用于执行井眼压裂作业的系统和方法
【专利摘要】提供了一种在穿透地下地层的井眼附近执行油田作业的方法。该方法包括通过在井眼附近产生裂缝来执行压裂作业。裂缝限定井眼附近的水力裂缝网络(HFN)。该方法还包括通过从HFN外推裂缝数据，在井眼附近产生离散裂缝网络(DFN)。DFN包括裂缝分支和基质块，裂缝分支之间具有交叉点。该方法还包括产生通过DFN的泄油区的深度；限定开采参数；以及基于泄油区的深度和开采参数，执行开采作业，以从地下地层开采流体。开采作业可以包括产生通过DFN的流率；基于流率产生DFN在初始时间的压力分布情况；以及基于压力分布情况产生开采速度。
【专利说明】用于执行井眼压裂作业的系统和方法
[0001]对先前申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年8月4日提交的美国临时申请N0.61/574，521和2011年7月28日提交的美国临时申请N0.61/574，131的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。
【技术领域】
[0003]本公开总体上涉及用于执行井场作业的方法和系统。更具体地说，本公开致力于用于执行压裂作业的方法和系统，例如，调查地下地层以及表征地下地层中的水力裂缝网络。
【背景技术】
[0004]为了便于从油气井中回收油气，可以通过水力压裂这些井周围的地下地层。可以使用水力压裂来在地表下地层中创建裂纹，以使得油或气能够向井移动。通过一个或多个井眼，以高压、高流率将特别设计的流体(这里称为“压裂流体”或“压裂浆”)引入地层来压裂地层。根据地层中的自然应力，水力裂缝可以从井眼沿着两个相反的方向延伸几百英尺。在某些情况下，它们可以形成复杂的裂缝网络。
[0005]压裂流体可以承载有支撑剂，支撑剂是一定尺寸的颗粒，其可以与压裂流体混合以帮助提供用于油气从地层/储层到井眼的开采的有效导路。支撑剂可以包括天然的砂粒或碎石；人造或特别设计的支撑剂，例如纤维、涂覆了树脂的砂石、或高强度陶瓷材料如烧结铝矾土。支撑剂异质或同质地聚集到裂缝中，以在地层中“撑”开新的裂纹或孔。支撑剂创建可渗透导路的面，通过该导路，开采流体可以流入井眼。优选地，压裂流体具有高粘度，并因此能够携带有效数量的支撑剂材料。
[0006]压裂流体可以由粘性流体实现，该粘性流体有时被称为“填充物”，被以足以在含油气地层中引起和传播裂缝的流率和压力注入到处理井中。“填充物”的注入一直继续到获得具有充足的几何结构的裂缝以使得能够放置支撑剂颗粒。在注入“填充物”之后，压裂流体可以包括压裂流体和支撑剂材料。压裂流体可以是凝胶、油基、水基、盐水、酸、乳剂、泡沫或任何其它类似的流体。压裂流体可以包含若干添加剂，增粘剂、减阻剂、失水添加剂、阻蚀剂等。为了保持支撑剂悬浮在压裂流体中，直到地层的所有间隔都被如期压裂的时间，支撑剂的密度可以接近所用压裂流体的密度。
[0007]支撑剂可以包括任何商业可得熔融材料，例如硅土或氧化物。熔融材料可以包括任何商业可得玻璃或高强度陶瓷产品。在放置支撑剂之后，可以将井关闭足以将压力释放到地层中的时间。这使得裂缝闭合，并且对支撑剂颗粒施加闭合应力。关闭时间长度可以从几分钟到几天变化。
[0008]当前的水力裂缝监控方法和系统可以映射裂缝在哪里产生以及裂缝的程度。一些微震监控方法和系统可以通过使用建模的行程时间和/或传播路径，将地震到达时间和极化信息映射到三维空间中，来处理地震事件位置。这些方法和系统可以用来推断水力裂缝随时间的传播。[0009]传统水力裂缝模型还可以假定双翼型诱发裂缝。这些双翼裂缝可能不足以表达一些具有先前存在的自然裂缝的非常规储层中诱发的裂缝的复杂属性。已发布的模型可以基于对微震事件分布的监控来映射离散水力裂缝的复杂几何结构。
[0010]在一些情况下，模型可以不必因考虑泵送流体的量或者裂缝和注入流体之间以及裂缝之间的机械相互作用而受约束。一些约束模型可以提供对所涉及的机制的基本理解，但为了提供对水力裂缝传播的准确模拟，在数学描述和/或所需计算处理资源和时间方面可能复杂。
