一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法技术

本发明专利技术公开了一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法，包括以下步骤：收集储层地应力、岩石力学参数、井眼轨迹和射孔弹性能基本参数；利用射孔井破裂压力预测模型，计算不同射孔密度对地层破裂压力的影响；根据计算结果，优选不同射孔簇的射孔密度实现改进的交替压裂起裂方式；利用裂缝延伸模型、射孔孔眼摩阻，通过对排量的阶梯实时控制，实现改进的交替压裂方式，提高水力裂缝复杂程度。该方法能够显著增加水力裂缝的复杂程度，而且不需要专门的设备也不会增加作业时间。

【技术实现步骤摘要】
一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法
本专利技术属于矿物资源
，具体地说，涉及一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法。
技术介绍
非常规油气藏普遍具有低孔、低渗以及天然裂缝比较发育的特征，水平井钻井和多段压裂是有效开发这类储层的关键技术。目前通常是利用封隔器或者桥塞等工具将数千米水平井段分割成多个压裂段，在同一压裂段内采用多簇射孔后进行水力压裂。利用同一压裂段内水力裂缝产生的诱导应力，以及充分扰动天然裂缝提高水力裂缝复杂程度可以显著改善非常规储层压裂水平井的产量。目前提高同一压裂段内水力裂缝复杂程度的施工方法有常规同时压裂和交替压裂。其中，常规同时压裂是指同一个压裂段内3个或多个射孔簇的射孔参数相同。这里以3个射孔簇为例，通过对3个射孔簇进行同时射孔，然后3个射孔簇形成的水力裂缝同时延伸和扩展，需要2个步骤来完成，如图1所示：步骤一、对同一个压裂段内的3簇射孔簇采用相同的射孔参数(射孔密度、射孔孔径、射孔深度)进行射孔；步骤二、对同一个压裂段内的3簇射孔簇同时进行注液、压裂，每簇射孔形成1条裂缝；随着注液时间增加，裂缝长度增加，直到达到预期的裂缝长度停止施工。交替压裂法由有哈里伯顿公司率先提出的，基本原理是在同一个压裂段内分成多次射孔形成多个射孔簇，每次射孔一簇后对该簇射孔进行压裂形成一条裂缝。压裂的次序如图2所示：该方法需要4个步骤才能完成压裂施工，并且为了实现预期的压裂次序，需要配合专门的连续油管和特殊水力封隔器等设备。上述常规同时压裂法由于是在压裂水平井同一压裂段内多个射孔簇同时延伸和扩展，其缺点在于没有充分完全利用水力裂缝产生的诱导应力，水力压裂的裂缝可能只会形成平面裂缝；或者只会在远离水平井筒的区域才会形成复杂裂缝，不能够充分释放非常规储层的生产潜力。交替压裂法能够显著增加裂缝的复杂程度，大幅度提高产量。其缺点在于需要专门的作业工具(如连续油管配合特殊的机械封隔等)；由于每次只压裂一簇射孔以及需要精确控制每次的作业位置，显著增加了作业时间、大幅度提高了费用，同时也增加了作业费用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法，包括以下步骤：步骤1、收集储层地应力、岩石力学参数、井眼轨迹和射孔弹性能基本参数；步骤2、根据步骤1中收集的基本参数，利用破裂压力预测模型，计算不同射孔密度下对应的破裂压力，选择对应的射孔密度确定中间射孔簇的起裂压力高于两端射孔簇的破裂压力；步骤3、利用裂缝延伸模型、射孔孔眼摩阻，通过对排量的阶梯实时控制，实现改进的交替压裂方式，提高水力裂缝复杂程度。进一步地，所述步骤1基本参数包括：最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位、水平井方位角、水平井井眼尺寸、杨氏模量、泊松比、水力裂缝缝高、压裂液粘度、射孔深度、射孔孔眼直径、岩石断裂韧性、施工排量。