地层压力26.0MPa;目的层与相邻层之间泥岩夹层厚度5m,闭合应力44MPa,杨氏模量18GPa,泊松比0.23。
步骤(2)根据建立的地质模型,结合目的气层和相邻气层厚度、孔渗饱参数及地层压力等,以单井产能最大为原则,利用压裂产能预测软件优化裂缝参数,确定最优裂缝长度Lf=150m、最优裂缝高度Hf=45m和最优裂缝导流能力Fcd-f=30μm2˙cm。
步骤(3)结合建立的地质模型,以实现最优裂缝长缝、最优裂缝高度和最优裂缝导流能力为目标,通过压裂软件模拟在不同施工参数条件下的人工裂缝形态,初步优选最优施工排量Qi=4.0m3/min,施工液量Vl-i=350m3,施工砂量Vs-i=45m3,施工砂比ηi=21%和前置夜比例γi=38%。
步骤(4)根据施工排量与泥岩夹层裂缝宽度Ws的关系,见图3所示,考虑到实际施工砂比从5%阶梯式增加至35%,结合Gruesbeck支撑剂桥架准则,分析如下:为了避免携砂液在泥岩夹层人工裂缝内发生桥堵,若采用20/40目(0.85mm-0.425mm)支撑剂,所需施工排量>8m3/min;若采用30/50目(0.600mm-0.300mm)支撑剂,所需施工排量>5.0m3/min;若采用40/70目支撑剂(0.425mm-0.212mm),所需施工排量>4.0m3/min即可。考虑到现场设备能力,设计初步优选30/50目支撑剂或者40/70目支撑剂。
步骤(5)评价泥岩夹层人工裂缝内不同铺砂浓度导流能力,通过实验分别测定不同支撑剂在不同铺砂浓度条件下的泥岩夹层内的裂缝导流能力,见图4所示,若采用30/50目支撑剂,铺砂浓度为3Kg/m2满足最优裂缝导流能力(30μm2˙cm);若采用40/70目支撑剂,铺砂浓度为4Kg/m2满足最优裂缝导流能力(30μm2˙cm)。考虑到40/70目支撑剂铺砂浓度为4Kg/m2时,设计的施工排量Q、施工液量Vl、施工砂量Vs和施工砂比η增加幅度较大,设计优选铺砂浓度为3Kg/m2的30/50目支撑剂。
步骤(6)结合步骤(2)、(3)、(4)和(5),以同时满足①目的油气层在压裂改造的同时能够有效兼顾相邻油气层的改造;②穿层压裂在施工过程中携砂液能够顺利通过泥岩夹层内人工裂缝而不发生桥堵;③压后泥岩夹层内支撑裂缝的导流能力满足油气渗透这三个条件为原则,优化最终施工排量Qo=5.0m3/min,施工液量Vl-o=380m3,施工砂量Vs-o=50m3,施工砂比ηo=23%和前置夜比例γo=38%,同时优选粒径为30/50目支撑剂。
水平井A井采用优化的施工参数压裂改造,压后无阻流量20.8万方/天,相比邻井单层压裂井产量提高84.0%,增产效果显著,压后净压力拟合显示人工裂缝有效沟通相邻含气层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种水平井穿层压裂设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)建立单井地质模型;
(2)利用产能模型优化裂缝参数;
(3)利用软件模拟分析人工裂缝扩展规律;
(4)携砂液在泥岩夹层人工裂缝内通过性分析;
(5)泥岩夹层人工裂缝内不同铺砂浓度导流能力评价;
(6)穿层压裂施工参数优化。
2.如权利要求1所述的一种水平井穿层压裂设计方法,其特征在于,所述步骤(1)建立单井储层地质模型,模型考虑目的油气层和相邻油气层的砂体厚度,孔隙度,渗透率,闭合应力,杨氏模量,泊松比,地层压力,含油气饱和度以及泥岩夹层厚度,闭合应力,杨氏模量,泊松比。
3.如权利要求2所述的一种水平井穿层压裂设计方法,其特征在于,所述步骤(2)利用产能模型优化裂缝参数,在所述步骤(1)地质模型基础上,假设泥岩夹层为无渗透性的干层,在人工裂缝同时兼顾目的油气层和相邻油气层的基础上,采用油气藏压裂产能预测软件优化裂缝参数,确定最优裂缝长度Lf、最优裂缝高度Hf和最优裂缝导流能力Fcd-f。
4.如权利要求3所述的一种水平井穿层压裂设计方法,其特征在于,所述步骤(3)利用软件模拟分析人工裂缝扩展规律,在所述步骤(1)基础上,利用软件模拟在不同施工参数条件下的人工裂缝形态,明确施工参数与裂缝长度L、裂缝高度H、导流能力Fcd和泥岩夹层裂缝宽度Ws的关系,以目的油气层和相邻油气层同时改造为目的,初步优化施工排量Qi,施工液量Vl-i,施工砂量Vs-i,施工砂比ηi和前置夜比例γi。
5.如权利要求4所述的一种水平井穿层压裂设计方法,其特征在于,所述步骤(4)携砂液在泥岩夹层人工裂缝内通过性分析是结合权利要求4中所述的施工参数与泥岩夹层内裂缝宽度Ws的关系,利用Gruesbeck支撑剂桥架准则,分析携砂液在泥岩夹层内人工裂缝的通过性,并以携砂液在泥岩夹层内不发生桥堵为原则,优选支撑剂粒径和施工参数,Gruesbeck支撑剂桥架准则为:
①当携砂液砂比η>17%时,若泥岩夹层内裂缝宽度Ws<3×Rp,则携砂液在泥岩夹层内发生桥堵;
②当携砂液砂比η<17%时,若泥岩夹层内裂缝宽度Ws<(1+2η/0.17)×Rp,则携砂液在泥岩夹层内发生桥堵;
其中:η=支撑剂体积/压裂液体系×100%;Rp为支撑剂直径。
6.如权利要求5所述的一种水平井穿层压裂设计方法,其特征在于,所述步骤(5)泥岩夹层人工裂缝内不同铺砂浓度导流能力评价,首先是选取若干块泥岩夹层岩芯,并沿轴线劈裂进行人工造缝处理,再分别铺置不同浓度的支撑剂,采用高温高压驱替装置,测定各铺砂浓度条件下泥岩夹层闭合压力条件下的长期导流能力,明确铺砂浓度与泥岩夹层裂缝导流能力关系,并以满足裂缝最优导流能力为原则,优选满足油气渗流的支撑剂类型和铺砂浓度。
7.如权利要求6所述的一种水平井穿层压裂设计方法,其特征在于,所述步骤(6)穿层压裂施工参数优化,结合步骤(2)、(3)、(4)和(5),以同时满足①目的油气层在压裂改造的同时能够有效兼顾相邻油气层的改造;②穿层压裂在施工过程中携砂液能够顺利通过泥岩夹层内人工裂缝而不发生桥堵;③压后泥岩夹层内支撑裂缝的导流能力满足油气渗透这三个条件为原则,优化最终施工排量Qo,施工液量Vl-o,施工砂量Vs-o,施工砂比ηo和前置夜比例γo,同时优选合适的支撑剂粒径。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200703 |
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RA01 | Restoration of patent right |
Former decision: Patent application deemed withdrawn after publication Former decision publication date: 20231208 |