[0011]非常规地层，例如页岩，正在发展成为油气开采的源。曾经仅将岩石和密封视为源，现在页岩地层被视为具有紧致孔隙度和低渗透率的非常规储层。通过压裂增产创建的水力裂缝的模式可能是复杂的，并且形成裂缝网络，如关联微震事件分布所指示。已开发复杂水力裂缝网络(HFN)以表示所创建的水力裂缝。裂缝模型的例子在美国专利/申请N0.6101447、7363162、7788074、20080133186、20100138196 以及 20100250215 中提供。
[0012]可以使用页岩地层的水力压裂来从储层进行增产和开采。已经开发了开采模拟，以估计从储层的开采。对于常规储层，已使用各种开采模拟技术。在下述文章中提供了开米模拟的例子:Warren等人.，〃The Behavior of Naturally Fractured Reservoirs, Soc.Pet.Eng.J., Vol.3(3):pp.245-255 (1963)(下文中称为"Warren&Root") ; Basquet 等人,〃Gas Flow Simulation in Discrete Fracture Network Models' 2003 年 2 月 3-5日在得克萨斯州的休斯顿召开的SPE Reservoir Simulation Symposium(SPE储层模拟专题讨论会)上提交的论文SPE79708(下文中称为〃Basquet〃);Gong等人., "DetailedModeling of the Complex Fracture Network of Shale Gas Reservoirs",2011 年 I月 31 日在阿曼的马斯嘻特召开的 SPE Middle East Unconventional Gas Conferenceand Exhibition (SPE中东非常规天然气会展)上提交的SPE论文142705 (下文中称为〃Gong〃)；Cinco-Ley 等人，"Pressure Transient Analysis for Naturally FracturedReservoirs", 1982年9月26日在路易斯安那州新奥尔良召开的Annual Fall TechnicalConference and Exhibition (年度秋季技术会展)上提交的SPE论文11026 (下文中称为〃Cinco_Ley〃)； Xu 等人，〃Quick Estimate of Initial Production from StimulatedReservoirs with Complex Hydraulic Fracture Network", 2011 年 10 月 30 日在美国科罗拉多州丹佛召开的 SPE Annual Technical Conference and Exhibition (SPE 年度技术会展)上提交的论文SPE146753(下文中称为〃Xu2011〃);以及C.E.Cohen等人，〃ProductionForecast After Hydraulic Fracturing in Naturally Fractured Reservoir:Couplinga Complex Fracturing Simulator and a Sem1-Analytical Production Model〃，2012年2月8日在美国得克萨斯州伍德兰兹召开的SPE Hydraulic Fracturing TechnologyConference and Exhibition (SPE水力压裂技术会展)上提交的论文(SPE152541),通过引用将其全部内容合并于此。然而，储层有可能是非常规的和/或具有自然裂缝，例如具有页岩的储层。
【发明内容】
[0013]在至少一个方面，本公开涉及一种在穿透地下地层的井眼附近执行开采作业的方法。该地下地层附近具有多个裂缝。该方法包括产生通过离散裂缝网络的流率，该离散裂缝网络是由地下地层中的多个裂缝限定的。该离散裂缝网络包括多个裂缝分支和多个基质块，多个裂缝分支之间具有交叉点。该方法还包括基于流率产生离散裂缝网络在初始时间的压力分布情况，以及基于压力分布情况产生开采速度。
