地层注液增能与暂堵转向协同压裂方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及石油天然气工程开采技术领域，具体涉及地层注液增能与暂堵转向协同压裂方法、装置及存储介质。

背景技术

通过水力压裂形成复杂裂缝网络，实现体积改造是深地储层压裂的终极目标，然而，相对于美国海相沉积储层，我国深地储层类型多、构造复杂、储层横向变化大、非均质性更强，地应力差大，形成缝网难度更大，往往需要人工裂缝控制技术实现缝网改造；

暂堵转向压裂技术作为一种最重要的增强人工缝网复杂性的水力压裂技术，主要指通过注入暂堵剂临时封堵裂缝以提升缝内净压力，逼迫裂缝转向，然而，在暂堵剂可封堵位置处，水力裂缝能否转向受局部地应力状态和封堵承压强度等因素影响，当暂堵引起的流体净压力提升幅度难以克服地层某部位水平地应差时，新裂缝难以开启和转向，同时由于干热岩地层温度较高，暂堵承压能力相对减弱，因此，现有的深部地层暂堵转向压裂技术有时难以取得预期效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供地层注液增能与暂堵转向协同压裂方法、装置及存储介质，以解决现有技术中，当暂堵引起的流体净压力提升幅度难以克服地层某部位水平地应差时，新裂缝难以开启和转向，深部地层暂堵转向压裂技术有时难以取得预期效果的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供地层注液增能与暂堵转向协同压裂方法，所述方法包括：

选择深部地层开发区域，向所述开发区域以第二预设排量注入第二预设体积的压裂液，用于在开发区域地层中形成主裂缝；

获取主裂缝形成过程的施工参数，根据所述施工参数计算主裂缝的缝长；

根据主裂缝的缝长确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径；

定义无因次时间，根据无因次时间与最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定最佳无因次时间；

通过最佳无因次时间计算出最佳注入时间，以第三预设排量向所述开发区域的深部地层中注入注液，注入时间为最佳无因次时间；

以第四预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第四预设体积的暂堵转向液，以第五预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第五预设体积的压裂液，从而在主裂缝上形成多条人工裂缝。

优选地，

所述根据主裂缝的缝长确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径包括：

以所述开发区域中含有一条缝长确定的主裂缝建立物理模型，在所述物理模型中获取以向主裂缝中以第三预设排量注入注液作为条件下的最大主应力方向分布图，所述最大主应力方向分布图的获取包括获取最大主应力方向以及最大主应力大小；

所述最大主应力方向计算公式：

，

所述最大主应力大小计算公式为：

，

上式中，

根据最大主应力方向分布图确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径。

优选地，

所述根据无因次时间与最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定最佳无因次时间包括：

根据不同的注入时间计算对应的无因次时间，以无因次时间为横坐标，最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值为纵坐标建立关系曲线，从关系曲线中获取纵坐标最大时的无因次时间，该无因次时间即为最佳无因次时间。

优选地，所述向所述开发区域以第二预设排量注入第二预设体积的压裂液前，还包括：

向所述开发区域以第一预设排量注入第一预设体积的酸液。

优选地，

所述获取主裂缝形成过程的施工参数，根据所述施工参数计算主裂缝的缝长包括：

所述施工参数包括：第二预设排量以及注入压裂液的时间；

主裂缝的缝长计算公式为：

，

其中，

上式中，

优选地，所述在主裂缝上形成多条人工裂缝后，还包括：

以第六预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第六预设体积的携砂液；

向施工管柱或井筒中注入顶替液，用于将施工管柱或井筒中残留的携砂液挤压到所述开发区域的深部地层中。

优选地，

所述无因次时间的计算公式为：

式中，

优选地，还包括：

所述在主裂缝上形成多条人工裂缝后，以新形成的人工裂缝网络为基础再次建立物理模型；

在新建的物理模型中获取以向主裂缝中以第三预设排量注入注液作为条件下的最大主应力方向分布图，根据最大主应力方向分布图重新确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径；

并根据无因次时间与重新确立的最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定新的最佳无因次时间，根据新的最佳无因次时间确定新的注入时间，按照新的注入时间向所述深部地层中注入注液，并向所述深部地层中注入暂堵转向液，最后向所述深部地层中注入压裂液，从而在上一次形成的裂缝网络上形成新的人工裂缝网络，重复上述步骤X次，获取到最终的人工裂缝网络。

根据本发明实施例的第二方面，提供地层注液增能与暂堵转向协同压裂装置，所述装置包括：

主裂缝形成模块：用于选择深部地层开发区域，向所述开发区域以第二预设排量注入第二预设体积的压裂液，用于在开发区域地层中形成主裂缝；

缝长计算模块：用于获取所述开发区域的地质参数以及施工参数，根据所述地质参数以及施工参数计算主裂缝的缝长；

半径确定模块：用于根据主裂缝的缝长确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径；

最佳无因次时间计算模块：用于定义无因次时间，根据无因次时间与最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定最佳无因次时间；

