[發明專利]一種頁巖氣水平井射孔簇間距的優化方法

在審

• 申請號: 201610416496.X
• 申請日: 2016-06-14
• 公開（公告）號: CN107506840A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 付道明;劉歡樂;楊世剛;姚志良;段友智;吳俊霞;趙旭;彭漢修;朱明;艾爽
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/02
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙)11550
• 代理人: 郭韞

技術領域

本發明屬于石油行業完井領域，具體涉及一種頁巖氣水平井射孔簇間距的優化方法。

背景技術

射孔壓裂作為頁巖氣開發重要的技術手段已經得到了國內外學者專家廣泛的共識，水平井多簇射孔優化設計對于后續壓裂施工效果具有直接指導意義。特別在目前低油價，如何高效開發頁巖氣就顯得更加緊迫。水平井多簇射孔可以有效的增加頁巖網絡裂縫形成的概率，但簇間距過短，則會大幅度增加儲層破裂壓力，如何有效的優化簇間距對于頁巖氣高效開發具有重要的現實意義。

國內外學者提出了多簇射孔對于頁巖網絡裂縫形成具有積極意義，同時也提到了多簇射孔可能會增加后續分段壓裂的儲層破裂壓力，但并沒提出較好的設計簇間距的優化方法。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種頁巖氣水平井射孔簇間距的優化方法，用于指導油藏工程師在制定頁巖氣開發方案時科學合理的設計簇間距，不僅能更高效的促進后續壓裂產生網絡裂縫的形成，同時能避免儲層破裂壓力的增加。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種頁巖氣水平井射孔簇間距的優化方法，包括：

(1)，建立頁巖氣井射孔的破裂壓力預測模型，考慮應力干擾的影響，分析對比考慮應力干擾和不考慮應力干擾對破裂壓力的影響；

(2)，基于巖石力學理論及采油工程原理，考慮應力干擾的影響，分析多段分簇射孔及后續壓裂產生網絡裂縫的力學條件，建立裂縫轉向區；

(3)結合破裂壓力獲得水平井多段射孔最優簇間距，從而實現后續壓裂產生網絡裂縫最大化的目的，提高頁巖氣產量。

水平井分段射孔短簇間距會增加網絡裂縫形成的概率，但短簇間距又會增加儲層破裂壓力和施工成本。因此需要計算合適的簇間距，既能促使后續壓裂人工裂縫能夠轉向形成網絡裂縫，又不至于導致儲層破裂壓力的過多增加。步驟(2)是依據裂縫轉向形成網絡裂縫，必然是簇間距越短越好，但簇間距越短，會導致儲層破裂壓力的增加，因此必須結合這兩個方面來研究水平井射孔簇間距。

所述(1)中的建立頁巖氣井射孔的破裂壓力預測模型包括：

第一種模型：在沒有應力干擾的情況下，頁巖中水力裂縫在巖石本體張性起裂的破裂壓力預測模型為：

其中，v是泊松比，σ_v是垂向地應力，σ_H是水平最大地應力，σ_h是水平最小地應力，α是Biot多孔彈性系，Pp是地層孔隙壓力，σ_t是抗拉強度，δ是滲透性系數地層，可滲透時＝1,地層不可滲透時＝0，φ是孔隙度；

第二種模型：在沒有應力干擾的情況下，頁巖中水力裂縫沿天然裂縫或層理剪切破裂的破裂壓力預測模型為：

其中：

a₁＝1+cos2θ′，a₂＝1+2cos2θ′，a₃＝1-2cos2θ′，

a₄＝1-2cos2θ，a₅＝1+2cos2θ，a₆＝a₂a₄-2va₃cos2θ，

a₇＝a₂a₅-2va₃cos2θ,a₉＝a₃μ_w+1

其中，θ是射孔方位，θ′為裂縫起裂方位角，μ_w為弱面的內摩察系數，δ為滲透性系數，地層可滲透時δ＝1，地層不可滲透時δ＝0，為巖石孔隙度，λ是弱面法向與最大主應力的夾角，S_w是弱面黏力；

第三種模型：在沒有應力干擾的情況下，頁巖中水力裂縫沿天然裂縫或層理張性破裂的破裂壓力預測模型為：

σ_n-αP_p＝0 (11)

水力裂縫沿天然裂縫張性破裂的準則為：

σ_rl₁²+σ_zl₂²+σ′_θl₃²-αP_p＝0 (12)

其中：

l₁＝cosθsinm+sinθcosmcosn