[0014]在另一个方面，本公开涉及一种在穿透地下地层的井眼附近执行油田作业的方法。该地下地层中具有储层。该方法包括执行压裂作业，压裂作业包括在井眼附近产生裂缝。裂缝限定井眼附近的水力裂缝网络。该方法还包括通过从水力裂缝网络外推裂缝数据，在井眼附近产生离散裂缝网络。离散裂缝网络包括多个裂缝分支和多个基质块，多个裂缝分支之间具有交叉点。该方法还包括产生通过离散裂缝网络的泄油区的深度，限定至少一个开采参数，以及基于泄油区的深度和至少一个开采参数，执行开采作业，以从地下地层开米流体。
[0015]最后，在另一方面，本公开涉及一种在穿透地下地层的井眼附近执行油田作业的方法。该方法包括:通过将流体注入地下地层以使得在井眼附近产生裂缝，来对井眼进行增产；测量裂缝，并基于所测量的裂缝来限定水力裂缝网络。
[0016]该方法还包括通过从水力裂缝网络外推裂缝数据，在井眼附近产生离散裂缝网络。该离散裂缝网络包括多个裂缝分支和多个基质块，多个裂缝分支之间具有交叉点。该方法还包括产生通过离散裂缝网络的泄油区的深度；限定至少一个开采参数；基于泄油区的深度和开采参数，估计随时间的开采速度；以及基于所估计的开采速度从地下地层开采流体。
[0017]提供此
【发明内容】
部分是为了介绍下面在详细描述中将进一步描述的构思的选集。此
【发明内容】
部分并不意图确定所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图用来帮助限定所要求保护的主题的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]参考附图来描述用于表征井眼应力的系统和方法的实施例。在所有附图中，使用相同的附图标记来表示相同的特征和组件。
[0019]图1.1-1.4是图解井场处的各种油田作业的示意图；
[0020]图2.1-2.4是通过图1.1-1.4的作业收集的数据的示意图；
[0021]图3是描绘压裂作业的水力压裂现场的示意图；
[0022]图4.1和4.2分别是描绘执行油田作业和开采作业的方法的流程图；
[0023]图5是从水力裂缝模拟提取的离散裂缝网络(DFN)的开采模拟的示意性图解；
[0024]图6是具有多个基质块的图5的DFN的不意性图解；
[0025]图7是通过基质块的流动的近似的示意性图解；
[0026]图8.1-8.3分别是图解井的开采、累积开采量和压力的示意性图解；
[0027]图9是描绘基质块的裂缝的坐标的示意图；
[0028]图10是描绘从基质块到DFN的分支的流率的示意图；
[0029]图11.1和11.2是描绘高传导率DFN的压力与时间的关系随时间的变化的曲线图；
[0030]图12是高传导率DFN的归一化压力和时间延迟随时间的变化的曲线图；
[0031]图13是高传导率DFN的累积开采量随时间的变化的曲线图；[0032]图14.1和14.2是低传导率DFN的压力与时间的关系随时间的变化的曲线图；
[0033]图15是低传导率DFN的归一化压力和时间延迟随时间的变化的曲线图；
[0034]图16是低传导率DFN的累积开采量随时间的变化的曲线图；
[0035]图17是使用非常规开采模型(UPM)的低传导率DFN的归一化压力和时间延迟随时间变化的曲线图；
[0036]图18是使用UPM的低传导率DFN的累积开采量随时间的变化的曲线图；
[0037]图19是压力和时间延迟随时间变化的曲线图的表；
[0038]图20是比较使用储层模拟器和UPM模拟的开采随时间变化的曲线图；
[0039]图21.1和21.2分别是描绘由储层模拟器和UPM描绘的DFN的示意图；
[0040]图22是对于不同的裂缝传导率比较使用储层模拟器和UPM模拟的开采随时间的变化的曲线图；
