本發(fā)明涉及石油工程-油氣田開發(fā)，尤其涉及一種超前蓄能壓裂工藝評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

1、致密油氣等非常規(guī)油氣資源已成為增儲(chǔ)增產(chǎn)的重要方向，但由于致密油氣低孔低滲的特點(diǎn)，一般需要進(jìn)行儲(chǔ)層改造形成裂縫進(jìn)行生產(chǎn)開發(fā)。對(duì)于衰竭式開采油田的中后期或者異常低壓地層，地層能量虧空嚴(yán)重，需進(jìn)行超前蓄能后壓裂。超前蓄能壓裂指在壓裂前注入蓄能介質(zhì)提升地層能量后進(jìn)行壓裂的一種儲(chǔ)層改造工藝，其目的有兩個(gè)，一方面蓄能介質(zhì)提升近井地帶孔隙壓力，降低儲(chǔ)層溫度都可以改變儲(chǔ)層應(yīng)力狀態(tài)，有助于降低壓裂阻力和形成復(fù)雜縫網(wǎng)，增大泄油面積；另一方面，壓裂后儲(chǔ)層中所蓄能量可以作為驅(qū)油動(dòng)力，增產(chǎn)增效。所以，有效地表征增能效果和描述裂縫形態(tài)，準(zhǔn)確量化裂縫復(fù)雜性，建立超前蓄能壓裂工藝效果評(píng)價(jià)方法，為進(jìn)一步指導(dǎo)優(yōu)化超前蓄能壓裂增產(chǎn)作業(yè)具有重要意義。

2、在中國(guó)專利申請(qǐng)文獻(xiàn)cn110439521a中公開了一種超前蓄能壓裂方法。該方法提高近井眼孔隙壓力，對(duì)孔隙微裂縫進(jìn)行擴(kuò)容，降低巖石有效應(yīng)力，達(dá)到超前蓄能、擴(kuò)容目的，使得后期主壓裂儲(chǔ)層破裂壓力更低，縫網(wǎng)密度更大，壓裂液返排更容易，從而大幅提高單井產(chǎn)量。

3、在中國(guó)專利申請(qǐng)文獻(xiàn)cn111257540a中公開了一種評(píng)價(jià)超臨界co2全周期壓裂蓄能返排效果的實(shí)驗(yàn)方法及裝置。該發(fā)明利用所述裝置蓄能系統(tǒng)和返排系統(tǒng)可對(duì)巖心進(jìn)行多模式的蓄能實(shí)驗(yàn)、返排實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以精確評(píng)價(jià)出不同模式的壓裂方式的增能效果以及返排效率。

4、在中國(guó)專利申請(qǐng)文獻(xiàn)cn112459760b中創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了二氧化碳蓄能復(fù)合壓裂實(shí)驗(yàn)裝置。該發(fā)明可評(píng)價(jià)不同相態(tài)下co2與滑溜水不同驅(qū)替方式下，巖心注入和“燜井”過程蓄能效果與返排過程中的流體返排效率的實(shí)驗(yàn)方法，明確了co2不同驅(qū)替方式及驅(qū)替段塞量下的蓄能效果以及返排效率。

5、在中國(guó)專利申請(qǐng)文獻(xiàn)cn110516407b中公開了一種裂縫性儲(chǔ)層水平井段內(nèi)多簇壓裂裂縫復(fù)雜度計(jì)算方法。該發(fā)明基于二維位移不連續(xù)方法，引入了天然裂縫模型和水力裂縫與天然裂縫相互作用準(zhǔn)則，能準(zhǔn)確計(jì)算裂縫性儲(chǔ)層水力壓裂裂縫的幾何形態(tài)，并通過分形維數(shù)來表征壓裂后形成裂縫的復(fù)雜度。

