专利名称：裂缝性储层非平面网络裂缝压裂控制方法
技术领域：
本发明涉及一种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法。
背景技术：
对于天然裂缝发育的裂缝性储层，水力压裂时，由于天然裂缝的抗张强度小于岩石的抗张强度，在一定净压カ条件下，天然裂缝会优先开启并相互连通，引起压裂液大量滤失，导致主裂缝形成困难。这类储层天然裂缝系统大都成组出现，常常是多组裂缝同时存在，每一条裂缝都被其它裂缝所包围，有时还被其它组裂缝切割，在其附近还可能有更低级的裂缝分布。常规压裂多采用粉砂/陶段塞来抑制天然裂缝开启，也有使用树脂颗粒处理天然裂缝的做法，这些方法都是以抑制天然裂缝扩展，保证主裂缝延伸为主，即使在压裂过程中部分张开了天然裂缝，在闭合应力作用下也会快速闭合。对裂缝性储层，压裂井的生产能力主要受主裂缝沟通的天然裂缝系统控制区域的大小影响。裂缝性储层压裂改造后，短期的产量来自高导流能力的主裂縫，长期的产量则主要依赖于天然裂缝网络。常规压裂与压裂增产形成矛盾。因此，要大幅度提高压裂井改造效果，就要保证压裂形成的裂缝形态为非平面网络裂缝，以沟通更大的渗流区域和更远的裂缝作用距离。
发明内容
本发明要解决的技术问题g在解决裂缝性储层常规水力压裂与储层改造增产目标的矛盾，提供ー种既能保证短期高产又能长期稳产的非平面网络裂缝压裂施工控制方法。本发明的技术方案是一种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，包括以下步骤A)压前评价，包括(I)根据FMI成像测井和常规测井资料取得天然裂缝发育程度和方位；(2)确定人工裂缝方位；(3)判断人工裂缝和天然裂缝的角度关系；(4)判断非平面网络裂缝压裂形成的充分程度；B)利用多井约束优化和有限元相结合的数值反演方法，建立应カ场反演约束优化模型，得到裂缝储层区域三维地应力状态与岩石力学參数数值模拟；C)选择相应的施工參数，压开地层并迫使天然裂缝或孔隙尽可能张开；D)根据测试压裂解释的天然裂缝开启当量条数和开度，选择与天然裂缝或孔隙匹配的支撑剂粒径和用量，用压裂液携帯支撑剂进入天然裂缝或孔隙；E)停泵待裂缝闭合。根据步骤A)中的步骤(I)得出天然裂缝的发育程度为裂缝不发育的低渗储层吋， 当两向水平主应カ差值< 5MPa时，还需要利用大排量施工，提高裂缝内净压カ值，使得净压カ值大于两向水平主应カ差值。根据步骤A)中的步骤(I)得出天然裂缝的发育程度为裂缝微发育的低渗储层吋，还需要在压裂液中加入储层保护添加剤，使用超过储层孔隙裂缝滤失能力的大排量泵注， 使剪切裂缝与更多的微裂缝沟通。所述步骤A)中的步骤(2)的人工裂缝的确定通过井壁崩落分析方法获得，井壁崩落方向为最小水平主应カ方向。所述步骤A)中的步骤(2)的人工裂缝的确定通过钻井诱导缝分析方法获得，FMI 成像图上有平行且呈180°对称高角度裂缝，方向是最大水平主应カ方向。所述步骤A)中的步骤(2)的人工裂缝的确定通过偶极横波测井方法获得，偶极横波测井测量地层的横波各向异性，快横波方位角对应于水平最大主应カ方向或断层、裂缝走向。所述的步骤D)中的压裂液要求初期不能形成滤饼，依靠其弹性携砂。所述的步骤D)中的压裂液所述的压裂液采用APV压裂液体系。所述的步骤D)中的压裂液所述的支撑剂为陶粒。具体说明如下I、水力压裂非平面网络裂缝形成条件①与最大主应カ方向夹角0的影响如图la、图Ib示出的，在高0角和中等应カ差情况下，水力裂缝直接穿过天然裂缝，沿着原方向扩展。如图2示出，在低0角(30° )和中等应カ差情况下，水力裂缝转向，沿着天然裂缝延伸。图3为不同0角和水平应カ差情况下水力裂缝沟通天然裂缝界限图版；水平主应カ差与0角度是决定水力裂缝走向及形态的主要影响因素。