一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法与流程

1.本发明属于油气勘探开发技术领域，具体涉及一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法。


背景技术：

2.近年来，致密气藏的勘探开发逐渐受到人们的关注，合理的分段分簇优化设计是确保致密气水平井压裂措施效果的前提。常用方法是依据油藏数值模拟来确定实现经济产量的压裂段数，再结合随钻测井及录井综合解释结果，进行压裂段及射孔簇的划分，但分段及分簇射孔位置是否具备工程条件上的可压性，或者能否通过压裂改造，使各簇裂缝都能正常延伸，提高裂缝复杂度，常用方法欠考虑。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明目的在于提供一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法。
4.本发明所采用的技术方案为：一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，包括步骤：s1、采集致密砂岩储层参数；s2、计算致密砂岩储层的裂缝扩展应力场；对应力场方程式组进行离散化求解，得到不同簇间距下裂缝延伸的长度，作为簇间距下限；s3、计算多裂缝的叠加压降区域场，并进行数值求解，对求解结果的每一簇间距下的裂缝长度进行提取，得到簇间距上限；通过簇间距下限和簇间距上限可得到合理簇间距范围。
5.s4、划分地质试油段，在地质试油段内进行压裂分段；s5、结合合理簇间距范围，根据岩石破裂压力剖面，选择破裂压力处于低位且其与相邻的破裂压力差值小于5mpa的位置确定最优的射孔位置，确定最优簇间距。
6.优选地，步骤s3中根据有效渗流边界理论计算多裂缝的叠加压降区域场。
7.优选地，步骤s4中，以致密砂岩储层的气井轨迹通过的储层特征、岩石矿物组成、自然伽马、全烃显示为基础划分地质试油段；在地质试油段内结合段内各处的含气显示、储层物性、力学性质、固井质量进行压裂分段。
8.本发明的有益效果为：本发明所提供的一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，计算了先开启的裂缝对后续裂缝产生的诱导应力场，以减少裂缝间干扰保障裂缝均匀延伸为准则，确定簇间距下限；并结合天然气在地层内线性流和裂缝内径向流这两种流态，推导出水平井压裂后生产压降场，以生产后减少各裂缝周围压降场阴影重叠区域面积为优化依据，保障各条裂缝动用储层范围最大，以此确定簇间距上限；然后划分地质试油段，在地质试油段内进行压裂分段；最终根据岩石破裂压力剖面，选择破裂压力处于低位且相差不大的位置确
定致密砂岩储层水平井段内多簇射孔最优射孔位置，达到增加射孔簇开启率，有效提高致密气储层改造效果的目的。
附图说明
9.图1是本发明致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法的流程图。
10.图2是本发明横切裂缝（垂直裂缝）沿水平井筒分布图。
11.图3是本发明不同射孔簇间距下的压降漏斗数据提取曲线图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明中的附图，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。
13.应当理解，还应当注意到实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
14.如图1、图2和图3所示，本实施例的一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，包括步骤：s1、裂缝在扩展过程中会改变原始地应力场，扩展裂缝形成的新应力场会对之后各级裂缝形态造成影响，因此先采集致密砂岩储层参数，作为基础数据。
15.s2、根据应力平衡方程、协调方程、连续性方程，利用拉氏变换，结合初始条件和边界条件，计算出砂岩储层裂缝扩展应力场（如下方程式组），再对方程式进行离散化求解，得到不同簇间距下裂缝延伸的长度，作为簇间距下限；叠加方程式如下：p(r,t)=p0+(p
w-p0)g(r,t)，，，，其中，，，，
，l-1
为拉氏反演变换，ξ为多孔介质单位体积液体体积的变化，p0为地层原始压力，pw为井底压力，r为任一点距离井筒的径向距离，t为时间；极坐标系下空隙压力为p(r,t)，径向应力为σ
rr
，切向应力为σ
θθ
，剪切应力为τ
rθ
；h为裂缝高度，σh为水平最大主应力，σh为水平最小主应力，λ为地层流体流度，η为导压系数，rw为井筒半径，θ为井斜角度，k0为任意一点（x0，y0）处渗透率；k1为任意一点（x1，y1）处渗透率，s为拉普拉斯逆变换中的复变量；β为拉普拉斯逆变换常数。
