煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法技术

本发明专利技术实施例涉及一种煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，包括：步骤S10，获取压裂井井筒参数、油藏地质参数、压裂完井信息以及压裂施工参数，并建立裂缝扩展的物理模型；步骤S20，建立缝高非均匀扩展的非均匀储层三维裂缝扩展高效计算模型；步骤S30，以提高煤层内有效面积为目标，建立煤层顶板压裂适用性评价指标，确定不同地质条件下的煤层顶板水平井分段多簇压裂的改造效果；步骤S40，结合施工压力分析和分布式光纤应变监测确定缝高延伸情况，对模型计算进行校正后，模拟分析顶板压裂改造效果。

【技术实现步骤摘要】
煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法
本专利技术实施例涉及油气田开发
，特别涉及一种水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法。
技术介绍
我国部分地区广泛分布碎软煤层，煤层气资源丰富，然而该类煤层物性差，孔隙度<2％，渗透率<0.1mD，开发难度大，且由于煤层强度低、易破碎的特点，在煤层内钻孔、压裂，导致钻井液污染煤层、煤层钻孔井壁坍塌事故，不利于后续压裂改造。顶板压裂煤层为软煤层气开发提供了新思路，利用该技术在煤层顶板进行压裂，通过裂缝的垂向穿层扩展实现软煤气藏的压裂改造。借鉴页岩气大规模压裂改造思路，煤层顶板压裂也开展了水平井分段多簇压裂理论研究和应用。然而，目前适合顶板水平井压裂的有利地质条件的研究还鲜有报道，准确设计水平井离煤层顶面距离、簇间距等缺乏理论依据。针对于此，本专利技术提出一种煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，旨在解决如何评价优选合适的地质条件进行煤层顶板压裂，对煤层顶板水平井压裂施工方案设计有一定的指导意义。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，包括：步骤S10，获取压裂井井筒参数、油藏地质参数、压裂完井信息以及压裂施工参数，并建立裂缝扩展的物理模型；步骤S20，建立缝高非均匀扩展的非均匀储层三维裂缝扩展高效计算模型；步骤S30，以提高煤层内有效面积为目标，建立煤层顶板压裂适用性评价指标，确定不同地质条件下的煤层顶板水平井分段多簇压裂的改造效果；步骤S40，结合施工压力分析和分布式光纤应变监测确定缝高延伸情况，对模型计算进行校正后，模拟分析顶板压裂改造效果。优选地，所述步骤S10包括：获取压裂井井筒参数、油藏地质参数、压裂完井信息以及压裂施工参数；根据地质和工程参数，建立裂缝扩展的物理模型，其中，裂缝扩展的物理模型包括计算域几何模型、油藏地质模型和井筒几何模型。优选地，所述压裂井井筒参数包括套管内径、套管内壁粗糙度、直井段长度、压裂段段长；所述油藏地质参数通过测井技术获取，包括最小水平主应力的纵向分布、岩石杨氏模量、泊松比、断裂韧性、滤失系数；所述压裂完井信息包括簇间距、簇数、射孔参数；所述压裂施工参数包括施工排量、液体粘度。优选地，所述步骤S20包括：建立固体方程；建立井筒流动模型；建立缝内流动模型；建立缝内流固耦合方程。优选地，所述固体方程的建立过程包括：采用三维位移不连续模型计算岩石变形，缝内压力与裂缝宽度可表示为：pf(x，y，z，t)-σ0(x，y，z)＝∫A(t)G(x-x′，y-y′，z-z′)w(x′，y′，z′)dA；(1)基于应力等效思想，采用均质化方法对薄层岩石力学变化、地应力变化的升尺度计算，建立粗网格下储层非均质岩石力学性质和应力分布等效刻画方法，实现非均质储层三维裂缝应力干扰的高效求解，薄互层力学参数进行升尺度等效计算公式为：其中，pf(x，y，z，t)为流体压力，MPa；σ0(x，y，z)为远场地应力，MPa；(x，y，z)均为场点；t为时间，s；G(x’，y’，z’)为非均匀储层格林函数，由均匀储层的格林函数通过镜像法叠加得到,(x’，y’，z’)为源点；A(t)为t时刻已开启裂缝的面积，m2；w(x’，y’，z’)为裂缝宽度函数，m；<q>为薄互层力学参数升尺度等效后的值；qi为第i层力学参数q的值；hi为第i层的厚度。