陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法

技术领域

本发明涉及石油天然气压裂增产技术领域，特别是涉及到一种陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法

背景技术

目前国内外页岩油气藏的改造思路以多簇射孔、低粘压裂液、大排量(12m

裂缝性油藏的裂缝描述和建模是一个世界性的难题。离散裂缝网络模型使得地球物理、地质、油藏工程等多方面的的数据整合在一起，形成对裂缝的系统描述成为可能。DFN模型的出现应该是裂缝建模领域的一个重大里程碑事件，它对这个难题给出了一个较为适合的解决方案。压裂中，要考虑裂隙的密度，走向，倾角和方位。在考虑裂隙的耦合场下讨论压裂的应力干扰问题。

大量数据表明，簇间距是影响缝间干扰的最主要因素，随着压裂簇间距的增大，簇间应力干扰会逐渐减小，且各裂缝的扩展变得趋于均匀；但对干扰强度，目前尚无有效、准确的量化方法。

在申请号：CN202011070563.X的中国专利申请中，涉及到一种页岩气水平井段优化设计方法，包括以下步骤：步骤一：优化水平井分段压裂射孔间距模型，水平井分段压裂时，形成的裂缝形态是垂直于井筒方向的横向裂缝，对裂缝形成后产生的诱导应力场的研究以均质、各向同性的二维平面应变模型为基础，建立裂缝诱导应力几何模型；步骤二：裂缝形态为垂直缝，裂缝纵剖面为椭圆形，半缝高为H/2，以缝高方向为y轴，以垂直于裂缝方向即水平井井简方向为x轴，建立步骤一中的水力裂缝诱导应力场几何模型，其中定义拉应力为正，压应力为负。

在申请号：CN201710930701.9的中国专利申请中，涉及到了一种页岩气储层压裂改造体积预测方法，所述预测方法包括以下步骤：利用钻井资料、测井资料、地震资料以及微地震监测资料建立研究区压裂裂缝模型；在所述压裂裂缝模型基础上，输入压裂施工数据进行压裂模拟，实时再现水力压裂模拟过程；分析水力压裂模拟后在所述压裂裂缝模型中的裂缝激活情况，圈定激活缝三维空间包络范围；计算激活缝三维空间包络范围体积，得到页岩气储层压裂改造体积。

在申请号：CN201811108073.7的中国专利申请中，涉及到一种页岩气藏有效改造体积评价方法，该方法包含：步骤S1：将分形渗透率及分形孔隙度引入到压裂直井改造体积区域，其与分形维数d和分形指数θ均呈幂律关系；步骤S2：引入页岩气吸附扩散特性，根据上述幂律关系，采用双孔单渗模型，推导有效改造体积解析评价模型，得到页岩气藏压裂直井井底无因次拟压力及其导数典型曲线；步骤S3：根据曲线，对均质改造体积压裂直井计算改造体积尺寸；步骤S4：根据压裂直井井底无因次拟压力导数典型曲线，对非均质改造体积压裂直井计算改造体积尺寸；步骤S5：根据矿场数据计算有效改造体积尺寸，评价有效改造体积与改造体积关系。

以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种判断应力转向引发的缝网改造区体积的变化的陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法，该陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法包括：

步骤1、建立水平井井段的岩石基质的地质力学模型；

步骤2、建立含裂缝参数的岩体地质力学耦合模型；

步骤3、进行单段多簇射孔的压裂裂缝的起裂与扩展过程的数值模拟；

步骤4、提取传统的SRV改造体包络体积；

步骤5、叠加计算区域每层的反转数据，得出应力反转区体积；

步骤6、比较步骤4和步骤5的体积大小，小者为真改造体积；

步骤7、比较同条件下不同的簇、不同簇间距的压裂参数，比较出优化的改造体积。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法还包括，在步骤1之前，根据开发井测井数据，现场取样岩心的裂缝统计包含构造缝和层理缝、高角度缝和低角度缝，区块靶眼井、导眼井的地层分布，分析裂缝的线密度，得出裂缝走向、倾角、密度这些参数；并分别估计压裂区域的盖层，泥灰砂纹层含油层，生油层的裂缝图分布情况。

在步骤1中，根据开发区块地质资料，建立含岩石矿物含量、地应力、渗透率、孔隙度、脆性指数的水平井井段的岩石基质的地质力学模型。

在步骤1中，在确定几何尺寸时，选定模型在最大水平主应力方向及最小水平主应力方向的几何尺寸分别为500m，垂直地应力方向的尺寸是以水平井井迹为中心、上下各增加500m。

该陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法还包括，在步骤2之前，给裂缝的剪切强度，挤压强度赋值。

在步骤2中，含裂隙的陆相页岩水平井地质参数耦合，包括粗化、离散后，岩石基质和裂隙的渗透率、等效半径、压缩系数、脆性指标这些耦合参数；在确定模型边界条件时，根据实际区块的原始地应力数据，获得包括最大水平主应力σ

该陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法还包括，在步骤3之前，提取网格沿层理方向的水平最大主应力h1、水平最小主应力h1，垂直主应力H。

在步骤3中，裂缝起裂的设计施工参数包含前置液态CO

在步骤5中，提取每层层面网格，分别统计应力重新分布区域中最大水平主应力和最小水平主应力数值大小发生反转的区块；叠加计算区域每层的反转数据，得出应力反转区体积。

在步骤5中，在模拟得到压裂裂缝的扩展过程及应力场演化图之后，得到耦合场压裂后的三个主应力大小和方向；若两水平主应力的合力夹角偏转了90度，则认为水平主应力方向发生反转，将对应网格单元叠加得出应力反转区面积。

在步骤7中，比较不同段间距，分簇数和压裂施工参数下的应力反转区，和SRV取较小者，作为评价应力干扰的指标，进行簇间距等参数的优化。

本发明中的陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法，通过计量陆相页岩水平井多段分簇的水平最大主应力和水平最小主应力的应力矢量夹角度数变化区域，进而判断应力转向引发的缝网改造区体积的变化。对比传统改造体积SRV，进而确定改造体积。对比不同分段，不同簇间距条件下的改造体积，反映应力干扰强度。

附图说明

图1为本发明的一具体实施例陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法流程图；

图2为本发明的一具体实施例中裂隙参数的统计及分布的示意图；

图3为本发明的一具体实施例中考虑盖层，储层，生油层的地质力学耦合场的示意图；

图4为本发明的一具体实施例中中应力矢量图；

图5为本发明的一具体实施例中传统改造体积SRV示意图；

图6为本发明的一具体实施例中两簇压裂裂缝的应力反转区体积的示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。

本发明正是基于施工中，要充分考虑三维地质力学模型的裂隙场、应力场这一思路，通过对天然裂缝描述、压裂裂缝转向角度计算、裂缝发育半径计算、改造体积计算，得出应力干扰强度。

如图1所示，为本发明的陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法流程图，该陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法包括了以下步骤：

步骤101、建立水平井井段的区域裂隙模型。根据开发井测井数据，现场取样岩心的裂缝统计(包含构造缝和层理缝、高角度缝和低角度缝)，区块靶眼井、导眼井的地层分布，分析裂缝的线密度，如图2所示，得出裂缝走向、倾角、密度等参数。并分别估计压裂区域的盖层，泥灰砂纹层含油层，生油层的裂缝图分布情况。

步骤102、根据开发区块地质资料，建立含岩石矿物含量、地应力、渗透率、孔隙度、脆性指数的水平井井段的岩石基质的地质力学模型。

在确定几何尺寸时，选定模型在最大水平主应力方向及最小水平主应力方向的几何尺寸分别为500m，垂直地应力方向的尺寸是以水平井井迹为中心、上下各增加500m。

步骤103、给裂缝的剪切强度，挤压强度赋值。

步骤104、建立含裂缝参数的岩体地质力学耦合模型。如图3所示，为含裂隙的陆相页岩水平井地质参数耦合，包括粗化、离散后，岩石基质和裂隙的渗透率、等效半径、压缩系数、脆性指标等耦合参数。在确定模型边界条件时，根据实际区块的原始地应力数据，获得包括最大水平主应力σ

步骤105、提取网格沿层理方向的水平最大主应力h1，水平最小主应力h1，垂直主应力H，如图4所示。

步骤106、进行单段多簇射孔的压裂裂缝的起裂与扩展过程的数值模拟。裂缝起裂的设计施工参数包含前置液态CO

步骤107、提取传统的SRV改造体包络体积，如图5所示。

步骤108、提取每层层面网格，分别统计应力重新分布区域中最大水平主应力和最小水平主应力数值大小发生反转的区块。叠加计算区域每层的反转数据，得出应力反转区体积，如图6所示。

在模拟得到压裂裂缝的扩展过程及应力场演化图之后，得到耦合场压裂后的三个主应力大小和方向。若两水平主应力的合力夹角偏转了90度，则认为水平主应力方向发生反转，将对应网格单元叠加得出应力反转区面积。

