基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法

摘要

本发明公开了一种基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法，包括：获取目标陆相页岩地层基础参数，开展岩心抗拉实验获取地层岩石抗拉强度，建立陆相页岩纵向分层地质力学模型；基于陆相页岩纵向分层地质力学模型，开展不同簇间距下复杂裂缝扩展模拟，获取复杂裂缝形态与裂缝缝长，并计算不同簇间距算例下复杂裂缝改造强度以及不同簇间距算例下穿层裂缝条数；根据改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标确定推荐簇间距范围。本发明提出的基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法，能反应陆相页岩地质特点，其模拟结果针对性强，能为陆相页岩压裂改造提供理论指导，压后增产效果明显，且计算量小。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气工程技术领域，特别涉及一种基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法。

背景技术

陆相页岩储层纵向上有多套小层发育，地层间部分发育高应力灰岩条带，总体呈现岩性和地应力非均质性强特征。水力压裂是陆相页岩效益开发的关键技术，然而储层纵向强非均质性特征会影响水力裂缝在缝高方向上的有效扩展，裂缝体积增加受限，进而影响水力压裂改造效果。

为了实现陆相页岩储层立体充分改造，考虑采用水平井分段分簇技术对陆相页岩进行体积改造。然而，现有压裂设计方法难以实际满足陆相页岩对于裂缝纵向穿层的需求，一方面，储层地质力学建模难以准确描述地层岩性以及应力非均质性，地层界面力学性质差异难以表征；另一方面，裂缝扩展模拟无法考虑多簇竞争、层理弱面、以及纵向非均质性的综合影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种更适合强非均质性陆相页岩的基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法，包括以下步骤：

获取目标陆相页岩地层基础参数，开展岩心抗拉实验获取地层岩石抗拉强度，根据目标陆相页岩地层基础参数和地层岩石抗拉强度，建立陆相页岩纵向分层地质力学模型；

基于陆相页岩纵向分层地质力学模型，开展不同簇间距下复杂裂缝扩展模拟，获取复杂裂缝形态与裂缝缝长，并计算不同簇间距算例下复杂裂缝改造强度以及不同簇间距算例下穿层裂缝条数；

根据改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标确定推荐簇间距范围。

优选地，所述目标陆相页岩地层基础参数包括地质工程参数与分层参数，其中，所述地质工程参数包括地层地应力、岩石力学以及工程参数；所述分层参数包括地层基质位置、地层界面位置以及地层基质厚度。

优选地，所述地层岩石抗拉强度包括地层基质和地层界面的抗拉强度，其中，所述地层基质抗拉强度通过对不含胶结面岩心进行抗拉测试获取；所述地层界面抗拉强度通过对含胶结面岩心进行抗拉测试获取。

优选地，开展不同簇间距下复杂裂缝扩展模拟时，采用基于能量场演化的裂缝扩展模型进行模拟。

优选地，所述基于能量场演化的裂缝扩展模型包括裂缝能量场演化方程、动态应力场方程和流动系统方程，其中，

裂缝能量场演化方程为：

式中：η为阻尼系数，单位MPa·s；ε为能量场函数，无因次；

动态应力场方程为：

式中：ρ为岩石体密度，单位kg/m3；u

流动系统方程为：

式中：w为裂缝缝宽，单位m；μ为流体粘度，单位Pa·s；L为单元长度，单位m；P为流体压力，单位Pa；P

式中：k为岩石渗透率。

优选地，复杂裂缝形态由裂缝节点位置确定。

优选地，裂缝改造强度通过下式进行确定：

式中：L为水力裂缝总高度，单位m；S为复杂裂缝节点最小外接矩形面积，单位m

优选地，确定穿层裂缝条数时，统计裂缝穿过地层界面的裂缝总条数。

优选地，所述根据改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标确定推荐簇间距范围时，当某一簇间距算例同时具有改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标，则推荐该算例；若不是，推荐簇间距范围为改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标对应算例之间。

本发明提出的基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法，具有以下有益效果：

1、本优化方法针对性强。通过地质工程资料统计，能够建立适合于描述目标陆相页岩储层纵向非均质性的地质力学模型；

2、本优化方法应用性强。通过全程量化计算，能够明确不同簇间距下裂缝穿层效果以及裂缝改造强度；

3、本优化方法效率高、投资低。无需开展实验测试，3个小时之内即可完成设计计算。

附图说明

图1为本发明基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法的流程示意图；

图2为本发明基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法一实施例的储层压裂地质模型示意图；

图3为本发明基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法一实施例的复杂裂缝扩展形态模拟结果示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明提出一种基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法，包括以下步骤：

