一种页岩气井试气时机的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种页岩气井试气时机的确定方法，其通过岩石的弹性力学参数、裂缝尖端的最大周向应力以及井口压力等，可以确定页岩气井压裂后试气的开井时机和关井时间，进而达到降低返排率和提高页岩气井的产能的目的，更加有效地开发页岩气，提高极限采收率。

A method to determine the timing of gas testing in shale gas wells

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气井试气时机的确定方法
本专利技术涉及页岩气井试气
，尤其涉及一种页岩气井试气时机的确定方法。
技术介绍
我的岩气资源尽管很丰富，但是开发得很晚。我国于2009年正式进行页岩气的勘探开发，第一口页岩气评价井是威201井，从该井的出现就标志着中国的岩气勘探开发拉开了序幕。到2012年的时候，中国的压裂试气工程技术充分地借鉴外国的一些先进的技术，进而完成了水平井分段压裂以及试气工艺等的研究应用，中国已经实现了一种跨越式的发展，进而积极地为中国的页岩气勘探开发提供了强有力的技术支撑。在获取产能的主动环节中，页岩试气投产为重要的环节。页岩气井大规模压裂后，有的井在压裂后即刻开始放喷试气，有的选择进行适当关井，再行放喷试气。根据现场试验，对于常压页岩气井来说，在压裂后关井一定时间再开井放喷可以降低返排率和一定程度提高井的产能。研究认为，增产的主要原因之一是由于压裂停泵后，地层裂缝不会马上停止延伸，而是在续流和大液量增压作用下，还会在一段时间内持续延伸扩展，从而增加裂缝网络面积及压裂改造体积。但是，目前还没有可靠的方法来确定合理的关井时间，只能凭经验随意确定，而关井时间长，会影响试气施工效率，关井时间短，又达不到更好的增产效果。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题是一种页岩气井试气时机的确定方法，其可以准确确定页岩气的试气时机。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案内容具体如下：一种页岩气井试气时机的确定方法，包括如下步骤：S1：利用三轴及单轴岩石抗压力学实验和巴西劈裂抗拉强度实验获取岩石的弹性力学参数；S2：确定裂缝尖端的最大周向应力；S3：当裂缝尖端的最大周向应力与岩石抗拉强度相等时，利用最大周向应力及岩石抗拉强度，计算裂缝停止延伸扩展时的临界缝内流体压力，即临界井底压力；S4：根据井口压力，计算实际井底压力；S5：当实际井底压力等于临界井底压力时，即为页岩气的试气开井时机；S6：利用压裂泵停泵时的井底压力、压降速率以及临界井底压力确定页岩气的试气关井时机。作为上述方案的优选，所述弹性力学参数包括岩石抗拉强度Rm、起裂角θ、裂缝曲率半径r、岩石临时裂纹半径rc、裂缝倾角β、最大水平主应力vh以及垂直主应力vc。作为上述方案的优选，在步骤S2中，确定裂缝尖端的最大周向应力的具体方法是基于岩石的弹性力学参数和流体压力参数，利用断裂力学理论确定裂缝尖端的最大周向应力v，即：；其中：T为平行于裂缝面的应力；N为垂直于裂缝面的应力，则平行于裂缝面的应力T和垂直于裂缝面的应力N的计算公式为：其中：P为缝内流体压力，K1、K2为裂缝尖端应力强度因子，其计算公式为：K1＝-τtr1/2+πτna,K2＝τc(πa)1/2，其中：τt为裂缝面法向应力，τn为裂缝面切向应力，τc为裂缝面剪切应力，且上述三种应力的计算公式为：作为上述方案的优选，步骤S3为当裂缝尖端的最大周向应力与岩石抗拉强度相等时，缝内流体压力P即为临界井底压力P临界。作为上述方案的优选，在步骤S4中，实际井底压力P实际的计算公式为：P实际＝P井口+25。作为上述方案的优选，在步骤S6中，页岩气的试气关井时间t的计算公式为：其中：P停泵为压裂泵停泵时的井底压力，P临界为临界井底压力，γ为压降速率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了一种页岩气井试气时机的确定方法，其通过岩石的弹性力学参数、裂缝尖端的最大周向应力以及井口压力等，可以确定页岩气井试井的开井时机和关井时间，进而达到降低返排率和提高页岩气井的产能的目的，更加有效地开发页岩气，提高极限采收率。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1为本专利技术所述的页岩气井试气时机的确定方法的流程示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：如图1所示，本专利技术公开了一种页岩气井试气时机的确定方法，具体在本专利技术中，以某区块页岩气井为例，其储层中部垂深2577m，压裂结束停泵后井口压力P停泵井口＝32MPa，井筒液体密度1g/cm3。S1：利用三轴及单轴岩石抗压力学实验和巴西劈裂抗拉强度实验获取岩石的弹性力学参数。在本专利技术中，所述弹性力学参数包括岩石抗拉强度Rm、起裂角θ、裂缝曲率半径r、岩石临时裂纹半径rc、裂缝倾角β、最大水平主应力vh以及垂直主应力vc。具体地，利用三轴及单轴岩石抗压力学实验和巴西劈裂抗拉强度实验获取上述弹性力学参数的取值，具体如表1所示：表1弹性力学参数S2：确定裂缝尖端的最大周向应力。具体地，在步骤S2中，确定裂缝尖端的最大周向应力的具体方法是基于岩石的弹性力学参数和流体压力参数，利用断裂力学理论确定裂缝尖端的最大周向应力v，即：其中：T为平行于裂缝面的应力；N为垂直于裂缝面的应力，则平行于裂缝面的应力T和垂直于裂缝面的应力N的计算公式为：其中：P为缝内流体压力，K1、K2为裂缝尖端应力强度因子，其计算公式为：K1＝-τtr1/2+πτna,K2＝τc(πa)1/2，其中：τt为裂缝面法向应力，τn为裂缝面切向应力，τc为裂缝面剪切应力，且上述三种应力的计算公式为：S3：当裂缝尖端的最大周向应力与岩石抗拉强度相等时，利用最大周向应力及岩石抗拉强度，计算裂缝停止延伸扩展时的临界缝内流体压力，即临界井底压力。具体地，步骤S3为当裂缝尖端的最大周向应力与岩石抗拉强度相等时，缝内流体压力P即为临界井底压力P临界。在该实例中，由于裂缝尖端的最大周向应力v与岩石抗拉强度Rm相等，且在该实施例中，岩石抗拉强度Rm＝5MPa，则裂缝尖端的最大周向应力v＝5MPa；然后，利用裂缝尖端应力强度因子K1和K2、裂缝面法向应力τt、裂缝面切向应力τn、裂缝面剪切应力τc、裂缝尖端的最大周向应力v以及起裂角θ、裂缝曲率半径r、岩石临时裂纹半径rc、裂缝倾角β、最大水平主应力vh以及垂直主应力vc的取值及上述公式即可得到P＝P临界＝43MPa。S4：根据井口压力，计算实际井底压力。在步骤S4中，实际井底压力P实际的计算公式为：P实际＝P井口+25。S5：当实际井底压力等于临界井底压力时，即为页岩气的试气开井时机。具体在本实例中，当P实际的大小下降至43MPa时，即井口压力P井口为18MPa时，即为该实例中页岩气井的试气开井时机。S6：利用压裂泵停泵时的井底压力、压降速率以及临界井底压力确定页岩气井的试气关井时间。...

