一种利用压裂停泵压力数据获得缝网区域方法

技术领域

本发明涉及油藏工程技术领域，具体为一种利用压裂停泵压力数据获得缝网区域方法。

背景技术

水力压裂已是油气田开发的一个重要的措施，尤其是美国页岩气革命后，大规模体积压裂已成为页岩油气、致密油气等非常规油气开发必不可少储层改造措施之一。由于大规模压裂需要数万方液和数千吨砂，每口井压裂改造成本高达数千万甚至超亿元人民币，对压裂的效果进行评价不仅涉及到未来如何制定油气开发制度，还为其他井压裂提供优化方案，从而大幅节约油气开发成本，目前常用的压后评价技术为微地震及微电位监测技术。

微地震裂缝监测的原理是：压裂时，由于地层压力的升高，根据摩尔-库伦准则，沿着压力升高区边缘会发生微地震。在水力压裂过程中，地层破裂(或裂缝延伸扩张)产生微地震波，微地震波在地层中以球面波的形式向四周传播，监测这些微震，确定震源位置，就可以确定裂缝轮廓。

微地震监测分为地面监测和井中监测两种方式。地面监测就是在监测目标区域(比如压裂井)周围的地面上，布置若干接收点进行微地震监测。井中监测就是在监测目标区域周围临近的一口或几口井中布置接收排列，进行微地震监测。由于地层吸收、传播路径复杂化等原因；与井中监测相比，地面监测所得到的资料存在微震事件少、信噪比低、反演可靠性差等缺点。

微地震监测主要包括数据采集、数据处理(震源成像)和精细反演等几个关键步骤。通过在井中或地面布置检波器排列接收生产活动所产生或诱导的微小地震事件；并通过对这些事件的反演求取微地震震源位置等参数；最后，通过这些参数对生产活动进行监控或指导。

从微地震原理及对裂缝监测方式可知：无论在地面还是井中监测，都需要布置大量的硬件设备，获得数据后还要进一步处理，最后通过精细反演进行压裂监测。所以微地震监测投入大(一个约20段的水平井多段压裂微地震监测费用超百万)、施工复杂，同时由于微震波能量小、微震波传播又要进行不同的地层，到达接收器时衰减多且干扰大。而停泵压力是在水中，介质单一，停泵后井筒中的流体速度很快降为0，没有压力损耗，停泵期间井口压力的降低完全因为压裂缝网区域与井底压力不平衡需要重新分配所导致，因此，井口压力包括地层缝网区域的信息。本发明依据流体传导及缝网内地层渗流特点，直接使用压裂施工数据(如排量、加砂比等)及停泵压力数据反演缝网区域参数，停泵压力数据的获取成本几乎为零，是一种低成本进行裂缝效果评价的方法。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用压裂停泵压力数据获得缝网区域方法，实现裂缝效果的定量评价，为压后产能计算提供准确可靠的参数。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种利用压裂停泵压力数据获得缝网区域方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据压后体积压裂区差异建立渗流模型，依据裂缝中的压力与流量关系确定边界条件；