进一步地，步骤2中利用射孔井破裂压力预测模型，计算不同射孔密度对地层破裂压力的影响；根据计算结果，优选不同射孔簇的射孔密度实现改进的交替压裂起裂方式具体为：步骤2.1、利用射孔井破裂压裂预测模型，根据水平井地应力、井斜角、方位角、孔弹性系数、渗透性系数、岩石抗张强度、射孔弹深度、射孔弹孔径等，计算不同射孔密度下的破裂压力，优选射孔密度满足交替压裂的射孔簇起裂次序；步骤2.2、根据步骤2.1中优选的射孔弹密度，并且控制每簇射孔段的长度小于4倍井眼直径，确保每一个射孔簇只形成1条裂缝，对压裂井井段进行射孔作业，为顺利实施交替压裂施工方式提供条件。进一步地，步骤3中的利用裂缝延伸模型、射孔孔眼摩阻，通过对排量的阶梯实时控制，实现改进的交替压裂方式，提高水力裂缝复杂程度具体为：步骤3.1、低排量注入阶段：控制较小的排量向井筒中注入液体，随着压裂液不断注入，井底压力逐渐升高；由于射孔簇1和射孔簇3的起裂压力小于射孔簇2的起裂压力，因此井底压力首选达到射孔簇1和射孔簇3的起裂压力；在开始注液到射孔簇1、射孔簇3起裂后，维持较小的排量维持井底压力满足式(1)：pfr2＞pb＝pb1＝pb2＝pb3＞pfr1＝pfr3(1)式中：pfr2为射孔簇2的起裂压力，MPa；pb为井底流体压力，MPa；pb1为射孔簇1处对应的井底流体压力，MPa；pb2为射孔簇2处对应的井底流体压力，MPa；pb3为射孔簇3处对应的井底流体压力，MPa；pfr1为射孔簇1的起裂压力，MPa；pfr3为射孔簇3的起裂压力，Mpa；步骤3.2、较高排量注入阶段：当射孔簇1和射孔簇3的裂缝起裂后，为了保证射孔簇1和射孔簇3的裂缝正常延伸，随后将排量提高至一个较高的数值；此时注入的流体通过射孔簇1、射孔簇3的孔眼进入地层；在射孔簇1、3的裂缝延伸过程中，井底流体压力为储层最小水平主应力、裂缝内流体净压力和射孔孔眼摩阻之和；在该阶段利用排量和射孔孔眼摩阻控制井底压力低于射孔簇裂缝2的起裂压力，即式(2)：pfr2＞pb＝σh+pnet+pfef1＝σh+pnet+pfef3(2)式中：σh为储层最小水平主应力，MPa；pnet为裂缝内流体净压力，MPa；pfef1为射孔簇1的孔眼摩阻，MPa；pfef3为射孔簇3的孔眼摩阻，MPa；根据裂缝延伸模型，裂缝内流体净压力与储层杨氏模量、压裂液粘度、施工排量、裂缝半长、储层泊松比、水力裂缝的缝高紧密相关，由式(3)计算；式中：E为储层杨氏模量，MPa；μ为压裂液粘度，mPa.s；q为注入排量，m3/min；Lf为水力裂缝半缝长，m；v为岩石的泊松比，无因次；Hf是水力裂缝高度，m；水力裂缝长度与储层的杨氏模量、注入排量、泊松比、压裂液粘度、水力裂缝缝高和注液时间相关；式中：t为压裂液注入时间，s；射孔孔眼摩阻主要是由注入排量、压裂液粘度、射孔孔眼个数、射孔孔眼直径和射孔孔眼流量系数决定，由式(5)计算；式中：q为注入排量，m3/min；ρ为压裂液密度，kg/m3；Np为射孔孔眼数目，个；d为射孔孔眼直径，m；Cd为射孔孔眼流量系数，无因次；步骤3.3、高排量注入阶段：当射孔簇1和射孔簇3产生的裂缝延伸到预先设定的长度后，进一步提高排量，利用裂缝延伸时产生的净压力和射孔孔眼摩阻，调控井底压力高于射孔簇2的破裂压力，促使射孔簇2的裂缝起裂；随后进一步提高排量确保射孔簇1、射孔簇2、射孔簇3产生的裂缝同时延伸；当裂缝延伸到预先指定的距离后，随后注入含有支撑剂的携砂液，按照正常的泵注程序完成施工；pb＝σh+pnet+pfef1＝σh+pnet+pfef3＞pfr2(6)式中：pb为井底流体压力，Mpa。进一步地，所述的低排量的取值范围为0m3/min-2m3/min。进一步地，所述的较高排量的取值范围为2m3/min-10m3/min。进一步地，所述的高排量的取值范围为10m3/min-14m3/min。