步骤S10，获取目标陆相页岩地层基础参数，开展岩心抗拉实验获取地层岩石抗拉强度，根据目标陆相页岩地层基础参数和地层岩石抗拉强度，建立陆相页岩纵向分层地质力学模型；

步骤S20，基于陆相页岩纵向分层地质力学模型，开展不同簇间距下复杂裂缝扩展模拟，获取复杂裂缝形态与裂缝缝长，并计算不同簇间距算例下复杂裂缝改造强度以及不同簇间距算例下穿层裂缝条数；

步骤S30，根据改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标确定推荐簇间距范围。

步骤S10中，目标陆相页岩地层基础参数包括地质工程参数与分层参数，其中，所述地质工程参数包括地层地应力、岩石力学以及工程参数；所述分层参数包括地层基质位置、地层界面位置以及地层基质厚度。

步骤S10中，所述地层岩石抗拉强度包括地层基质和地层界面的抗拉强度，其中，所述地层基质抗拉强度通过对不含胶结面岩心进行抗拉测试获取；所述地层界面抗拉强度通过对含胶结面岩心进行抗拉测试获取。

步骤S20中，开展不同簇间距下复杂裂缝扩展模拟时，采用基于能量场演化的裂缝扩展模型进行模拟。

具体地，基于能量场演化的裂缝扩展模型包括裂缝能量场演化方程、动态应力场方程和流动系统方程，其中，

裂缝能量场演化方程为：

式中：η为阻尼系数，单位MPa·s；ε为能量场函数，无因次；

动态应力场方程为：

式中：ρ为岩石体密度，单位kg/m3；u

流动系统方程为：

式中：w为裂缝缝宽，单位m；μ为流体粘度，单位Pa·s；L为单元长度，单位m；P为流体压力，单位Pa；P

式中：k为岩石渗透率。

复杂裂缝形态由裂缝节点位置确定。

步骤S20中，裂缝改造强度通过下式进行确定：

式中：L为水力裂缝总高度，单位m；S为复杂裂缝节点最小外接矩形面积，单位m2。L和S均为基于模拟得到的裂缝形态和集合参数确定。

确定穿层裂缝条数时，统计裂缝穿过地层界面的裂缝总条数。

步骤S30中，所述根据改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标确定推荐簇间距范围时，当某一簇间距算例同时具有改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标，则推荐该算例；若不是，推荐簇间距范围为改造强度最高以及穿层裂缝条数最多双指标对应算例之间。

以某一陆相页岩储层为例，对该储层进行水平井分段分簇体积改造，其裂缝纵向穿层效果的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法包括以下步骤：

1、收集目标陆相页岩地层基础参数，结果如表1、表2所示。图2中，模型长75m，高50m，色标代表杨氏模量。

表1陆相页岩储层压裂地质工程参数

表2陆相页岩储层分层参数

2、基于表1、表2的储层基础参数，建立如图2所示的储层压裂地质模型。

3、基于储层压裂地质模型，采用基于能量场演化的裂缝扩展模型，模拟不同簇间距条件下的裂缝扩展形态，并统计不同簇间距算例下的复杂裂缝几何参数，结果分别如图3和表3所示。

表3不同簇间距算例裂缝几何参数

4、根据表3的计算的改造强度和穿层裂缝条数结果，优化本算例下压裂段簇间距为8m。

根据本发明优化得到的簇间距，可应用于实际水力压裂。与现有技术相比，该方法能反应陆相页岩地质特点。模拟结果针对性强，能为陆相页岩压裂改造提供理论指导，压后增产效果明显，且本发明计算量小，无需开展三轴模拟等实验，节省了大量成本。

本发明提出的基于裂缝纵向穿层的陆相页岩多簇压裂簇间距优化方法，具有以下有益效果：

1、本优化方法针对性强。通过地质工程资料统计，能够建立适合于描述目标陆相页岩储层纵向非均质性的地质力学模型；

2、本优化方法应用性强。通过全程量化计算，能够明确不同簇间距下裂缝穿层效果以及裂缝改造强度；

3、本优化方法效率高、投资低。无需开展实验测试，3个小时之内即可完成设计计算。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。