一种水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法技术

本发明专利技术提供了一种水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法，属于油气增产领域。该水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法包括：(1)建立页岩天然裂缝张开力学模型和剪切破裂力学模型，计算出天然裂缝张开边界和剪切破裂的边界，根据目标储层的基础参数，初步评价出水力裂缝与天然裂缝干扰后裂缝的走向；(2)采用页岩露头岩样，通过改变簇射孔间距进行多簇水平井压裂物理模拟实验，获得最优簇射孔间距。

【技术实现步骤摘要】
一种水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法
本专利技术属于油气增产领域，具体涉及一种水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法。
技术介绍
近年来国内外非常规领域水平井及体积压裂技术的进步与规模应用，使非常规油气资源得以高效经济开发并发挥出革命性作用。但在水平井压裂设计中，裂缝间距及分簇间距这一影响产量、采收率和经济效益的重要因素仍尚不清楚，其核心在于水力裂缝产生的应力阴影效应的表征与计算仍不明朗。前人多数研究集中在静态条件下的两条平行裂缝间的相互作用上，对含有天然裂缝或节理页岩，考虑其非均质性，如何动态的研究和表征应力阴影对裂缝形态影响尚未有过，仍是有待解决的问题，而页岩特有的非均质性特性，对考察水平井分段压裂裂缝中的应力阴影的对裂缝形态和改造体积具有重要的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法，为合理设计并利用人工裂缝最大限度发挥裂缝作用和效果的提供了新的依据和手段。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法，包括：(1)建立页岩天然裂缝张开力学模型和剪切破裂力学模型，计算出天然裂缝张开边界和剪切破裂的边界，根据目标储层的基础参数，初步评价出水力裂缝与天然裂缝干扰后裂缝的走向；(2)采用页岩露头岩样，通过改变簇射孔间距进行多簇水平井压裂物理模拟实验，获得最优簇射孔间距。所述步骤(1)中的建立页岩天然裂缝张开力学模型和剪切破裂力学模型是这样实现的：天然裂缝的张开力学模型如下：其中：逼近角为θ，°；σ1和σ3分别为水平最大主应力和水平最小主应力，MPa；E,υ分别为压裂目标层段地层岩石的弹性模量和泊松比；γ为裂缝的表面能，MPa·m；L为水力裂缝的半长，m；天然裂缝的剪切破裂力学模型如下:其中：逼近角为θ，°；σ1和σ3分别为水平最大主应力和水平最小主应力，MPa；τ0是岩石的内聚力，MPa；Kf是天然裂缝面的摩擦系数，无因次；pσ为缝内天然裂缝发生剪切破裂时的流体压力，MPa。所述步骤(1)中的计算出天然裂缝张开边界和剪切破裂的边界是这样实现的：针对某页岩储层，输入所需的模型参数，采用天然裂缝的张开力学模型和天然裂缝的剪切破裂力学模型，分别计算出天然裂缝的剪切破裂边界和张开边界，并在以逼近角θ为横坐标、水平主应力差为纵坐标的坐标图上显示出剪切破裂边界和张开边界，形成边界图版。所述步骤(1)中的根据目标储层的基础参数，初步评价出水力裂缝与天然裂缝干扰后裂缝的走向是这样实现的：根据某储层的逼近角θ和水平主应力差，在所述边界图版中确定一个点，如果该点在剪切破裂边界上方，则判定水力裂缝扩展不受天然裂缝影响，直接穿过天然裂缝扩展；如果该点在张开边界和剪切破裂边界之间，则判定天然裂缝发生膨胀，水力裂缝会沿着天然裂缝方向延伸。所述步骤(2)是这样实现的：采用页岩露头岩样，针对每一个设定的簇射孔间距，进行一次多簇水平井压裂物理模拟实验，获得每个簇射孔间距对应的实验结果，然后采用压裂曲线数据和微地震动态监测数据，结合步骤(1)获得的水力裂缝与天然裂缝干扰后裂缝的走向，分析出应力阴影对裂缝形态的影响，最后找出最优簇射孔间距。所述找出最优簇射孔间距这样实现的：通过微地震事件点观察裂缝形态，如果没有发现裂缝短小或裂缝与井轴发生偏转，即裂缝形态没有受到应力阴影的影响，此时对应的簇射孔间距即为最优簇射孔间距；当簇射孔间距小于最优簇射孔间距时，有裂缝短小或裂缝与井轴发生偏转的现象，即发生了应力阴影的影响。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用本专利技术能够最大限度的发挥压裂裂缝的作用，从而有效的提高压裂改造体积。附图说明图1水力裂缝与天然裂缝干扰模型示意图图2某页岩储层，计算所得的裂缝张开和剪切破坏的边界示意图图3页岩压裂实验试样剖开图和微地震监测数据(双簇间距80mm)图4页岩压裂实验试样剖开图和微地震监测数据(双簇间距120mm)图5页岩压裂实验试样剖开图和微地震监测数据(双簇间距160mm)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术首先考虑页岩地层非均质性，建立了相关力学模型，分别计算出天然裂缝张开和剪切破裂的边界，根据目标储层的基础参数，初步评价出水力裂缝与天然裂缝干扰后裂缝的走向。其次，采用页岩露头岩样，进行多簇水平井压裂物理模拟实验。通过改变簇射孔间距，采用动态微地震监测数据和压裂曲线，结合第一步获得的结果，评价应力阴影的影响，为页岩气水平井压裂优化设计提供依据。具体来说，本专利技术包括两个部分，第一部分是建立页岩天然裂缝张开和剪切破裂力学模型，进而评估页岩中节理或页理对裂缝形态的影响；第二部分采用实验验证的方法，通过改变双簇射孔间距，进而评价应力阴影对裂缝形态的影响。第一部分假设水力裂缝与天然裂缝干扰模型如图1所示，其中，圆圈处是井筒1。天然裂缝2的剪切破裂力学模型如下:其中：逼近角为θ，°；σ1和σ3分别为水平最大主应力和水平最小主应力，MPa；τ0是岩石的内聚力，MPa；Kf是天然裂缝面的摩擦系数，无因次；pσ为缝内天然裂缝发生剪切破裂时的流体压力，MPa；天然裂缝2的张开力学模型如下：其中：逼近角为θ，°；σ1和σ3分别为水平最大主应力和水平最小主应力，MPa；E,υ分别为压裂目标层段地层岩石的弹性模量和泊松比；γ为裂缝的表面能，MPa·m；L为水力裂缝的半长，m。针对某页岩储层，采用上述两个公式，输入某储层的相关模型参数，分别模拟出天然裂缝的剪切破裂边界和张开边界。在一定的水平应力差、水力裂缝与天然裂缝逼近角θ条件下，可以判断出水平裂缝与天然裂缝的力学行为。如果某储层，确定了逼近角θ和水平应力差，那么可以在图2所示的边界图版中确定一个点，如果这个点在剪切破裂边界上方，表明水力裂缝扩展不受天然裂缝影响，直接穿过天然裂缝扩展；如果上述确定的点在张开边界和剪切破裂边界之间，说明天然裂缝发生膨胀，水力裂缝会沿着天然裂缝方向延伸。第二部分：采用页岩露头，开展双簇射孔条件下的水力压裂实验，通过改变簇射孔间距(即设定一个簇射孔间距做一次实验获得数据，然后进行比较，找出最优簇射孔间距。)，采用压裂曲线数据和微地震动态监测数据，结合第一部分对水力裂缝扩展行为的分析，进而分析出应力阴影对裂缝形态的影响，最后可以界定出最优的簇射孔间距，从而获得互不干扰的最优裂缝形态，从而提高多裂缝的改造体积，进而获得压裂后油气产量最大化，达到优化压裂改造体积的目的。实施例中的实验中，簇射孔间距是160mm时，通过微地震事件点观察裂缝形态，没有发现裂缝短小或裂缝与井轴发生偏转，说明没有应力阴影的影响，而小于160mm那几组实验，多少都有裂缝短小或裂缝与井轴发生偏转的现象，可以判断发生了应力阴影的影响。那么最优的簇射孔间距就是160mm。本实施例中分析出簇射孔间距小于160mm，第一条裂缝形成的应力阴影会对附近的裂缝形态造成影响，使得第二条裂缝较短，并可能发生转向；而间距大于160mm以后，则应力阴影的影响几乎很小，即没有发现裂缝短小或裂缝与井轴发生偏转。基于上述两部分的结果和分析，认为今后采用160mm的簇射孔间距的方案，可以最大限度的发挥压裂裂缝的作用，从而有效的提高压裂改造体积。在图2的算例中，逼近角30°所对应的裂缝剪切破裂临界点时，水平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法，其特征在于：所述方法包括：(1)建立页岩天然裂缝张开力学模型和剪切破裂力学模型，计算出天然裂缝张开边界和剪切破裂的边界，根据目标储层的基础参数，初步评价出水力裂缝与天然裂缝干扰后裂缝的走向；(2)采用页岩露头岩样，通过改变簇射孔间距进行多簇水平井压裂物理模拟实验，获得最优簇射孔间距。

