CN112302607A - 一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，包括以下步骤：初始赋值人工裂缝参数向量，将初始迭代步数设为k＝0，将初始阻尼因子设为ξ0＝0.001；计算当前迭代步的井筒温度剖面
第k步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
第k步反演迭代的温度雅阁比矩阵
温度对角矩阵Ωk、当前迭代步
的增量
计算第k+1迭代步的反演裂缝参数向量
第k+1步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
判断
是否满足反演迭代终止条件之一，若满足，则停止迭代；否则令k＝k+1，继续迭代，直至满足反演迭代终止条件，输出当前
为人工裂缝参数反演解释结果。本发明通过对实测的井筒温度剖面数据进行反演，可以对致密气藏压裂水平井各级人工裂缝参数进行定量解释。
Description
技术领域
本发明涉及一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，属于油气开采领域。
背景技术
致密气藏作为一种重要的天然气资源，我国拥有非常丰富的储量。但由于致密气藏储层低渗致密且孔隙结构复杂，使得我国致密气产量普遍较低。为了提高致密气藏产量和开发效益，目前主要通过压裂水平井进行致密气藏开采，所以，水力压裂形成的人工裂缝对压裂改造有效性至关重要，也直接决定了致密气藏压裂水平井的产能。为了保证致密气藏水平井压裂改造的有效性，必须对压裂改造效果进行准确评价，因此人工裂缝参数(裂缝半长、导流能力等) 定量诊断显得尤为重要。
目前压裂水平井人工裂缝诊断测试技术主要有近井监测技术(如：示踪剂、温生产测井等)和远程监测技术(如：微地震等)，近井监测技术主要用于识别人工裂缝流入流体类型，可提供部分的近井带裂缝信息，但不能从中获知人工裂缝的具体几何尺寸参数；远程监测技术的主要优势在于监测水力压裂压力响应的总体范围，对水力压裂改造的总体范围有直观的判断，但不足之处在于难以获知有效支撑裂缝的特征参数，而且远程监测的裂缝延伸范围远比实际的有效人工裂缝控制范围更大，所以现有的常规测试技术很难直接测出压裂水平井每一条人工裂缝的具体参数。
近年来，随着水平井井筒温度剖面测试技术的不断推广应用，尤其是分布式光纤测温(Distributed Temperature Sensing，DTS)技术的飞速发展，目前可以对压裂水平井井全井段的温度剖面进行实时监测，提供实时连续的压裂水平井井筒温度剖面数据。从实测井筒温度剖面上，可直观地识别和定位压裂改造形成的有效人工裂缝，研究表明气藏压裂水平井井筒温度剖面在有效人工裂缝位置处都存在着明显温度降，且人工裂缝位置处的温度降与裂缝流量和人工裂缝参数之间存在一定的正相关关系，因此，通过数学算法建立反演模型，对实测的井筒温度剖面数据进行翻译，找到人工裂缝参数与井筒温度剖面间的对应关系并实现量化评价，就可以对每一条人工裂缝参数进行定量解释。然而，目前国内根据实测井筒温度剖面数据定量解释致密气藏压裂水平井人工裂缝参数的研究基本空白。
因此，非常有必要建立一套致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释模型及方法，用以定量解释致密气藏压裂水平井各级人工裂缝参数，为致密气藏压裂水平井人工裂缝参数定量诊断和压裂改造效果定量评价提供一种新的方法，从而促进我国致密气藏高效经济开发。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，包括以下步骤：
S1、根据目标压裂水平井的实测井筒温度剖面
确定井筒温度剖面在各裂缝位置处的温度降分布
根据
初始赋值人工裂缝参数向量为
将初始迭代步数设为k＝0，将初始阻尼因子设为ξ0＝0.001；
S2、在第k步反演迭代时，将当前反演的人工裂缝参数向量
输入井筒温度剖面预测模型计算当前迭代步的井筒温度剖面
S3、通过误差函数方程计算第k步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
S4、计算第k步反演迭代的温度雅阁比矩阵
S5、根据温度雅阁比矩阵
计算温度对角矩阵Ωk；
S6、根据温度对角矩阵Ωk计算当前迭代步
的增量
S7、根据当前迭代步
的增量
计算第k+1迭代步的反演裂缝参数向量
S8、将第k+1迭代步的反演裂缝参数向量
输入井筒温度剖面预测模型计算第k+1迭代步的井筒温度剖面
并采用所述的误差函数方程计算第k+1 步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
S9、再将步骤S3中的第k步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
与步骤S8中的第k+1步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
进行比较；若
令ξk+1＝10ξk，否则，令ξk+1＝0.1ξk，然后继续下一步；
S10、判断
是否满足反演迭代终止条件之一，若满足，则停止迭代；否则令k＝k+1，然后转步骤S2，直至满足反演迭代终止条件，反演任务完成，输出当前
为目标压裂水平井的人工裂缝参数反演解释结果。