步骤109、比较步骤107和步骤108的体积大小，小者为真改造体积。

步骤110、比较同条件下不同的簇、不同簇间距的压裂参数，比较出优化的改造体积。体积大的应力干扰强度小。该陆相页岩油水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度可来用以优化水平井压裂工艺的簇间距、施工排量、施工规模等工艺参数，为提高油田有效开发提供技术保障。

具体包括，比较不同段间距，分簇数和压裂施工参数下的应力反转区，和SRV取较小者，作为评价应力干扰的指标，进行工艺优化。

以下为应用本发明的几个具体实施例。

实施例1：

在应用本发明的一具体实施例1中，本发明的陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法包括：

步骤1、根据开发井测井数据，现场取样岩心的裂缝统计(包含构造缝和层理缝、高角度缝和低角度缝)，区块靶眼井、导眼井的地层分布，分析裂缝的线密度，得出裂缝走向、倾角、密度等参数。并分别估计压裂区域的盖层，泥灰砂纹层含油层，生油层的裂缝图分布情况。

步骤2、根据开发区块地质资料，建立含岩石矿物含量、地应力、渗透率、孔隙度、脆性指数的水平井井段的岩石基质的地质力学模型。模型几何尺寸：选定模型在最大水平主应力方向、最小水平主应力、垂直方向的几何尺寸分别为500m。地质力学参数确定：根据地质资料、连续测井数据以及实际取芯的岩心岩石力学试验测试数据，具体地质力学参数：储层的弹性模量40GPa、泊松比0.25、内聚力5MPa、内摩擦角30°、抗拉强度3MPa、渗透率0.4mD。盖层、生油层的弹性模量60GPa、泊松比0.20、内聚力25MPa、内摩擦角35°、抗拉强度4MPa、渗透率0.1mD。

步骤3、给裂缝的剪切强度25MPa/mm，挤压强度赋值50MPa/mm。

步骤4、建立含裂缝参数的岩体地质力学耦合模型。具体包括，含裂隙的陆相页岩水平井地质参数耦合，包括粗化、离散后，岩石基质和裂隙的渗透率、等效半径、压缩系数、脆性指标等耦合参数。模型外边界条件：最大水平主应力σ

步骤5、提取网格沿层理方向的水平最大主应力h1、水平最小主应力h1，垂直主应力H。

步骤6、进行单段多簇射孔的压裂裂缝的起裂与扩展过程的数值模拟。裂缝起裂的设计施工参数包含前置液态CO

步骤7、提取传统的SRV改造体包络体积，为40万m

步骤8、提取每层层面网格，分别统计应力重新分布区域中最大水平主应力和最小水平主应力数值大小发生反转的区块。叠加计算区域每层的反转数据，得出应力反转区体积为26万m

步骤9、比较步骤7和步骤8的体积大小，小者为真改造体积。为26万m

步骤10、比较同条件下不同的簇、不同簇间距的压裂参数，比较出优化的改造体积。体积大的应力干扰强度小。该陆相页岩油水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度可来用以优化水平井压裂工艺的簇间距、施工排量、施工规模等工艺参数，为提高油田有效开发提供技术保障。比较同段40m的一段，簇间距16m的3簇射孔和簇间距12m的4簇射孔，反转区改造体积前者更大，应力干扰弱，易于加砂。所以优化后的压裂工艺的簇数为3簇，间距16m合理。

实施例2：

在应用本发明的一具体实施例2中，本发明的陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法包括：

步骤1、根据开发井测井数据，现场取样岩心的裂缝统计(包含构造缝和层理缝、高角度缝和低角度缝)，区块靶眼井、导眼井的地层分布，分析裂缝的线密度，得出裂缝走向、倾角、密度等参数。并分别估计压裂区域的盖层，泥灰砂纹层含油层，生油层的裂缝图分布情况。

步骤2、根据开发区块地质资料，建立含岩石矿物含量、地应力、渗透率、孔隙度、脆性指数的水平井井段的岩石基质的地质力学模型。模型几何尺寸：选定模型在最大水平主应力方向、最小水平主应力、垂直方向的几何尺寸分别为500m。地质力学参数确定：根据地质资料、连续测井数据以及实际取芯的岩心岩石力学试验测试数据，具体地质力学参数：储层的弹性模量50GPa、泊松比0.10、内聚力10MPa、内摩擦角30°、抗拉强度3MPa、渗透率0.4mD。盖层、生油层的弹性模量80GPa、泊松比0.20、内聚力20MPa、内摩擦角35°、抗拉强度4MPa、渗透率0.1mD。

