本發(fā)明涉及低滲透非常規(guī)儲(chǔ)層體積壓裂技術(shù)，具體涉及體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)確定方法。
背景技術(shù)：
低滲透非常規(guī)儲(chǔ)層由于其低孔、低滲的特點(diǎn)，必須采用大規(guī)模體積壓裂技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開發(fā)。體積壓裂技術(shù)是指采用分段多簇射孔技術(shù)，利用縫內(nèi)較高的凈壓力和縫間干擾作用實(shí)現(xiàn)人工裂縫與天然裂縫的溝通以及橫向裂縫的產(chǎn)生，在儲(chǔ)層中形成長(zhǎng)、寬、高三維方向的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，使得任意方向基質(zhì)中的油氣向裂縫的滲流距“最短”，極大地提高了儲(chǔ)集層的整體滲透率，提高低滲透非常規(guī)儲(chǔ)層油氣井的產(chǎn)能和最終采收率。
體積壓裂技術(shù)能夠在儲(chǔ)層內(nèi)形成多條裂縫相互交織的復(fù)雜縫網(wǎng)，縫網(wǎng)內(nèi)裂縫的條數(shù)和各自的長(zhǎng)度對(duì)改造區(qū)的整體滲透率和油氣井產(chǎn)能有較大的影響，其從一定程度上反映了體積壓裂的效果，同時(shí)也是進(jìn)行油氣井產(chǎn)能模擬地質(zhì)建模的基本依據(jù)。
為了能夠?qū)w積壓裂縫網(wǎng)內(nèi)的裂縫參數(shù)進(jìn)行描述，眾多研究者分別建立了多種2維和3維體積壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，這些模型主要分為均勻裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和不規(guī)則裂縫網(wǎng)絡(luò)模型兩類：均勻裂縫網(wǎng)絡(luò)模型主要為線網(wǎng)模型和離散化縫網(wǎng)模型，該類模型假設(shè)縫網(wǎng)體內(nèi)存在多條相互平行或正交的主裂縫和次生裂縫，裂縫的數(shù)目和間距人為設(shè)定，不符合實(shí)際壓裂過程中受應(yīng)力和地質(zhì)條件共同控制的裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和隨機(jī)性；不規(guī)則裂縫網(wǎng)絡(luò)模型能夠模擬出不規(guī)則的縫網(wǎng)形態(tài)及其內(nèi)部裂縫分布，但是需要對(duì)天然裂縫的分布有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，模擬最終得出的不規(guī)則裂縫網(wǎng)絡(luò)主要受天然裂縫分布的影響，但是實(shí)際上模擬所用的天然裂縫網(wǎng)絡(luò)(包括位置、傾向、尺寸等)都是研究者自己假定的，與實(shí)際天然裂縫的復(fù)雜無(wú)序隨機(jī)分布有較大的差別。
由此可見，無(wú)論是均勻裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和不規(guī)則裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，其縫網(wǎng)體內(nèi)裂縫的長(zhǎng)度和裂縫的條數(shù)主要受其假設(shè)條件的制約，而在實(shí)際的體積壓裂過程中，主裂縫首先沿著原地最大水平地應(yīng)力方向擴(kuò)展，在主裂縫的擴(kuò)展過程中會(huì)在其側(cè)面產(chǎn)生分支裂縫甚至是主裂縫偏轉(zhuǎn)，分支裂縫的產(chǎn)生和主裂縫的偏轉(zhuǎn)既受到應(yīng)力條件的控制，又受到不規(guī)則分布的天然裂縫以及非均勻巖石性質(zhì)的影響，因此分支裂縫產(chǎn)生的位置、數(shù)目以及主裂縫的偏轉(zhuǎn)位置和角度具有較大的不規(guī)則性和隨機(jī)性，現(xiàn)有的用來(lái)描述縫網(wǎng)內(nèi)裂縫參數(shù)的均勻裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和不規(guī)則裂縫網(wǎng)絡(luò)模型受到人為因素的影響較大，無(wú)法真實(shí)的體現(xiàn)體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)裂縫的參數(shù)特征。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)確定方法，這種體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)確定方法用于解決現(xiàn)有的用來(lái)描述縫網(wǎng)內(nèi)裂縫參數(shù)的均勻裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和不規(guī)則裂縫網(wǎng)絡(luò)模型受到人為因素的影響較大，無(wú)法真實(shí)的體現(xiàn)體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)裂縫的參數(shù)特征的問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：這種體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)確定方法：
