考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油产能预测方法及系统

摘要

本发明公开了一种考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油产能预测方法及系统，包括：获取基本参数；计算在致密油水平井多级压裂中，每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据；在压裂施工后，计算在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据；计算应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据；计算应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据；构建致密油产能预测模型，获得致密油产能预测结果。

说明书

技术领域

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油产能预测方法及系统。

背景技术

致密油作为一种非常规资源，在我国拥有厚实的储量基础，开发潜力巨大。由于致密油孔喉细小，没有自然产能，需要通过水平井体积改造的方式进行有效开发。因此水力压裂是致密油开发中的必要步骤，水力压裂对致密油开发的影响在进行产能预测的时候应该加以考虑。但是目前的致密油产能预测模型都只针对压裂水平井的开发过程进行预测，均没有考虑水力压裂施工对致密油压裂水平井产能的影响。

致密油多采用水平井大规模水力压裂来实现有效开发，水力压裂施工对致密油产能造成的影响主要体现在两个方面。一个是在水力压裂施工中，由于人工裂缝的存在，储层中会出现一个相应的诱导应力，使得储层的原始地应力场发生改变；另一个是由于压裂液的滤失，会造成储层中孔隙压力的增加，从而影响作用在人工裂缝表面的净压力。诱导应力和基质的孔隙压力共同作用影响人工裂缝的参数，首先是由于产生的诱导应力和孔隙压力增加，人工裂缝的缝宽会减小。另外由于压裂施工中支撑剂的用量不变，那么裂缝宽度的减小会造成缝内渗透率的减小。裂缝宽度和渗透率的减小都会影响致密油压裂水平井的产能。

致密油体积压裂改造开发模式下，裂缝之间具有明显的缝间应力干扰和较大的滤失量等特点，准确预测致密油在缝间应力干扰和压裂液滤失影响下的产能，对致密油产能评价与预测、优化配产与工艺参数优化设计具有重要意义。因此，形成考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油体积压裂水平井产能预测方法意义重大。

发明内容

针对现有致密油产能评价与预测的需求，本发明通过考虑应力干扰及压裂液滤失进行油产能预测，可以准确预测应力干扰及压裂液滤失下的致密油压裂水平井产能，为致密油产能准确评价与预测、优化配产与工艺参数优化设计提供技术支撑。

为达到上述目的，本发明提出了一种考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油产能预测方法，包括：步骤1，获取基本参数；步骤2，计算在致密油水平井多级压裂中，每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据；步骤3，根据每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据，在压裂施工后，计算在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据；步骤4，根据在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据，计算应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据；步骤5，根据应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据，计算应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据；步骤6，根据应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据、应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据，构建致密油产能预测模型，获得致密油产能预测结果。

为达到上述目的，本发明还还提出了一种考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油产能预测系统，包括：基本参数获取模块，用于获取基本参数；影响数据计算模块，用于计算在致密油水平井多级压裂中，每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据；根据每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据，在压裂施工后，计算在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据；根据在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据，计算应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据；根据应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据，计算应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据；产能预测模块，用于根据应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据、应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据，构建致密油产能预测模型，获得致密油产能预测结果。

本发明提出的考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油产能预测方法及系统，考虑致密油多段压裂水平井缝间干扰大，压裂液滤失量大的特点，针对压裂施工诱导应力和压裂液滤失对人工裂缝参数的影响来进行致密油产能预测，其至少具有以下显著优点：

1、创新的建立了致密油压裂水平井的压裂诱导应力对储层地应力场影响的计算方法。可以计算不同压裂施工条件下的诱导应力对储层地应力场的影响，进而可以进 行人工裂缝形态，分布和大小的准确预测，为压裂优化设计提供技术支撑。

2、首次建立了致密油压裂施工中的压裂液滤失对储层地应力和孔隙压力影响的计算模型。可以计算不同压裂液量施工条件下的压裂液滤失对地应力和孔隙压力的影响，在此基础上可以更加准确地预测人工裂缝的形态、分布、大小和致密油压裂水平井的产量。

3、创新的建立了缝间应力干扰和压裂液滤失条件下的人工裂缝缝宽计算模型。利用储层的岩石力学参数可以计算不同压裂设计条件下的人工裂缝宽度，可以为支撑剂粒径的选择以及致密油的产能预测提供理论依据和技术支撑。