步骤3、给裂缝的剪切强度10MPa/mm，挤压强度赋值30MPa/mm。

步骤4、建立含裂缝参数的岩体地质力学耦合模型。具体包括，含裂隙的陆相页岩水平井地质参数耦合，包括粗化、离散后，岩石基质和裂隙的渗透率、等效半径、压缩系数、脆性指标等耦合参数。模型外边界条件：最大水平主应力σ

步骤5、提取网格沿层理方向的水平最大主应力h1、水平最小主应力h1，垂直主应力H。

步骤6、进行单段多簇射孔的压裂裂缝的起裂与扩展过程的数值模拟。裂缝起裂的设计施工参数包含前置液态CO

步骤7、提取传统的SRV改造体包络体积，为32万m

步骤8、提取每层层面网格，分别统计应力重新分布区域中最大水平主应力和最小水平主应力数值大小发生反转的区块。叠加计算区域每层的反转数据，得出应力反转区体积为28万m

步骤9、比较步骤7和步骤8的体积大小，小者为真改造体积。为28万m

步骤10、比较同条件下不同的簇、不同簇间距的压裂参数，比较出优化的改造体积。体积大的应力干扰强度小。该陆相页岩油水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度可来用以优化水平井压裂工艺的簇间距、施工排量、施工规模等工艺参数，为提高油田有效开发提供技术保障。比较同段40m的一段，簇间距16m的3簇射孔和簇间距12m的4簇射孔，反转区改造体积前者更大，应力干扰弱，易于加砂。所以优化后的压裂工艺的簇数为4簇，间距12m合理。

实施例3：

在应用本发明的具体实施例3中，本发明的陆相页岩水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度计量方法包括：

步骤1、根据开发井测井数据，现场取样岩心的裂缝统计(包含构造缝和层理缝、高角度缝和低角度缝)，区块靶眼井、导眼井的地层分布，分析裂缝的线密度，得出裂缝走向、倾角、密度等参数。并分别估计压裂区域的盖层，泥灰砂纹层含油层，生油层的裂缝图分布情况。

步骤2、根据开发区块地质资料，建立含岩石矿物含量、地应力、渗透率、孔隙度、脆性指数的水平井井段的岩石基质的地质力学模型。模型几何尺寸：选定模型在最大水平主应力方向、最小水平主应力、垂直方向的几何尺寸分别为500m。地质力学参数确定：根据地质资料、连续测井数据以及实际取芯的岩心岩石力学试验测试数据，具体地质力学参数：储层的弹性模量55GPa、泊松比0.10、内聚力10MPa、内摩擦角30°、抗拉强度3MPa、渗透率0.4mD。盖层、生油层的弹性模量80GPa、泊松比0.20、内聚力20MPa、内摩擦角35°、抗拉强度4MPa、渗透率0.1mD。

步骤3、给裂缝的剪切强度15MPa/mm，挤压强度赋值30MPa/mm。

步骤4、建立含裂缝参数的岩体地质力学耦合模型。具体包括，含裂隙的陆相页岩水平井地质参数耦合，包括粗化、离散后，岩石基质和裂隙的渗透率、等效半径、压缩系数、脆性指标等耦合参数。模型外边界条件：最大水平主应力σ

步骤5、提取网格沿层理方向的水平最大主应力h1、水平最小主应力h1，垂直主应力H。

步骤6、进行单段多簇射孔的压裂裂缝的起裂与扩展过程的数值模拟。裂缝起裂的设计施工参数包含前置液态CO

步骤7、提取传统的SRV改造体包络体积，为30万m

步骤8、提取每层层面网格，分别统计应力重新分布区域中最大水平主应力和最小水平主应力数值大小发生反转的区块。叠加计算区域每层的反转数据，得出应力反转区体积为28万m

步骤9、比较步骤7和步骤8的体积大小，小者为真改造体积。为25万m

步骤10、比较同条件下不同的簇、不同簇间距的压裂参数，比较出优化的改造体积。体积大的应力干扰强度小。该陆相页岩油水平井分段多簇压裂簇间应力干扰强度可来用以优化水平井压裂工艺的簇间距、施工排量、施工规模等工艺参数，为提高油田有效开发提供技术保障。比较同段40m的一段，簇间距16m的3簇射孔和簇间距12m的4簇射孔，反转区改造体积前者更大，应力干扰弱，易于加砂。所以优化后的压裂工艺的簇数为4簇，间距12m合理。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。