[發明專利]基于天然氣碳同位素分析產能貢獻率的評價方法

在審

• 申請號: 202011040311.2
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112214886A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 趙磊;徐劍良;伍翊嘉;李連明;李波;陳雪;楊孛;何嘉;梁霄;曾彥翔
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06F17/18;E21B47/10
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 毛光軍

本發明公開了一種基于天然氣碳同位素分析產能貢獻率的評價方法，包括如下步驟：a、鉆進過程中初次鉆揭某地層時隨鉆建模；b、完鉆后首次壓裂并于初次測試時壓裂建模；c、開發階段重復壓裂獲產時進行模型應用，確定小層產能貢獻率。本發明采用碳同位素差異值的分析、校正和建模方法對各小層的碳同位素固有性質進行測算，進一步確定重復壓裂各小層貢獻率，并具備在壓裂及開發階段等在內的更長期穩定的時期對各層產能貢獻進行檢測和分析。

技術領域

本發明涉及一種基于天然氣碳同位素分析的針對單井重復壓裂及開發階段各層產能貢獻率的評價方法，屬于機電領域石油天然氣工業勘探開發范疇開發地質壓裂效果評價領域。

背景技術

已壓裂完畢的層段由于油藏、工藝等方面原因，產量遞減到需要進行第二次或更多次壓裂，才能維持設計產量的作業方式稱為重復壓裂。對于頁巖氣而言，由于產量可以預見地通常遞減比較明顯，因此，同井同層的多次壓裂也被稱作重復壓裂。重復壓裂雖然具有一定工程風險和投資成本，但相較于重新布井開發，重復壓裂無疑在風險控制和資本投入方面更具優勢。重復壓裂的任務包括兩方面，其一，強化和拓展前次壓裂造縫的成果，在上次壓裂造縫的基礎上，改善人工縫網面積和縫密度，增大人造儲集空間和滲流通道；其二，通過既有天然和人工縫網系統，對上次壓裂作業未被有效開發的致密“孤島”層和遠井端圍巖層進行首次破壓改造，拓展新的人工縫網。楊金林等認為，重復壓裂包括三方面作用：層內壓出新裂縫、延伸原有裂縫、暫堵老縫壓開新縫。

當前，重復壓裂在中國頁巖氣等非常規油氣領域發展迅速。2017年長寧H3-6成功完成重復壓裂施工，系中國石油集團頁巖氣首次完成重復壓裂施工。中國石化方面，涪陵頁巖氣田第一口重復壓裂試驗井焦頁9-2HF井也于同年10月正式投產，并達到日產四萬方天然氣規模。重復壓裂效果評價，特別是對于各層產能貢獻率的壓裂后效果評價顯得尤為必要。

有學者認為，評價重復壓裂成功與否的關鍵，既有如何提高單井可采時間、可動用氣量的因素，也包括更短時間內快速達到理想經濟回報的程度，但各種評價方式的核心即是資源動用程度，因此，急需提出一種方法對重復壓裂作業動用改造段各層產能貢獻率的方法，為重復壓裂效果評價提供重要的數據支撐。

國際上，北美地區重復壓裂在2011年前后開始興起，但重復壓裂的效果評價一直是困擾北美頁巖氣開發和井下工藝的難題。國內外主要通過主動添加示蹤劑的方法對壓裂層段進行分析，但其共同存在的問題為：人工同位素成本高、放射性危害不確定、持續時間短，難以持續監測。且由于重復壓裂施工的特殊性、新縫的壓開和延展與老縫的暫堵和封閉同時進行，人工主動添加的示蹤劑有竄層、跑失的風險。加之大量新的圍巖天然氣涌入油管通道，人工主動添加的示蹤劑僅能維持較短時間的濃度穩定期，導致花費大量成本的示蹤分析僅能檢測到壓裂獲氣的初期數據，難以檢測測試產量穩定期的多點數據，而檢測開發階段初期甚至更長期的各層貢獻率預測就只能重新定期添加，費工費時，且效果一般。

而利用碳同位素原理對頁巖氣產層天然氣樣本進行分階段、系統取樣不失為一種適用于壓裂評價和長期開發效果跟蹤分析的問題解決思路。

自然界中碳以12C、13C、14C等多種同位素的形式存在，12C、13C相對豐度分別為98.89％、1.11％；14C只有極微量且具放射性，半衰期為5730年。其他同位素由人工核反應獲得，均有放射性。天然物質的碳同位素組成由13C/12C比值確定的δ(13C)表示，以美國南卡羅萊納州白堊系Pee Dee組擬箭石化石(簡稱PDB)作為標準品。20世紀50年代以來，濃縮和分析技術的突破，利用13C同位素的質量和磁性的同位素效應提供的信息，已廣泛用于有機化學反應機理、有機物結構、天然產品生物合成及結構分析研究，酶促反應機理；農肥、農藥機理、植物生理、臨床診斷、病理試驗、藥理作用及藥物代謝的研究和應用。在地球科學中碳14廣泛應用于成巖作用、成礦作用、古海洋、石油天然氣成因研究。