6、在中國(guó)專利申請(qǐng)文獻(xiàn)cn111779477a中公開了一種基于分形理論的水力裂縫復(fù)雜度動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法。該發(fā)明基于事件點(diǎn)數(shù)據(jù)及分形理論，充分考慮壓裂形成的不同等級(jí)裂縫的地位與作用，同時(shí)兼顧整個(gè)裂縫系統(tǒng)的密度特征，可較客觀地表征不同條件下水力裂縫形態(tài)，動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)水力裂縫的復(fù)雜度。

7、現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下不足：

8、1.目前對(duì)于超前蓄能壓裂的評(píng)價(jià)方法主要是通過驅(qū)替的方式模擬蓄能和返排，根據(jù)壓力變化和返排產(chǎn)量評(píng)價(jià)蓄能和返排效果，并不能模擬出真實(shí)的超前蓄能對(duì)儲(chǔ)層應(yīng)力條件改變從而影響壓裂的過程；

9、2.目前對(duì)于裂縫形態(tài)和復(fù)雜、粗糙程度評(píng)價(jià)的定量表征指標(biāo)較少，因此亟需一種在真實(shí)的超前蓄能壓裂工藝中，對(duì)儲(chǔ)層增能效果和裂縫復(fù)雜程度較為全面的評(píng)價(jià)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種超前蓄能壓裂工藝評(píng)價(jià)方法，通過模擬真實(shí)條件超前蓄能后壓裂的實(shí)驗(yàn)方法，基于壓力變化和所蓄液量的增能效果評(píng)價(jià)、破裂壓力評(píng)價(jià)和基于ct掃描后重建的裂縫形態(tài)及復(fù)雜與粗糙程度評(píng)價(jià)對(duì)超前蓄能壓裂工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明的評(píng)價(jià)指標(biāo)更全面、更客觀，模擬了真實(shí)條件超前蓄能后壓裂的實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際。

2、本發(fā)明提供了一種超前蓄能壓裂工藝評(píng)價(jià)方法，通過模擬真實(shí)條件超前蓄能后壓裂的實(shí)驗(yàn)方法，基于壓力變化和所蓄液量的增能效果評(píng)價(jià)、破裂壓力評(píng)價(jià)和基于ct掃描后重建的裂縫形態(tài)及復(fù)雜與粗糙程度評(píng)價(jià)對(duì)超前蓄能壓裂工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)；

3、所述模擬真實(shí)條件超前蓄能后壓裂的實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：

4、步驟一、準(zhǔn)備巖樣：

5、選取目標(biāo)儲(chǔ)層致密巖心作為樣品，進(jìn)行洗油洗鹽烘干，制造儲(chǔ)層油水分布并進(jìn)行固井和密封；

6、步驟二、超前蓄能壓裂實(shí)驗(yàn)：

7、制造實(shí)驗(yàn)環(huán)境，采用isco泵，相同排量采用不同蓄能方式低于破裂壓力注入蓄能介質(zhì)，并燜井第一預(yù)設(shè)時(shí)間使壓力擴(kuò)散，然后繼續(xù)注入壓裂液直至巖樣破裂，此過程中實(shí)時(shí)記錄井底壓力和蓄能液量；

8、步驟三、將壓裂后的樣品進(jìn)行ct掃描；

9、步驟四、計(jì)算增能系數(shù)和壓力擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)行增能效果評(píng)價(jià)；

10、步驟五、根據(jù)監(jiān)測(cè)的井底壓力曲線，獲取破裂壓力，進(jìn)行破裂壓力評(píng)價(jià)；

11、步驟六、重建裂縫三維形態(tài)，根據(jù)裂縫參數(shù)進(jìn)行裂縫形態(tài)、復(fù)雜和粗糙程度評(píng)價(jià)。

12、優(yōu)選地，步驟一包括如下步驟：

13、(1)巖樣制備：取同一區(qū)塊的目標(biāo)儲(chǔ)層致密巖心，將樣品處理成長(zhǎng)方體，在樣品面積最小的表面中心鉆一個(gè)井眼；

14、(2)洗油洗鹽烘干：將巖樣放入巖心籃，使用四氯化碳和乙醇洗油洗鹽至巖心籃中的四氯化碳和乙醇澄清，后烘干至恒重；

15、(3)飽和模擬油：將樣品放置在抽真空加壓飽和儀中，抽真空，注入模擬地層油，加壓至地層壓力，在地層壓力條件下老化預(yù)設(shè)天數(shù)，完成能量傳遞后停止；