4、创新的建立了缝间应力干扰和压裂液滤失条件下的人工裂缝渗透率计算模型。通过人工裂缝宽度的改变可以进行人工裂缝渗透率大小的计算，考虑了压裂造成孔隙压力的增加，可以为压裂施工中砂比的选择以及致密油的产能预测提供技术支持。

5、首次建立了缝间应力干扰和压裂液滤失影响的致密油产能预测方法。可以进行不同压裂施工条件下的致密油压裂水平井产能的准确预测，为压裂施工参数的优化提供相关的依据，使优化模拟计算结果能够更贴近实际，提高压裂施工效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的考虑应力干扰和压裂液滤失的致密油产能预测方法的流程图。

图2为本发明一实施例的考虑应力干扰和压裂液滤失的致密油产能预测方法的详细流程图。

图3A及图3B分别为本发明一具体实施例的压裂施工参数、储层参数的数据示意图。

图4为本发明一实施例的致密油分段压裂水平井的多级压裂裂缝对目的压裂段产生应力干扰影响的示意图。

图5为本发明一实施例的孔隙压力和地应力相互作用的示意图。

图6为本发明一实施例的人工裂缝周围压裂液滤失范围的示意图。

图7为本发明一实施例的裂缝壁面的受力示意图。

图8为本发明一实施例的人工裂缝缝宽减小造成裂缝内渗透率减小的示意图。

图9为本发明一实施例的考虑不同因素条件下致密油压裂水平井的产量对比图。

图10为本发明一实施例的致密油压裂水平井预测日产量和实际日产量的对比图。

图11为本发明一实施例的致密油压裂水平井预测累产量和实际累产量的对比图。

图12为本发明一实施例的考虑应力干扰和压裂液滤失的致密油产能预测系统的结构示意图。

具体实施方式

以下配合图示及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

图1为本发明一实施例的考虑应力干扰和压裂液滤失的致密油产能预测方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤S1，获取基本参数；

步骤S2，计算在致密油水平井多级压裂中，每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据；

步骤S3，根据每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据，在压裂施工后，计算在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据；

步骤S4，根据在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据，计算应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据；

步骤S5，根据应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据，计算应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据；

步骤S6，根据应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据、应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据，构建致密油产能预测模型，获得致密油产能预测结果。

具体的，参考图2所示，为一详细流程图。其中，

在步骤S1中，进一步结合图3A及图3B所示，获取的基本参数包括：

获取水平井参数，包括：水平井长度；

获取压裂施工参数，包括：压裂液的注入量Q_l，人工裂缝的半长L，人工裂缝的高度h_f，压裂段数n，人工裂缝内的净压力Δσ_I，压裂液粘度μ_l；

获取地层参数，包括：储层的孔隙度储层的渗透率k_m，储层厚度h，原始地层压力p_e，储层的杨氏模量E，储层的泊松比ν，最小水平主应力σ_h。

在步骤S2中，结合图4所示，为致密油分段压裂水平井的多级压裂裂缝对目的压裂段产生应力干扰影响的示意图。

储层中由于水力裂缝的存在会使得原始地应力场发生改变，由于人工裂缝都是通过水平井筒进行压裂施工得到，只需要考虑沿着水平井方向的地应力改变；

单条裂缝沿着水平井眼方向对储层就地应力场的改变为Δσ_xx，计算公式如下：

${\mathrm{\Delta \sigma }}_{xx}={\mathrm{\Delta \sigma }}_I[1-{(1+{\left(\frac{h_f}{2d_{ij}}\right)}^2)}^{-\frac{3}{2}}];$

其中，d_ij是计算点和第j条裂缝的距离。

当进行水平井分段压裂的时候，沿着水平井筒方向会存在多条裂缝，这时在沿着水平井眼方向的某一位置地应力场改变为Δσ_x，计算公式如下：

${\mathrm{\Delta \sigma }}_x=\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta \sigma }}_{xi}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta \sigma }}_{Ik}[1-{(1+{\left(\frac{h_k}{2d_{ik}}\right)}^2)}^{-\frac{3}{2}}];$

其中，Δσ_Ik是第k条裂缝的缝内净压力，h_k是第k条裂缝的缝高，d_ik是计算点和第k条裂缝的距离。

在步骤S3中，结合图5所示，为本发明一实施例的孔隙压力和地应力相互作用的示意图。其中，具体步骤为：

步骤S31，在压裂施工中压裂液一部分存在于裂缝中，一部分滤失到了地层中，计算压裂液的滤失量的公式如下：

V_l＝η×Q_l；

其中，η是压裂液效率；

步骤S32，结合图6所示，为本发明一实施例的人工裂缝周围压裂液滤失范围的示意图。

具体的，设压裂液沿着裂缝的滤失是均匀的，那么单位长度上的压裂液量为V_l， 设单条裂缝压裂施工的时间为t₁，那么单条裂缝上压裂液注入造成的滤失面积是A_l，计算公式如下：

