[发明专利]一种直井分层压裂层段优选及施工参数优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直井分层压裂层段优选及施工参数优化设计方法，适用于石油天然气开发的技术领域。

背景技术

随着非常规油气资源的大力开发，油气储层层间差异大的矛盾越来越制约油气藏纵向层间的平衡。针对小层多，易串层，物性、厚度差异大等特征储层，笼统压裂极易压开两相邻储层间的隔层，使得支撑剂颗粒主要铺置在下层储层和隔层内，而上层储层则难以得到有效支撑，从而不能充分发挥上层储层的生产能力，不能很好地达到压裂的预期目的。为了缓解层间矛盾，实现油气田长期稳产、高效开发，提高最终采收率，必须实施分层压裂工艺，分层治理。分层压裂能否取得良好效果的关键在于压裂施工时水力裂缝延伸高度能否得到有效的控制，防止串到相邻的储隔层，提高支撑剂在储层内部更为有效的铺置，分层压裂施工才能达到预期的效果。分层压裂层间距较小或施工排量较大，都易导致隔层被压穿，因此，分层压裂层间距及施工参数的优化对缝高的控制显得尤为重要，也是分层压裂选井选层及优化设计的难点和关键(郭彪,侯吉瑞,赵凤兰.分层压裂工艺应用现状[J].江汉石油科技,2009,02:36-38)。

分层压裂时，先起裂裂缝对后起裂裂缝存在明显的应力干扰，相关学者对裂缝间应力干扰的问题进行了大量的研究，杨丽娜、陈勉将复变函数理论与位错理论相结合，在考虑了裂缝表面有流体压力作用且裂缝间存在相互干扰的情况下，建立了无限大介质中裂尖应力强度因子的数学模型，得到裂尖强度因子及转角，并对水力压裂中多裂缝间的相互干扰进行力学分析。张劲等人运用有限元方法，建立二维直井多水平裂缝有限元模型，对水平多缝间的相互干扰进行了研究，得出了水平缝之间相互干扰的规律，认为裂缝间距越小、层数越多则相互干扰越大，为油田薄差油层的改造提供了一定理论依据。汪玉梅对低渗透薄互储层水平缝缝间干扰规律进行了研究，给出了3～7条水平缝相互影响时的扩展规律。西南石油大学路千里等运用有限元方法，分析水平井分段压裂时，每簇裂缝间的应力干扰，优化水平井射孔间距。王伯军、张士诚等运用位移不连续法，建立二维斜井缝间干扰数学模型，在裂缝扩展准则上运用了修正的能量释放率准则(G准则)——F准则，分析不同裂缝缝长和不同裂缝分布等对裂缝扩展的影响规律。连志龙在前人基础上，运用流固耦合非线性有限元方法，建立油井水平裂缝分层压裂二维模型，模拟了薄差油层水平多缝扩展过程的相互干扰规律，考虑缝内压降及渗流场应力场耦合作用，重点研究了隔层厚度和裂缝条数对裂缝扩展的干扰，提出了控制缝间干扰的方法。彪仿俊用流固耦合非线性有限元方法，建立了油井水平裂缝分层压裂的三维计算模型，直接按照实际施工的泵注程序施加流体荷载，计算得到了分层压裂的压力、裂缝形态以及压后的产能，对分层压裂以及水平裂缝的干扰问题进行了研究(彪仿俊.水力压裂水平裂缝扩展的数值模拟研究[D].中国科学技术大学,2011)。

目前，对于裂缝间多缝干扰的研究主要集中在水平井垂直缝的缝间干扰研究以及直井水平缝的缝间干扰研究，然而对于直井或斜井垂直缝的多缝干扰研究较少，比如对于直井分层压裂，前次压裂垂直缝对后压裂垂直缝缝高增长的影响等尚未见文章对其进行分析。

发明目的

本发明的目的在于提供一种直井分层压裂层段优选及施工参数优化设计方法。针对小层多，易串层，物性、厚度差异大等特征储层，解决笼统压裂极易压开两相邻储层间的隔层的问题，避免上下相邻储层水力裂缝的串通使得支撑剂颗粒均匀的铺置在上下相邻储层内，以提高压裂效果，最大化地发挥各层段的生产能力。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种直井分层压裂层段优选及施工参数优化设计方法，它包括以下步骤：

(1)考虑压裂液在水力裂缝内的径向流动和法向滤失，建立一种渗流-应力-断裂损伤耦合的裂缝起裂及动态扩展计算方法；

(2)以油气藏地质特征为基础，钻井、录井、测井、测试及地震资料为重要依据，结合储层砂体展布、地层分层、储层物性、电性、地应力等特征，初步确定压裂选层方案；

(3)结合地层分层特征和所述步骤(2)中初步确定的压裂选层方案，建立储层水力压裂裂缝起裂与动态扩展的渗流-应力-断裂损伤耦合模型，采用所述步骤(1)中建立的裂缝起裂及动态扩展计算方法，计算不同施工参数下第一层压裂时(分层压裂采用从下到上的压裂顺序，从下到上的压裂层段分别为第一层，第二层，第三层等)裂缝扩展形态，根据裂缝最佳形态优选施工参数；

(4)考虑先起裂裂缝对后起裂裂缝存在的应力干扰，限制第一层水力裂缝两裂缝面的位移，采用所述步骤(3)第一层压裂时优选的施工参数，计算第二层压裂时裂缝扩展形态；