一种页岩气井多段压裂改造的评价方法

技术领域

本发明涉及页岩气技术领域，特别涉及一种页岩气井多段压裂改造的评价方法。

背景技术

随着社会对清洁能源需求的日益增长，页岩气作为新型清洁天然气资源，越来越受到关注，北美作为页岩气革命的先驱，规模化采用水平井和水力压裂技术使商业化生产页岩气变为现实。长水平段水平井和分段水力压裂技术是提高我国页岩气单井产量的关键技术，随着页岩气勘探开发面向深层，页岩气井的压裂改造难度更大，影响因素更多，尤其是针对压裂改造后人工裂缝的延伸范围进行定量评价的方法仍不完善，制约了压裂施工参数的优化设计，以及井网井距的优化部署。

页岩气井主体采用多段压裂进行体积改造，由于受岩石力学性质、地应力等因素的影响，即使采用相同的压裂规模，其改造效果也不尽相同。目前很多研究都将人工裂缝做等效处理，即各压裂段形成的缝长和改造区渗透率相同，也有根据压裂规模(液量和砂量)来作为不等长裂缝的判断依据，但从实际施工监测结果来看，多段压裂水平井每一段微地震事件的波及范围存在较大差异，证实各段的改造效果存在一定差异。目前针对单段改造效果的评价方法主要包括微地震监测、裂缝净压力拟合以及G函数特征分析等等。对于单段改造效果的评价而言，微地震监测可以直接监测裂缝波及长度，但是由于该方法主要基于应力的响应来分析，监测结果往往偏大，而且受现场噪音影响，监测结果的精度有限；裂缝净压力拟合以及G函数分析等方法也难以对人工裂缝长度进行有效评价。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的评价方法难以定量评价单段改造效果的问题，提供一种页岩气井多段压裂改造的评价方法，基于注入压降试井理论建立压裂渗流数学模型，求解得到典型双对数曲线，根据页岩气井每一段压裂的停泵压降数据得到实测双对数曲线，采用拟合方法定量评价各压裂段的改造参数。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种页岩气井多段压裂改造的评价方法，包括以下步骤：

步骤一、基于注入压降试井理论利用点源函数建立压裂渗流数学模型；

步骤二、根据步骤一的压裂渗流数学模型通过Laplace变换得到井底压力响应函数；

步骤三、根据步骤二的井底压力响应函数通过Stehfest数值反演得到压力和压力导数的典型双对数曲线；

步骤四、获取待分析页岩气井每一段压裂的停泵压降数据，根据所述停泵压降数据构建各个压裂段停泵压力和压力导数的实测双对数曲线；

步骤五、对典型双对数曲线和实测双对数曲线进行拟合，若满足拟合精度，则确定所述待分析页岩气井的压裂渗流数学模型的参数，得到所述待分析页岩气井各压裂段的改造参数，若不满足拟合精度，则返回步骤二，重复步骤二和步骤三。

本发明基于注入压降试井理论利用，点源函数和Laplace变换，井底压力响应函数，通过Stehfest数值反演得到井底压力和压力导数的典型双对数曲线，建立单段压裂不稳定渗流数学模型，获取页岩气井停泵后的实测双对数曲线，将典型双对数曲线和实测双对数曲线进行拟合，得到页岩气井各压裂段的改造参数，对各段的改造效果进行评价。该方法利用较短时间内的停泵压降数据可对各段压后的实际改造效果进行定量评价，具有较高的实用性和经济性。

进一步地，所述压裂渗流数学模型包括两个渗流过程：裂缝线性流和地层线性流，裂缝线性流动方程为：

裂缝线性流动方程的初始条件：p

裂缝线性流动方程的边界条件：

地层线性流动方程：

地层线性流动方程的初始条件：

p

地层线性流动方程的边界条件：

式中：p

p

p

S

η

b

x

C

S

p

进一步地，步骤二中，井底压力响应函数为：

其中：

进一步，步骤三中，在对典型双对数曲线和实测双对数曲线进行拟合前，对得到的典型双对数曲线进行分区，分为六个区，Ⅰ为早期纯井储阶段；Ⅱ为过渡流阶段，该阶段反映了近井污染带的存在；Ⅲ为裂缝线性流动阶段，该阶段反映了人工裂缝中的线性流动过程；IV为双线性流动阶段，该阶段反映了储层改造区内缝网系统的线性流动；Ⅴ为过渡流阶段，Ⅵ为拟稳态径向流动阶段，反映压裂缝网裂缝系统中的径向流动。在本发明中，双对数曲线形态反映了储层渗流模式和渗流能力的差异，这种差异与储层发育状况、增产改造成功与否有着十分密切的联系，因此对典型双对数曲线进行分区，通过分区可以清楚储层渗流模式和渗流能力，在后续对典型双对数曲线和实测双对数曲线进行拟合时，根据实测双对数曲线的形态对压裂渗流数学模型的输入参数进行调整，更利用典型双对数曲线和实测双对数曲线的拟合。

