制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法和壓裂水平井井網(wǎng)模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法和壓裂水平井井網(wǎng)模型。該方法包括如下步驟：從天然露頭巖心中選取巖心；將所選取的巖心切割成預(yù)先設(shè)計的形狀，在巖心上布置直井和水平井；在巖心上形成裂縫；向裂縫中填入具有根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力確定的滲透率的人造巖心；向水平井中填入具有根據(jù)水平井壓降確定的滲透率的人造巖心。
【專利說明】 制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法和壓裂水平井井網(wǎng)模型
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法和壓裂水平井井網(wǎng)模型，尤其涉及制作低滲透儲層壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法和壓裂水平井井網(wǎng)模型。
【背景技術(shù)】
[0002]水平井作為油氣田開發(fā)的一項先進(jìn)技術(shù)，已應(yīng)用到了包括邊底水油藏、稠油油藏、裂縫性油藏、低滲透油藏、天然氣藏等幾乎所有類型油氣藏，成為提高油田開發(fā)效益，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式的重要手段之一。
[0003]在水平井的開發(fā)研究中，一個重要途徑是物理模擬。物理模擬可以用來再現(xiàn)油藏流體在巖石中的滲流規(guī)律，研究各種驅(qū)動現(xiàn)象和機(jī)理，指導(dǎo)油田開發(fā)方案的設(shè)計和優(yōu)選，對于提高石油采收率具有重大的意義。和現(xiàn)場實驗相比，物理模擬具有費用低、耗時短、易操作等優(yōu)點。
[0004]目前壓裂水平井井網(wǎng)的物理模擬的方法主要有:填砂模型，水平井電模擬。填砂模型中，用由石英砂制成的人造巖心模擬基質(zhì)，用切割縫填充該人造巖心模擬裂縫，用金屬管或切割空槽模擬水平井。用由石英砂制成人造巖心模擬基質(zhì)時，由于人工填充的巖心無法達(dá)到天然巖心的壓實程度，用于模擬低滲透儲層時，無法達(dá)到天然巖心的低滲透率，而且孔隙結(jié)構(gòu)也和天然巖心不同，粘土礦物含量這一因素在填砂模型中根本無法考慮。這就造成填砂模型在基質(zhì)孔喉結(jié)構(gòu)、非線性、敏感性等方面無法做到與原型相似，尤其是在模擬低滲透儲層時，存在很大問題。用切割縫填充石英砂制成的人造巖心模擬裂縫時，尚沒有考慮過裂縫導(dǎo)流能力與原型的相似。在用金屬管或切割空槽模擬水平井時，都將水平井考慮成有無限導(dǎo)流能力的線匯，沒有考慮水平井井筒內(nèi)的壓力損失。這些問題導(dǎo)致用填砂模型模擬壓裂水平井井網(wǎng)時，無法做到模型與原型的相似，導(dǎo)致實驗結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0005]水平井電模擬中，用電解質(zhì)溶液模擬基質(zhì)，用導(dǎo)體薄片模擬裂縫，用導(dǎo)線模擬水平井。用電解質(zhì)溶液模擬基質(zhì)，所用介質(zhì)是均勻的，電荷分布也是均勻的，且試驗中電流在瞬間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此電模擬實驗所模擬的過程是均質(zhì)地層中單相液體穩(wěn)定滲流過程，不能對復(fù)雜地層中滲流，非穩(wěn)態(tài)滲流，多相液體滲流等水平井開發(fā)過程進(jìn)行有效地模擬，而且還會受到電解效應(yīng)的影響，而且由于自身結(jié)構(gòu)影響，也無法模擬水平井筒內(nèi)壓降損失對產(chǎn)能的影響。
[0006]由于以上原因，需要發(fā)明一種全新的制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法，壓裂水平井井網(wǎng)物理模型，使之能夠做到模型與原型盡可能的相似，達(dá)到提高實驗準(zhǔn)確度，指導(dǎo)現(xiàn)場開發(fā)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]目前現(xiàn)有的壓裂水平井井網(wǎng)物理模擬系統(tǒng)沒有考慮裂縫導(dǎo)流能力和水平井壓降損失對實驗的影響，并且很難模擬低滲透儲層的孔滲特征、非線性特征和敏感性特征。