优选地，所述井筒流动模型的建立过程包括：pw＝pp,k+pc,k+pin,k；(4)其中，Qt为井筒到各簇裂缝的分流的总流量，m3/s；Qi为第i条裂缝的分流量，m3/s；Nf为一个压裂段开启的裂缝数量；pw为井底压力；k＝1，2，......，Nf；pp,k为k裂缝的射孔摩阻，MPa；pc,k为井口到k裂缝的井筒流动摩阻，MPa；pin,k为k裂缝的入口压力，MPa；Qk为k裂缝的入口流量，m3/s；nk为k射孔簇的射孔数量；dk为k射孔簇的射孔直径，mm；K为射孔磨蚀修正系数，无因次；fc(Re，ε)为压裂液在井筒流动的沿程摩阻系数，无因次；Dw为压裂管柱内径，m；lk为井口到k裂缝的管柱长度，m；ε为压裂管柱的内壁粗糙度，m；Vw为井筒内液体流速，m/s；Re为雷诺数，Re＝DwρVw/μ；μ为液体粘度，mPa·s；ρ为液体密度，kg/m3。优选地，所述缝内流动模型的建立包括：建立缝内流体流动本构方程为：其中式(7)的分量形式为：流体在缝内流动的连续性方程为：将式(7)代入式(9)，得到：其中，q为体积流量，m3/s；μ为流体粘度，Pa˙s；Qk为k裂缝的入口流量，m3/s；Cl为滤失系数，m/min0.5；t0为开始滤失的时刻，min；Nf为裂缝数量；(xin,k，yin,k，zin,k)为k裂缝的进液点位置；(x，y，z)均为场点；w为裂缝宽度，m；t为时间，s；pf为流体压力，MPa；δ()为狄拉克函数，m-2。优选地，所述缝内流固耦合方程的建立包括：每条裂缝的入口流量满足：裂缝边界处流量为零，即：当裂缝尖端应力强度因子满足岩石断裂韧性时，裂缝发生扩展Ktip＝KIc；(13)尖端应力强度因子计算公式为裂缝尖端满足：将所有开启单元和尖端单元依次标号为I，当前时刻单元数量为Ne，I＝1，2，..，Ne。采用常单元位移不连续方法离散方程：式(16)的矩阵形式为：p＝Cw+σ0；(17)其中，Q|in为裂缝的入口流量；为裂缝边界处流量；wtip为裂缝尖端单元宽度，m；式(14)中d为单元长度，m；KIc为岩石I型断裂韧性，MPa·m0.5；w为裂缝宽度，m；μ为流体粘度，Pa˙s；式(15)中d1/2为距尖端的距离的1/2次幂，m；K′＝4(2/π)0.5KIc，MPa·m0.5；E′为平面应变杨氏模量，E′＝E/(1-v2)，MPa。v-岩石泊松比，无因次；Ktip为尖端应力强度因子；n为流体流动的方向；Ne为单元数量；σ0为最小水平主应力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，其特征在于，包括：/n步骤S10，获取压裂井井筒参数、油藏地质参数、压裂完井信息以及压裂施工参数，并建立裂缝扩展的物理模型；/n步骤S20，建立缝高非均匀扩展的非均匀储层三维裂缝扩展高效计算模型；/n步骤S30，以提高煤层内有效面积为目标，建立煤层顶板压裂适用性评价指标，确定不同地质条件下的煤层顶板水平井分段多簇压裂的改造效果；/n步骤S40，结合施工压力分析和分布式光纤应变监测确定缝高延伸情况，对模型计算进行校正后，模拟分析顶板压裂改造效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，其特征在于，包括：
步骤S10，获取压裂井井筒参数、油藏地质参数、压裂完井信息以及压裂施工参数，并建立裂缝扩展的物理模型；
步骤S20，建立缝高非均匀扩展的非均匀储层三维裂缝扩展高效计算模型；
步骤S30，以提高煤层内有效面积为目标，建立煤层顶板压裂适用性评价指标，确定不同地质条件下的煤层顶板水平井分段多簇压裂的改造效果；
步骤S40，结合施工压力分析和分布式光纤应变监测确定缝高延伸情况，对模型计算进行校正后，模拟分析顶板压裂改造效果。