步骤2：定义无量纲参数，求解无量纲压力方程，获得真实空间无量纲井底压力半解析半数值解；

步骤3：根据压裂施工期间的排量、加砂将井口压力折算到井底压力，获得井底压力数据；

步骤4：利用所述真实空间无量纲井底压力半解析半数值解与井底压力数据进行拟合，获得压力波及到缝网区域及裂缝附近核心缝网区域。

进一步地，所述步骤1包括：

步骤1.1：水平井多段压裂是分段压裂，每段压裂后不仅形成多条裂缝，还形成一个压碎区域，假设裂缝与地层厚度相等，建立压裂液在压碎区域内渗流模型；

步骤1.2：假设压裂区域为矩形边界，矩形边界外围是原始致密储层，可将矩形边界设置为封闭条件，得到外边界条件；

步骤1.3：将裂缝式中一个线段源，得到水平井处的边界条件。

进一步地，渗流模型为：

式中，k

外边界条件为：

式中，x

水平井处的边界条件为：

式中，h是地层有效厚度(m)；x

进一步地，所述步骤2包括：

步骤2.1：对渗流模型定义无量纲量：

步骤2.2：根据定义的无量纲量，对无量纲方程进行Laplace变换，得到考虑井筒存储及表皮后的无量纲井底压力；

步骤2.3：对Laplace空间上的无量纲井底压力进行Laplace数值反演，获得真实空间井底压力解的半数值解；

步骤2.4：构建压裂停泵后的流体状态方程；

步骤2.5：考虑井筒存储及表皮后，得到停泵期间的井底压力；

步骤2.6：对停泵期间的井底压力进行Laplace变换，得到考虑井筒存储及表皮后的压裂停泵后无量纲井底压力；

步骤2.7：对Laplace空间上的无量纲井底压力进行Laplace数值反演，得到压裂停泵后无量纲井底压力半解析半数值解。

进一步地，无量纲量包括：

无量纲压力：

无量纲时间：

无量纲距离：

式中，

考虑井筒存储及表皮后的无量纲井底压力为：

式中，C

压裂停泵后的流体状态方程为：

式中，

停泵期间的井底压力为：

式中，

进一步地，所述步骤3中将地面压力折算到井底的公式如下：

式中，p为压力，Pa或N/m

进一步地，所述步骤3中获得井底压力数据还包括：对井底压力数据进行预处理。

进一步地，所述预处理为滤波处理。

进一步地，所述步骤4包括：

步骤4.1、对实测的压裂停泵数据进行处理，并计算压力及导数；

步骤4.2、利用停泵压裂期间的井底无量纲压力及导数图版进行曲线拟合，得到时间拟合值TM、压力拟合值PM、无量纲井筒存储常数C

进一步地，由压力拟合值PM可以得到：

由时间拟合值TM得到多簇裂缝总半长L：

由每簇裂缝半长比得到每簇裂缝半长

由内外区无量纲半径R

R

由椭圆面积公式计算主压裂区的面积A

由无量纲长度x

A

本发明的有益效果如下：

本发明一种利用压裂停泵压力数据获得缝网区域方法，利用压裂施工数据的反演解释方法，为压裂效果评估提供了简便实用的技术，能够直接解释裂缝半长、压后区域的渗透率及反映压裂液漏失的表皮系数，为油田致密油气、页岩气及煤层气的开发提供了技术支撑；成本低，尤其是数据获取成本几乎为零；拟合后的解释结果可直接给出裂缝半长、渗透率、主裂缝区面积及压裂液影响区面积等参数，可直接计算单井产能。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的压裂液通过裂缝进入地层后形成的裂缝区域示意图；

图3是本发明的一压裂停泵后不同时间下的压力分布曲线示意图；

图4是本发明的水平井分段段多簇裂缝展布示意图；

图5是本发明的裂缝周围形成的主压裂区域示意图；

图6是本发明的裂缝附近存在主压裂区域的图版；

图7是本发明的压力及导数双对数曲线图；

图8是本发明的停泵压力数据分析双对数曲线拟合图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本方法能够针对压裂施工期间，压裂液短时间内大量注入到井筒产生高压，使得地层破裂而产生裂缝，继续高排量注入导致裂缝周围的压力远高于地层原始压力,如图2所示；压裂期间地层存在两种速度，一种是压力传导速度

如图3所示，压裂施工停泵后井筒压裂高于地层压力，压裂液通过渗流向地层内部扩散，使得井底压力随时间不断降低。建立相应的地层渗流模型，通过求解方程及理论曲线与实测数据拟合技术，能够获得裂缝长度、地层平均压力和渗透率等参数。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种利用压裂停泵压力数据获得缝网区域方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据压后体积压裂区差异建立渗流模型，依据裂缝中的压力与流量关系确定边界条件；

具体地，所述步骤1包括：

步骤1.1：如图2所示，水平井多段压裂是分段压裂，每段压裂后不仅形成多条裂缝，还形成一个压碎区域，假设裂缝与地层厚度相等，建立压裂液在压碎区域内渗流模型；需要说明的是，建立渗流模型的基础为压裂区域与裂缝分布如图3所示。

进一步地，渗流模型为：

式中，k

步骤1.2：假设压裂区域为矩形边界，矩形边界外围是原始致密储层，可将矩形边界设置为封闭条件，得到外边界条件；

外边界条件为：

式中，x

步骤1.3：将裂缝式中一个线段源，得到水平井处的边界条件。

水平井处的边界条件为：

式中，h是地层有效厚度(m)；x

步骤2：定义无量纲参数，求解无量纲压力方程，获得真实空间无量纲井底压力半解析半数值解；

具体地，所述步骤2包括：

步骤2.1：对渗流模型定义无量纲量：

进一步地，无量纲量包括：

无量纲压力：

无量纲时间：

无量纲距离：

式中，

步骤2.2：根据定义的无量纲量，对无量纲方程进行Laplace变换，得到考虑井筒存储及表皮后的无量纲井底压力；

考虑井筒存储及表皮后的无量纲井底压力为：

式中，C

步骤2.3：对Laplace空间上的无量纲井底压力进行Laplace数值反演，获得真实空间井底压力解的半数值解；

具体地，通过Stehfest数值反演技术获得；

上述公式中的变量定义包括：

无量纲井筒存储常数：

无井筒存储和表皮的无量纲井底压力：

Laplace变换公式：

式中，C是井筒存储常数(m

假设流量均匀分布到每条裂缝，求解区域是矩形，水平井与x轴平行，裂缝与水平井垂直，无量纲压力方程是齐次，且边界条件为线性，可以采用Newman乘积及叠加原理得到上述无量纲压力的解，Newman乘积中采用条带型封闭边界直线源(x轴)与条带型封闭边界条带源(y轴)相乘积得到无量纲地层压力分布。