[0008]本發(fā)明主要針對以上問題進(jìn)行設(shè)計，本發(fā)明的目的在于，提供一種制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法和壓裂水平井井網(wǎng)模型，使得能夠?qū)崿F(xiàn)裂縫導(dǎo)流能力和水平井壓降損失與原型相似。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法和壓裂水平井井網(wǎng)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)孔滲特征、非線性特征和敏感性特征等與原型相似。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法，包括如下步驟:從天然露頭巖心中選取巖心；將所選取的巖心切割成預(yù)先設(shè)計的形狀，在巖心上布置直井和水平井；在巖心上形成裂縫；向裂縫中填入具有根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力確定的滲透率的人造巖心；向水平井中填入具有根據(jù)水平井壓降確定的滲透率的人造巖心。
[0011 ] 在上述方法中，在選取巖心的步驟中，進(jìn)行如下處理:對天然露頭平板巖心進(jìn)行孔隙度測試、滲透率測試、非線性測試、粘土含量步驟、孔喉結(jié)構(gòu)測試中的至少一項，并分析其非均質(zhì)性、非線性滲流曲線、啟動壓力梯度、應(yīng)力敏感性特征，從而選取與研究目標(biāo)相似程度最聞的巖心。
[0012]在上述方法中，所述選取巖心的步驟包括:選取矩形天然露頭平板巖心，從天然露頭平板巖心上四角的x、y方向分別取一塊小巖心柱，共計8塊；對每塊小巖心柱進(jìn)行孔隙度和空氣滲透率的測試，并分析天然露頭平板巖心的非均質(zhì)性；對小巖心柱進(jìn)行非線性滲流測試；對小巖心柱進(jìn)行粘土礦物含量測試；對小巖心柱進(jìn)行恒速壓汞實驗，分析其孔喉結(jié)構(gòu)；根據(jù)以上測試中得到的測試數(shù)據(jù)，選取巖心。
[0013]在上述方法中，當(dāng)研究對象為現(xiàn)場實際井網(wǎng)時，將以上測試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場巖心的測試數(shù)據(jù)相比較，選擇相似程度最高的巖心。
[0014]在上述方法中，在向裂縫中填充人造巖心的步驟中，根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力公式計算出要向裂縫內(nèi)填充的人造巖心的所需滲透率，選擇滲透率與計算出的所述所需滲透率最接近的人造巖心的配方，按照所選擇的配方配制人造巖心而填充到裂縫中。
[0015]在上述方法中，在向水平井中填充人造巖心的步驟中，根據(jù)水平井壓降公式計算出要向水平井內(nèi)填充的人造巖心的所需滲透率，選擇滲透率與計算出的所述所需滲透率最接近的人造巖心的配方，按照所選擇的配方配制人造巖心而填充到水平井中。
[0016]在上述方法中，供選擇的人造巖心的配方的滲透率，通過預(yù)先測量不同目數(shù)的石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精混合所制成的人造巖心的滲透率而得到。
[0017]在上述方法中，在選擇人造巖心的配方時參照預(yù)先繪制的滲透率與石英砂目數(shù)之間的關(guān)系曲線，該關(guān)系曲線是在石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比為預(yù)定體積比的情況下繪制的關(guān)系曲線。
[0018]另外，本發(fā)明還提供一種用上述各方法制成的壓裂水平井井網(wǎng)模型。
[0019]本發(fā)明通過測量不同的石英砂與環(huán)氧樹脂、酒精配比所制成的人造巖心的滲透率，根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力公式及水平井壓力分布公式，確定出裂縫及水平井內(nèi)填充人造巖心所需的滲透率，因此能夠?qū)崿F(xiàn)裂縫導(dǎo)流能力和水平井壓降損失與原型相似。并且，通過使用天然露頭巖心，根據(jù)相似原理確定出模型的幾何尺寸、孔隙度、滲透率、孔喉結(jié)構(gòu)、飽和度、非線性滲流規(guī)律、粘土礦物含量等參數(shù)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)孔滲特征、非線性特征和敏感性特征等與原型相似。通過以上措施，提高了模型與原型的相似程度，保證了實驗過程與現(xiàn)場的相似性，進(jìn)而提高了壓裂水平井井網(wǎng)物理模擬實驗的準(zhǔn)確性，能夠更好的指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。[0020]本發(fā)明可以有效的模擬低滲透儲層，更準(zhǔn)確的描述水平井及裂縫，增強(qiáng)了實驗的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的壓裂水平井井網(wǎng)物理模擬方法的流程圖。