最佳注入时间计算模块：用于通过最佳无因次时间计算出最佳注入时间，以第三预设排量向所述开发区域的深部地层中注入注液，注入时间为最佳无因次时间；

裂缝网络生成模块：用于以第四预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第四预设体积的暂堵转向液，以第五预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第五预设体积的压裂液，从而在主裂缝上形成多条人工裂缝。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被主控器执行时，实现所述的上述方法中的各个步骤。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请通过向地层深部注入压裂液以形成主裂缝，主裂缝形成后，通过将增能流体也就是注液注入深部地层，利用注液诱使地应力发生变化，更易沟通大量的弱面裂缝系统，最后注入暂堵转向液桥堵裂缝迫使裂缝转向形成多分支裂缝；相较于现有技术中的单独通过暂堵材料在缝内产生桥堵作用，提升裂缝内净压力来产生人工裂缝，本申请一方面利用增能流体诱使地应力场重新定向作用，大范围沟通深地储层内天然裂缝系统，同时提高地层压力，降低破裂压力，另一方面，利用暂堵材料在缝内产生桥堵作用，提升裂缝内净压力，逼迫裂缝转向，促进分支裂缝的形成，二者相协同作用，可以促进高导流多裂缝的形成。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的地层注液增能与暂堵转向协同压裂方法的流程示意图；

图2是根据另一示例性实施例示出的裂缝形态结构变化示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的地层注液增能与暂堵转向协同压裂装置的系统示意图；

附图中：1-主裂缝形成模块，2-缝长计算模块，3-半径确定模块，4-最佳无因次时间计算模块，5-最佳注入时间计算模块，6-裂缝网络生成模块。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例一

图1是根据一示例性实施例示出的地层注液增能与暂堵转向协同压裂方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

S1，选择深部地层开发区域，向所述开发区域以第二预设排量注入第二预设体积的压裂液，用于在开发区域地层中形成主裂缝；

S2，获取主裂缝形成过程的施工参数，根据所述施工参数计算主裂缝的缝长；

S3，根据主裂缝的缝长确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径；

S4，定义无因次时间，根据无因次时间与最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定最佳无因次时间；

S5，通过最佳无因次时间计算出最佳注入时间，以第三预设排量向所述开发区域的深部地层中注入注液，注入时间为最佳无因次时间；

S6，以第四预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第四预设体积的暂堵转向液，以第五预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第五预设体积的压裂液，从而在主裂缝上形成多条人工裂缝；

可以理解的是，如附图2所示，本申请选取深部地层开发区域，所述深部地层包括：干热岩、致密砂岩、深层页岩、深部碳酸盐岩等，在该区域以2.5-6.0立方米/分钟的排量向所述的深部地层中注入200-500立方米的压裂液，在地层中形成主裂缝，值得强调的是，所述的压裂液可以是滑溜水压裂液或变粘滑溜水压裂液，其中，变粘滑溜水，通过控制变黏滑溜水浓度，可实现低黏、中黏和高黏之间的切换，具有优越的黏弹性携砂和造主缝能力强等优点；然后获取主裂缝形成过程的施工参数，根据所述施工参数计算主裂缝的缝长

优选地，

所述根据主裂缝的缝长确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径包括：

以所述开发区域中含有一条缝长确定的主裂缝建立物理模型，在所述物理模型中获取以向主裂缝中以第三预设排量注入注液作为条件下的最大主应力方向分布图，所述最大主应力方向分布图的获取包括获取最大主应力方向以及最大主应力大小；

所述最大主应力方向计算公式：

，

所述最大主应力大小计算公式为：

，

上式中，

根据最大主应力方向分布图确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径；

可以理解的是，通过Abaqus、ANSYS或者Comsol等工具，以上述步骤中选取的开发区域建立物理模型，其中含一条长为

最大主应力方向计算公式：

，

所述最大主应力大小计算公式为：

式中，

优选地，

所述根据无因次时间与最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定最佳无因次时间包括：

根据不同的注入时间计算对应的无因次时间，以无因次时间为横坐标，最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值为纵坐标建立关系曲线，从关系曲线中获取纵坐标最大时的无因次时间，该无因次时间即为最佳无因次时间；

可以理解的是，给定不同的注入时间

优选地，所述向所述开发区域以第二预设排量注入第二预设体积的压裂液前，还包括：

向所述开发区域以第一预设排量注入第一预设体积的酸液；

可以理解的是，在向所述开发区域的深部地层中注入压裂液形成主裂缝前，还将在该区域以0.5-2.0立方米/分钟的排量向所述的地层中注入20-50立方米的酸液，以疏通近井区域的污染与堵塞，降低深部地层破裂压力，确保后续步骤安全顺利施工注液，所述的酸液为15%HCl或者土酸，酸液可以对深部地层岩石产生损伤，降低岩石力学强度，从而降低施工破裂压力。

