[发明专利]基于天然气碳同位素分析产能贡献率的评价方法

说明书

本发明公开了一种基于天然气碳同位素分析产能贡献率的评价方法，包括如下步骤：a、钻进过程中初次钻揭某地层时随钻建模；b、完钻后首次压裂并于初次测试时压裂建模；c、开发阶段重复压裂获产时进行模型应用，确定小层产能贡献率。本发明采用碳同位素差异值的分析、校正和建模方法对各小层的碳同位素固有性质进行测算，进一步确定重复压裂各小层贡献率，并具备在压裂及开发阶段等在内的更长期稳定的时期对各层产能贡献进行检测和分析。

技术领域

本发明涉及一种基于天然气碳同位素分析的针对单井重复压裂及开发阶段各层产能贡献率的评价方法，属于机电领域石油天然气工业勘探开发范畴开发地质压裂效果评价领域。

背景技术

已压裂完毕的层段由于油藏、工艺等方面原因，产量递减到需要进行第二次或更多次压裂，才能维持设计产量的作业方式称为重复压裂。对于页岩气而言，由于产量可以预见地通常递减比较明显，因此，同井同层的多次压裂也被称作重复压裂。重复压裂虽然具有一定工程风险和投资成本，但相较于重新布井开发，重复压裂无疑在风险控制和资本投入方面更具优势。重复压裂的任务包括两方面，其一，强化和拓展前次压裂造缝的成果，在上次压裂造缝的基础上，改善人工缝网面积和缝密度，增大人造储集空间和渗流通道；其二，通过既有天然和人工缝网系统，对上次压裂作业未被有效开发的致密“孤岛”层和远井端围岩层进行首次破压改造，拓展新的人工缝网。杨金林等认为，重复压裂包括三方面作用：层内压出新裂缝、延伸原有裂缝、暂堵老缝压开新缝。

当前，重复压裂在中国页岩气等非常规油气领域发展迅速。2017年长宁H3-6成功完成重复压裂施工，系中国石油集团页岩气首次完成重复压裂施工。中国石化方面，涪陵页岩气田第一口重复压裂试验井焦页9-2HF井也于同年10月正式投产，并达到日产四万方天然气规模。重复压裂效果评价，特别是对于各层产能贡献率的压裂后效果评价显得尤为必要。

有学者认为，评价重复压裂成功与否的关键，既有如何提高单井可采时间、可动用气量的因素，也包括更短时间内快速达到理想经济回报的程度，但各种评价方式的核心即是资源动用程度，因此，急需提出一种方法对重复压裂作业动用改造段各层产能贡献率的方法，为重复压裂效果评价提供重要的数据支撑。

国际上，北美地区重复压裂在2011年前后开始兴起，但重复压裂的效果评价一直是困扰北美页岩气开发和井下工艺的难题。国内外主要通过主动添加示踪剂的方法对压裂层段进行分析，但其共同存在的问题为：人工同位素成本高、放射性危害不确定、持续时间短，难以持续监测。且由于重复压裂施工的特殊性、新缝的压开和延展与老缝的暂堵和封闭同时进行，人工主动添加的示踪剂有窜层、跑失的风险。加之大量新的围岩天然气涌入油管通道，人工主动添加的示踪剂仅能维持较短时间的浓度稳定期，导致花费大量成本的示踪分析仅能检测到压裂获气的初期数据，难以检测测试产量稳定期的多点数据，而检测开发阶段初期甚至更长期的各层贡献率预测就只能重新定期添加，费工费时，且效果一般。

而利用碳同位素原理对页岩气产层天然气样本进行分阶段、系统取样不失为一种适用于压裂评价和长期开发效果跟踪分析的问题解决思路。

自然界中碳以12C、13C、14C等多种同位素的形式存在，12C、13C相对丰度分别为98.89％、1.11％；14C只有极微量且具放射性，半衰期为5730年。其他同位素由人工核反应获得，均有放射性。天然物质的碳同位素组成由13C/12C比值确定的δ(13C)表示，以美国南卡罗莱纳州白垩系Pee Dee组拟箭石化石(简称PDB)作为标准品。20世纪50年代以来，浓缩和分析技术的突破，利用13C同位素的质量和磁性的同位素效应提供的信息，已广泛用于有机化学反应机理、有机物结构、天然产品生物合成及结构分析研究，酶促反应机理；农肥、农药机理、植物生理、临床诊断、病理试验、药理作用及药物代谢的研究和应用。在地球科学中碳14广泛应用于成岩作用、成矿作用、古海洋、石油天然气成因研究。