[0022]圖2是平板露頭小巖心鉆取位置示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。
[0024]以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。以下的詳細(xì)說明作為一例包含特定的詳細(xì)內(nèi)容。顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解即使在以下的詳細(xì)內(nèi)容中增加各種變化或變更，增加該變化或變更后的內(nèi)容也不超出本發(fā)明的范圍。因此，以下說明的各種實施方式?jīng)]有失去請求權(quán)利的發(fā)明的一般性,另外也沒有對請求權(quán)利的發(fā)明施加任何限定。
[0025]如圖1所述，本發(fā)明的制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法，主要包括如下步驟:
[0026]從天然露頭巖心中選取巖心；
[0027]將所選取的巖心切割成預(yù)先設(shè)計的形狀；
[0028]在巖心上布置直井和水平井；
[0029]在巖心上形成裂縫；
[0030]向裂縫中填入具有根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力確定的滲透率的人造巖心；
[0031]向水平井中填入具有根據(jù)水平井壓降確定的滲透率的人造巖心。
[0032]下面具體說明各步驟的處理。
[0033]1.從天然露頭巖心中選取巖心的步驟
[0034]對天然露頭平板巖心進(jìn)行孔隙度測試、滲透率測試、非線性測試、粘土含量步驟、孔喉結(jié)構(gòu)測試中的至少一項，并分析其非均質(zhì)性、非線性滲流曲線、啟動壓力梯度、應(yīng)力敏感性特征，從而選取與研究目標(biāo)相似程度最高的巖心。
[0035]具體而言，選取矩形天然露頭平板巖心，從天然露頭平板巖心上四角的X、y方向分別取一塊小巖心柱，共計8塊，如圖2所示；對每塊小巖心柱進(jìn)行孔隙度和空氣滲透率的測試，并分析天然露頭平板巖心的非均質(zhì)性；對小巖心柱進(jìn)行非線性滲流測試；對小巖心柱進(jìn)行粘土礦物含量測試；對小巖心柱進(jìn)行恒速壓汞實驗，分析其孔喉結(jié)構(gòu)；根據(jù)以上測試數(shù)據(jù)，選取研究所需的巖心，當(dāng)研究對象為現(xiàn)場實際井網(wǎng)時，將以上測試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場巖心的測試數(shù)據(jù)相比較，選擇相似程度最高的巖心。
[0036]2.將所選取的巖心切割成預(yù)先設(shè)計的形狀的步驟
[0037]根據(jù)研究需要設(shè)計水平井井網(wǎng)，研究對象為現(xiàn)場實際井網(wǎng)時，根據(jù)原型井網(wǎng)按幾何相似設(shè)計模型井網(wǎng)，當(dāng)井網(wǎng)較規(guī)則時，可選取原井網(wǎng)的1/2或1/4單元作為研究對象；根據(jù)選出研究需要的巖心，根據(jù)設(shè)計的井網(wǎng)將巖心切割成所需的形狀。
[0038]3.在巖心上布置直井和水平井的步驟
[0039]在巖心上布置直井和水平井的步驟中，巖心厚度不可小于20mm，否則不利于模型制作。用直徑為4mm的鉆頭鉆取直井，鉆進(jìn)深度為模型厚度減去5mm，研究對象為現(xiàn)場實際井網(wǎng)時，根據(jù)原型按幾何相似設(shè)計直井深度，當(dāng)原型中的直井貫穿整個儲層時，深度則為模型厚度減去5mm ;用厚度為2mm的圓鋸切割水平井，切割深度為7mm，水平井在井網(wǎng)邊緣時，在模型側(cè)面中間位置切割，水平井在井網(wǎng)中間時，在模型頂面切割，切割后邊緣的弧形部分，須用電鉆修整成矩形；用直徑為4mm的鉆頭在水平井出口處鉆取水平井垂直段，水平井在模型邊緣時，使垂直段與水平段溝通即可，水平井在模型中間時，鉆進(jìn)深度為7_。
[0040]以上所述的巖心厚度、鉆頭的直徑、鉆進(jìn)深度、圓鋸厚度、切割深度等的數(shù)值僅為一例，當(dāng)然也可以采用其他的巖心厚度、鉆頭的直徑、鉆進(jìn)深度、圓鋸厚度、切割深度等。