[0041]图23.1和23.2分别是由储层模拟器、UPM和没有延迟的UPM得到的流率和累积开采量随时间的变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0042]下面的描述包括实施这里的主题的技术的示例性系统、装置、方法和指令序列。然而，应当理解，所描述的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。
[0043]本公开涉及用于执行压裂作业以估计和/或预测产量的技术。压裂作业涉及裂缝建模，裂缝建模利用椭圆和线网模型来估计产量。
[0044]图1.1-1.4图示了可以在井场执行的各种油田作业，图2.1-2.4图示了可以在井场收集的各种信息。图1.1-1.4图示了代表性油田或井场100的简化示意图，该代表性油田或井场100具有地下地层102，地下地层102中包含例如储层104，并且还图示了在井场100执行的各种油田作业。图1.1图示了由勘探工具如地震车106.1执行以测量地下地层的属性的勘探作业。勘探作业可以是用于产生声振动的地震勘探作业。在图1.1中，由源110产生的一种这样的声振动112在地层116中的多个水平层114处反射。可以由位于地球表面的传感器如地震检波器一接收器118接收声振动112，并且地震检波器118产生电输出信号，在图1.1中称为“所接收的数据”120。
[0045]响应于代表声振动112的不同参数(例如幅度和/或频率)的所接收的声振动112，地震检波器118可以产生包含有关地下地层的数据的电输出信号。可以提供所接收的数据120作为对地震车106.1的计算机122.1的输入数据，并且响应于输入数据，计算机122.1可以产生地震和微震数据输出124。可以对地震数据输出124进行存储、发送、或根据期望进行进一步处理如数据约减。
[0046]图1.2图示了由钻井工具106.2执行的钻井作业，其中钻井工具106.2由钻机128悬挂，并且被推进到地下地层102中，以形成井眼136或其它通道。可以使用泥浆坑130将钻井泥浆经由管线132抽吸到钻井工具中，以使钻井泥浆循环通过钻井工具上到井眼136并返回地表。钻井泥浆可以被过滤，然后返回泥浆坑。可以使用循环系统来存储、控制或过滤流动的钻井泥浆。在这个图示中，钻井工具被推进到地下地层以到达储层104。每个井可以以一个或多个储层为目标。钻井工具可以被适配以使用随钻测井工具测量井下属性。随钻测井工具还可以被适配以如图所示收取岩心样本133，或者被移除以便可以使用其它工具来收取岩心样本。
[0047]可以使用地面单元134来与钻井工具和/或场外作业进行通信。地面单元可以与钻井工具通信，以向钻井工具发送命令，并从钻井工具接收数据。地面单元可以具有计算机设备，以接收、存储、处理和/或分析来自作业的数据。地面单元可以收集钻井作业期间产生的数据，并产生可以被存储或发送的数据输出135。计算机设备，例如地面单元中的计算机设备，可以位于井场附近各种位置处和/或位于远距离处。
[0048]可以在油田附近放置诸如计量器的传感器(S)，以收集与先前描述的各种作业有关的数据。如图所示，传感器(S)可以放置在钻井工具中一个或多个位置处和/或位于钻机处，以测量钻井参数，如钻压、钻头扭矩、压力、温度、流率、成分、旋转速度和/或其它作业参数。传感器(S)还可以位于循环系统中的一个或多个位置中。
[0049]可以由地面单元和/或其它数据收集源来收集由传感器收集的数据，以进行分析或其它处理。可以单独使用或与其它数据结合使用由传感器收集的数据。可以将数据收集在一个或多个数据库和/或就地或场外发送。可以选择性地使用全部或选择的部分数据来对当前和/或其它井眼进行分析和/或预测作业。数据可以是历史数据、实时数据或它们的组合。可以实时使用实时数据，或将其存储以备以后使用。还可以将数据与历史数据或其它输入组合以进行进一步的分析。可以将数据存储在分离的数据库中，或者组合到单个数据库中。