步驟一、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行體積壓裂施工之前，首先測(cè)量得到施工前的初始基本參數(shù)，初始基本參數(shù)包括體積壓裂儲(chǔ)層地應(yīng)力參數(shù)、巖石物性參數(shù)；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行體積壓裂施工過程中，繼續(xù)測(cè)量得到體積壓裂施工過程中壓裂施工相關(guān)的初始基本參數(shù)；
步驟二、依據(jù)上述初始基本參數(shù)，計(jì)算縫網(wǎng)內(nèi)裂縫的平均寬度：
式中：w為縫網(wǎng)內(nèi)裂縫的平均寬度，m；v為泊松比；E為楊氏彈性模量，Pa；p為裂縫內(nèi)的平均壓力，Pa；σh為最小水平地應(yīng)力，Pa；h為縫高，m；
步驟三、根據(jù)初始時(shí)刻裂縫的擴(kuò)展速度等于初始時(shí)刻孔眼內(nèi)液體的流動(dòng)速度這一邊界條件確定常數(shù)C：
式中：N為每簇內(nèi)射孔孔眼個(gè)數(shù)的一半；r為孔眼半徑，m；pinj為縫口注入壓力，Pa；es為比表面能，J/m2；f為范寧摩阻系數(shù)；
步驟四、迭代求解體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)，得到用來(lái)描述體積壓裂改造體積內(nèi)裂縫密度和導(dǎo)流能力的關(guān)鍵參數(shù)：
1)平均裂縫長(zhǎng)度計(jì)算公式為：
式中：x為平均裂縫長(zhǎng)度，m；Vl為濾失的液體體積，m3；qinj為每簇內(nèi)注入排量的一半，m3/s；t為注入時(shí)間，s；
2)等效裂縫條數(shù)的表達(dá)式為：
式中：n為等效裂縫條數(shù)；
3)濾失的液體體積計(jì)算公式為：
式中：c為液體的綜合濾失系數(shù)，為t時(shí)刻液體到達(dá)x處所需的時(shí)間，s；
4)迭代求解方法為：
①首先選定比較小的初始時(shí)間t，假設(shè)在該時(shí)間段內(nèi)濾失量Vl＝0；
②根據(jù)濾失量Vl計(jì)算該時(shí)刻的平均裂縫長(zhǎng)度x和等效裂縫條數(shù)n；
③將計(jì)算得到的平均裂縫長(zhǎng)度x和等效裂縫條數(shù)n代入液體濾失體積模型，
計(jì)算在該時(shí)間段內(nèi)的濾失量Vl'；
④若|Vl'-Vl|＜ε，則計(jì)算終止，Vl＝Vl'；若不滿足，Vl＝Vl'，重復(fù)②-③步；
⑤增加時(shí)間步長(zhǎng)△t，根據(jù)濾失量Vl計(jì)算t+△t時(shí)刻的平均裂縫長(zhǎng)度x和等效裂縫條數(shù)n；
⑥重復(fù)③-⑤步，得出體積壓裂施工結(jié)束時(shí)復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的平均裂縫長(zhǎng)度x和等效裂縫條數(shù)n。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1、由于地質(zhì)條件和應(yīng)力分布的復(fù)雜性，無(wú)法詳細(xì)的得出體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)裂縫的位置以及各自的長(zhǎng)度，但由于水力壓裂過程是依靠高壓流體能量在地層巖石中創(chuàng)造裂縫的過程，這一過程將會(huì)遵守能量守恒原理和物質(zhì)平衡原理，本發(fā)明即根據(jù)這些原理以及實(shí)際壓裂施工參數(shù)提出了體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)多條裂縫的平均長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)確定方法，沒有對(duì)縫網(wǎng)內(nèi)的裂縫參數(shù)進(jìn)行過多的人為假設(shè)，克服了現(xiàn)有裂縫網(wǎng)絡(luò)模型得出的裂縫參數(shù)主要依賴于人為假設(shè)的局限性。
2、本發(fā)明通過確定體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)，更為真實(shí)的反映了體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的裂縫參數(shù)，為體積壓裂效果分析提供了評(píng)價(jià)參數(shù)。
