CN113221232B - 用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法，该方法首先分析不同单井的储层地质特征和水力压裂改造效果特征，找出影响水力压裂改造效果的主控地质因素；从主控地质因素出发，将储层划分为不同的类型，同一类储层中的高产井水力压裂改造后形成的裂缝几何参数作为其他井水力压裂改造的目标；高产井的水力压裂施工参数作为其他井水力压裂施工参数优化设计参考的基准；根据这些主控地质因素大小的差别，进行施工参数的精细化调整，最终得到待改造井的水力压裂施工参数。该方法能降低施工参数优化的时间成本，同时能提高施工参数优化的精度，从而为裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计提供有力依据。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，尤其是一种适用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法。
背景技术
我国塔里木盆地库车山前构造带砂岩气藏丰富，以该构造带上的博孜、大北区块为例，其储层地质特征主要包括以下两个方面：①平面上，储层孔隙结构致密，但天然裂缝发育且逼近角较小；②纵向上，储层厚度大，部分井的储层厚度大于100m。水力压裂是指通过高压管汇将流体从地面泵入并压开地层，使地层形成具有一定几何尺寸的人工裂缝，然后泵入支撑剂对形成的人工裂缝进行支撑，使形成的人工裂缝具有一定的支撑长度(万仁溥.采油工程手册[M].石油工业出版社，2000)。该技术是实现裂缝性砂岩厚层增产的重要技术手段之一。
对单井进行水力压裂改造的重要一步是从该井的储层地质特征出发，设计适合该井改造的水力压裂方案。其中水力压裂方案中需要进行优化设计的施工参数包括：液量、砂量等，通过优化这些施工参数使水力压裂后形成的人工裂缝长度等其它人工裂缝几何参数到达理想的值，最终到达理想的水力压裂改造效果。目前各大油田单位进行这些施工参数优化时采用的方法主要包括两大类：①采用成熟的商业软件,例如：FracproPT、Meyer、Mangrove等，建立单井地质模型，然后基于此进行液量、砂量等的优化。这些商业软件中，例如：FracproPT(苟波，郭建春，李勇明，等.基于FracproPT软件的缝高延伸因素模拟分析[J].天然气勘探与开发，2010(1))，模拟的时间短，有利于降低时间成本，但是不能完全建立符合实际情况的单井地质模型，同时难以考虑天然裂缝的影响，因此模拟结果的精度难以保证。其他一些软件，例如：Mangrove(南荣丽，等.吉木萨尔致密储层压裂多缝干扰产能分析[J].科学技术与工程，2020，20(25)：10235-10241)，该软件具有地质工程一体化的功能，能建立符合实际情况的单井地质模型，因此模拟的结果相对较为精确。但是油田现场的单井数量多，如果每一口井的水力压裂施工参数都采用该类方法进行优化设计，则时间成本太高。②参考邻井或者邻区块高产井的施工参数(夏日桂，等.柿庄北煤层气井活性水压裂施工参数优化研究[J].煤炭工程，2016，48(009):36-38)，该类方法能节约时间成本，同时优化的施工参数基本符合实际情况，但是施工参数的精度相对较低。
发明内容
本发明的目的是针对现有水力压裂改造施工参数确定方法存在的上述不足，提供一种适用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法。
本发明提供的适用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法，技术路线如下：
首先分析不同单井的储层地质特征和水力压裂改造效果特征，统计储层地质特征与改造效果之间的关系。从影响水力压裂改造效果的主控地质因素出发，将储层划分为不同的大类，同一大类储层中的高产井水力压裂改造后形成的裂缝几何参数作为其他井水力压裂改造的目标；高产井的水力压裂施工参数作为其他井水力压裂施工参数优化设计参考的基准，即形成水力压裂施工参数的“共性”特征。同一大类储层之间影响水力压裂改造效果的主控地质因素大小有略有差别，根据这些主控地质因素大小的差别，进行施工参数的精细化调整，使其在水力压裂改造后形成的裂缝几何参数到达目标值，即形成水力压裂施工参数的“个性”特征。因此最终形成“共性+个性”的精细化水力压裂施工参数优化方法。
本发明的施工参数优化设计方法，具体步骤如下：
S1、以某个工区内的已压裂的多个单井为分析对象，分析不同单井的储层地质特征和水力压裂改造效果特征，找出影响水力压裂改造效果的主控地质因素。具体操作如下：
(1)计算储层的无因次储集系数
式中：R为储层的无因次储集系数，无量纲；h为测井解释的有效储层厚度，m；H为改造段的厚度，m；
为测井解释的改造段平均孔隙度，％。
(2)根据测井解释得到储层地质参数，主要包括：孔隙度、渗透率、天然裂缝密度、逼近角、水平应力差、杨氏模量、泊松比，以及计算得到的无因次储集系数。以这些参数为横坐标，水力压裂改造后的产油气量为纵坐标，分别绘制这些参数与水力压裂改造后的产油气量的线性关系图，选取线性相关性R2大于等于0.8的图所对应的参数作为影响水力压裂改造效果的主控地质因素。
