[發(fā)明專利]一種頁巖氣水平井密切割壓裂射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113850029B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許文俊;王雷;宋志康;馬闊
• 申請（專利權(quán)）人: 長江大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;E21B43/11;E21B43/26;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

一種頁巖氣水平井密切割壓裂射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，包括：首先，采用位移不連續(xù)法描述應力與縫寬之間的關(guān)系，耦合井筒和裂縫內(nèi)的流體流動方程，同時考慮壓裂液濾失和孔眼摩阻的影響，建立完全流固耦合的頁巖氣水平井密切割壓裂多裂縫同步擴展模型；其次，采用位移不連續(xù)法和有限體積法離散多裂縫擴展模型，并采用Newton?Raphson迭代法求解全局非線性耦合方程組，并編制計算程序；最后，計算不同射孔參數(shù)方案條件下各簇水力裂縫均勻發(fā)育程度指數(shù)，參照優(yōu)選射孔參數(shù)的定量標準，確定最佳的射孔參數(shù)方案。本發(fā)明克服現(xiàn)有射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計僅基于工程經(jīng)驗、缺乏理論依據(jù)，導致應用效果較不穩(wěn)定的不足，為頁巖氣水平井密切割壓裂的射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計提供一種新方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種頁巖氣水平井密切割壓裂射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)

目前，“縫網(wǎng)壓裂”改造已成為非常規(guī)油氣藏高效開發(fā)的前提條件，也有學者將其稱為“體積壓裂”，即有意識地利用水力裂縫溝通儲層中的天然裂縫，使其閉合的部分重新開啟，開啟的部分又相互連通，從而在地層中形成具有較大規(guī)模的復雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，促使地層中的油氣向井筒高效流動。水平井分段多簇壓裂技術(shù)是現(xiàn)階段非常規(guī)油氣藏實現(xiàn)縫網(wǎng)壓裂改造最有效的技術(shù)手段，在有效擴大動用體積的同時也降低了施工成本。在過去十年里，水平井分段多簇壓裂技術(shù)得到不斷的發(fā)展與完善，工程師們結(jié)合頁巖氣儲層地質(zhì)特征與現(xiàn)場壓裂改造實踐，將簇間距由早期的幾十米下調(diào)至幾米，單段射孔簇也由原來的2～3簇上調(diào)至4簇以上，從而形成了水平井密切割壓裂技術(shù)。密切割壓裂技術(shù)通過減小射孔簇間距、增加單段射孔簇數(shù)的方式，增大壓裂段內(nèi)水力裂縫密度，進而解決部分頁巖儲層基質(zhì)脆性差、天然裂縫不發(fā)育難以形成復雜縫網(wǎng)的難題。該項技術(shù)被廣泛應用于頁巖氣藏的縫網(wǎng)壓裂改造。

然而，由于壓裂過程中數(shù)條水力裂縫會同時形成、擴展，工程師們難以獨立地控制每條水力裂縫的尺寸，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)也表明壓裂段內(nèi)的各條水力裂縫并非如期望般地一同擴展。例如，Miller等人通過統(tǒng)計北美100余口頁巖壓裂水平井的生產(chǎn)測井數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大約有三分之一的射孔簇在壓裂后貢獻了三分之二的產(chǎn)量，而約三分之一的射孔簇是無效的(Miller C,Waters G,Rylander E.Evaluation of production log data fromhorizontal wells drilled in organic shales[C]//North American UnconventionalGas Conference and Exhibition.OnePetro,2011.)。同時，國內(nèi)威遠、長寧、昭通和焦石壩頁巖氣田或示范區(qū)頁巖氣生產(chǎn)井產(chǎn)量差異也很大，近半數(shù)射孔簇不具備增產(chǎn)效果，這與水平井分段多簇壓裂過程中各簇水力裂縫是否均勻發(fā)育密切相關(guān)(趙金洲,任嵐,沈騁,等.頁巖氣儲層縫網(wǎng)壓裂理論與技術(shù)研究新進展[J].天然氣工業(yè),2018,38(03):1-14)。射孔限流法是當前使用最為廣泛的促進多簇水力裂縫均勻發(fā)育的工藝技術(shù)方法。該技術(shù)的核心是通過合理地控制射孔參數(shù)(較少的射孔數(shù)量和較小的射孔直徑)，使得壓裂液流過射孔孔眼時產(chǎn)生較高的阻力和壓降，這種阻力能夠減弱縫間的應力干擾作用，從而平衡各條裂縫的擴展速度。但是現(xiàn)階段射孔限流法的優(yōu)化設(shè)計大多基于工程經(jīng)驗，缺乏理論依據(jù)，導致這些射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法應用效果較不穩(wěn)定。對于單段射孔簇數(shù)少、簇間距大、段內(nèi)應力非均質(zhì)性弱的常規(guī)分段多簇壓裂水平井，具有一定的效果，而對于單段射孔簇數(shù)多、簇間距小、段內(nèi)各簇應力條件差異大的密切割壓裂水平井，其運用效果并不理想。

綜上所述，目前需要的頁巖氣水平井密切割射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法應具有以下兩個特點：(1)即能指導單段射孔簇數(shù)少、簇間距大、段內(nèi)應力非均質(zhì)性弱的常規(guī)分段多簇壓裂水平井的射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，又能滿足單段射孔簇數(shù)多、簇間距小、段內(nèi)各簇應力條件差異大的密切割壓裂水平井的射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計；(2)理論依據(jù)完善，思路簡潔直觀，可操作性強，且能獲得有效的射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種頁巖氣水平井密切割壓裂射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，用于優(yōu)化頁巖氣壓裂設(shè)計，更具操作性和準確性，為頁巖氣水平井密切割壓裂的射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計提供了一種新的決策方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。