一种利用水力裂缝蠕变扩展确定压后焖井时间的方法

摘要

本发明涉及一种利用水力裂缝蠕变扩展确定压后焖井时间的方法，依次包括以下步骤：(1)获取压裂施工排量Q、裂缝高度H、压裂液滤失系数C、压裂液黏度μ、压裂液流变指数n′、压裂液稠度系数K′，目标层位岩样的杨氏模量E、泊松比ν、弹性模量G、体积模量K以及岩石材料常数Dm、φm；(2)计算压裂造缝结束时的裂缝长度、裂缝宽度、缝内不同位置的压力；(3)获得裂缝总宽度、裂缝总体积和裂缝蠕变宽度、裂缝蠕变体积；(4)计算j时刻裂缝尖端的J积分和C*积分；(5)绘制dJj/dtj‑tj曲线图和曲线图并判断焖井时间的上下界限。本发明用于优化油气井压后焖井时间，扩大压裂波及范围，有效提高产能，克服了现有技术的缺陷和不足，具有广阔的市场应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种利用水力裂缝蠕变扩展优化压后焖井时间的方法。

背景技术

随着油气资源的不断开发，人们对页岩等非常规储层中的资源探索成为了石油领域的热点。目前，水力压裂是开发非常规油气的重要技术手段之一。随着压裂技术的普及，众多压裂施工经验表明，页岩气等软岩层开发中，压后焖井能够使裂缝进一步延伸，提升裂缝穿透距离，压后焖井一段时间能够有效提高油井产能。焖井时间对压后焖井效果有着重要影响，焖井时间过短则提前结束了裂缝延伸，达不到最佳的增产效果；而焖井时间过长则会出现较严重的敏感性损害，削弱油井产能。因此，压后焖井时间的优化对非常规油气资源的开发有着重要意义。

目前，压后焖井时间的判断方法有很多。有的利用页岩气井焖井时间与压裂液返排率、气井初始产能的对应关系优选最佳产能下的焖井时间范围(张寅，李世恩.涪陵页岩气井焖井时间与产能关系分析[J].江汉石油职工大学学报,2017,30(5):49-51)；有的结合焖井后压力下降拐点的时间和无阻流量与焖井时间的关系来判断焖井时间(黄小青，韩永胜，杨庆，等.昭通太阳区块浅层页岩气水平井试气返排规律[J].新疆石油地质,2020,(4):457-463，470)；还有一些方法通过页岩水化起裂的阈值压力判断焖井时间以达到最佳增产效果(韩慧芬，杨斌，彭钧亮.压裂后焖井期间页岩吸水起裂扩展研究—以四川盆地长宁区块龙马溪组某平台井为例[J].天然气工业,2019,39(1):74-80；Tao,L.,Guo,J.,Shan,J.ANew Shut in Time Optimization Method for Multi-Fractured Horizontal Wells inShale Gas Reservoirs[J].American Rock Mechanics Association,2020)。

但上述压后焖井时间的判断方法，均未考虑页岩储层中人工裂缝的蠕变扩展。这使得在页岩等软岩层中的压后焖井时间判断适应性偏低，焖井措施后效果良莠不齐。因此，需要一种基于水力裂缝蠕变扩展来判断焖井时间上下界限的方法，从而获得较为合理的页岩储层中的压后焖井时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用水力裂缝蠕变扩展确定压后焖井时间的方法，用于优化油气井压后焖井时间，扩大压裂波及范围，有效提高产能，克服了现有技术的缺陷和不足，具有广阔的市场应用前景。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

本发明将J积分和C*积分作为裂缝蠕变扩展的判据。在研究裂缝蠕变扩展的相关问题时，J积分和C*积分有着重要的作用。J积分具有时间依赖性，是蠕变裂缝延时起裂的判据，在时间推移的过程中，J积分会累积上升，蠕变裂缝会在静止一段时间后产生起裂的行为。而C

一种利用水力裂缝蠕变扩展确定压后焖井时间的方法，依次包括以下步骤：

(1)获取压裂施工排量Q、裂缝高度H、压裂液滤失系数C、压裂液黏度μ、压裂液流变指数n′、压裂液稠度系数K′，目标层位岩样的杨氏模量E、泊松比ν、弹性模量G、体积模量K以及岩石材料常数D

(2)计算压裂造缝结束时的裂缝长度、裂缝宽度、缝内不同位置的压力，过程如下：运用二维PKN裂缝延伸扩展模型，通过下式计算压裂造缝结束时的裂缝长度L(王鸿勋,张士诚.水力压裂设计数值计算方法[M].北京：石油工业出版社,1998)：