S2、根据找出的影响水力压裂改造效果的主控地质因素将储层划分为不同类型储层；分别对每一类型储层进行如下步骤S21和S22分析：
S21、将每一类型储层中的高产井水力压裂改造后形成的裂缝几何参数作为其他井水力压裂改造的目标；高产井的施工参数作为其他井水力压裂施工参数优化设计参考的基准参数，即水力压裂施工参数“共性”特征。
所述步骤S21具体方法是：将每一类型储层的高产井的液量、砂量除以该高产井改造段的厚度，得到单位厚度上的液量和砂量，即用液强度和用砂强度；将该用液强度和用砂强度作为其他井水力压裂施工参数优化设计参考的基准参数。
S22、同一类型储层之间影响水力压裂改造效果的主控地质因素大小略有差别。采用数值模拟的方式定量获取主控地质因素大小的变化对人工裂缝长度的影响，得到主控地质因素大小的变化与人工裂缝长度大小的变化关系；同时模拟施工参数大小的变化对人工裂缝长度的影响，获取施工参数大小的变化与人工裂缝长度大小的变化关系；最终得到主控地质因素大小变化与施工参数大小变化的关系图版。
经过步骤S21和S22最终得到每一类型储层的基准参数，以及主控地质因素大小变化与施工参数大小变化的关系图版，形成施工参数“个性”优化设计依据。
S3、根据待改造井的储层地质特征确定该井所属的储层类型，然后根据该类型储层对应的主控地质因素大小变化与施工参数大小变化的关系图版结合待改造井的储层地质特征，对该类型储层的基准参数进行精细化调整，最终得到待改造井的水力压裂施工参数。步骤S3具体方法如下：
S31、根据待改造井的储层地质特征确定该井所属的储层类型；
S32、根据该类型储层对应的主控地质因素大小变化与施工参数大小变化的关系图版结合待改造井的储层地质特征，对该类型储层的用液强度进行精细化调整；调整后的用液强度乘以待改造井的改造段厚度即为该井的液量；
S33、用砂强度乘以待改造井的改造段厚度即为该井的砂量。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
本发明设计了一种“共性+个性”的精细化水力压裂施工参数优化方法，该方法原理可靠，操作简单，具有节约时间成本、提高施工参数优化精度的优点，从而为裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计提供有力依据。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是天然裂缝密度与水力压裂改造后的产油气量的线性关系图。
图2是孔隙度与水力压裂改造后的产油气量的线性关系图。
图3是用液强度变化随天然裂缝密度变化、逼近角变化的关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
采用本发明的适用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法的具体案例，其步骤如下：
S1、以某个工区内的已压裂的15口井为分析对象，分析不同单井的储层地质特征和水力压裂改造效果特征，找出影响水力压裂改造效果的主控地质因素。
首先，按无因次储集系数计算公式计算储层的无因次储集系数。
然后，根据测井解释得到储层地质参数，包括：天然裂缝密度、逼近角、孔隙度、渗透率、杨氏模量、泊松比、水平应力差、改造段厚度以及计算得到的无因次储集系数。以这些参数为横坐标，水力压裂改造后的产油气量为纵坐标，分别绘制这些参数与水力压裂改造后的产油气量的线性关系图。9个参数共计得到九个关系图，因为图的数量较多，就不一一列出，这里给出了图1和图2作为示例。图1是天然裂缝密度与水力压裂改造后的产油气量的线性关系图。图2是孔隙度与水力压裂改造后的产油气量的线性关系图。从这九个图中，选取线性相关性R2大于等于0.8的图所对应的参数作为影响水力压裂改造效果的主控地质因素。例如，图1中R2为0.8856，大于0.8，说明天然裂缝密度对水力压裂改造的效果影响较大，因此，天然裂缝密度作为影响水力压裂改造效果的主控地质因素之一。图2中，R2为0.0453，小于0.8，说明孔隙度对水力压裂改造的效果影响较小，因此，孔隙度不能作为影响水力压裂改造效果的主控地质因素。
按照相同方法，最终找到影响压裂改造效果的主控地质因素分别为天然裂缝密度、逼近角、改造段厚度、无因次储集系数(见表1)。
S2、根据影响压裂改造效果的主控地质因素，将储层划分为8大类，分类标准及分类结果见表2。
对每一大类储层进行如下分析：
(1)找到每一大类储层中的高产井，其人工裂缝长度作为同大类储层中其他井压裂改造的目标。将高产井的液量、砂量除以其改造段厚度，得到用液强度和用砂强度，高产井的用液强度和用砂强度作为待改造井水力压裂施工参数优化设计参考的基准参数。
(2)采用能考虑天然裂缝的裂缝扩展数值模拟手段——相场法，参考文献方法(路千里.基于相场法的页岩水力压裂裂缝扩展规律研究[D].西南石油大学，2018)，分析人工裂缝长度与天然裂缝密度、逼近角、用液强度之间的关系。建立用液强度变化随天然裂缝密度变化、逼近角变化的关系图版。例如，图3是第一类储层的用液强度变化随天然裂缝密度变化、逼近角变化的关系。