[0041]4.在巖心上形成裂縫的步驟
[0042]根據(jù)研究需要設(shè)計裂縫位置、角度和長度，研究對象為現(xiàn)場實際井網(wǎng)時，根據(jù)原型按幾何相似設(shè)計裂縫的位置、角度和長度；用厚度為2_的圓鋸切割裂縫，切割深度可根據(jù)研究需要自行設(shè)計，也可貫穿整個儲層，切割后邊緣的弧形部分，須用電鉆修整成矩形。
[0043]這里的圓鋸厚度2_僅為一個例子，也可以根據(jù)需要采用其他厚度。
[0044]5.向裂縫中填入具有根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力確定的滲透率的人造巖心的步驟
[0045]在向裂縫中填充人造巖心的步驟中，根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力公式計算出要向裂縫內(nèi)填充的人造巖心的所需滲透率，選擇滲透率與計算出的所述所需滲透率最接近的人造巖心的配方，按照所選擇的配方配制人造巖心而填充到裂縫中。
[0046]這里，供選擇的人造巖心的配方的滲透率是通過按不同目數(shù)的石英砂、環(huán)氧樹月旨、酒精的配比制成人造巖心，并對該人造巖心的滲透率進(jìn)行測量而得到的。人造巖心的配方是指制成人造巖心的不同目數(shù)的石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比。該體積比可以是20:1: 1，也可以根據(jù)需要設(shè)為其他比例。
[0047]另外，為了清楚地表明石英砂目數(shù)與滲透率的關(guān)系，可以在測量人造巖心的滲透率后，在石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比為預(yù)定體積比時，繪制石英砂目數(shù)與滲透率關(guān)系曲線。在選擇人造巖心的配方時參照預(yù)先繪制的滲透率與石英砂目數(shù)之間的關(guān)系曲線，該關(guān)系曲線是在石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比為預(yù)定體積比的情況下繪制的關(guān)系曲線。當(dāng)然，還可以通過其他方式選擇人造巖心的配方，例如將石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比、石英砂目數(shù)、滲透率做成表，參照該表來選擇人造巖心的配方等。只要根據(jù)滲透率與人造巖心的配方之間的關(guān)系來確定人造巖心的配方即可。
[0048]所述裂縫無因次導(dǎo)流能力公式為:
[0049]Cf = kfb/kFL
[0050]式中:Cf為裂縫無因次導(dǎo)流能力，無因次；kf為裂縫滲透率，單位為10_3ym2;b為裂縫寬度，單位為m ；kF為巖石基質(zhì)滲透率,單位為10_3 μ m2 ；L為裂縫長度,單位為m。
[0051 ] 這里，Cf是水平井現(xiàn)場測量的量，巖石基質(zhì)滲透率kF和裂縫長度L為已知的量。根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力公式求出裂縫滲透率，即裂縫內(nèi)填充人造巖心所需的滲透率。
[0052]6.向水平井中填入具有根據(jù)水平井壓降確定的滲透率的人造巖心的步驟
[0053]在向水平井中填充人造巖心的步驟中，根據(jù)水平井壓降公式計算出要向水平井內(nèi)填充的人造巖心的所需滲透率，選擇滲透率與計算出的所述所需滲透率最接近的人造巖心的配方，按照所選擇的配方配制人造巖心而填充到水平井中。
[0054]這里，供選擇的人造巖心的配方的滲透率是通過按不同目數(shù)的石英砂、環(huán)氧樹月旨、酒精的配比制成人造巖心，并對該人造巖心的滲透率進(jìn)行測量而得到的。人造巖心的配方是指制成人造巖心的不同目數(shù)的石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比。該體積比可以是20:1: 1，也可以根據(jù)需要設(shè)為其他比例。
[0055]另外，為了清楚地表明石英砂目數(shù)與滲透率的關(guān)系，可以在測量人造巖心的滲透率后，在石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比為預(yù)定體積比時，繪制石英砂目數(shù)與滲透率關(guān)系曲線。在選擇人造巖心的配方時參照預(yù)先繪制的滲透率與石英砂目數(shù)之間的關(guān)系曲線，該關(guān)系曲線是在石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比為預(yù)定體積比的情況下繪制的關(guān)系曲線。當(dāng)然，還可以通過其他方式選擇人造巖心的配方，例如將石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比、石英砂目數(shù)、滲透率做成表，參照該表來選擇人造巖心的配方等。只要根據(jù)滲透率與人造巖心的配方之間的關(guān)系來確定人造巖心的配方即可。
