一种地质-工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法转让专利
申请号 : CN202210140128.2
文献号 : CN114186440B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 彭瑀 , 史鹏君 , 李勇明 , 贾虎 , 常程
申请人 : 西南石油大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:对目标水平压裂段进行分段划分,将其分为多个采样段;
S2:建立各个采样段的储集性评价因子,根据各个采样段的所述储集性评价因子计算目标水平压裂段的地质评价指标;
S3:建立各个采样段的脆性因子、天然裂缝发育因子、天然裂缝开启因子,根据各个采样段的所述脆性因子、天然裂缝发育因子以及天然裂缝开启因子建立各个采样段的工程评价因子;
所述脆性因子通过下式进行计算:
λ+η=1 (7)式中:Ci为第i采样段基于应力应变曲线的脆性因子,无量纲;λ、η均为标准化系数,无量纲;Mi为第i采样段的软化模量,GPa;Ei为第i采样段的弹性模量,GPa;σpi为第i采样段单三轴压缩试验所得到的峰值强度,MPa;σci为第i采样段单三轴压缩试验所得到的参与强度,MPa;
所述天然裂缝发育因子通过下式进行计算:式中:PFi为第i采样段的天然裂缝发育因子,无量纲;Pfi为第i采样段的天然裂缝发育程
6 ‑1
度表征数,×10m ;Pfmax、Pfmin分别为所有采样段中最大、最小的天然裂缝发育程度表征数,
6 ‑1 0.5
×10m ;K1i、K2i分别为第i采样段的Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧性,MPa·m ;υi为第i采样段的平均静3
态泊松比,无量纲;ρi为第i采样段的平均页岩密度,g/cm ;Vci为第i采样段的平均泥质含量,%;DTi为第i采样段的平均声波时差,μs/m;
所述天然裂缝开启因子通过下式进行计算:l2i=l1itanθi (15)l3i=cosαi (16)式中:PTi为第i采样段的天然裂缝开启因子,无量纲;Pti为第i采样段的天然裂缝开启时的流体压力,MPa;Ptmax、Ptmin分别为所有采样段中满足天然裂缝开启时最大、最小的流体压力,MPa;σxi、σyi、σzi分别为第i采样段的井筒法向正应力、井筒切向正应力、垂向应力,MPa;
l1i、l2i、l3i分别为第i采样段天然裂缝与采样段最大水平主应力、最小水平主应力、垂向应力的夹角余弦值,无量纲;τxyi、τyzi、τxzi分别为第i采样段的剪应力分量,MPa;θi为第i采样段天然裂缝与最大水平主应力方向的夹角,°;αi为第i采样段天然裂缝的倾角,°;
S4:根据各个采样段的所述工程评价因子计算目标水平压裂段的工程评价指标;
S5:根据所述地质评价指标和所述工程评价指标对目标水平压裂段的可压性进行评价。
2.根据权利要求1所述的地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,步骤S2中,所述储集性评价因子通过下式进行计算:ei=a1φ′i+b1ω′i (1)a1+b1=1 (2)式中:ei为第i采样段的储集性评价因子,无量纲;a1、b1均为物性权重系数,无量纲;φi'为第i采样段的无量纲化孔隙度;ωi'为第i采样段的无量纲化总有机碳含量;φie为第i采样段的有效孔隙度,%;φmax、φmin分别为所有采样段中最大、最小有效孔隙度,%;ωi为第i采样段的总有机碳含量,%;ωmax、ωmin分别为所有采样段中最大、最小总有机碳含量,%。
3.根据权利要求2所述的地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,当目标采样段的有效孔隙度大于等于4.5%时,a1、b1分别为0.65、0.35;当目标采样段的有效孔隙度小于4.5%时,a1、b1分别为0.55、0.45。
4.根据权利要求2所述的地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,步骤S2中,所述地质评价指标通过下式进行计算:式中:A为水平压裂段的地质评价指标,无量纲;为所有采样段的平均储集性评价因子,无量纲;emax、emin分别为所有采样段中最大、最小储集性评价因子,无量纲。
5.根据权利要求1所述的地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,步骤S3中,所述工程评价因子通过下式进行计算:式中:fi为第i采样段的工程评价因子,无量纲;Ci为第i采样段基于应力应变曲线的脆性因子,无量纲;PFi为第i采样段的天然裂缝发育因子,无量纲;PTi为第i采样段的天然裂缝开启因子,无量纲。
6.根据权利要求5所述的地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,步骤S4中,所述工程评价指标通过下式进行计算:式中:B为水平压裂段的工程评价指标,无量纲;为所有采样段的平均工程评价因子,无量纲;fmax、fmin分别为所有采样段中最大、最小的工程评价因子,无量纲。