从岩石实验模拟的结果来看，e角度大于60°时，水力裂缝一般会直接穿过天然裂缝而继续延伸， 不具备形成非平面网络裂缝的条件。结合岩石实验结果和有限元流固耦合理论模拟结果当人工裂缝和天然裂缝在夹角较小的情况下(<30°，>10° )，无论水平应カ差多大，天然裂缝都会张开，改变原有的延伸路径，为形成非平面网络裂缝创造了条件；而在夹角为中等情况下(30°到60° )，在低水平应カ差情况下，天然裂缝会张开，具有形成非平面网络裂缝的条件，而在高应カ差情况下天然裂缝将不会张开，人工裂缝直接穿过天然裂缝向前延伸，不具有形成非平面网络裂缝的条件；对于夹角较大的情况下(> 60° )，无论水平应カ差多大，天然裂缝都不会张开而改变原有的延伸路径，人工裂缝直接穿过天然裂缝向前延伸，不具有形成非平面网络裂缝的条件。②不同应カ状态下裂缝的起裂延伸机理图4为不同围压作用下的裂缝起裂和延伸特征示意图；当水平两向应力接近或相等时，水力裂缝多方向起裂、延伸特征明显。③不同天然裂缝组合对非平面网络裂缝扩展的影响两组共轭剪裂缝组合其特点是由两组共轭剪裂缝将储层切割成断续的四边形或条形，两组裂缝的方向主要为NEE和NNW向，以高角度裂缝为主。由于NEE向裂缝与o I的夹角很小(一般在10° 以内)，而NNW向裂缝与O I的夹角在70°以上，因此压裂时，在各种应カ差和岩石抗张强度条件下，压裂裂缝都将首先沿NEE向形成，而NNW向裂缝不会活动。在延伸至NEE向裂缝远端时的裂缝发育方向有两种情況。NEE向单条裂缝间由次级裂缝局部连通，压裂使次级裂缝扩大，并将两条NEE向裂缝连接，最终形成一条走向与单条NEE向裂缝走向交角约为10°、方向比单条NEE向裂缝走向略北偏的压裂裂缝(图5a)。图中O I为最大主应カ方向，虚线代表压裂裂缝最可能方向 (下同)。NEE向单条裂缝间无连通，压裂在NEE向裂缝的远端形成走向与o I方向一致的新生裂缝新生裂缝向前延伸直至与下一条NEE向裂缝最终形成一条走向与单条NEE向裂缝走向有-定交角、方向比NEE向单条裂缝走向偏南、总体走向近EW的压裂裂缝(图5b)。三组裂缝组合其特点是由三组裂缝将储层切割成断续的三角形、梯形或六边形，裂缝密度相对较高；裂缝组合主要为NEE、NNW, NW向三组或NEE、NNW, NE向三組，以高角度裂缝为主。当裂缝组合为NEE、NNW, NE三组时，由于NEE向裂缝与o I的夹角最小(一般在 10°以内)，NE向裂缝次之(与O I的夹角为30-40° )，NWW向裂缝与O I的夹角最大 (70-90° )，因此压裂时，在不同应カ差和岩石抗张强度条件下，压裂裂缝仍将首先沿NEE 向形成。在延伸至NEE向裂缝远端时的裂缝发育方向除图5中的两种情况外，在条件满足时，还会沿着NE向裂缝发育，使压裂裂缝总体走向为NE向(图6a)。当裂缝组合主要为NEE、NNW, NW三组时，由于NW向裂缝与o I的夹角在50-70° 之间，只有在应カ差很小或岩石抗张强度较大时才可能活动，因此，在延伸至NEE向裂缝远端时的裂缝发育方向除图5中的两种情况外，在条件满足吋，还会沿着NW向裂缝发育，使压裂裂缝总体走向为近EW或SEE向(图6b)。四组及四组以上裂缝组合其特点是由四组裂缝将储层切割成断续的三角形、菱形或多边形，裂缝密度相对也较高。裂缝方向主要为NEE、NNW、NE和NW向，其中NEE和NNW向裂缝以高角度裂缝为主， NE和NW向裂缝部分为高角度裂缝(图7)。此时，由于裂缝组数的増加，在一定条件下可活动的裂缝组数也相应增加，压裂裂缝的延伸方向会有近EW、NE、NW向等多种可能，且由于可能出现多组裂缝同时活动，使压裂裂缝可能有分叉现象，形成压裂裂缝带。④天然裂缝发育程度对非平面裂缝网络扩展的影响如图8所示出的，当天然裂缝被压开时，其发育程度对裂缝网络的形成有重要影响。2、压裂液粘度和施工排量对非平面网络裂缝形成的影响①压裂液粘度的影响压裂液粘度不同时，压カ曲线的响应差别明显(图9中示出)。低粘度的压カ曲线起伏较大，高粘度的压裂曲线起伏较小。采用高粘度压裂液，裂缝型态比较理想，裂缝表面比较光滑，且水力裂缝容易穿过预置的天然裂縫；而采用低粘度压裂液的时，裂缝表面非常粗糙，起伏比较明显，且水力裂缝容易沿着天然裂缝方向延伸。②施工排量的影响