【技术保护点】
1.一种页岩气井试气时机的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：利用三轴及单轴岩石抗压力学实验和巴西劈裂抗拉强度实验获取岩石的弹性力学参数；/nS2：确定裂缝尖端的最大周向应力；/nS3：当裂缝尖端的最大周向应力与岩石抗拉强度相等时，利用最大周向应力及岩石抗拉强度，计算裂缝停止延伸扩展时的临界缝内流体压力，即临界井底压力；/nS4：根据井口压力，计算实际井底压力；/nS5：当实际井底压力等于临界井底压力时，即为页岩气的试气开井时机；/nS6：利用压裂泵停泵时的井底压力、压降速率以及临界井底压力确定页岩气的试气关井时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种页岩气井试气时机的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：利用三轴及单轴岩石抗压力学实验和巴西劈裂抗拉强度实验获取岩石的弹性力学参数；
S2：确定裂缝尖端的最大周向应力；
S3：当裂缝尖端的最大周向应力与岩石抗拉强度相等时，利用最大周向应力及岩石抗拉强度，计算裂缝停止延伸扩展时的临界缝内流体压力，即临界井底压力；
S4：根据井口压力，计算实际井底压力；
S5：当实际井底压力等于临界井底压力时，即为页岩气的试气开井时机；
S6：利用压裂泵停泵时的井底压力、压降速率以及临界井底压力确定页岩气的试气关井时间。


2.根据权利要求1所述的页岩气井试气时机的确定方法，其特征在于，所述弹性力学参数包括岩石抗拉强度Rm、起裂角θ、裂缝曲率半径r、岩石临时裂纹半径rc、裂缝倾角β、最大水平主应力vh以及垂直主应力vc。


3.根据权利要求2所述的页岩气井试气时机的确定方法，其特征在于，在步骤S2中，确定裂缝尖端的最大周向应力的具体方法是基于岩石的弹性力学参数和流体压力参数，利用断裂力学理论确定裂缝尖端的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁发勇，邹顺良，杨加祥，倪方杰，褚晓丹，付莹莹，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化江汉石油工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11