7.根据权利要求1‑6中任意一项所述的地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,步骤S5中,根据所述地质评价指标和所述工程评价指标对目标水平压裂段的可压性进行评价具体为:
当所述地质评价指标在[0,0.1]范围内,且所述工程评价指标在[0,1.0]范围内时,所述目标水平压裂段不可压;
当所述地质评价指标在(0.1,1.0]范围内,且所述工程评价指标在[0,1.0]范围内时,所述目标水平压裂段可压。
8.根据权利要求7所述的地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,还包括步骤S6:根据所述地质评价指标和所述工程评价指标,建立目标水平压裂段的压裂施工方案。
9.根据权利要求8所述的地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法,其特征在于,步骤S6中,根据所述地质评价指标和所述工程评价指标,建立目标水平压裂段的压裂施工方案具体为:
当所述地质评价指标在[0,0.1]范围内,且所述工程评价指标在[0,1.0]范围内时,放弃对所述目标水平压裂段进行压裂施工;
当所述地质评价指标在(0.1,0.4]范围内,且所述工程评价指标在[0,0.7]范围内时,以及当所述地质评价指标在(0.4,0.7]范围内,且所述工程评价指标在(0.7,1.0]范围内时,对所述目标水平压裂段进行滑溜水压裂+纤维暂堵转向;
当所述地质评价指标在(0.1,0.4]范围内,且所述工程评价指标在(0.7,1.0]范围内时,对所述目标水平压裂段进行滑溜水压裂;
当所述地质评价指标在(0.4,0.7]范围内,且所述工程评价指标在[0,0.3]范围内时,以及当所述地质评价指标在(0.7,1.0]范围内,且所述工程评价指标在(0.3,0.7]范围内时,对所述目标水平压裂段进行大规模压裂+纤维暂堵转向+中度密切割体积压裂;
当所述地质评价指标在(0.4,0.7]范围内,且所述工程评价指标在(0.3,0.7]范围内时,以及当所述地质评价指标在(0.7,1.0]范围内,且所述工程评价指标在(0.7,1.0]范围内时,对所述目标水平压裂段进行大规模压裂+纤维暂堵转向;
当所述地质评价指标在(0.7,1.0]范围内,且所述工程评价指标在[0,0.3]范围内时,对所述目标水平压裂段进行大规模压裂+纤维暂堵转向+高度密切割体积压裂。
说明书 :
一种地质‑工程“双轨制”页岩可压性综合评价方法
技术领域
背景技术
前,根据页岩气储量丰度、岩石脆性和天然裂缝发育程度等因素对页岩进行可压性评价,有
利于避免水平井缝网压裂的低效和无效施工,降低储层改造过程中的施工损耗,对制定经
济高效的压裂施工方案具有重要指导意义。
质因子决定了储层的开发潜力,工程因子决定了储层的压裂成网难度。两者简单叠加所得
到的综合评价指数不能准确反映出采用何种压裂方式更加适宜,特别是在极端条件下,例
如:(1)储层的开采潜力和压裂成网难度极大,按照综合评价指数,这种地层的可压程度中
等,但这种储层恰恰需要加大压裂规模,解放页岩气产能;(2)另一种是地层的潜力和压裂
成网难度极小,相同评价方法下得到的可压程度也为中等,但这种地层应该放弃,减少不必
要的压裂成本损失。
发明内容
细化可压性评价和高效低成本开发。
程评价因子;
为第i采样段的有效孔隙度,%;ϕmax、ϕmin分别为所有采样段中最大、最小有效孔隙度,%;
ωi为第i采样段的总有机碳含量,%;ωmax、ωmin分别为所有采样段中最大、最小总有机碳含
量,%。
段单三轴压缩试验所得到的峰值强度,MPa;σci为第i采样段单三轴压缩试验所得到的参与
强度,MPa;
发育程度表征数,×10 m ;Pfmax、Pfmin分别为所有采样段中最大、最小的天然裂缝发育程度
6 ‑1 0.5
表征数,×10 m ;K1i、K2i分别为第i采样段的Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧性,MPa·m ;υi为第i采样段
3
的平均静态泊松比,无量纲;ρi为第i采样段的平均页岩密度,g/cm ;Vci为第i采样段的平均
泥质含量,%;DTi为第i采样段的平均声波时差,μs/m;
流体压力,MPa;σxi、σyi、σzi分别为第i采样段的井筒法向正应力、井筒切向正应力、垂向应
力,MPa;l1i、l2i、l3i分别为第i采样段天然裂缝与采样段最大水平主应力、最小水平主应力、
垂向应力的夹角余弦值,无量纲;τxyi、τyzi、τxzi分别为第i采样段的剪应力分量,MPa;θi为第
i采样段天然裂缝与最大水平主应力方向的夹角,°;αi为第i采样段天然裂缝的倾角,°。
裂缝开启因子,无量纲。
内时,对所述目标水平压裂段进行滑溜水压裂+纤维暂堵转向;
内时,对所述目标水平压裂段进行大规模压裂+纤维暂堵转向+中度密切割体积压裂;
围内时,对所述目标水平压裂段进行大规模压裂+纤维暂堵转向;
陷和不足,有利于实现页岩储层的降本增效开发,具有广阔的市场应用前景。
附图说明
