页岩气地层压裂施工参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种页岩气地层压裂施工参数优化方法，包括：获取页岩压裂区块储层的地质参数、物性参数和压裂设计参数；建立页岩气水平井分段多簇压裂复杂缝网动态扩展模型；建立页岩气水平井压裂改造后单井产量计算模型；基于水平井压裂改造各项目所需的费用，建立页岩气水平井分段多簇压裂改造成本计算模型；结合缝网动态扩展模型、单井产量计算模型和压裂改造成本计算模型，计算不同压裂设计参数下页岩气水平井压裂改造后的生产净现值以对压裂设计参数进行优化。本发明专利技术提出的页岩气地层压裂施工参数优化方法其原理可靠，具备操作性与准确性，能够在给定基础参数的前提下对页岩气水平井压裂施工参数进行全井段优化。水平井压裂施工参数进行全井段优化。水平井压裂施工参数进行全井段优化。

【技术实现步骤摘要】
页岩气地层压裂施工参数优化方法


[0001]本专利技术涉及油气田增产改造领域，尤其涉及一种页岩气地层压裂施工参数优化方法。

技术介绍

[0002]水力压裂是实现页岩油气、致密油气等非常规油气资源大规模开发的关键技术，地面泵注车组通过井筒向地层中注入工作流体，储层岩石在流体压力作用下发生破裂并产生人工裂缝，继续泵注携砂液体，最终在储层中形成具有高导流能力的填砂裂缝，有效改善储层的流动性，减小储层中流体介质流动的压差以及在多孔介质中的渗流距离，实现对非常规储层的改造，增加单井油气产量。
[0003]大规模体积压裂的效果决定了页岩气开采产量的高低，为保证较高的单井产量，需要对页岩储层进行充分的改造。在页岩储层中形成具有一定导流能力的复杂裂缝是高产的关键，要求在进行水平井段内多簇压裂时多裂缝能够有效起裂并均匀性扩展，有效沟通天然裂缝形成复杂的裂缝网络，这需要对页岩气水平井压裂施工参数进行优化设计。现场工程师常通过增加压裂液量与支撑剂量来加大压裂规模，以期获得页岩气井高产，导致储层改造程度与储层产能不匹配，导致大量资源浪费，增加了页岩气的开发成本，不符合页岩气“降本增效”的开采原则，这需要对压裂施工参数优化设计提出了更高的要求。
[0004]目前，国内在进行页岩气水平井压裂施工参数优化时主要集中于压裂裂缝扩展，强调裂缝的有效起裂与有效延伸，以水平井分段多簇压裂多裂缝的有效均匀延伸以及形成足够长和宽的裂缝目标，对压裂施工参数进行优化，未充分考虑压后渗流，缺乏对压裂施工的经济性评价，即从“增效(即加压裂施工的经济效应)”上对压裂施工参数进行优化，弱化了“降本(即降低页岩气的开发成本)”的目标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种页岩气地层压裂施工参数优化方法，旨在。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种页岩气地层压裂施工参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]S1、获取页岩压裂区块储层的地质参数、物性参数和压裂设计参数；
[0008]S2、建立页岩气水平井分段多簇压裂复杂缝网动态扩展模型；
[0009]S3、根据地质参数和压裂设计参数以及缝网动态扩展模型得到的压裂后裂缝几何参数，建立页岩气水平井压裂改造后单井产量计算模型；
[0010]S4、基于水平井压裂改造各项目所需的费用，建立页岩气水平井分段多簇压裂改造成本计算模型；
[0011]S5、结合缝网动态扩展模型、单井产量计算模型和压裂改造成本计算模型，计算不同压裂设计参数下页岩气水平井压裂改造后的生产净现值，以最大净现值对压裂设计参数进行优化。
[0012]优选地，所述地质参数包括：水平最大主应力、水平最小主应力、储层与隔层的应力差、储层应力梯度、岩石抗拉强度、杨氏模量、泊松比、岩石压缩系数、岩石密度、基质渗透率、基质孔隙度、含气饱和度、储层压力系数、储层温度、储层厚度、天然裂缝长度、天然裂缝方位角、天然裂缝抗剪强度、天然裂缝壁面摩擦系数、天然裂缝孔隙度、天然裂缝渗透率；