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：本专利技术的方法充分利用了水力裂缝产生的诱导应力扰动和沟通天然裂缝以提高水力裂缝的复杂程度。通过对同一压裂段内不同射孔簇的射孔密度优选；并通过对压裂过程中排量阶梯升高的实时控制，利用裂缝延伸压力和孔眼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、收集储层地应力、岩石力学参数、井眼轨迹和射孔弹性能基本参数；步骤2、根据步骤1中收集的基本参数，利用破裂压力预测模型，计算不同射孔密度下对应的破裂压力，选择对应的射孔密度确定中间射孔簇的起裂压力高于两端射孔簇的破裂压力；步骤3、利用裂缝延伸模型、射孔孔眼摩阻，通过对排量的阶梯实时控制，实现改进的交替压裂方式，提高水力裂缝复杂程度。

【技术特征摘要】
1.一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、收集储层地应力、岩石力学参数、井眼轨迹和射孔弹性能基本参数；步骤2、根据步骤1中收集的基本参数，利用破裂压力预测模型，计算不同射孔密度下对应的破裂压力，选择对应的射孔密度确定中间射孔簇的起裂压力高于两端射孔簇的破裂压力；步骤3、利用裂缝延伸模型、射孔孔眼摩阻，通过对排量的阶梯实时控制，实现改进的交替压裂方式，提高水力裂缝复杂程度。2.根据权利要求1所述的实时控制方法，其特征在于，所述步骤1基本参数包括：最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位、水平井方位角、水平井井眼尺寸、杨氏模量、泊松比、水力裂缝缝高、压裂液粘度、射孔深度、射孔孔眼直径、岩石断裂韧性、施工排量。3.根据权利要求1所述的实时控制方法，其特征在于，步骤2中利用射孔井破裂压力预测模型，计算不同射孔密度对地层破裂压力的影响；根据计算结果，优选不同射孔簇的射孔密度实现改进的交替压裂起裂方式具体为：步骤2.1、利用射孔井破裂压裂预测模型，根据水平井地应力、井斜角、方位角、孔弹性系数、渗透性系数、岩石抗张强度、射孔弹深度、射孔弹孔径等，计算不同射孔密度下的破裂压力，优选射孔密度满足交替压裂的射孔簇起裂次序；步骤2.2、根据步骤2.1中优选的射孔弹密度，并且控制每簇射孔段的长度小于4倍井眼直径，确保每一个射孔簇只形成1条裂缝，对压裂井井段进行射孔作业，为顺利实施交替压裂施工方式提供条件。4.根据权利要求1所述的实时控制方法，其特征在于，步骤3中的利用裂缝延伸模型、射孔孔眼摩阻，通过对排量的阶梯实时控制，实现改进的交替压裂方式，提高水力裂缝复杂程度具体为：步骤3.1、低排量注入阶段：控制较小的排量向井筒中注入液体，随着压裂液不断注入，井底压力逐渐升高；由于射孔簇1和射孔簇3的起裂压力小于射孔簇2的起裂压力，因此井底压力首选达到射孔簇1和射孔簇3的起裂压力；在开始注液到射孔簇1、射孔簇3起裂后，维持较小的排量维持井底压力满足式(1)：pfr2＞pb＝pb1＝pb2＝pb3＞pfr1＝pfr3(1)式中：pfr2为射孔簇2的起裂压力，MPa；pb为井底流体压力，MPa；pb1为射孔簇1处对应的井底流体压力，MPa；pb2为射孔簇2处对应的井底流体压力，MPa；pb3为射孔簇3处对应的井底流体压力，MPa；pfr1为射孔簇1的起裂压力，MPa；pfr3为射孔簇3的起裂压力，Mpa；步骤3.2、较高排量注入阶段：当射孔簇1和射孔簇3的裂缝起裂后，为了保证射孔簇1和射孔簇3的裂缝正常延伸，随后将排量提高至一个较高的数值；此时注入的流体通过射孔簇1、射孔簇3的孔眼进入地层；在射孔簇1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾凡辉，杨波，郭建春，彭凡，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51