$P=\frac{V_l{\mu }_l}{36{\mathrm{\pi ht}}_1{\mathrm{GK}}_0{e}^{-{\alpha }_m(p_e-p_1)}};$

r_e＝w_f+[-Q/2+((Q/2)²+(P/3)³)^(1/2)]^(1/3)+[-Q/2-((Q/2)²+(P/3)³)^(1/2)]^(1/3)；

A_l＝πr_e²+4r_eL；

其中，K₀为储层原始渗透率，p₁为施工后的平均地层压力，α_m为储层基质的应力敏感系数，G为储层基质的启动压力梯度，C_t为储层综合压缩系数，w_f为考虑其他人工裂缝影响情况下的人工裂缝缝宽。

步骤S33，压裂液滤失范围内的压力分布；

在距离人工裂缝x的位置上的油藏孔隙压力为p(x)，计算公式如下：

$p\left(x\right)=p_e-\frac{V_l\mu }{2{\mathrm{\pi htK}}_0{e}^{-{\alpha }_m(p_e-p)}}[ln\frac{x}{r_e}+1-\frac{x}{r_e}]+G[r_e-x];$

其中，p为压力变量；

步骤S34，压裂液滤失造成的地层压力增加；

压裂液进入基质孔隙会造成油藏孔隙压力增加，增加量Δp(x)计算公式如下：

$\Delta p\left(x\right)=p_e-p\left(x\right)=\frac{V_l\mu }{2{\mathrm{\pi htK}}_0{e}^{-{\alpha }_m(p_e-p)}}[ln\frac{x}{r_e}+1-\frac{x}{r_e}]-G[r_e-x];$

步骤S35，压裂液滤失对地应力场的影响；结合图7所示，为本发明一实施例的裂缝壁面的受力示意图。

在距离人工裂缝为x的位置储层的有效应力为p_a，计算公式如下：

p_a＝σ_h+Δσ_x-p(x)。

在步骤S4中，设置一目的裂缝，除该目的裂缝外的其他人工裂缝在地层中引起的诱导应力和压裂液滤失引起的孔隙压力变化，会附加在一起影响目的裂缝的裂缝宽度，根据线弹性力学，考虑其他人工裂缝影响情况下的人工裂缝缝宽为w_f，计算公式如下：

$w_f=\frac{2h_{\xi }(p_f-p_a)(v^2-1)}{E};$

其中，h_ξ为裂缝高度，p_f为裂缝内压力。

在步骤S5中，计算应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据，包括：

压裂施工用支撑剂量恒定的情况下，人工裂缝缝宽的减小会造成人工裂缝内空间的缩小，从而影响人工裂缝内的渗透率，具有其他人工裂缝影响情况下的人工裂缝渗透率为k_f，计算公式如下：

$k_f=\frac{{w_f}^2}{12}.$

在步骤S6中，结合图8所示，为本发明一实施例的人工裂缝缝宽减小造成裂缝内渗透率减小的示意图。其中，具体步骤为：

步骤S61，考虑基质启动压力梯度和应力敏感性的致密油基质泄油半径的计算模型为：

r_e(t)＝w_f+[-Q/2+((Q/2)²+(P/3)³)^(1/2)]^(1/3)+[-Q/2-((Q/2)²+(P/3)³)^(1/2)]^(1/3)；

其中，q为油井产量；

步骤S62，由于致密油的开发需要通过人工压裂产生自然产能，因此近似认为致密油的开发中储层的有效动用范围主要集中在压裂液的滤失范围内，压裂液的滤失对该滤失范围内的孔隙压力增加量为p_e1，计算公式如下：

$p_{e1}=p_e+\frac{V_l}{c_t{A}_{l}h};$

其中，c_t为地层综合压缩系数；

步骤S63，在生产初期，为人工裂缝中流动，考虑压裂裂缝拟线性渗流和裂缝应力敏感的产能预测模型为：

$q_1\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{q}_i=\frac{4w_f{\mathrm{hk}}_f\exp \left[{\alpha }_F(\bar{p}-p_{e1})\right]}{\mu l\left(t\right)}\{p_e-p_w-\frac{k_{i}h}{k_f{w}_f}[ln\left(\frac{h}{2r_w}\right)-\frac{\pi }{2}\left]\right\};$