[0013]所述压裂设计参数包括：簇间距、射孔簇数、射孔直径、射孔数目、施工排量、压裂液粘度、施工规模。
[0014]优选地，所述S2具体包括：
[0015]S21、基于边界元方法建立裂缝扩展应力与位移之间的联系；
[0016]S22、考虑多条水力裂缝同时扩展情况，裂缝间存在诱导应力作用，再根据应力叠加原理得到裂缝动态扩展储层中任意一点的复合应力场，得到诱导应力场计算模型；
[0017]S23、将压裂液视作不可压缩的牛顿流体，考虑压裂液在水平井筒、射孔孔眼、压裂裂缝中的流动以及压裂液的滤失效应，基于压力平衡原理与物质守恒原理，采用牛顿迭代方法，建立水平井分段多簇压裂流量动态分配模型；
[0018]S24、考虑裂缝的拉张与剪切的复合破坏模式，选取尖端临界能量释放率准则作为裂缝的扩展则，通过最大拉伸应力准则计算裂缝的扩展方向，考虑非均匀扩展，对多裂缝扩展步长进行修正，建立多裂缝扩展步长与扩展方向计算模型；
[0019]S25、考虑页岩储层中发育的天然裂缝对水力裂缝扩展的影响，水力裂缝会发生穿过天然裂缝、沿天然裂缝转向等结果，同时考虑压裂液向天然裂缝中的滤失，基于经验解析公式建立水力裂缝与天然裂缝相交模型；
[0020]S26、根据步骤S21中应力与位移关系、S22中诱导应力场计算模型、S23中压裂液流动场进行耦合形成裂缝扩展流固全耦合模型、步骤S24中扩展准则与S25中相交准则组合形成断裂场模型，结合流固全耦合模型与断裂场模型形成水平井分段多簇压裂复杂缝网动态扩展模型。
[0021]优选地，基于边界元方法建立裂缝扩展应力与位移之间的联系时：
[0022][0023]式中：u
i
表示裂缝单元i的法向位移；v
i
表示裂缝单元i的切向位移；σ
j
表示裂缝单元j的法向应力；τ
j
表示裂缝单元j切向应力；A
ij
表示应力边界影响系数矩阵；G
ij
表示缝高修正系数矩阵，当三维裂缝扩展时，G
ij
为单位矩阵；
[0024]诱导应力场计算模型为：
[0025][0026]式中：下标x与y表示方向；表示裂缝单元j作用于裂缝单元i的诱导应力场；G
ij
表示缝高修正系数，当三维裂缝扩展时，G
ij
的值为1；C
ij
表示位移边界影响系数；表示裂缝单元j沿x方向的法向位移对裂缝单元i沿x方向正应力的影响系数；
表示裂缝单元j沿y方向的切向位移对裂缝单元i沿x方向正应力的影响系数；表示裂缝单元j沿x方向的法向位移对裂缝单元i沿y方向正应力的影响系数；表示裂缝单元j沿y方向的法向位移对裂缝单元i沿y方向正应力的影响系数；表示裂缝单元j沿x方向的法向位移对裂缝单元i切向应力的影响系数；表示裂缝单元j沿y方向的法向位移对裂缝单元i切向应力的影响系数；u
j
与v
j
分别表示裂缝单元j的法向位移与切向位移；
[0027]水平井分段多簇压裂流量动态分配模型为：
[0028][0029]式中，t表示压裂时间；x表示位置；A表示水力裂缝横截面积；q表示压裂液流量；q
leak
表示压裂液滤失速率；p
Bottom
表示水平井跟部井底流体压力；p
well,i
表示水平井跟部到第i个射孔簇之间的井筒摩阻；p
p,i
表示第i个射孔簇的射孔孔眼摩阻；p
f,i
表示第i簇裂缝的入口流体压力；
[0030]多裂缝扩展步长与扩展方向计算模型为：
[0031][0032][0033][0034]式中，α表示裂缝最大扩展步长的半值；Δx
i
表示第i个裂缝尖端的扩展步长；G
f,i