式中：L——压裂造缝结束时的裂缝长度，m；

Q——施工排量，m

H——裂缝高度，m；

C——压裂液滤失系数，m/min

t——压裂施工开始至压裂造缝结束时的时间，min。

通过下式计算压裂造缝结束时缝口处的裂缝宽度w

式中：w

x——以缝口为原点，缝长方向不同位置的坐标，m；

μ——压裂液粘度，mPa·s；

E——目标层位岩样的杨氏模量，MPa；

ν——目标层位岩样的泊松比，无量纲。

通过下式计算压裂造缝结束时缝长方向不同位置的裂缝宽度w

在获得压裂造缝结束时裂缝长度和裂缝宽度的基础上，计算裂缝中的压力梯度

式中：n′——压裂液流变指数，小于1的数，交联瓜胶压裂液中n′＝0.5；

K′——压裂液稠度系数，mPa·s，交联瓜胶压裂液中K′＝0.55；

q(x)——裂缝中缝长方向不同位置的流量，m

σ

(3)获得裂缝总宽度、裂缝总体积和裂缝蠕变宽度、裂缝蠕变体积，过程如下：

对裂缝中的压力进行空间离散，将裂缝沿缝长方向分为n段，第k段裂缝处压力表示为p

式中：p

B、D——中间函数；

N——拉普拉斯反演常数，一般取10；

l——拉普拉斯反演常数，其数值由N确定；

t

a

b

c

s——拉普拉斯变量，

z——解析函数变量，m。

将压裂造缝结束时缝内不同位置处的压力p

(4)计算j时刻裂缝尖端的J积分和C

裂缝总体积等于裂缝弹性体积与裂缝蠕变体积之和，通过裂缝弹性体积V

式中：b

将p

将K

式中：σ

σ

σ

X——裂缝尖端在x方向上(缝长方向)的位移，m；

Y——裂缝尖端在y方向上(垂直于缝长方向)的位移，m；

θ——建立在裂缝尖端处的极坐标系的极角，rad；

r——建立在裂缝尖端处的极坐标系的极径，m。

计算j时刻裂缝尖端的J积分J

T

式中：J

W——裂缝尖端的应变能密度，MJ/m

ε

σ

T

Γ——从裂缝尖端下表面到上表面的任意回路，m；

n——裂缝尖端处垂直于积分回路的单位法向量，无量纲。

J

若J

若J

式中：C

通过蠕变裂缝尖端扩展速度

式中：

D

φ

通过裂缝弹性体积V

在获得a

(5)绘制dJ

当dJ

现有的判断焖井时间的方法，主要是依据现场经验和邻井施工参数进行判断，因此适用性差，运用于不同区块、不同井时效果差异大。而本发明中的焖井时间判断方法依据岩石本构参数、压裂施工参数通过计算获得J积分、C

附图说明

图1为通过计算得到的Y1、Y2、Y3井dJ

图2、图3、图4分别为通过计算得到的Y1、Y2、Y3井的

图5为Y1、Y2、Y3井返排瞬时产气量的对比图。

具体实施方式

下面根据附图和实例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

实施例

以川南某页岩气区块的三口邻近的页岩气井(Y1井、Y2井、Y3井)为例，利用本发明所述方法判断各井的压后焖井时间上下界限，并与实际施工时间进行对比，分析焖井时间对产能的影响。

步骤1，获取压裂施工排量Q、裂缝高度H、压裂液滤失系数C、压裂液黏度μ、压裂液流变指数n′、压裂液稠度系数K′，目标层位岩样的杨氏模量E、泊松比ν、弹性模量G、体积模量K以及岩石材料常数D

步骤2，结合步骤1的参数，利用公式(1)～(4)压裂造缝结束时的裂缝长度L、裂缝宽度w

步骤3，对压裂造缝结束时缝内不同位置处的压力p

步骤4，利用裂缝总体积V

将裂缝尖端的应力和位移代入公式(12)-(15)，计算第1时刻下的J积分J

当J

当J≥J

步骤5，绘制dJ

从图1中可以看出，Y1井在焖井73h后进入稳态蠕变，该井的焖井时间下限为73h；Y2井在焖井68h后进入了稳态蠕变状态，该井的焖井时间下限为68h；Y3井在焖井85h后进入稳态蠕变状态，该井的焖井时间下限为85h。

图2、图3、图4分别为Y1、Y2、Y3井的

根据焖井、返排施工参数可知，Y1、Y2、Y3井的焖井时间分别为144h、48h、264h。通过对比可知，Y2井和Y3井的实际焖井施工时间均不在计算得到的焖井时间上下界限内，只有Y1井的焖井施工时间在本发明计算得到的焖井时间上下界限内。

图5为Y1、Y2、Y3井返排瞬时产气量的对比图。分析图5可知，Y1井在返排中获得了优于其他两口井的产气量，且能够维持在36×10