图10低排量沟通饱和天然裂缝实验Yost通过分析裂缝性地层水平井水力裂缝的延伸认为，高排量有助于产生新裂縫，而低排量有助于天然裂缝的张开。岩心实验也验证了这一点。高排量压裂时，裂缝型态比较理想，裂缝表面比较光滑，且水力裂缝容易穿过预置的天然裂縫；而采用低排量压裂时，裂缝表面非常粗糙，起伏比较明显，且水力裂缝容易沿着天然裂缝方向延伸。3、非平面网络裂缝压裂施工控制技术(I)压前评价控制技术①天然裂缝方位和产状的确定如图11所示，通过分析岩芯样品的粘滞剩磁方向，可以获得天然裂缝的发育方位和倾角、条数。应用成像测井和常规测井手段，可以对天然裂缝的倾向、倾角、裂缝密度、裂缝开度、裂缝孔隙度等进行定量计算(图12)。②人工裂缝方位的确定对于单井，人工主裂缝方位的确定可以通过以下三种方法来实现A :井壁崩落分析井壁崩落方向为现今最小水平主应カ方向，同时不同层段地层井壁崩落方向还有
一定的变化。B :钻井诱导缝分析由于古构造应カ未得到释放，因而产生一组与之相关的诱导缝，FMI成像图上有平行且呈180。对称高角度裂縫。方向是最大水平主应カ方向。C :偶极横波测井偶极横波测井可测量地层的横波各向异性。导致横波各向异性的主要因素包括水平方向地应カ的不均衡、开ロ裂缝、断层及椭圆井眼的影响。快横波方位角对应于水平最大主应カ方向或断层、裂缝走向。③储层三维地应力及岩石力学參数数值模拟图13为破裂压カ三维空间连续变化图，图14为水平最大主应カ等值图，结合图
13、14，阐述如下地应カ的測量技术已经发展出了一系列的针对深部地层的测试技术，如微压裂、 井下微地震、定向自然伽玛测井、ASR、差应变、钻井过程和取芯过程的诱导缝分析、岩芯波速各向异性、古地磁等。然而，岩芯实验方法和现场测试方法的成本都非常高。应用测井数据计算岩石力学參数及地应カ的方法可以得到垂向上的连续剖面。但是，现有的分层地应カ计算模型中忽略了热应力、构造应カ等应力，只考虑了垂向应力，计算得出的结果并不符合实际。如果区域构造作用強烈，计算应力与实测应カ的误差更大。构造应カ是与地质构造、储层压力、砂体分布、岩石的塑性等多个变量相关，并不是与井位变化简单相关。为了获得较为准确的储层三维地应カ和岩石力学參数剖面，利用多井约束优化和有限元相结合的数值反演方法，建立应カ场反演约束优化模型，从而得到区域(含井)地应力大小与岩石力学參数三维数据体。④非平面裂缝网络测试压裂识别
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图15为四种典型的非平面网络裂缝G函数叠加导数图，结合图15阐述如下现场采用天然裂缝发育指数来评价天然裂缝的发育程度。如果G函数叠加导数曲线在裂缝闭合点前呈现“上凸”，则表明储层具有天然裂缝发育的特征。天然裂缝发育指数@ f0 对裂缝性储层，当滤失主要受滤液的粘度、地层流体的可压缩性、滤饼的不可压缩性控制时，滤失系数与压力有关，滤失系数是压差的函数
权利要求
1.一种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，包括以下步骤A)压前评价，包括(I)根据FMI成像测井和常规测井资料取得天然裂缝发育程度和方位；(2)确定人工裂缝方位；(3)判断人工裂缝和天然裂缝的角度关系；(4)判断非平面网络裂缝压裂形成的充分程度；B)利用多井约束优化和有限元相结合的数值反演方法，建立应カ场反演约束优化模型，得到裂缝储层区域三维地应力状态与岩石力学參数数值模拟；C)选择相应的施工參数，压开地层并迫使天然裂缝或孔隙尽可能张开；D)根据测试压裂解释的天然裂缝开启当量条数和开度，选择与天然裂缝或孔隙匹配的支撑剂粒径和用量，用压裂液携帯支撑剂进入天然裂缝或孔隙；E)停泵待裂缝闭合。