进一步的技术方案是，所述步骤S3和S8中的误差方程如下：
式中，
为第k步井筒温度剖面反演误差，
为实测的井筒温度剖面，
为第k步反演迭代中预测的井筒温度剖面，上标'表示向量转置。
进一步的技术方案是，所述步骤S4中通过如下方程计算：
式中，
表示温度雅阁比矩阵，T为井筒温度剖面计算值，ej为单位向量中的第j分量，N为目标压裂水平井的有效人工裂缝数量，δ表示微小波动变量，i＝1,2…N，j＝1,2…N。
进一步的技术方案是，所述步骤S5中通过如下方程计算：
式中，Ωk表示温度对角矩阵，diag表示矩阵的对角矩阵运算，
表示温度雅阁比矩阵。
进一步的技术方案是，所述步骤S6中通过如下方程计算：
式中，
为当前迭代步
的增量，
为误差项，ξk表示阻尼因子，Ωk表示温度对角矩阵，
表示温度雅阁比矩阵。
进一步的技术方案是，所述步骤S7中通过如下方程计算：
式中，
为当前迭代步
的增量，
为第k+1迭代步的反演裂缝参数向量，
为当前迭代步。
进一步的技术方案是，所述步骤S10中的反演迭代终止条件包括：
(1)
表示井筒温度剖面反演误差满足温度误差精度εT；
(2)
表示相邻两步反演迭代获得人工裂缝参数向量之间的差异足够小，满则人工裂缝参数迭代误差精度εFrac。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明通过对实测的井筒温度剖面数据进行反演，可以对致密气藏压裂水平井各级人工裂缝参数进行定量解释；
2)采用常规测试手段很难直接测出压裂水平井每一条人工裂缝的具体参数，本发明提供理了用于定量解释致密气藏压裂水平井每一条人工裂缝参数的解释模型和方法，可以帮助本领域技术人员对压裂改造效果进行准确评价，确保压裂改造的有效性，从而促进我国致密气藏高效经济高发。
附图说明
图1为致密气藏压裂水平井人工裂缝参数反演解释流程示意图；
图2为致密气藏压裂水平井实测井筒温度剖面示意图；
图3为实测井筒温度剖面在各级人工裂缝位置处的温度降分布示意图；
图4为初始化的人工裂缝半长分布示意图；
图5为反演模拟的井筒温度剖面与实测井筒温度剖面拟合示意图；
图6为反演解释出的人工裂缝半长分布示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
如图1所示，本发明的一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，以致密气藏压裂水平井作为目标压裂水平井，以人工裂缝半长作为待解释的人工裂缝参数为例，阐述采用所述的方法进行致密气藏压裂水平井人工参数定量解释的具体步骤：
(1)根据如图2所示的目标压裂水平井的实测井筒温度剖面
确定井筒温度剖面在各裂缝位置处的温度降分布
如图3，根据
初始赋值人工裂缝参数向量为
对应的人工裂缝半长分布如图4所示，将初始迭代步数设为 k＝0，将初始阻尼因子设为ξ0＝0.001；
(2)在第k步反演迭代时，将当前反演的人工裂缝参数向量
输入井筒温度剖面预测模型计算当前迭代步的井筒温度剖面
(3)通过如下的误差函数方程计算第k步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
式中，
为第k步井筒温度剖面反演误差，
为实测的井筒温度剖面，
为第k步反演迭代中预测的井筒温度剖面，上标'表示向量转置；
(4)通过如下的方程计算第k步反演迭代的温度雅阁比矩阵
式中，
表示温度雅阁比矩阵，T为井筒温度剖面计算值，ej为单位向量中的第j分量，N为目标压裂水平井的有效人工裂缝数量，δ表示微小波动变量，i＝1,2…N，j＝1,2…N；
(5)根据温度雅阁比矩阵
和如下的方程计算温度对角矩阵Ωk；
式中，Ωk表示温度对角矩阵，diag表示矩阵的对角矩阵运算，
表示温度雅阁比矩阵；
(6)根据温度对角矩阵Ωk和如下的方程计算当前迭代步
的增量
式中，
为当前迭代步
的增量，
为误差项，ξk表示阻尼因子，Ωk表示温度对角矩阵，
表示温度雅阁比矩阵；
(7)根据当前迭代步
的增量
和如下的方程计算第k+1迭代步的反演裂缝参数向量
式中，
为当前迭代步
的增量，
为第k+1迭代步的反演裂缝参数向量，
为当前迭代步；
(8)将第k+1迭代步的反演裂缝参数向量
输入井筒温度剖面预测模型计算第k+1迭代步的井筒温度剖面
并采用所述的误差函数方程计算第k+1 步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
(9)再将步骤(3)中的第k步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
与步骤S8中的第k+1步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
进行比较；若
令ξk+1＝10ξk，否则，令ξk+1＝0.1ξk，然后继续下一步；
(10)判断
是否满足反演迭代终止条件之一，若满足，表明根据
模拟的井筒温度剖面与实测井筒温度剖面相拟合，如图5所示，停止迭代；否则令k＝k+1，然后转步骤(2)，直至满足反演迭代终止条件，反演任务完成，输出当前
为目标压裂水平井的人工裂缝参数反演解释结果，如图6所示；
其中反演迭代终止条件包括：
1)
表示井筒温度剖面反演误差满足温度误差精度εT；
2)