【技术特征摘要】
1.一种水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法，其特征在于：所述方法包括：(1)建立页岩天然裂缝张开力学模型和剪切破裂力学模型，计算出天然裂缝张开边界和剪切破裂的边界，根据目标储层的基础参数，初步评价出水力裂缝与天然裂缝干扰后裂缝的走向；(2)采用页岩露头岩样，通过改变簇射孔间距进行多簇水平井压裂物理模拟实验，获得最优簇射孔间距。2.根据权利要求1所述的水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法，其特征在于：所述步骤(1)中的建立页岩天然裂缝张开力学模型和剪切破裂力学模型是这样实现的：天然裂缝的张开力学模型如下：其中：逼近角为θ，°；σ1和σ3分别为水平最大主应力和水平最小主应力，MPa；E,υ分别为压裂目标层段地层岩石的弹性模量和泊松比；γ为裂缝的表面能，MPa·m；L为水力裂缝的半长，m；天然裂缝的剪切破裂力学模型如下:其中：逼近角为θ，°；σ1和σ3分别为水平最大主应力和水平最小主应力，MPa；τ0是岩石的内聚力，MPa；Kf是天然裂缝面的摩擦系数，无因次；pσ为缝内天然裂缝发生剪切破裂时的流体压力，MPa。3.根据权利要求2所述的水平井分段压裂多段裂缝形态评价方法，其特征在于：所述步骤(1)中的计算出天然裂缝张开边界和剪切破裂的边界是这样实现的：针对某页岩储层，输入所需的模型参数，采用天然裂缝的张开力学模型和天然裂缝的剪切破裂力学模型，分别计算出天然裂缝的剪切破裂边界和张开边界，并在以逼近角θ为横...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，蒋廷学，陈作，张保平，张旭东，姚奕明，徐胜强，吴峙颖，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11