16、(4)進(jìn)行固井和密封：在巖心中部預(yù)留一段長(zhǎng)度為l的裸眼段，采用環(huán)氧樹脂粘連模擬井筒，進(jìn)行固井，然后在巖心表面涂上一層有機(jī)灌封膠密封。

17、優(yōu)選地，步驟一中，將樣品制成8cm×8cm×10cm的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方體，在樣品面積最小的表面中心鉆的井眼內(nèi)徑為1.5cm，深度為6.0cm。根據(jù)真三軸壓裂設(shè)備的大小制樣。井眼內(nèi)徑的大小與注入設(shè)備相關(guān)，深度設(shè)置盡量把裸眼段設(shè)置在中間。

18、優(yōu)選地，步驟一中，烘干溫度為100-105℃。

19、優(yōu)選地，步驟一中，烘干溫度為102℃。

20、優(yōu)選地，步驟一中，抽真空24h，老化15d。

21、優(yōu)選地，步驟一中，長(zhǎng)度為l為1-1.5cm，模擬的井筒尺寸外徑為1.3cm，內(nèi)徑為0.6cm，長(zhǎng)度為5.8cm。井筒尺寸根據(jù)井眼尺寸進(jìn)行選擇，井筒外徑與井眼直徑之間要留有固井余地。

22、優(yōu)選地，步驟二包括如下步驟：

23、(1)制備實(shí)驗(yàn)環(huán)境：安裝巖樣，根據(jù)地層三向應(yīng)力給巖樣施加三軸應(yīng)力；將壓裂設(shè)備放置恒溫箱，將恒溫箱的溫度調(diào)至地層溫度；

24、(2)進(jìn)行超前蓄能壓裂：采用isco泵，相同排量采用不同蓄能方式低于破裂壓力注入蓄能介質(zhì)，并蓄能t時(shí)間使壓力擴(kuò)散，然后繼續(xù)注入壓裂液直至巖樣破裂，此過程中使用壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄井底壓力；

25、(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，取出實(shí)驗(yàn)樣品；

26、其中，t為預(yù)設(shè)蓄能時(shí)間，根據(jù)樣品尺寸和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件確定。樣品尺寸越小，悶井時(shí)間越短；巖心孔滲物性越好，悶井時(shí)間越短反之悶井時(shí)間越長(zhǎng)

27、優(yōu)選地，步驟二的(1)中所述壓裂設(shè)備為真三軸壓裂設(shè)備。

28、優(yōu)選地，步驟二的(2)中不同蓄能方式的變量包括不同蓄能時(shí)間和不同蓄能輪次。一次蓄能+悶井等于一輪次，相當(dāng)于是注入的次數(shù)；蓄能時(shí)間就是注入時(shí)間+悶井時(shí)間。

29、優(yōu)選地，步驟二(2)中不同蓄能方式分為兩個(gè)類別，一種是以設(shè)定目標(biāo)壓力為停泵依據(jù)的不同蓄能方式，一種以設(shè)定目標(biāo)液量為停泵依據(jù)的不同蓄能方式。