优选地，所述方程(11)中的变量含义及符号包括：

条带型封闭边界直线源(x轴)：

条带型封闭边界条带源(y轴)：

由于所有的裂缝通过水平井连接在一起，可以认为每条裂缝在水平井处的压力均相等。设p

其中：

对对方程(12)进行Laplace变换，且多簇压裂水平井各裂缝流量的总和即为总产量，Laplace空间下的流量如下：

Laplace空间下的井底压力与流量关系可由以下矩阵来表示：

方程(15)各变量定义如下：

式中，u是Laplace变换的变量；

考虑裂缝附近要形成主裂缝区域，如图5所示，这里采用复合区域与裂缝叠加方式进行求解，复合后的压力P

P

所述方程中的变量含义及符号包括：P

将方程(16)替代方程(13)并进行Laplace，最后也得到与方程(15)形式相同的矩阵，只是矩阵中的Laplace空间的压力需要由方程(16)给出。

步骤2.4：构建压裂停泵后的流体状态方程；

压裂停泵后的流体状态方程为：

式中，

方程(20)可以改变为：

步骤2.5：考虑井筒存储及表皮后，得到停泵期间的井底压力；

停泵期间的井底压力为：

式中，

步骤2.6：对停泵期间的井底压力进行Laplace变换，得到考虑井筒存储及表皮后的压裂停泵后无量纲井底压力；

对方程(22)进行Laplace变换，可以得到Laplace空间考虑井筒存储及表皮后的无量纲井底压力

步骤2.7：对Laplace空间上的无量纲井底压力进行Laplace数值反演，得到压裂停泵后无量纲井底压力半解析半数值解。

采用公式(6)进行Laplace数值反演，得到压裂停泵后无量纲井底压力半解析半数值解，最终绘制成压力及导数双对数图版，如图6所示，图中可明显分辨出主压裂区域；

步骤3：根据压裂施工期间的排量、加砂将井口压力折算到井底压力，获得井底压力数据；

具体地，所述步骤3中将地面压力折算到井底的公式如下：

式中，p为压力，Pa或N/m

具体地，所述步骤3中获得井底压力数据还包括：对井底压力数据进行预处理。所述预处理为滤波处理。

步骤4：利用所述真实空间无量纲井底压力半解析半数值解与井底压力数据进行拟合，获得压力波及到缝网区域及裂缝附近核心缝网区域。

具体地，所述步骤4包括：

步骤4.1、对实测的压裂停泵数据进行处理，并计算压力及导数；

步骤4.2、利用停泵压裂期间的井底无量纲压力及导数图版进行曲线拟合，得到时间拟合值TM、压力拟合值PM、无量纲井筒存储常数C

进一步地，由压力拟合值PM可以得到：

/>

由时间拟合值TM得到多簇裂缝总半长L：

由每簇裂缝半长比得到每簇裂缝半长

由内外区无量纲半径R

R

由椭圆面积公式计算主压裂区的面积A

由无量纲长度x

A

根据本发明的利用压裂施工数据的反演解释方法，为压裂效果评估提供了简便实用的技术，能够直接解释裂缝半长、压后区域的渗透率及反映压裂液漏失的表皮系数，为油田致密油气、页岩气及煤层气的开发提供了技术支撑。本发明具有两大优势：成本低，尤其是数据获取成本几乎为零；拟合后的解释结果可直接给出裂缝半长、渗透率、主裂缝区面积及压裂液影响区面积等参数，可直接计算单井产能。

实施例2

由步骤1、步骤2和步骤3通过编写计算程序，可以得到水平井分段多簇压裂时的井底压力及导数无量纲量双对数图，如图7所示，该图给出了主裂缝区内外不同流度比的拟合所有图版。将井口停泵压力折算到井底压力，本段共5簇裂缝，表1为本专利5簇裂缝输入的图版拟合参数(每条裂缝半长相同)。

表1输入参数

步骤4，通过对实际压力恢复曲线的求导，并绘制成压力及导数双对数曲线，与图7给出的图版进行拟合。

表2实例井基本参数

表3解释结果

表2给出了该井例的基本参数，图8给出了该井例的双对数压力及导数拟合图，表3给出了该井的解释结果，与实际结果相符合。