3、本發(fā)明通過確定體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)，為油氣井產(chǎn)能模擬地質(zhì)建模提供了基本參數(shù)，為體積壓裂井儲(chǔ)層地質(zhì)建模裂縫數(shù)目的確定提供了依據(jù)。
4、本發(fā)明通過確定體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)，能夠得出地質(zhì)條件及壓裂施工參數(shù)對(duì)復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)裂縫參數(shù)的影響規(guī)律，為體積壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了必要的指導(dǎo)。
5、本發(fā)明通過確定體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)，可以從一定程度上反映儲(chǔ)層形成多條裂縫復(fù)雜縫網(wǎng)的能力，為儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)提供了研究手段和依據(jù)。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：
這種體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)確定方法：
步驟一、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行體積壓裂施工之前，首先測(cè)量得到施工前的初始基本參數(shù)，初始基本參數(shù)包括體積壓裂儲(chǔ)層地應(yīng)力參數(shù)、巖石物性參數(shù)；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行體積壓裂施工過程中，繼續(xù)測(cè)量得到體積壓裂施工過程中壓裂施工相關(guān)的初始基本參數(shù)；
步驟二、依據(jù)上述初始基本參數(shù)，計(jì)算縫網(wǎng)內(nèi)裂縫的平均寬度：
式中：w為縫網(wǎng)內(nèi)裂縫的平均寬度，m；v為泊松比；E為楊氏彈性模量，Pa；p為裂縫內(nèi)的平均壓力，Pa；σh為最小水平地應(yīng)力，Pa；h為縫高，m；
步驟三、根據(jù)初始時(shí)刻裂縫的擴(kuò)展速度等于初始時(shí)刻孔眼內(nèi)液體的流動(dòng)速度這一邊界條件確定常數(shù)C：
式中：N為每簇內(nèi)射孔孔眼個(gè)數(shù)的一半；r為孔眼半徑，m；pinj為縫口注入壓力，Pa；es為比表面能，J/m2；f為范寧摩阻系數(shù)；
步驟四、迭代求解體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)，得到用來(lái)描述體積壓裂改造體積內(nèi)裂縫密度和導(dǎo)流能力的關(guān)鍵參數(shù)：
1)平均裂縫長(zhǎng)度計(jì)算公式為：
式中：x為平均裂縫長(zhǎng)度，m；Vl為濾失的液體體積，m3；qinj為每簇內(nèi)注入排量的一半，m3/s；t為注入時(shí)間，s；
2)等效裂縫條數(shù)的表達(dá)式為：
式中：n為等效裂縫條數(shù)；
3)濾失的液體體積計(jì)算公式為：
式中：c為液體的綜合濾失系數(shù)，為t時(shí)刻液體到達(dá)x處所需的時(shí)間，s；
4)迭代求解方法為：
①首先選定比較小的初始時(shí)間t，假設(shè)在該時(shí)間段內(nèi)濾失量Vl＝0；
②根據(jù)濾失量Vl計(jì)算該時(shí)刻的平均裂縫長(zhǎng)度x和等效裂縫條數(shù)n；
③將計(jì)算得到的平均裂縫長(zhǎng)度x和等效裂縫條數(shù)n代入液體濾失體積模型，計(jì)算在該時(shí)間段內(nèi)的濾失量Vl'；
④若|Vl'-Vl|＜ε，則計(jì)算終止，Vl＝Vl'；若不滿足，Vl＝Vl'，重復(fù)②-③步；
⑤增加時(shí)間步長(zhǎng)Δt，根據(jù)濾失量Vl計(jì)算t+Δt時(shí)刻的平均裂縫長(zhǎng)度x和等效裂縫條數(shù)n；
⑥重復(fù)③-⑤步，得出體積壓裂施工結(jié)束時(shí)復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)的平均裂縫長(zhǎng)度x和等效裂縫條數(shù)n。
本發(fā)明基于能量守恒原理和物質(zhì)平衡原理，根據(jù)實(shí)際壓裂施工參數(shù)得出了用于描述體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)內(nèi)裂縫參數(shù)的平均裂縫長(zhǎng)度和等效裂縫條數(shù)，克服了現(xiàn)有裂縫網(wǎng)絡(luò)模型得出的裂縫參數(shù)主要依賴于人為假設(shè)的局限性，可以為體積壓裂效果評(píng)價(jià)以及油氣井產(chǎn)能模擬地質(zhì)建模提供最基本的依據(jù)。