一种气藏人工裂缝导流能力蠕变损伤评价及防治方法

技术领域

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种气藏人工裂缝导流能力蠕变损伤评价及防治方法。

背景技术

水力压裂技术已经成为气藏开发中无可替代的开发手段。当压裂施工完成后，储层中会形成具有较高导流能力的人工裂缝，这些人工裂缝为天然气的渗流提供了高效的流动通道。但在长期的实践和研究中发现，人工裂缝的导流能力会随着生产时间的推移而出现不同程度的衰减，从而导致压裂井的产能逐渐下降。为了削弱导流能力损伤，提高气井产能，研究导流能力损伤的规律和评价方法有着重要意义。

目前，人工裂缝导流能力损伤的评价方法主要考虑了支撑剂破碎、嵌入和支撑剂变形的影响。温庆志等人通过实验分析提出了考虑支撑剂嵌入的导流能力损伤模型，给出了导流能力随时间衰减的计算方法(温庆志,张士诚,王雷,刘永山.支撑剂嵌入对裂缝长期导流能力的影响研究[J].天然气工业,2005,(5):65-68)；尚士龙提出了考虑压裂过程中裂缝壁面储层污染效应和非达西效应的导流能力在缝长方向上衰减的计算方法(尚世龙,马新仿,侯腾飞,高加印,邵俊杰.变导流能力压裂气井非达西产能研究[J].科学技术与工程,2016,16(16):173-178,198)；李勇明等提出了考虑支撑剂变形和嵌入的裂缝宽度预测模型，从而可以进一步得到考虑支撑剂变形和嵌入的导流能力的预测模型(李勇明,程垒明,周文武.考虑支撑剂变形的压后支撑缝宽预测新模型[J].科学技术与工程,2018,18(6):107-113)；孙贺东结合前人的研究提出了综合考虑裂缝空间、时间双重变导流能力和应力敏感效应的导流能力损伤模型，并基于该模型建立了致密气压裂井的产能模型(SUNHedong,OUYANG Weiping.Advanced production decline analysis of tight gas wellswith variable fracture conductivity[J].Petroleum Exploration and Development,2018,(3):472-480)。

对于泥质含量较高的储层，导流能力的损伤不仅仅受到支撑剂破碎、变形和嵌入的影响，岩石蠕变也明显削弱了人工裂缝的导流能力。但上述裂缝导流能力损伤的评价方法，均未考虑岩石蠕变对导流能力带来的不利影响。这使气藏开发中裂缝导流能力的评价不够全面，不能有效防治岩石蠕变引起的导流能力衰减，进而影响气井的产能。因此，需要一种气藏人工裂缝导流能力蠕变损伤评价及防治方法，完善裂缝导流能力损伤评价体系，从而明确目标储层的蠕变损伤敏感性并提出相应的防治方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气藏人工裂缝导流能力蠕变损伤评价及防治的方法，用于评价人工裂缝导流能力的蠕变损伤敏感性，同时提出相应的防治建议，有针对性地维持裂缝导流能力，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。

首先，通过拟合岩石蠕变实验数据获取岩样的蠕变物性参数是蠕变损伤评价的基础和依据；之后利用岩样的蠕变物性参数获得考虑蠕变损伤的人工裂缝导流能力；随后，在此基础上进一步得到考虑蠕变损伤和未考虑蠕变损伤情况下的累积产能和累积产量的蠕变损害率，从而判断气井储层的蠕变损害情况；最后，绘制气井累积产量的蠕变损伤图版，依据图版给出不同情况下的蠕变损伤防治方法。

一种气藏人工裂缝导流能力蠕变损伤评价及防治方法，依次包括以下步骤：

(1)选取目标储层岩样进行蠕变实验，绘制蠕变过程中岩样的应变ε-时间t曲线。

实验设备采用三轴岩石力学应力应变测试系统。岩心采用无裂缝(最好无层理)的标准岩心，直径为2.5cm，长度至少应该大于4cm，两端面的不平行度小于0.015毫米。

过程如下：钻取目标储层的标准岩样；清洗岩样；饱和流体；将三轴岩石力学应力应变测试系统升温至储层温度；对岩心进行均匀、缓速加载至预先设定的有效加载应力值，并保持加载应力、温度稳定至少4h以上。稳定加载过程中记录下岩样应变随时间的变化，并绘制蠕变过程中岩样的应变ε-时间t曲线，即ε-t曲线。

(2)运用分数阶Kelvin模型与蠕变过程中岩样的应变ε-时间t曲线进行拟合，分数阶Kelvin模型的拟合公式如下(Zhou,H.W.,Wang,C.P.,Han,B.B.,et al.A creepconstitutive model for salt rock based on fractional derivatives[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2011,48(1):116-121)：