2.如权利要求1所述的煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，其特征在于，所述步骤S10包括：
获取压裂井井筒参数、油藏地质参数、压裂完井信息以及压裂施工参数；
根据地质和工程参数，建立裂缝扩展的物理模型，其中，裂缝扩展的物理模型包括计算域几何模型、油藏地质模型和井筒几何模型。


3.如权利要求2所述的煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，其特征在于，所述压裂井井筒参数包括套管内径、套管内壁粗糙度、直井段长度、压裂段段长；
所述油藏地质参数通过测井技术获取，包括最小水平主应力的纵向分布、岩石杨氏模量、泊松比、断裂韧性、滤失系数；
所述压裂完井信息包括簇间距、簇数、射孔参数；
所述压裂施工参数包括施工排量、液体粘度。


4.如权利要求1所述的煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，其特征在于，所述步骤S20包括：
建立固体方程；
建立井筒流动模型；
建立缝内流动模型；
建立缝内流固耦合方程。


5.如权利要求4所述的煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，其特征在于，所述固体方程的建立过程包括：
采用三维位移不连续模型计算岩石变形，缝内压力与裂缝宽度可表示为：
pf(x，y，z，t)-σ0(x，y，z)＝∫A(t)G(x-x′，y-y′，z-z′)w(x′，y′，z′)dA；(1)
基于应力等效思想，采用均质化方法对薄层岩石力学变化、地应力变化的升尺度计算，建立粗网格下储层非均质岩石力学性质和应力分布等效刻画方法，实现非均质储层三维裂缝应力干扰的高效求解，薄互层力学参数进行升尺度等效计算公式为：



其中，
pf(x，y，z，t)为流体压力，MPa；
σ0(x，y，z)为远场地应力，MPa；
(x，y，z)均为场点；
t为时间，s；
G(x’，y’，z’)为非均匀储层格林函数，由均匀储层的格林函数通过镜像法叠加得到，(x’，y’，z’)为源点；
A(t)为t时刻已开启裂缝的面积，m2；
w(x’，y’，z’)为裂缝宽度函数，m；
<q>为薄互层力学参数升尺度等效后的值；
qi为第i层力学参数q的值；
hi为第i层的厚度。


6.如权利要求4所述的煤层顶板水平井分段多簇压裂适用性地质条件的评价方法，其特征在于，所述井筒流动模型的建立过程包括：



pw＝pp，k+pc，k+pin，k；(4)






其中，Qt为井筒到各簇裂缝的分流的总流量，m3/s；
Qi为第i条裂缝的分流量，m3/s；
Nf为一个压裂段开启的裂缝数量；
pw为井底压力；
k＝1，2，......，Nf；
pp，k为k裂缝的射孔摩阻，MPa；
Qk为k裂缝的入口流量，m3/s；
pc，k为井口到k裂缝的井筒流动摩阻，MPa；
pin，k为k裂缝的入口压力，MPa；
nk为k射孔簇的射孔数量；
dk为k射孔簇的射孔直径，mm；
K为射孔磨蚀修正系数，无因次；
fc(Re，ε)为压裂液在井筒流动的沿程摩阻系数，无因次；
Dw为压裂管柱内径，m；
lk为井口到k裂缝的管柱长度，m；
ε为压裂管柱的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹金豪，郭天魁，曲占庆，陈铭，刘晓强，王云鹏，牛保伦，吕明锟，徐建春，王森，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37