30、優(yōu)選地，步驟二(2)中以設(shè)定目標(biāo)壓力為停泵依據(jù)的不同蓄能方式包括：

31、方式一：不蓄能，直接不間斷注入壓裂液直至樣品破壞；

32、方式二：蓄能一輪次，一次蓄能至目標(biāo)井底壓力為p時(shí)停泵，記錄所蓄液量，蓄能t時(shí)間；

33、方式三：蓄能一輪次，一次蓄能至目標(biāo)井底壓力為p時(shí)停泵，記錄所蓄液量，蓄能nt時(shí)間；

34、方式四：蓄能n輪次，蓄能一輪次增加井底壓力p/n時(shí)停泵，記錄所蓄液量，蓄能t時(shí)間，共蓄能nt時(shí)間；

35、其中，

36、n為正整數(shù)；

37、p為目標(biāo)井底壓力，低于閉合應(yīng)力；

38、v為目標(biāo)液量。

39、優(yōu)選地，步驟二(2)中以設(shè)定目標(biāo)液量為停泵依據(jù)的不同蓄能方式包括：

40、方式一：不蓄能，直接不間斷注入壓裂液直至樣品破壞；

41、方式二：蓄能一輪次，一次蓄能目標(biāo)液量v時(shí)停泵，記錄所蓄液量，蓄能t時(shí)間；

42、方式三：蓄能一輪次，一次蓄能目標(biāo)液量v時(shí)停泵，記錄所蓄液量，蓄能nt時(shí)間；

43、方式四：蓄能n輪次，蓄能一輪次蓄能t時(shí)間，蓄能一輪次增加液量v/n時(shí)停泵，記錄所蓄液量，蓄能t時(shí)間，共蓄能nt時(shí)間。

44、優(yōu)選地，根據(jù)以設(shè)定目標(biāo)液量為停泵依據(jù)的不同蓄能方式四能夠繪制每次蓄能燜井后壓力保持水平和所蓄總液量的關(guān)系曲線，為類似物性儲(chǔ)層根據(jù)地層虧空程度預(yù)測(cè)需要的蓄能介質(zhì)液量；

45、所述破裂壓力監(jiān)測(cè)是從根據(jù)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)果獲取，當(dāng)樣品破壞至邊界時(shí)井底壓力瞬間降低至至0mpa；

46、所述ct掃描后重建的裂縫復(fù)雜程度評(píng)價(jià)指標(biāo)包括裂縫三維形態(tài)、分形維數(shù)、裂縫寬度分布和標(biāo)準(zhǔn)差以及裂縫面積比等。

47、優(yōu)選地，步驟六中，重建裂縫三維形態(tài)，計(jì)算分形維數(shù)、裂縫寬度分布和標(biāo)準(zhǔn)差以及裂縫面積比，進(jìn)行裂縫形態(tài)、復(fù)雜和粗糙程度評(píng)價(jià)。

48、優(yōu)選地，裂縫的三維形態(tài)重建中的三維形態(tài)提取與圖像處理包括如下步驟：

49、(1)圖像分割：將對(duì)巖樣進(jìn)行ct掃描得到的一系列二維切片組合重建為三維巖石圖像，通過數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)三維巖石圖像進(jìn)行平滑，通過預(yù)設(shè)的灰度值閾值提取裂縫區(qū)域；

50、(2)裂縫數(shù)字化：通過設(shè)置體素(基本元素)的單位長(zhǎng)度s數(shù)字化裂縫；體素大小表示組成圖像的最小元素；

51、(3)裂縫表面提?。翰捎猛瑐惣?xì)化算法從三維二值圖像中提取裂縫表面，在提取裂縫表面后，將提取的裂縫表面應(yīng)用局部厚度濾波，計(jì)算相同對(duì)應(yīng)位置裂縫表面上的基本元素的個(gè)數(shù)，得到裂縫寬度的分布；局部厚度濾波針對(duì)的是寬度，相同對(duì)應(yīng)位置指的是裂縫開裂方向上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)來計(jì)算寬度與裂縫起裂的方向有關(guān)；