S3、首先，根据待改造井的储层地质特征确定该井所属的储层类型。然后，利用用液强度变化随天然裂缝密度变化、逼近角变化的关系图版，对用液强度进行精细化调整。精细化调整后的用液强度乘以待改造井的改造段厚度即为优化后的液量。高产井的用砂强度乘以待改造井的改造段厚度即为优化后的砂量。
如表3所示，a井为待改造井，从a井的储层地质特征来看该井属于第一类储层，为此以该类储层中高产井A的人工裂缝长度作为a井的压裂改造目标，以高产井A的施工参数作为a井施工参数优化的基准。相对于高产井A，a井的天然裂缝密度多了0.2条/m，逼近角不变，如图3所示，想要达到与高产井一样的人工裂缝长度，需要将用液强度提高1m3/m，因此调整后，a井的用液强度为20m3/m，由于a井的改造段厚度为40m，因此优化后的总液量为800m3。如表3所示，a井的改造段厚度较A井的厚5m，在用砂强度与A井一样的情况下(1.38m3/m)，a井的加砂量为55m3。由表3可以看出，a井采用该施工参数进行改造后，产气量为43.4万方/天，具有良好的经济效益，说明采用该方法进行裂缝性砂岩厚层的水力压裂施工参数优化设计具有可靠性。
表1、储层地质特征与改造效果的关系
| 类别 | 相关性 | 是否是主控地质因素 |
| 天然裂缝密度、逼近角 | 正相关性 | 是 |
| 孔隙度、渗透率 | 无相关性 | 否 |
| 杨氏模量、泊松比 | 无相关性 | 否 |
| 水平应力差 | 无相关性 | 否 |
| 改造段厚度、无因次储集系数 | 正相关性 | 是 |
表2、储层划分类别表
表3、待改造的a井的储层特征、施工参数优化结果及水力压裂改造效果
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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许更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 (3)
1.一种用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法，其特征在于，步骤如下：
S1、以某个工区内的已压裂的多个单井为分析对象，分析不同单井的储层地质特征和水力压裂改造效果特征，找出影响水力压裂改造效果的主控地质因素；具体包括以下步骤：
S11、计算储层的无因次储集系数
式中：R为储层的无因次储集系数，无量纲；h为测井解释的有效储层厚度，m；H为改造段的厚度，m；
为测井解释的改造段平均孔隙度，％；
S12、根据测井解释得到储层地质参数和计算得到的无因次储集系数，以这些参数为横坐标，水力压裂改造后的产油气量为纵坐标，分别绘制这些参数与水力压裂改造后的产油气量的线性关系图，选取线性相关性R2大于等于0.8的图所对应的参数作为影响水力压裂改造效果的主控地质因素；
S2、根据找出的主控地质因素将储层划分为不同类型储层；分别对每一类型储层进行如下分析：
S21、将每一类型储层中的高产井水力压裂改造后形成的裂缝几何参数作为其他井水力压裂改造的目标；高产井的施工参数作为其他井水力压裂施工参数优化设计参考的基准参数；具体方法是：将每一类型储层的高产井的液量、砂量除以该高产井改造段的厚度，得到单位厚度上的液量和砂量，即用液强度和用砂强度；将该用液强度和用砂强度作为其他井水力压裂施工参数优化设计参考的基准参数；
S22、采用数值模拟的方式定量获取主控地质因素大小的变化与人工裂缝长度大小的变化关系；同时模拟施工参数大小变化对人工裂缝长度的影响，获取施工参数大小变化与人工裂缝长度大小的变化关系；最终得到主控地质因素大小变化与施工参数大小变化的关系图版；
经过步骤S21和S22最终得到每一类型储层的基准参数，以及主控地质因素大小变化与施工参数大小变化的关系图版；
S3、根据待改造井的储层地质特征确定该井所属的储层类型，然后根据该类型储层对应的主控地质因素大小变化与施工参数大小变化的关系图版结合待改造井的储层地质特征，对该类型储层的基准参数进行精细化调整，最终得到待改造井的水力压裂施工参数。
2.如权利要求1所述的用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法，其特征在于，根据测井解释得到储层地质参数包括孔隙度、渗透率、天然裂缝密度、逼近角、水平应力差、杨氏模量、泊松比。
3.如权利要求1所述的用于裂缝性砂岩厚层水力压裂施工参数优化设计的方法，其特征在于，所述步骤S3具体方法如下：
S31、根据待改造井的储层地质特征确定该井所属的储层类型；
S32、根据该类型储层对应的主控地质因素大小变化与施工参数大小变化的关系图版结合待改造井的储层地质特征，对该类型储层的用液强度进行精细化调整；调整后的用液强度乘以待改造井的改造段厚度即为该井的液量；
S33、用砂强度乘以待改造井的改造段厚度即为该井的砂量。
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