16.s3、假设裂缝垂直于水平井筒，以相同的间距均匀分布，如图2所示，其中2x表示两条裂缝之间的簇间距，单位为m，l表示压裂段段长，单位为m。地层内气体以线性流的方式进入裂缝，然后气体在裂缝内以径向流的方式进入井筒，在水力压裂过程中，压裂液从裂缝面滤失到地层中引起裂缝附近压力增加，孔隙压力的变化将影响水力裂缝周围的应力分布。
17.在确定簇间距下限的基础上还要避免出现对储层的过度改造，因此还需要确定合理的簇间距上限，保证每条裂缝形成的压降漏斗不至于分散隔离。根据有效渗流边界理论计算多裂缝的叠加压降区域场，并进行数值求解，对求解结果的每一簇间距下的裂缝长度进行提取，即把通过前面公式计算出的结果记录在excel表格中，然后作图，得到簇间距上限。簇间距下限和簇间距上限之间的范围即为合理簇间距范围。
18.有效渗流边界理论计算多裂缝的叠加压降区域场的计算模型如下：孔隙压力的变化将影响水力裂缝周围的应力分布。设裂缝半长为lf，裂缝高度为h，在椭圆坐标系中，裂缝周围的点（x，y）表示为：，，其中，η为导压系数，ξ为多孔介质单位体积液体体积的变化；裂缝周围任一点(x，y)处的孔隙压力随时间变化的数学表达式为：，，，，其中，δp（ξ）=δp1（ξ）+δp2（ξ）+δp3（ξ），t为时间，pi为地层压力，λ1、λ2、λ3为经验常数；κ为裂缝中流体流度，k为地层的渗透率，h为裂缝高度，q为通过压力边界的地层流体流量，a0为椭圆坐标系中0时刻对应的短半轴的长度；b0为椭圆坐标系中0时刻对应的长半轴的长度；a1为椭圆坐标系中1时刻对应的短半轴的长度；b1为椭圆坐标系中1时刻对应的短半轴的长度；ξ0为任意一点t0时刻多孔介质单位体积液体体积的变化，ξ1为任意一点t1处多孔
介质单位体积液体体积的变化，ξ2为任意一点t2处多孔介质单位体积液体体积的变化；
△
p1（ξ）为任意一点t1时刻压力变化，
△
p2（ξ）为任意一点t2时刻压力变化，
△
p3（ξ）为任意一点t3时刻压力变化，
△
p（ξ）为任意一点压力变化；储层具有均值特征，渗透率k各向同性。
19.s4、以致密砂岩储层的气井轨迹通过的储层特征、岩石矿物组成、自然伽马、全烃显示为基础划分地质试油段。在地质试油段内结合段内各处的含气显示、储层物性、力学性质、固井质量进行压裂分段，原则上将储层性质相似的划为一段。
20.s5、结合合理簇间距范围，根据岩石破裂压力剖面，选择破裂压力处于低位且其与相邻位置的破裂压力差值相差不大（差值小于5mpa）的位置确定最终的射孔位置，根据上述的簇间距下限和簇间距上限，结合最终的射孔位置，即可确定最优簇间距。
实施例
21.一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，采集到的某地区致密砂岩储层参数如表1所示。
22.表1 某地区致密砂岩储层参数模拟参数单位值孔隙压力mpa20渗透率md0.1模型尺度m1000
×
200液体粘度mpa
·
s10单簇进液流量m32孔隙度%9.8孔隙率/0.12应力夹角
°
90对上述地区致密砂岩储层的应力场，根据步骤s2中的方程式对其进行求解，并对计算结果进行参数提取，结果如表2所示：表2 裂缝长度参数提取结果
23.通过表2中分析可知当簇间距减少到一定程度（12簇/7米间距）之后，通已经段内的缝长开始出现显著差异，表明缝间干扰效应已经开始明显抑制裂缝扩展；另一方面，尽管在簇间距保持5米不变的情况下，增加射孔簇数也会进一步加强缝间干扰，以致多簇裂缝半长为0，代表该射孔簇由于应力干扰过强而不能开启。多簇裂缝起裂应该遵循缝长均匀扩展原则，根据上表显示当簇间距小于7米（100米12簇）之后，裂缝半长差异开始变得明显，因此簇间距下限为7米。
24.根据有效渗流边界理论，进行计算多裂缝的叠加压降区域，建立裂缝形成的压降漏斗分布模型，以各条裂缝所形成的压降漏斗不至于分散隔离为优化目标，对压降漏斗方程进行数值求解，确定簇间距上限，计算结果如图3所示。
25.根据图3可知；当簇间距为5米时，压降场最小值最低，是因为多条裂缝压降场均在中央部位形成叠加。当簇间距增大到12米时，各条裂缝激活的压降场彼此相接并且整体保持在较均统一的数值。当裂缝间距增大到20米时，出现压降场的分离，每条裂缝所激发的最低压力峰值清晰可见，说明裂缝间有未波及到的区域。通过以上分析，确定该地区簇间距上限上限为12米。再结合簇间距下限为7m，得到该井合理簇间距范围设计为7~12m。
26.再结合步骤s4，以井轨迹通过的储层特征、岩石矿物组成、自然伽马、全烃显示为基础划分合理的地质试油段；在地质试油段内结合段内各处的含气显示、储层物性、力学性质、固井质量这四个因素进行压裂分段；划分压裂段后，结合上述确定的合理优簇间距范围7~12m，再根据岩石破裂压力剖面，选择破裂压力处于低位且相差不大的位置进行射孔，以此来确定最终的射孔位置，最终该井射孔位置如表3所述。
