[发明专利]直井分簇压裂施工参数及相应隔层厚度的优化设计方法

说明书

本发明提供一种直井分簇压裂施工参数及相应隔层厚度的优化设计方法，包括：步骤1，建立考虑井筒的储隔互层渗流‑应力‑损伤分簇压裂模型；步骤2，结合现场施工资料验证模型压裂段内各簇射孔段的竞争分流情况、井筒所产生的摩阻和施工压力；步骤3，设定不同施工排量，通过模拟计算，分析不同排量的裂缝形态，确定最佳的施工排量；步骤4，设定不同的压裂液粘度，分析不同粘度的裂缝扩展形态，确定最佳的压裂液粘度；步骤5，分析在优化后的排量和粘度下所适用的最小隔层厚度。该直井分簇压裂施工参数及相应隔层厚度的优化设计方法与实际地层情况更切合，提高了模型的准确性和可靠性，得出了施工参数适合的最小隔层厚度。

技术领域

本发明涉及石油天然气开发的技术领域，特别是涉及到一种直井分簇压裂施工参数及相应隔层厚度的优化设计方法。

背景技术

随着非常规油气资源的大力开发，油气储层层间差异大的矛盾越来越制约油气藏纵向层间的平衡。针对小层多，易串层，物性、厚度差异大等特征储层，压裂时极易压开两相邻储层间的隔层，使得支撑剂颗粒主要铺置在下层储层和隔层内，而上层储层则难以得到有效支撑，从而不能充分发挥上层储层的生产能力，不能很好地达到压裂的预期目的。水力压裂能否取得良好效果的关键在于压裂施工时控制裂缝串到相邻的储隔层，提高支撑剂在储层内部更为有效的铺置，水力压裂施工才能达到预期的效果。水力压裂层间距较小或施工排量较大，都易导致隔层被压穿。为了防止裂缝串层，实现油气田长期稳产、高效开发，提高最终采收率，必须对施工排量和压裂液粘度优化，并且确定最佳粘度适用的最小隔层厚度。因此，水力压裂施工参数及间距的优化对防止串层尤为重要，也是水力压裂工艺优化设计的难点和关键(郭彪,侯吉瑞,赵凤兰.分层压裂工艺应用现状.江汉石油科技,2009,02:36-38)。

水力压裂时，多裂缝同时扩展，在隔层厚度较小时，裂缝间干扰强烈。相关学者对裂缝间应力干扰的问题进行了大量的研究，杨丽娜、陈勉将复变函数理论与位错理论相结合，在考虑了裂缝表面有流体压力作用且裂缝间存在相互干扰的情况下，建立了无限大介质中裂尖应力强度因子的数学模型，得到裂尖强度因子及转角，并对水力压裂中多裂缝间的相互干扰进行力学分析。张劲等人运用有限元方法，建立二维直井多水平裂缝有限元模型，对水平多缝间的相互干扰进行了研究，得出了水平缝之间相互干扰的规律，认为裂缝间距越小、层数越多则相互干扰越大，为油田薄差油层的改造提供了一定理论依据。汪玉梅对低渗透薄互储层水平缝缝间干扰规律进行了研究，给出了3～7条水平缝相互影响时的扩展规律。西南石油大学路千里等运用有限元方法，分析水平井分段压裂时，每簇裂缝间的应力干扰，优化水平井射孔间距。王伯军、张士诚等运用位移不连续法，建立二维斜井缝间干扰数学模型，在裂缝扩展准则上运用了修正的能量释放率准则(G准则)——F准则，分析不同裂缝缝长和不同裂缝分布等对裂缝扩展的影响规律。连志龙在前人基础上，运用流固耦合非线性有限元方法，建立油井水平裂缝分层压裂二维模型，模拟了薄差油层水平多缝扩展过程的相互干扰规律，考虑缝内压降及渗流场应力场耦合作用，重点研究了隔层厚度和裂缝条数对裂缝扩展的干扰，提出了控制缝间干扰的方法。彪仿俊用流固耦合非线性有限元方法，建立了油井水平裂缝分层压裂的三维计算模型，直接按照实际施工的泵注程序施加流体荷载，计算得到了分层压裂的压力、裂缝形态以及压后的产能，对分层压裂以及水平裂缝的干扰问题进行了研究(彪仿俊.水力压裂水平裂缝扩展的数值模拟研究[D].中国科学技术大学,2011)，西南石油大学袁舒航对直井分层压裂的施工参数进行优化，研究了先压裂缝对后压裂缝的应力干扰。(袁舒航.桩23北区多薄层裂缝扩展规律研究.西南石油大学，2015)

目前，对于裂缝间多缝干扰的研究主要集中在水平井垂直缝的缝间干扰研究以及直井水平缝的缝间干扰研究，然而对于直井或斜井垂直缝的多缝干扰研究较少，比如对于直井簇间裂缝同时扩展时施工参数的优化，施工参数适用的最小隔层厚度等尚未见文章对其进行分析。

为此我们发明了一种新的直井分簇压裂施工参数及相应隔层厚度的优化设计方法，解决了以上技术问题。

发明内容