52、(4)標(biāo)準(zhǔn)化：通過計(jì)算裂縫表面每個(gè)基本元素的中心點(diǎn)，將裂縫表面的二值圖像轉(zhuǎn)換為點(diǎn)云數(shù)據(jù)集，根據(jù)相鄰點(diǎn)云的位置計(jì)算每個(gè)裂縫點(diǎn)的法向量，在計(jì)算出法向量后，計(jì)算法向量與最大主應(yīng)力方向之間的裂縫偏角。

53、優(yōu)選地，裂縫的三維形態(tài)重建中，在圖像分割中的數(shù)字濾波技術(shù)為傅里葉小波濾波。

54、優(yōu)選地，在裂縫的三維形態(tài)提取與圖像處理步驟(4)中，對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行均勻采樣。

55、優(yōu)選地，分形維數(shù)(fd)的計(jì)算公式如下：

56、

57、其中，

58、h表示基本元素大?。换驹貫楹凶踊蛄⒎襟w；

59、nh表示覆蓋裂縫所需的基本元素個(gè)數(shù)。

60、優(yōu)選地，分形維數(shù)采用盒計(jì)數(shù)法計(jì)算，即通過改變基本元素h的大小，來計(jì)算覆蓋裂縫所需不同基本元素個(gè)數(shù)nh，在雙對(duì)數(shù)圖中繪制nh和h的關(guān)系，fd導(dǎo)出為直線的斜率。

61、優(yōu)選地，裂縫寬度w計(jì)算公式如下：

62、w＝s*ni

63、其中，

64、ni表示在相同對(duì)應(yīng)位置裂縫寬度上的基本元素個(gè)數(shù)；

65、優(yōu)選地，得到不同位置裂縫寬度后，相應(yīng)地能夠得到裂縫寬度的最大值、最小值和平均值，用于表征裂縫屬性；

66、優(yōu)選的，裂縫寬度標(biāo)準(zhǔn)差sd是一個(gè)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)，用來評(píng)價(jià)裂縫寬度對(duì)平均值的偏離程度。低sd值表明裂縫分布接近平均值，高sd值表明裂縫寬度變化范圍較大，可以用來評(píng)價(jià)裂縫的粗糙度。裂縫寬度標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式如下：

67、

68、其中，

69、n表示裂縫寬度統(tǒng)計(jì)數(shù)；

70、wi表示各統(tǒng)計(jì)點(diǎn)的寬度；

71、w表示各統(tǒng)計(jì)點(diǎn)寬度的平均值；

72、優(yōu)選地，面積比ar表示實(shí)際裂縫面積sf與投影面積sp的比值。

73、ar＝sf/sp

74、其中，

75、投影面積sp為巖樣橫截面積減去鉆孔面積；

76、優(yōu)選地，實(shí)際裂縫面積sf由以下方法計(jì)算：

77、sf＝nf*s0

78、其中，

79、nf表示裂縫表面的基本元素個(gè)數(shù)；

80、s0＝s2；

81、優(yōu)選地，還包括步驟七，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，選擇蓄能方式。

82、優(yōu)選地，步驟二(2)中isco泵進(jìn)行恒定排量注入，并且實(shí)時(shí)記錄注入液量。

83、與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)比，本發(fā)明的有益效果如下：

84、(1)本發(fā)明采用了低于破裂壓力注入蓄能介質(zhì)的蓄能方式，能夠在模擬真實(shí)條件超前蓄能后壓裂的實(shí)驗(yàn)過程中結(jié)果更真實(shí)，符合實(shí)際情況。

85、(2)本發(fā)明通過綜合增能效果、破裂壓力、裂縫形態(tài)和粗糙復(fù)雜程度，在超前蓄能壓裂實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了真實(shí)模擬基礎(chǔ)上，全面評(píng)價(jià)超前蓄能壓裂工藝效果，為優(yōu)選包括蓄能時(shí)間和蓄能輪次的超前蓄能方式，增產(chǎn)增效，提供有力技術(shù)支撐。