27.表3 某地区致密砂岩储层某井水平段（1-5段）射孔位置优化结果表
28.本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，其特征在于，包括步骤：s1、采集致密砂岩储层参数；s2、计算致密砂岩储层的裂缝扩展应力场；对应力场方程式组进行离散化求解，得到不同簇间距下裂缝延伸的长度，作为簇间距下限；s3、计算多裂缝的叠加压降区域场，并进行数值求解，对求解结果的每一簇间距下的裂缝长度进行提取，得到簇间距上限；s4、划分地质试油段，在地质试油段内进行压裂分段；s5、根据岩石破裂压力剖面，选择破裂压力处于低位且其与相邻的破裂压力差值小于5mpa的位置确定最终的射孔位置，确定最优簇间距。2.根据权利要求1所述的致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，其特征在于：步骤s2中的叠加方程式如下：p(r,t)=p0+(p
w-p0)g(r,t)，，，，其中，，，，，l-1
为拉氏反演变换，ξ为多孔介质单位体积液体体积的变化，p0为地层原始压力，p
w
为井底压力，r为任一点距离井筒的径向距离，t为时间；极坐标系下空隙压力为p(r,t)，径向应力为σ
rr
，切向应力为σ
θθ
，剪切应力为τ
rθ
；h为裂缝高度，σ
h
为水平最大主应力，σ
h
为水平最小主应力，λ为地层流体流度，η为导压系数，r
w
为井筒半径，θ为井斜角度，k0为任意一点（x0，y0）处渗透率；k1为任意一点（x1，y1）处渗透率，s为拉普拉斯逆变换中的复变量；β为拉普拉斯逆变换常数。3.根据权利要求1所述的致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，其特征在于：步骤s3中根据有效渗流边界理论计算多裂缝的叠加压降区域场。4.根据权利要求3所述的致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，其特征在于：有效渗流边界理论计算多裂缝的叠加压降区域场的计算模型如下：设裂缝半长为l
f
，裂缝高度为h，在椭圆坐标系中，裂缝周围的点（x，y）表示为：，
，其中，η为导压系数，ξ为多孔介质单位体积液体体积的变化；裂缝周围任一点(x，y)处的孔隙压力随时间变化的数学表达式为：，，，，其中，δp（ξ）=δp1（ξ）+δp2（ξ）+δp3（ξ），t为时间，p
i
为地层压力，λ1、λ2、λ3为经验常数；κ为裂缝中流体流度，k为地层的渗透率，h为裂缝高度，q为通过压力边界的地层流体流量，a0为椭圆坐标系中0时刻对应的短半轴的长度；b0为椭圆坐标系中0时刻对应的长半轴的长度；a1为椭圆坐标系中1时刻对应的短半轴的长度；b1为椭圆坐标系中1时刻对应的短半轴的长度；ξ0为任意一点t0时刻多孔介质单位体积液体体积的变化，ξ1为任意一点t1处多孔介质单位体积液体体积的变化，ξ2为任意一点t2处多孔介质单位体积液体体积的变化；
△
p1（ξ）为任意一点t1时刻压力变化，
△
p2（ξ）为任意一点t2时刻压力变化，
△
p3（ξ）为任意一点t3时刻压力变化，
△
p（ξ）为任意一点压力变化。5.根据权利要求1所述的致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，其特征在于：步骤s4中，以致密砂岩储层的气井轨迹通过的储层特征、岩石矿物组成、自然伽马、全烃显示为基础划分地质试油段。6.根据权利要求1所述的致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，其特征在于：步骤s4中，在地质试油段内结合段内各处的含气显示、储层物性、力学性质、固井质量进行压裂分段。

技术总结
本发明属于油气勘探开发技术领域，公开了一种致密砂岩储层水平井分段压裂簇间距优化方法，包括：采集致密砂岩储层参数；计算裂缝扩展应力场；对应力场方程式组进行离散化求解，得到不同簇间距下裂缝延伸的长度；计算多裂缝的叠加压降区域场，并进行数值求解，对求解结果的每一簇间距下的裂缝长度进行提取，得到簇间距上限；划分地质试油段，在地质试油段内进行压裂分段，划分压裂段后，确定最优簇间距范围；根据岩石破裂压力剖面，确定最终的射孔位置。达到增加射孔簇开启率，有效提高致密气储层改造效果的目的。层改造效果的目的。层改造效果的目的。


技术研发人员：范宇 唐波涛 陈伟华 曾冀 刘飞 周长林 冯星铮 陈飞虎
受保护的技术使用者：四川圣诺油气工程技术服务有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/8/5