更进一步，裂缝线性流动阶段时，典型双对数曲线在分区内表现为一条斜率为1/2的直线。

更进一步，双线性流动阶段时，典型双对数曲线在分区内表现为一条斜率为1/4的直线。

进一步，步骤五中，所述待分析页岩气井各压裂段的改造参数为待分析页岩气井各压裂段的人工裂缝长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明基于注入压降试井理论利用，点源函数和Laplace变换，井底压力响应函数，通过Stehfest数值反演得到井底压力和压力导数的典型双对数曲线，建立单段压裂不稳定渗流数学模型，获取页岩气井停泵后的实测双对数曲线，将典型双对数曲线和实测双对数曲线进行拟合，得到页岩气井各压裂段的改造参数，对各段的改造效果进行评价。该方法利用较短时间内的停泵压降数据可对各段压后的实际改造效果进行定量评价，具有较高的实用性和经济性，同时快速、定量评价裂缝长度，为准确产能预测提供基础，也为合理井距论证以及压裂设计优化提供了参考依据。

附图说明：

图1为本发明提供页岩气井多段压裂改造的评价方法的流程示意图；

图2为实施例1中典型双对数曲线；

图3为实施例1中W井各段压裂规模柱状图；

图4为实施例1中第14段的实测双对数曲线图；

图5为实施例1中第17段的实测双对数曲线图；

图6为实施例1中W井各段压裂的裂缝半长图；

图7为实施例1中第14段和17段G函数曲线图；

图8为实施例1中第14段和第17段微地震监测结果图；

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种页岩气井多段压裂改造的评价方法，包括以下步骤：

步骤一、基于注入压降试井理论利用点源函数建立压裂渗流数学模型；

步骤二、根据步骤一的压裂渗流数学模型通过Laplace变换得到井底压力响应函数；

步骤三、根据步骤二的井底压力响应函数通过Stehfest数值反演得到压力和压力导数的典型双对数曲线；

步骤四、获取待分析页岩气井的停泵压降数据，根据所述停泵压降数据构建压力和压力导数的实测双对数曲线；

步骤五、对典型双对数曲线和实测双对数曲线进行拟合，若满足拟合精度，则确定所述待分析页岩气井的压裂渗流数学模型的参数，得到所述待分析页岩气井各压裂段的改造参数，若不满足拟合精度，则返回步骤二，重复步骤二和步骤三，重新调整压裂渗流数学模型的参数输入来更新典型双对数曲线，再与实测双对数曲线拟合，直至满足拟合精度。

停泵压力是停泵瞬间的井口压力，此时井筒摩阻影响大大减小，它比井底压力只差静液柱压力，是停泵后测定压力降落曲线的起始点。停泵压力值的高低、压降的快慢、通过对停泵压降曲线进行精细分析可有效判断人工裂缝沟通储层的情况，从而准确评价储层改造效果。压裂过程是一个典型的注入压降过程，研究区气井压裂施工停泵后压降段数据记录在30min左右，基本能反映地层和改造的信息。

本实施例中，将停泵压降过程简化为裂缝线性流和地层线性流两个渗流过程，压裂渗流数学模型包括了两个渗流过程：裂缝线性流和地层线性流，裂缝线性流动方程为：

裂缝线性流动方程的初始条件：p

裂缝线性流动方程的边界条件：

地层线性流动方程：

地层线性流动方程的初始条件：

p

地层线性流动方程的边界条件：

式中：p

p

p

S

η

b

x

C

S

p

根据上述的压裂渗流数学模型通过Laplace变换得到井底压力响应函数为：

其中：

为了更好的进行拟合，在对典型双对数曲线和实测双对数曲线进行拟合前，对得到的典型双对数曲线进行分区，分为六个区，Ⅰ为早期纯井储阶段；Ⅱ为过渡流阶段，该阶段反映了近井污染带的存在；Ⅲ为裂缝线性流动阶段，该阶段反映了人工裂缝中的线性流动过程；IV为双线性流动阶段，该阶段反映了储层改造区内缝网系统的线性流动；Ⅴ为过渡流阶段，Ⅵ为拟稳态径向流动阶段，反映压裂缝网裂缝系统中的径向流动。其中裂缝线性流动阶段时，典型双对数曲线在分区内表现为一条斜率为1/2的直线；双线性流动阶段时，典型双对数曲线在分区内表现为一条斜率为1/4的直线，如图2为一条典型双对数曲线，能够清楚看出曲线的分区。

采用本发明的方法对W井的多段压裂改造进行评价，W井储层埋深3821m，孔隙度为6.8％，压裂改造层段厚度40m。共压裂20段，单段的压裂液量介于1300～2400m

该井第14段的加砂量为65.6m

该井第17段的加砂量为64.4m

对典型双对数曲线和实测双对数曲线进行拟合时，通过调整压裂渗流数学模型中参数的输入，调整的参数为k

对上述第14段和第17段两个压裂段的G函数曲线进行分析，从图6中可以看出二者均没有出现明显的多裂缝特征。微地震监测结果展示在表1中，但结果显示这两段的差异较大，第14段的微地震事件的波及范围明显较大，裂缝复杂性指数(微地震波及宽度与长度的比值)为0.71，而第17段的微地震事件数量少、复杂性指数低，呈现较为明显的条带性特征，表明改造体积有限。所以本发明的评价方法可以有效区分单段改造效果。

表1微地震监测和停泵压降解释结果统计表

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。