[0056]已知有多種水平井壓降公式，本發(fā)明中采用如下水平井壓降公式:
[0057]對于N條水力壓裂裂縫，計算時將水平井分為N-1段(當(dāng)N=I時只考慮摩擦壓降)。對于第j段，由于管流引起的摩擦壓降為:
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種制作壓裂水平井井網(wǎng)模型的方法，該方法包括如下步驟: 從天然露頭巖心中選取巖心； 將所選取的巖心切割成預(yù)先設(shè)計的形狀， 在巖心上布置直井和水平井； 在巖心上形成裂縫； 向裂縫中填入具有根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力確定的滲透率的人造巖心； 向水平井中填入具有根據(jù)水平井壓降確定的滲透率的人造巖心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 在選取巖心的步驟中，進(jìn)行如下處理: 對天然露頭平板巖心進(jìn)行孔隙度測試、滲透率測試、非線性測試、粘土含量步驟、孔喉結(jié)構(gòu)測試中的至少一項，并分析其非均質(zhì)性、非線性滲流曲線、啟動壓力梯度、應(yīng)力敏感性特征，從而選取與研究目標(biāo)相似程度最高的巖心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中， 所述選取巖心的步驟包括: 選取矩形天然露頭平板巖心，從天然露頭平板巖心上四角的X、y方向分別取一塊小巖心柱，共計8塊； 對每塊小巖心柱進(jìn)行孔隙度和空氣滲透率的測試，并分析天然露頭平板巖心的非均質(zhì)性； 對小巖心柱進(jìn)行非線性滲流測試； 對小巖心柱進(jìn)行粘土礦物含量測試； 對小巖心柱進(jìn)行恒速壓汞實驗，分析其孔喉結(jié)構(gòu)； 根據(jù)以上測試中得到的測試數(shù)據(jù)，選取巖心。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中， 當(dāng)研究對象為現(xiàn)場實際井網(wǎng)時，將以上測試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場巖心的測試數(shù)據(jù)相比較，選擇相似程度最高的巖心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 在向裂縫中填充人造巖心的步驟中，根據(jù)裂縫無因次導(dǎo)流能力公式計算出要向裂縫內(nèi)填充的人造巖心的所需滲透率，選擇滲透率與計算出的所述所需滲透率最接近的人造巖心的配方，按照所選擇的配方配制人造巖心而填充到裂縫中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 在向水平井中填充人造巖心的步驟中，根據(jù)水平井壓降公式計算出要向水平井內(nèi)填充的人造巖心的所需滲透率，選擇滲透率與計算出的所述所需滲透率最接近的人造巖心的配方，按照所選擇的配方配制人造巖心而填充到水平井中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中， 供選擇的人造巖心的配方的滲透率，通過預(yù)先測量不同目數(shù)的石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精混合所制成的人造巖心的滲透率而得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中， 在選擇人造巖心的配方時參照預(yù)先繪制的滲透率與石英砂目數(shù)之間的關(guān)系曲線，該關(guān)系曲線是在石英砂、環(huán)氧樹脂、酒精的體積比為預(yù)定體積比的情況下繪制的關(guān)系曲線。
9.一種用 權(quán)利要求1-8的任意一項所述的方法制成的壓裂水平井井網(wǎng)模型。
【文檔編號】E21B43/26GK103452543SQ201310378745
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】劉學(xué)偉, 馮騁, 滕起, 楊正明, 熊生春, 王學(xué)武, 張亞蒲, 何英, 駱雨田 申請人:中國石油天然氣股份有限公司