[发明专利]一种水平井体积压裂簇间距优化方法

说明书

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种水平井体积压裂簇间距优化方法。

背景技术

非常规油气储层，特别是致密砂岩储层通常具有低孔隙度和低渗透率的特点，为了达到良好的经济开发目的，往往需要进行大型水力压裂。大部分致密砂岩储层具有较高的弹性模量，在复杂地质构造运动、生烃以及化学作用下，储层内部会形成大量的、不同尺度的天然裂缝和非连续结构面。这些非连续结构面相对于基质具有较高的渗透率，是致密储层成功开发的关键。水力压裂过程中压裂液会向主裂缝两侧滤失，使天然裂缝内孔隙压力升高，天然裂缝面法向有效应力降低，发生剪切破坏甚至是拉伸破坏。水力压裂激活天然裂缝并使之进一步的扩展，从而在储层岩石中形成复杂的裂缝网络，增加裂缝与储层岩石基质的接触面积，提高油气井的产量。

研究结果表明水力裂缝与天然裂缝相交，交叉点的缝宽受很多因素的影响，其中主要因素为水平地应力差，较小的水平地应力差情况下交叉点的裂缝宽度会更大，从而使更多的支撑材料进入天然裂缝。水平地应力差较小时，水力裂缝附近的水平主应力更容易发生转向，有利于激活更多的天然裂缝，从而形成复杂的裂缝网络。

致密砂岩储层水平井分段多簇压裂过程中会存在应力影效应，使两簇之间岩石的地应力方向和大小发生改变，有利于形成复杂裂缝网络。但同时应力干扰也会影响主裂缝的扩展方向，当裂缝偏转过于严重时，水力裂缝扩展很短的距离就已经与前续裂缝相交，降低了储层的改造体积，也有可能影响接下来裂缝的施工。

因此，水平井分段压裂施工在利用应力影效应促使储层形成更加复杂缝网的同时要避免应力影效应过于强烈。这其中簇间距的选择至关重要，当簇间距过大时，裂缝之间相互干扰较弱，达不到使储层形成复杂裂缝网络的条件；当簇间距过小时，主裂缝之间相互干扰过于强烈，导致裂缝偏转严重。因此，簇间距是水平井分段多簇压裂设计过程中的一个重要优化参数。

为了利用应力影响效应增大储层的改造体积，近年来不少研究对簇间距进行了优选，采用的主要的研究方法大致可以分为两类：一类是基于2维平直裂缝受内压平面应变或椭圆单裂缝受内压情况下的3维应力场Green解析解的分析方法；另一类则是基于有限元或有限差分的数值计算方法。

采用解析的方法对簇间距进行优化比较简洁明了，但是公式在使用上存在一定误差。因为不管是2维平面应变裂缝附近应力场还是3维椭圆裂缝附近应力场的解析解均只能得到一条裂缝周围应力场的精确解，对于两条或者两条以上的裂缝时，该解析解所依赖的参数净压力会受到相邻裂缝的影响，是一个变化的量，在实际应用过程中难以确定。因此，在处理多条裂缝相互干扰的问题时直接将解析解计算结果线性叠加是不准确的，所得到的计算结果应力干扰会比真实情况强烈。

利用有限元或有限差分等数值计算方法对簇间距进行研究，可以回避采用解析解直接进行线性叠加所带来的误差。但是这种方法主要以页岩气储层为对象进行了簇间距优化，研究储层厚度均较厚，裂缝缝高和半缝长相差不多，对于致密砂岩这类储层厚度与缝长相对较小的情况以上分析结果并不适用，而且以上研究主要偏向于定性分析，不能定量确定簇间距。

发明内容

本发明的目的是针对目前水平井分段多簇压裂设计过程中簇间距优化的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种水平井体积压裂簇间距优化方法，包括以下步骤：

步骤1)最小簇间距优化：在裂缝流体压力为定值时，在每条水力压裂孔的裂缝允许偏转角度范围内，得到两簇裂缝之间的最小簇间距；

步骤2)最大改造体积簇间距优化：在裂缝流体压力为定值时，计算每一个簇间距下相应的两簇裂缝之间的储层改造体积，最大储层改造体积对应的簇间距为最大改造体积簇间距；

步骤3)比较同一裂缝流体压力下，最小簇间距和最大改造体积簇间距的大小，两者中较大的为最优簇间距。

所述储层改造体积是通过计算压裂过程中两簇裂缝之间中间主应力的转向角度，当两簇裂缝之间中间主应力的转向角度超过某一定值，则该区域为被改造区域，其对应的体积为储层改造体积。

所述中间主应力的转向角度计算过程如下：

将两簇裂缝之间的体积均分成m等分，每一等分上的应力张量分别求取每一等分上的应力张量S的特征值与特征向量，中间特征值对应的特征向量n即为中间主应力的方向，则中间主应力的转向角度α为向量n与y轴之间的夹角，表示为：

所述允许转向角度范围为5°-15°。

当两簇裂缝之间中间主应力的转向角度超过60°时，该区域为被改造区域。