2.根据权利要求I所述的ー种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，根据步骤A)中的步骤(I)得出天然裂缝的发育程度为裂缝不发育的低渗储层时，当两向水平主应カ差值< 5MPa时，还需要利用大排量施工，提高裂缝内净压カ值，使得净压 カ值大于两向水平主应カ差值。
3.根据权利要求I所述的ー种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，根据步骤A)中的步骤(I)得出天然裂缝的发育程度为裂缝微发育的低渗储层时，还需要在压裂液中加入储层保护添加剤，使用超过储层孔隙裂缝滤失能力的大排量泵注，使剪切裂缝与更多的微裂缝沟通。
4.根据权利要求I所述的ー种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，所述步骤A)中的步骤(2)的人工裂缝的确定通过井壁崩落分析方法获得，井壁崩落方向为最小水平主应カ方向。
5.根据权利要求I所述的ー种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，所述步骤A)中的步骤(2)的人工裂缝的确定通过钻井诱导缝分析方法获得，FMI成像图上有平行且呈180°对称高角度裂缝，方向是最大水平主应カ方向。
6.根据权利要求I所述的ー种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，所述步骤A)中的步骤(2)的人工裂缝的确定通过偶极横波测井方法获得，偶极横波测井测量地层的横波各向异性，快横波方位角对应于水平最大主应カ方向或断层、裂缝走向。
7.根据权利要求I所述的ー种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，所述的步骤D)中的压裂液要求初期不能形成滤饼，依靠其弹性携砂。
8.根据权利要求I所述的ー种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，所述的步骤D)中的压裂液所述的压裂液采用APV压裂液体系。
9.根据权利要求I所述的ー种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，其特征在于，所述的步骤D)中的压裂液所述的支撑剂为陶粒。
全文摘要
本发明公开了一种裂缝性储层非平面网络裂缝压裂施工控制方法，包括以下步骤压前评价，包括(1)根据FMI成像测井和常规测井资料取得天然裂缝发育程度和方位；(2)确定人工裂缝方位；(3)判断人工裂缝和天然裂缝的角度关系；(4)判断非平面网络裂缝压裂形成的充分程度；利用多井约束优化和有限元相结合的数值反演方法，建立应力场反演约束优化模型，得到裂缝储层区域三维地应力状态与岩石力学参数数值模拟；选择相应的施工参数，压开地层并迫使天然裂缝或孔隙尽可能张开；根据测试压裂解释的天然裂缝开启当量条数和开度，选择与天然裂缝或孔隙匹配的支撑剂粒径和用量，用压裂液携带支撑剂进入天然裂缝或孔隙。
文档编号E21B47/002GK102606126SQ20121008261
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者杜林麟, 陈守雨 申请人:东方宝麟科技发展(北京)有限公司