一種直井分層壓裂層段優(yōu)選及施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種直井分層壓裂層段優(yōu)選及施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，適用于石油天 然氣開發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著非常規(guī)油氣資源的大力開發(fā)，油氣儲(chǔ)層層間差異大的矛盾越來越制約油氣藏 縱向?qū)娱g的平衡。針對(duì)小層多，易串層，物性、厚度差異大等特征儲(chǔ)層，籠統(tǒng)壓裂極易壓開兩 相鄰儲(chǔ)層間的隔層，使得支撐劑顆粒主要鋪置在下層儲(chǔ)層和隔層內(nèi)，而上層儲(chǔ)層則難W得 到有效支撐，從而不能充分發(fā)揮上層儲(chǔ)層的生產(chǎn)能力，不能很好地達(dá)到壓裂的預(yù)期目的。為 了緩解層間矛盾，實(shí)現(xiàn)油氣田長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)、高效開發(fā)，提高最終采收率，必須實(shí)施分層壓裂工 藝，分層治理。分層壓裂能否取得良好效果的關(guān)鍵在于壓裂施工時(shí)水力裂縫延伸高度能否 得到有效的控制，防止串到相鄰的儲(chǔ)隔層，提高支撐劑在儲(chǔ)層內(nèi)部更為有效的鋪置，分層壓 裂施工才能達(dá)到預(yù)期的效果。分層壓裂層間距較小或施工排量較大，都易導(dǎo)致隔層被壓穿， 因此，分層壓裂層間距及施工參數(shù)的優(yōu)化對(duì)縫高的控制顯得尤為重要，也是分層壓裂選井 選層及優(yōu)化設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和關(guān)鍵（郭彪，侯吉瑞，趙鳳蘭.分層壓裂工藝應(yīng)用現(xiàn)狀[J].江 漢石油科技，2009, 02:36-38)。
[0003] 分層壓裂時(shí)，先起裂裂縫對(duì)后起裂裂縫存在明顯的應(yīng)力干擾，相關(guān)學(xué)者對(duì)裂縫間 應(yīng)力干擾的問題進(jìn)行了大量的研究，楊麗娜、陳勉將復(fù)變函數(shù)理論與位錯(cuò)理論相結(jié)合，在考 慮了裂縫表面有流體壓力作用且裂縫間存在相互干擾的情況下，建立了無限大介質(zhì)中裂尖 應(yīng)力強(qiáng)度因子的數(shù)學(xué)模型，得到裂尖強(qiáng)度因子及轉(zhuǎn)角，并對(duì)水力壓裂中多裂縫間的相互干 擾進(jìn)行力學(xué)分析。張勁等人運(yùn)用有限元方法，建立二維直井多水平裂縫有限元模型，對(duì)水 平多縫間的相互干擾進(jìn)行了研究，得出了水平縫之間相互干擾的規(guī)律，認(rèn)為裂縫間距越小、 層數(shù)越多則相互干擾越大，為油田薄差油層的改造提供了一定理論依據(jù)。汪玉梅對(duì)低滲透 薄互儲(chǔ)層水平縫縫間干擾規(guī)律進(jìn)行了研究，給出了 3~7條水平縫相互影響時(shí)的擴(kuò)展規(guī)律。 西南石油大學(xué)路千里等運(yùn)用有限元方法，分析水平井分段壓裂時(shí)，每簇裂縫間的應(yīng)力干擾， 優(yōu)化水平井射孔間距。王伯軍、張±誠(chéng)等運(yùn)用位移不連續(xù)法，建立二維斜井縫間干擾數(shù)學(xué)模 型，在裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則上運(yùn)用了修正的能量釋放率準(zhǔn)則（G準(zhǔn)則）一一F準(zhǔn)則，分析不同裂縫 縫長(zhǎng)和不同裂縫分布等對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響規(guī)律。連志龍?jiān)谇叭嘶A(chǔ)上，運(yùn)用流固禪合非線 性有限元方法，建立油井水平裂縫分層壓裂二維模型，模擬了薄差油層水平多縫擴(kuò)展過程 的相互干擾規(guī)律，考慮縫內(nèi)壓降及滲流場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)禪合作用，重點(diǎn)研究了隔層厚度和裂縫條 數(shù)對(duì)裂縫擴(kuò)展的干擾，提出了控制縫間干擾的方法。彪仿俊用流固禪合非線性有限元方法， 建立了油井水平裂縫分層壓裂的=維計(jì)算模型，直接按照實(shí)際施工的累注程序施加流體荷 載，計(jì)算得到了分層壓裂的壓力、裂縫形態(tài)W及壓后的產(chǎn)能，對(duì)分層壓裂W及水平裂縫的干 擾問題進(jìn)行了研究（彪仿俊.水力壓裂水平裂縫擴(kuò)展的數(shù)值模擬研究巧].中國(guó)科學(xué)技術(shù) 大學(xué)，2011)。
[0004] 目前，對(duì)于裂縫間多縫干擾的研究主要集中在水平井垂直縫的縫間干擾研究W及 直井水平縫的縫間干擾研究，然而對(duì)于直井或斜井垂直縫的多縫干擾研究較少，比如對(duì)于 直井分層壓裂，前次壓裂垂直縫對(duì)后壓裂垂直縫縫高增長(zhǎng)的影響等尚未見文章對(duì)其進(jìn)行分 析。
[0005] 發(fā)明目的
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種直井分層壓裂層段優(yōu)選及施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。針 對(duì)小層多，易串層，物性、厚度差異大等特征儲(chǔ)層，解決籠統(tǒng)壓裂極易壓開兩相鄰儲(chǔ)層間的 隔層的問題，避免上下相鄰儲(chǔ)層水力裂縫的串通使得支撐劑顆粒均勻的鋪置在上下相鄰儲(chǔ) 層內(nèi)，W提高壓裂效果，最大化地發(fā)揮各層段的生產(chǎn)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種直井分層壓裂層段優(yōu)選及施工參 數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，它包括W下步驟：