表示相邻两步反演迭代获得人工裂缝参数向量之间的差异足够小，满则人工裂缝参数迭代误差精度εFrac。
本发明所述的井筒温度剖面数据可以但不限于通过分布式光纤、拖动式生产测井工具获取。
所述的井筒温度剖面预测模型为一个综合的温度模型，包括：
致密储层渗流模型：
致密储层热学模型：
人工裂缝渗流模型：
人工裂缝热学模型：
水平井筒流动模型：
水平井筒热学模型：
式中：Cg为气体压缩系数，MPa-1；Cp为热容，J/(kg·K)；f为井壁摩擦系数，小数；KJT为焦耳汤普逊系数，K/MPa；KT为岩石热导率，J/(m·s·K)；kx为储层 x方向的渗透率，mD；ky为储层y方向的渗透率，mD；kz为储层z方向的渗透率，mD；p为储层压力，MPa；qF为裂缝中的流体流速，m/s；qwb为固井段单位体积岩石向井筒传递热量的速率，J/(m3·s)；Rinw为井筒内径，m；t表示生产时间，天；T表示温度，K；TI为流体流入温度，K；vI为流入流体的流速， m/s；v为流体的流速，m/s；
为孔隙度，小数；μg为气体粘度，mPa·s；ψ为拟压力，MPa2/mP·s；β为热膨胀系数，1/K；γ为井筒打开程度，小数；ρ为流体密度，kg/m3；ρI为流入流体的密度，kg/m3；θ为水平井筒倾角，°；下标F为人工裂缝，下标x表示在x方向，下标y表示在y方向，下标z表示在z方向。
所述的人工裂缝参数包括但不限于人工裂缝半长、人工裂缝导流能力和人工裂缝渗透率。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据目标压裂水平井的实测井筒温度剖面
确定井筒温度剖面在各裂缝位置处的温度降分布
根据
初始赋值人工裂缝参数向量为
将初始迭代步数设为k＝0，将初始阻尼因子设为ξ0＝0.001；
S2、在第k步反演迭代时，将当前反演的人工裂缝参数向量
输入井筒温度剖面预测模型计算当前迭代步的井筒温度剖面
S3、通过误差函数方程计算第k步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
S4、计算第k步反演迭代的温度雅阁比矩阵
S5、根据温度雅阁比矩阵
计算温度对角矩阵Ωk；
S6、根据温度对角矩阵Ωk计算当前迭代步
的增量
S7、根据当前迭代步
的增量
计算第k+1迭代步的反演裂缝参数向量
S8、将第k+1迭代步的反演裂缝参数向量
输入井筒温度剖面预测模型计算第k+1迭代步的井筒温度剖面
并采用所述的误差函数方程计算第k+1步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
S9、再将步骤S3中的第k步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
与步骤S8中的第k+1步反演迭代的井筒温度剖面反演误差
进行比较；若
令ξk+1＝10ξk，否则，令ξk+1＝0.1ξk，然后继续下一步；
S10、判断
是否满足反演迭代终止条件之一，若满足，则停止迭代；否则令k＝k+1，然后转步骤S2，直至满足反演迭代终止条件，反演任务完成，输出当前
为目标压裂水平井的人工裂缝参数反演解释结果。
2.根据权利要求1所述的一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，其特征在于，所述步骤S3和S8中的误差方程如下：
式中，
为第k步井筒温度剖面反演误差，
为实测的井筒温度剖面，
为第k步反演迭代中预测的井筒温度剖面，上标'表示向量转置。
3.根据权利要求1所述的一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，其特征在于，所述步骤S4中通过如下方程计算：
式中，
表示温度雅阁比矩阵，T为井筒温度剖面计算值，ej为单位向量中的第j分量，N为目标压裂水平井的有效人工裂缝数量，δ表示微小波动变量，i＝1,2…N，j＝1,2…N。
4.根据权利要求3所述的一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，其特征在于，所述步骤S5中通过如下方程计算：
式中，Ωk表示温度对角矩阵，diag表示矩阵的对角矩阵运算，
表示温度雅阁比矩阵。
5.根据权利要求4所述的一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，其特征在于，所述步骤S6中通过如下方程计算：
式中，
为当前迭代步
的增量，
为误差项，ξk表示阻尼因子，Ωk表示温度对角矩阵，
表示温度雅阁比矩阵。
6.根据权利要求5所述的一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，其特征在于，所述步骤S7中通过如下方程计算：
式中，
为当前迭代步
的增量，
为第k+1迭代步的反演裂缝参数向量，
为当前迭代步。
7.根据权利要求1所述的一种致密气藏压裂水平井人工裂缝参数解释方法，其特征在于，所述步骤S10中的反演迭代终止条件包括：
(1)
表示井筒温度剖面反演误差满足温度误差精度εT；
(2)
表示相邻两步反演迭代获得人工裂缝参数向量之间的差异足够小，满则人工裂缝参数迭代误差精度εFrac。
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