其中，w_f是裂缝的宽度，α_F是裂缝的应力敏感系数，k_i是基质渗透率，k_f是裂缝渗透率，p_w为井底流压，r_w为油井半 径。

步骤S64，在生产后期，压力波传播到储层基质，为人工裂缝和储层基质的耦合流动；考虑压裂裂缝拟线性渗流、裂缝应力敏感性，基质启动压力梯度和基质应力敏感时的产能预测模型为：

$q_2\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{q}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}2{\mathrm{\pi K}}_{i}h\frac{[m\left(p_{e1}\right)-m\left(p_{Fi}\right)-\frac{2x_{Fi}}{\pi }{G}_T({\mathrm{sh\xi }}_i-{\mathrm{sh\xi }}_{Fi})]}{\mu \ln \frac{a_i+\sqrt{{a_i}^2-{x_{Fi}}^2}}{x_{Fi}}};$

其中，q₂(t)为生产后期预测产能，p_Fi为第i条裂缝的压力，x_Fi为第i条裂缝的裂缝半长，G_T为拟启动压力梯度，且ξ_i为第i条裂缝中心的椭圆坐标，ξ_Fi为第i条裂缝端部的椭圆坐标，a_i为第i条裂缝周围椭圆渗流面积的长轴长度，且a_i＝x_Fi+r_e(t)，m(p)为拟压力函数，且p为压力变量。

为了对上述考虑应力干扰和压裂液滤失的致密油产能预测方法进行更为清楚的解释，下面结合一个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。

结合图9至图11可以看出，考虑应力干扰和压裂液滤失的致密油产能预测更加准确地预测人工裂缝的形态、分布、大小和致密油压裂水平井的产量。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油产能预测系统，如下面的实施例所述。由于该系统解决问题的原理与上述方法相似，因此该系统的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图12为本发明一实施例的考虑应力干扰和压裂液滤失的致密油产能预测系统的结构示意图。如图12所示，该系统包括：

基本参数获取模块100，用于获取基本参数；

影响数据计算模块200，用于计算在致密油水平井多级压裂中，每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据；

根据每级压裂缝产生的诱导应力对地应力造成的影响数据，在压裂施工后，计算在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据；

根据在储层基质中的压裂液对储层基质孔隙压力的影响数据，计算应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据；

根据应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据，计算应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据；

产能预测模块300，用于根据应力干扰和滤失对人工裂缝尺寸的影响数据、应力干扰和滤失对人工裂缝渗透率的影响数据，构建致密油产能预测模型，获得致密油产能预测结果。

本发明提出的考虑应力干扰及压裂液滤失的致密油产能预测方法及系统，考虑致密油多段压裂水平井缝间干扰大，压裂液滤失量大的特点，针对压裂施工诱导应力和压裂液滤失对人工裂缝参数的影响来进行致密油产能预测，其至少具有以下显著优点：

1、创新的建立了致密油压裂水平井的压裂诱导应力对储层地应力场影响的计算方法。可以计算不同压裂施工条件下的诱导应力对储层地应力场的影响，进而可以进行人工裂缝形态，分布和大小的准确预测，为压裂优化设计提供技术支撑。

2、首次建立了致密油压裂施工中的压裂液滤失对储层地应力和孔隙压力影响的计算模型。可以计算不同压裂液量施工条件下的压裂液滤失对地应力和孔隙压力的影响，在此基础上可以更加准确地预测人工裂缝的形态、分布、大小和致密油压裂水平井的产量。

3、创新的建立了缝间应力干扰和压裂液滤失条件下的人工裂缝缝宽计算模型。利用储层的岩石力学参数可以计算不同压裂设计条件下的人工裂缝宽度，可以为支撑剂粒径的选择以及致密油的产能预测提供理论依据和技术支撑。

4、创新的建立了缝间应力干扰和压裂液滤失条件下的人工裂缝渗透率计算模型。通过人工裂缝宽度的改变可以进行人工裂缝渗透率大小的计算，考虑了压裂造成孔隙压力的增加，可以为压裂施工中砂比的选择以及致密油的产能预测提供技术支持。

5、首次建立了缝间应力干扰和压裂液滤失影响的致密油产能预测方法。可以进行不同压裂施工条件下的致密油压裂水平井产能的准确预测，为压裂施工参数的优化提供相关的依据，使优化模拟计算结果能够更贴近实际，提高压裂施工效果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。