表示第i个裂缝尖端的最大能量释放率；G...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气地层压裂施工参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取页岩压裂区块储层的地质参数、物性参数和压裂设计参数；S2、建立页岩气水平井分段多簇压裂复杂缝网动态扩展模型；S3、根据地质参数和压裂设计参数以及缝网动态扩展模型得到的压裂后裂缝几何参数，建立页岩气水平井压裂改造后单井产量计算模型；S4、基于水平井压裂改造各项目所需的费用，建立页岩气水平井分段多簇压裂改造成本计算模型；S5、结合缝网动态扩展模型、单井产量计算模型和压裂改造成本计算模型，计算不同压裂设计参数下页岩气水平井压裂改造后的生产净现值，以最大净现值对压裂设计参数进行优化。2.如权利要求1所述的页岩气地层压裂施工参数优化方法，其特征在于，所述地质参数包括：水平最大主应力、水平最小主应力、储层与隔层的应力差、储层应力梯度、岩石抗拉强度、杨氏模量、泊松比、岩石压缩系数、岩石密度、基质渗透率、基质孔隙度、含气饱和度、储层压力系数、储层温度、储层厚度、天然裂缝长度、天然裂缝方位角、天然裂缝抗剪强度、天然裂缝壁面摩擦系数、天然裂缝孔隙度、天然裂缝渗透率；所述压裂设计参数包括：簇间距、射孔簇数、射孔直径、射孔数目、施工排量、压裂液粘度、施工规模。3.如权利要求1所述的页岩气地层压裂施工参数优化方法，其特征在于，所述S2具体包括：S21、基于边界元方法建立裂缝扩展应力与位移之间的联系；S22、考虑多条水力裂缝同时扩展情况，裂缝间存在诱导应力作用，再根据应力叠加原理得到裂缝动态扩展储层中任意一点的复合应力场，得到诱导应力场计算模型；S23、将压裂液视作不可压缩的牛顿流体，考虑压裂液在水平井筒、射孔孔眼、压裂裂缝中的流动以及压裂液的滤失效应，基于压力平衡原理与物质守恒原理，采用牛顿迭代方法，建立水平井分段多簇压裂流量动态分配模型；S24、考虑裂缝的拉张与剪切的复合破坏模式，选取尖端临界能量释放率准则作为裂缝的扩展则，通过最大拉伸应力准则计算裂缝的扩展方向，考虑非均匀扩展，对多裂缝扩展步长进行修正，建立多裂缝扩展步长与扩展方向计算模型；S25、考虑页岩储层中发育的天然裂缝对水力裂缝扩展的影响，水力裂缝会发生穿过天然裂缝、沿天然裂缝转向等结果，同时考虑压裂液向天然裂缝中的滤失，基于经验解析公式建立水力裂缝与天然裂缝相交模型；S26、根据步骤S21中应力与位移关系、S22中诱导应力场计算模型、S23中压裂液流动场进行耦合形成裂缝扩展流固全耦合模型、步骤S24中扩展准则与S25中相交准则组合形成断裂场模型，结合流固全耦合模型与断裂场模型形成水平井分段多簇压裂复杂缝网动态扩展模型。4.如权利要求3所述的页岩气地层压裂施工参数优化方法，其特征在于，基于边界元方法建立裂缝扩展应力与位移之间的联系时：
式中：u
i
表示裂缝单元i的法向位移；v
i
表示裂缝单元i的切向位移；σ
j
表示裂缝单元j的法向应力；τ
j
表示裂缝单元j切向应力；A
ij
表示应力边界影响系数矩阵；G
ij
表示缝高修正系数矩阵，当三维裂缝扩展时，G
ij
为单位矩阵；诱导应力场计算模型为：式中：下标x与y表示方向；表示裂缝单元j作用于裂缝单元i的诱导应力场；G
ij
表示缝高修正系数，当三维裂缝扩展时，G
ij
的值为1；C
ij
表示位移边界影响系数；表示裂缝单元j沿x方向的法向位移对裂缝单元i沿x方向正应力的影响系数；表示裂缝单元j沿y方向的切向位移对裂缝单元i沿x方向正应力的影响系数；表示裂缝单元j沿x方向的法向位移对裂缝单元i沿y方向正应力的影响系数；表示裂缝单元j沿y方向的法向位移对裂缝单元i沿y方向正应力的影响系数；表示裂缝单元j沿x方向的法向位移对裂缝单元i切向应力的影响系数；表示裂缝单元j沿y方向的法向位移对裂缝单元i切向应力的影响系数；u
j
与v
j
分别表示裂缝单元j的法向位移与切向位移；水平井分段多簇压裂流量动态分配模型为：式中，t表示压裂时间；x表示位置；A表示水力裂缝横截面积；q表示压裂液流量；q
le...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，王小军，张峰，游园，刘立之，刘晓瑜，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：