式中，ε——蠕变过程中的岩样应变，无量纲；

E

α——求导阶数，无量纲；

t——时间，s；

τ——分数阶驰豫时间，s

σ

n——自然数集，0，1，2，3…；

T——积分变量，取值为[0，∞]。

通过上述公式与应变ε-时间t曲线进行拟合，可以得到储层岩样的黏性模量E

(3)计算考虑蠕变损伤情况下的导流能力及人工裂缝渗透率。

首先将支撑剂铺砂浓度N和支撑剂体积密度ρ代入下式计算得到人工裂缝宽度D：

式中，D——人工裂缝宽度，mm；

N——支撑剂的铺砂浓度，kg/m

ρ——支撑剂体积密度，kg/m

将人工裂缝宽度D、岩样黏性模量E

式中，F

d——支撑剂直径，mm；

v

E

v

E

p——人工裂缝中任意位置处的压力，MPa；

s——拉氏变量，s

由于裂缝导流能力是裂缝宽度与裂缝渗透率的乘积，因此在导流能力计算模型的基础上，可以通过下式，获得考虑蠕变损伤的人工裂缝渗透率K

(4)计算气井累积产量的蠕变损害率，过程如下：

建立气井产能模型，基质网格建立在x-y直角坐标系下，储层长度和宽度分别表示为L

a)裂缝和基质的两相渗流微分方程为：

S

S

P

式中，K

K

V

q

S

φ

P

μ

B

K

P

P

K

S

β——单位转换系数，取β＝0.001；

t——时间，s；

ξ——裂缝局部坐标系中的裂缝方向；

δ

b)初始条件包括初始压力及初始饱和度的分布，即：

式中，P

P

x、y——分别表示直角坐标体系下的横、纵坐标值。

式中，S

S

c)内边界条件为：

式中，x

P

d)外边界条件为：

式中，L

对上述产能模型进行数值求解得到不同时间的人工裂缝含气饱和度S

式中，Q——生产至时间t累积气井产气量，m

i,j——基质的网格坐标；

n

n

S

S

x

S

S

ξ

h

h——储层厚度，m。

当K

当K

通过下式计算累积产量的蠕变损害率C：

式中，C——累积产量的蠕变损害率；

Q

Q

当C≤5％时，蠕变的影响很小，储层不易发生蠕变损伤；当5％＜C≤10％时，储层具有蠕变损伤敏感性，同时可以通过调整压裂工艺参数有效避免蠕变损伤；当C＞10％时，储层具有较强的蠕变损伤敏感性。

(5)绘制累积产量的蠕变损伤图版并确定蠕变损伤防治方法。

重复步骤(3)～(4)计算人工裂缝铺砂浓度N分别为5kg/m

若铺砂浓度N在5kg/m

若铺砂浓度N在5kg/m

若铺砂浓度N达到15kg/m

附图说明

图1为Z1井的岩心蠕变测试结果和拟合结果。

图2为Z2井的岩心蠕变测试结果和拟合结果。

图3为Z3井的岩心蠕变测试结果和拟合结果。

图4为Z1井、Z2井、Z3井的累积产量的蠕变损伤图版。

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1

以陕西东北地区某区块的三口气井(Z1井、Z2井、Z3井)为例运用本专利方法评价各井储层的导流能力蠕变损伤情况，并给出相应的防治方法。分别对Z1井、Z2井、Z3井进行以下计算。

步骤1，分别选取三口井的目标储层岩样进行岩石蠕变实验，并分别绘制三口井的蠕变过程中的应变-时间曲线图。

步骤2，运用公式(1)～(3)分别与三个应变-时间曲线图进行拟合，得到Z1井、Z2井、Z3井实验岩样的黏性模量E

步骤3，将三口井压裂施工后人工裂缝的支撑剂铺砂浓度N和支撑剂体积密度ρ代入公式(4)得到Z1井、Z2井、Z3井的人工裂缝宽度。之后将已获得的参数，代入公式(5)～(7)可分别计算得到三口井的考虑蠕变损伤的人工裂缝渗透率K

步骤4，分别将三口井的考虑蠕变损伤的人工裂缝渗透率K

由此可知，Z1井的目标储层具有蠕变损伤敏感性，同时可以通过调整压裂工艺参数有效避免蠕变损伤；Z2井的目标储层具有较强的蠕变损伤敏感性；Z3井的目标储层不易发生蠕变损伤。

步骤5，在铺砂浓度分别为5kg/m

通过蠕变损伤图版可知，Z2井在铺砂浓度达到15kg/m

Z1井在铺砂浓度为5kg/m

Z3井在铺砂浓度为5kg/m