[000引 （1)考慮壓裂液在水力裂縫內(nèi)的徑向流動(dòng)和法向?yàn)V失，建立一種滲流-應(yīng)力-斷裂 損傷禪合的裂縫起裂及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展計(jì)算方法；
[0009] 似W油氣藏地質(zhì)特征為基礎(chǔ)，鉆井、錄井、測(cè)井、測(cè)試及地震資料為重要依據(jù)，結(jié) 合儲(chǔ)層砂體展布、地層分層、儲(chǔ)層物性、電性、地應(yīng)力等特征，初步確定壓裂選層方案；
[0010] (3)結(jié)合地層分層特征和所述步驟（2)中初步確定的壓裂選層方案，建立儲(chǔ)層水 力壓裂裂縫起裂與動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的滲流-應(yīng)力-斷裂損傷禪合模型，采用所述步驟（1)中建立 的裂縫起裂及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展計(jì)算方法，計(jì)算不同施工參數(shù)下第一層壓裂時(shí)（分層壓裂采用從下 到上的壓裂順序，從下到上的壓裂層段分別為第一層，第二層，第=層等）裂縫擴(kuò)展形態(tài)， 根據(jù)裂縫最佳形態(tài)優(yōu)選施工參數(shù)；
[0011] (4)考慮先起裂裂縫對(duì)后起裂裂縫存在的應(yīng)力干擾，限制第一層水力裂縫兩裂縫 面的位移，采用所述步驟（3)第一層壓裂時(shí)優(yōu)選的施工參數(shù)，計(jì)算第二層壓裂時(shí)裂縫擴(kuò)展 形態(tài)；
[0012] (5)根據(jù)所述步驟（3)、（4)的方法，采用所述步驟（3)優(yōu)化的施工參數(shù)，計(jì)算不同 隔層厚度下，下層和上層裂縫先后起裂時(shí)裂縫的擴(kuò)展形態(tài)；W上下層裂縫不串通為判斷標(biāo) 準(zhǔn)，確定直井分層壓裂隔層起有效阻擋作用的最小厚度；
[0013] (6)根據(jù)儲(chǔ)層實(shí)際情況，確定最終的壓裂層段，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件和施工工藝特 征，各層段采用相同的壓裂液粘度，進(jìn)一步優(yōu)化第二層壓裂施工參數(shù)，W確保第二層中水力 裂縫主要在其內(nèi)部擴(kuò)展。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)包括：
[0015]考慮儲(chǔ)層巖石在水力壓裂過程中的滲流-應(yīng)力禪合，W及壓裂液在裂縫內(nèi)的徑向 流動(dòng)和法向?yàn)V失，再根據(jù)斷裂與損傷力學(xué)理論確定裂縫的起裂及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展準(zhǔn)則，采用有限 元、離散元、邊界元或位移不連續(xù)等方法，建立基于滲流-應(yīng)力-斷裂損傷禪合的裂縫起裂 及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展計(jì)算方法；
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)包括：
[0017]根據(jù)油氣藏地質(zhì)特征資料，評(píng)價(jià)含油氣砂體平面展布情況W及含油氣層段儲(chǔ)層厚 度，通過層間資料，分析地層小層劃分情況W及層間地應(yīng)力分布情況，確定地層分層特征， 依據(jù)鉆井、錄井資料W及測(cè)井獲得的儲(chǔ)層特征及含油氣性相關(guān)評(píng)價(jià)資料，分析儲(chǔ)層段巖性、 厚度及泥質(zhì)含量、含油氣性，同時(shí)獲得儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率、含水飽和度等參數(shù)，考慮分層 壓裂水力裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展W及分層壓裂施工工藝特征，初步確定壓裂選層方案；
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)包括：
[0019] 根據(jù)地層的分層特征和所述步驟（2)中初步確定的壓裂選層方案，建立儲(chǔ)層水力 壓裂裂縫起裂與動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的滲流-應(yīng)力-斷裂損傷禪合模型，采用所述步驟（1)中建立的 裂縫起裂及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展計(jì)算方法，計(jì)算不同施工參數(shù)下分層壓裂第一層壓裂時(shí)水力裂縫擴(kuò)展 形態(tài)，W水力裂縫主要在儲(chǔ)層內(nèi)部擴(kuò)展為判斷依據(jù)，優(yōu)選第一層壓裂施工參數(shù)；
[0020] 進(jìn)一步地，所述步驟（4)包括：
[0021] 考慮先起裂裂縫對(duì)后起裂裂縫的應(yīng)力干擾和第一層水力裂縫支撐縫寬，限制第一 層水力裂縫兩裂縫面的位移，采用所述步驟（3)優(yōu)選的施工參數(shù)對(duì)第二層進(jìn)行施工，計(jì)算 第二層壓裂時(shí)裂縫擴(kuò)展形態(tài)；
[0022] 進(jìn)一步地，所述步驟（5)包括：
[0023] 根據(jù)所述步驟（3)