发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可
以根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的
相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或
者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。
段划分。另外,对水平压裂段进行划分时,分段数可依据水平压裂段的长度进行计算,并按
照井底到井口的方向对各采样段依次进行编号。需要说明的是,根据长度进行分段划分仅
仅是一种优选的方案,本发明也可根据其他标准对目标水平压裂段进行分段划分,例如根
据水平压裂段的地质参数进行划分等。
为第i采样段的有效孔隙度,%;ϕmax、ϕmin分别为所有采样段中最大、最小有效孔隙度,%;
ωi为第i采样段的总有机碳含量,%;ωmax、ωmin分别为所有采样段中最大、最小总有机碳含
量,%。
物性权重系数是本发明根据结果的精确度等优选出的物性权重系数,除了本实施例的物性
权重系数外,也可根据精度等需求采用其他的物性权重系数。
程评价因子。
段单三轴压缩试验所得到的峰值强度,MPa;σci为第i采样段单三轴压缩试验所得到的参与
强度,MPa;
发育程度表征数,×10 m ;Pfmax、Pfmin分别为所有采样段中最大、最小的天然裂缝发育程度
6 ‑1 0.5
表征数,×10 m ;K1i、K2i分别为第i采样段的Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧性,MPa·m ;υi为第i采样段
3
的平均静态泊松比,无量纲;ρi为第i采样段的平均页岩密度,g/cm ;Vci为第i采样段的平均
泥质含量,%;DTi为第i采样段的平均声波时差,μs/m;
流体压力,MPa;σxi、σyi、σzi分别为第i采样段的井筒法向正应力、井筒切向正应力、垂向应
力,MPa;l1i、l2i、l3i分别为第i采样段天然裂缝与采样段最大水平主应力、最小水平主应力、
垂向应力的夹角余弦值,无量纲;τxyi、τyzi、τxzi分别为第i采样段的剪应力分量,MPa;θi为第
i采样段天然裂缝与最大水平主应力方向的夹角,°;αi为第i采样段天然裂缝的倾角,°。
算。
裂施工方案,具体压裂施工方案如表1所示:
3 3
16 18m/min,用液强度为28 30m/m,具体排量和用量根据泵注设备和水平段施工长度进行
~ ~
计算(计算方法为现有技术,在此不再赘述)。需要说明的是,滑溜水压裂技术为现有技术,
除了本实施例采用的滑溜水配方外,根据目标井的地层条件,也可采用现有技术中的其他
滑溜水配方。
维,待泵注压力提高6 10MPa后,停止加入;纤维长度为5.00 6.00mm,纤维浓度为0.5 1.8%,
~ ~ ~
纤维用量依据现场施工情况进行计算(计算方法为现有技术,在此不再赘述)。所述中度、高
度密切割体积压裂对应的簇间距分别为12m、10m,孔密分别为4孔/簇、6孔/簇;其余的压裂
施工方案,簇间距为14m,孔密为4孔/簇;射孔深度均为0.2m,簇数根据压裂段长进行计算
(计算方法为现有技术,在此不再赘述)。
和1260m。地质勘探结果显示:两水平段所在储层的页岩气储量较高,但脆性指数较差。根据
该地区水平井开发经验,X井和Y井均应进行段长60m的水平井分段分簇压裂改造,段数分别
为18和21段;簇间距均为12m,簇数均为5;每簇4孔,射孔深度均为0.2m;滑溜水泵注排量均
3 3 4 3 4 3
为16m/min,每段平均用液量为1800m,总用量分别为3.24×10m和3.78×10m。
子、天然裂缝发育因子以及天然裂缝开启因子;
后根据各段的地质评价指标和工程评价指标结果,结合表1制定各段的压裂施工方案。
水总用量为3.12×10 m ;所述纤维暂堵转向的纤维浓度为1%,纤维长度为6mm,纤维用量为
7t;所述中度密切割体积压裂的簇间距为12m,每簇4孔;所述高度密切割体积压裂的簇间距
为10m,每簇6孔;其余段的簇间距为14m,每簇4孔;射孔深度均为0.2m。
果如图2所示。从图2中可以看出,X井施工初期最高日产气量为26.1×10m ,第一年平均日
4 3 4 3
产气量为15.1×10m,第二年平均日产气量为11.5×10m。
测发现:相对于X井,Y井储层中裂缝网络分布情况较差,未有效沟通油气储集体。另一方面,
4 3 4 3
从图3中可以看出,Y井最高日产气量为23.3×10m ,第一年平均日产气量为13.1×10m ,
4 3
第二年平均日产气量为8.2×10m。由此可见本发明通过平行考虑地质因子和工程因子,提
出的页岩储层压裂施工方案更为合理,能够有效地优化储层裂缝网络的分布,增大裂缝网
络有效覆盖面积,长期稳定地提升单井产能,对页岩油气藏的高效低成本开发具有一定的
指导意义,与现有技术相比,本发明具有显著的进步。
员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰
为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。