优选地，

所述获取主裂缝形成过程的施工参数，根据所述施工参数计算主裂缝的缝长包括：

所述施工参数包括：第二预设排量以及注入压裂液的时间；

主裂缝的缝长计算公式为：

，

其中，

上式中，

可以理解的是，为了计算主裂缝的缝长，需要获取步骤S1中，注入压裂液的排量以及注入时间，根据主裂缝缝长的计算公式计算出

优选地，所述在主裂缝上形成多条人工裂缝后，还包括：

以第六预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第六预设体积的携砂液；

向施工管柱或井筒中注入顶替液，用于将施工管柱或井筒中残留的携砂液挤压到所述开发区域的深部地层中；

可以理解的是，在主裂缝上形成多条人工裂缝后，以2.0-4.0立方米/分钟的排量向所述的深部地层中注入500-1000立方米的携砂液以支撑形成的人工裂缝网络，由于携砂液会停留在施工管柱或井筒中，所以还需要向施工管柱或井筒中注入顶替液，用于将施工管柱或井筒中残留的携砂液挤压到所述开发区域的深部地层中，上述的携砂液的砂比为5-10%。

优选地，

所述无因次时间的计算公式为：

式中，

优选地，还包括：

所述在主裂缝上形成多条人工裂缝后，以新形成的人工裂缝网络为基础再次建立物理模型；

在新建的物理模型中获取以向主裂缝中以第三预设排量注入注液作为条件下的最大主应力方向分布图，根据最大主应力方向分布图重新确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径；

并根据无因次时间与重新确立的最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定新的最佳无因次时间，根据新的最佳无因次时间确定新的注入时间，按照新的注入时间向所述深部地层中注入注液，并向所述深部地层中注入暂堵转向液，最后向所述深部地层中注入压裂液，从而在上一次形成的裂缝网络上形成新的人工裂缝网络，重复上述步骤X次，获取到最终的人工裂缝网络；

可以理解的是，通过上述的步骤在主裂缝上第一次形成人工裂缝网络后，再以上一次形成的人工裂缝网络为基础，重新建立物理模型，由于人工裂缝网络的变化，那么主裂缝周围最大主应力场反转区的半径

实施例二

图3是根据一示例性实施例示出的地层注液增能与暂堵转向协同压裂装置的系统示意图，包括：

主裂缝形成模块1：用于选择深部地层开发区域，向所述开发区域以第二预设排量注入第二预设体积的压裂液，用于在开发区域地层中形成主裂缝；

缝长计算模块2：用于获取所述开发区域的地质参数以及施工参数，根据所述地质参数以及施工参数计算主裂缝的缝长；

半径确定模块3：用于根据主裂缝的缝长确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径；

最佳无因次时间计算模块4：用于定义无因次时间，根据无因次时间与最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定最佳无因次时间；

最佳注入时间计算模块5：用于通过最佳无因次时间计算出最佳注入时间，以第三预设排量向所述开发区域的深部地层中注入注液，注入时间为最佳无因次时间；

裂缝网络生成模块6：用于以第四预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第四预设体积的暂堵转向液，以第五预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第五预设体积的压裂液，从而在主裂缝上形成多条人工裂缝；

本实施例还公开了地层注液增能与暂堵转向协同压裂装置，通过主裂缝形成模块1用于选择深部地层开发区域，向所述开发区域以第二预设排量注入第二预设体积的压裂液，用于在开发区域地层中形成主裂缝；通过缝长计算模块2用于获取所述开发区域的地质参数以及施工参数，根据所述地质参数以及施工参数计算主裂缝的缝长；通过半径确定模块3用于根据主裂缝的缝长确定主裂缝一定区域内最大主应力场反转区的半径；通过最佳无因次时间计算模块4用于定义无因次时间，根据无因次时间与最大主应力场反转区的半径与主裂缝的缝长比值的变化关系确定最佳无因次时间；通过最佳注入时间计算模块5用于通过最佳无因次时间计算出最佳注入时间，以第三预设排量向所述开发区域的深部地层中注入注液，注入时间为最佳无因次时间；通过裂缝网络生成模块6用于以第四预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第四预设体积的暂堵转向液，以第五预设排量向所述开发区域的深部地层中注入第五预设体积的压裂液，从而在主裂缝上形成多条人工裂缝；本申请通过向底层深部注入压裂液以形成主裂缝，主裂缝形成后，通过将增能流体也就是注液注入深部地层，利用注液诱使地应力发生变化，更易沟通大量的弱面裂缝系统，最后注入暂堵转向液桥堵裂缝迫使裂缝转向形成多分支裂缝；相较于现有技术中的单独通过暂堵材料在缝内产生桥堵作用，提升裂缝内净压力来产生人工裂缝，本申请一方面利用增能流体诱使地应力场重新定向作用，大范围沟通深地储层内天然裂缝系统，同时提高地层压力，降低破裂压力，另一方面，利用暂堵材料在缝内产生桥堵作用，提升裂缝内净压力，逼迫裂缝转向，促进分支裂缝的形成，二者相协同作用，可以促进高导流多裂缝的形成。

实施例三：

本实施例提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被主控器执行时，实现上述方法中的各个步骤；

可以理解的是，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。