[发明专利]计算裂缝面积、体积和滤失速率的系统和方法、程序产品

说明书

本发明提出了一种用于计算水力压裂裂缝表面积的方法。该方法包括在水力压裂裂缝扩展期间和扩展后监测井筒压力；并基于该井筒压力调节流体注入到水力压裂裂缝的第一注入速率，以使得裂缝压力恒定保持为一目标裂缝压力，该目标裂缝压力大于储层孔隙压力并小于裂缝扩展压力；从而使得水力压裂裂缝保持当前的几何尺寸；获取在该目标裂缝压力下，流体注入到水力压裂裂缝的第一注入速率，并根据该第一注入速率确定水力压裂裂缝的流体总滤失速率；最后，根据该总滤失速率结合流体滤失模型计算水力压裂裂缝的表面积。相应地，本发明还提供了一种用于计算水力压裂裂缝滤失速率和体积的方法，及一种用于计算水力压裂裂缝表面积、滤失速率和/或体积的系统。

优先权申请

本申请要求(i)2019年9月14日提交的美国专利申请US 62900533“Methods forEstimating Hydraulic Fracture Surface Area”，和(ii)2019年11月30日提交的美国专利申请US 62942121“Methods for Estimating Hydraulic Fracture Surface Area”，以及(iii)2020年4月24日提交的美国专利申请US 16857601“Systems and Methods forEstimating Hydraulic Fracture Surface Area”的优先权，这三件优先权美国专利申请以引用方式全文并入。

技术领域

本发明涉及在各种地下岩层(如油气藏和地热储层)中注入流体的系统和方法，实施一种称为水力压裂的过程。更具体地说，本公开的实施例涉及，但不局限于，计算水力压裂裂缝表面积、体积及滤失速率的系统和方法、非临时计算机程序产品。

背景技术

地下地层的油气生产可能受到许多因素的影响，包括压力、孔隙度、渗透率、储层厚度和范围、含水饱和度、毛管压力等。一般来说，为了促进地下地层中碳氢化合物的流动和提高油气产量，可以通过水力压裂对油气储层进行改造。水力压裂是提高页岩油气等低渗透储层油气产量的常规方法。几乎所有的水平井和部分直井都将井筒分成若干段，对每个段依次进行水力压裂。每个水力压裂段也被称为水力压裂级(hydraulic fracturingstage),每一压裂级都通过隔离装置与其他水力压裂级隔离。如今，中国和北美地区的水平井一般有20-40个水力压裂级。

在水力压裂过程中，流体被加压注入井筒以克服岩石的破裂强度。因此，一个或多个水力压裂裂缝在井筒起裂，随后由井筒向储层深处扩展，直至注入停止。最终，原油或天然气通过水力压裂裂缝这一导流通道迁移至井筒并被带到地面。一般来说，水力压裂裂缝表面积越大，井筒-裂缝系统与含油气储层的接触面积越大，产量也就越大。

量化水力压裂裂缝表面积的大小对评价压裂设计效果、优化水力压裂设计和校准水力压裂模型是至关重要的。通常在地热井和注水井中，可以采用恒定的注入速率或有阶梯式注入速率的注入井吸入能力测试(Injectivity Test)用来估算整体地层的流动系数和井筒表皮系数，但无法估算相互联通的裂缝表面积。化学示踪剂与注入反排技术相结合可以推断出水力压裂裂缝表面积，但仅限于近井区域。水力压裂过程中收集到的微地震数据(micro-seismic data)可以用来监测剪切破坏，但它只能提供水力压裂裂缝能扩展多远的潜在上限。水力压裂过程中，岩石的多孔弹性(poroelasticity)引起的邻井压力响应可以在一定程度上用来约束水力压裂裂缝的几何尺寸，但这种约束分析往往会出现多个解，同时也需要对裂缝几何形状进行假设，并要求知道闭合应力、岩石力学性质和邻井水力压裂裂缝的尺寸。

目前，对水力压裂裂缝表面积的估算通常通过产量瞬变分析(Rate TransientAnalysis或RTA)来实现。然而，产量瞬变分析也存在一些缺点，如:

(1)严重依赖于对线性流型(linear flow regime)的识别和分析，但在幂律行为(power-law behaviors)明显的非均质油气藏中，线性流型可能不会出现；