[0050]可以使用所收集的数据来执行分析，如建模作业。例如，可以使用地震数据输出来执行地质、地球物理、和/或储层工程分析。可以使用储层、井眼、地面和/或处理后的数据来执行储层、井眼、地质、以及地球物理或其它模拟。来自作业的数据输出可以从传感器直接产生，或在一些预处理或建模之后产生。这些数据输出可以用作其它分析的输入。
[0051]数据可以被收集并存储在地面单元134处。一个或多个地面单元可以位于井场或者在远处连接到井场。地面单元可以是单个单元或多个单元的复杂网络，用于执行整个油田必要的数据管理功能。地面单元可以是手动或自动系统。地面单元134可以由用户操作和/或调整。
[0052]地面单元可以具有收发器137，以使得地面单元和当前油井的各个部分或其它位置处之间能够进行通信。地面单元134还可以具有或者功能性地连接到一个或多个控制器，以驱动井场100处的机械装置。然后地面单元134可以响应于所接收的数据向油田发送命令信号。地面单元134可以经由收发器接收命令，或者可以自己执行给控制器的命令。可以提供处理器以(本地或远程)分析数据，做出决定和/或驱动控制器。以这种方式，可以基于所收集的数据选择性地调整操作。可以基于该信息来优化部分操作，例如控制钻井、钻压、泵送速率或其它参数。这些调整可以基于计算机协议自动进行，和/或由操作员手动进行。在一些情况下，可以调整井规划以选择最佳操作条件，或者避免问题。
[0053]图1.3图示了由钻机128悬挂并进入图1.2的井眼136的电缆测井工具106.3执行的电缆测井作业。电缆测井工具106.3可以被适配以部署到井眼136中，用来产生测井曲线，执行井下测试和/或收集样本。电缆测井工具106.3可以用来提供另一种执行地震勘探作业的方法和设备。图1.3的电缆测井工具106.3可以例如具有爆炸性、放射性、电学或声学能量源144，该能量源144向周围的地下地层102及其中的流体发送电信号和/或从周围的地下地层102及其中的流体接收电信号。[0054]电缆测井工具106.3可以可操作地连接到例如图1.1的地震车106.1的地震检波器118和计算机122.1。电缆测井工具106.3还可以向地面单元134提供数据。地面单元134可以收集在电缆测井作业期间产生的数据，并产生可以被存储或发送的数据输出135。电缆测井工具106.3可以位于井眼中各种深度，以提供勘察结果或与地下地层有关的其它信息。
[0055]可以在井场100附近放置诸如计量器的传感器(S)，以收集与先前描述的各种作业有关的数据。如图所示，传感器(S)放置在电缆测井工具106.3中，以测量涉及例如孔隙率、渗透率、流体成分和/或作业的其它参数。
[0056]图1.4图示了由从开采单元或“圣诞树”129部署并进入图3中完成的井眼136的开采工具106.4执行的开采作业，用于将流体从井下储层抽吸到地表设施142。流体从储层104通过套管(未示出)中的射孔并进入井眼136中的开采工具106.4，并经由集输管网146到地面设施142。
[0057]可以在油田附近放置诸如计量器的传感器(S)，以收集与先前描述的各种作业有关数据。如图所示，传感器⑶可以放置在开采工具106.4或相关设备如“圣诞树”129、集输管网、地面设施和/或开采设施中，以测量流体参数如流体成分、流率、压力、温度和/或开采作业的其它参数。
[0058]尽管仅示出了简化的井场配置，但应当理解油田或井场100可以覆盖具有一个或多个井场的陆地、海洋和/或水域的一部分。为了提高采收率或存储例如碳氢化合物、二氧化碳或水，开采也可以包括注入井(未示出)。一个或多个集输设施可以可操作地连接到一个或多个井场，以从井场选择性地收集井下流体。
[0059]应当理解，图1.2-1.4图示的工具不但可以测量油田属性而且可以测量非油田作业的属性，例如矿藏、含水层、储藏以及其它地下设施。而且，尽管图示了特定的数据获取工具，但是应当理解，可以使用能够感测诸如地下地层的地震双向行程时间、密度、电阻率、开采速度等和/或其地质信息的参数的各种测量工具(例如电缆测井、随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)、岩心采样等)。可以沿着井眼和/或监测工具在各种位置处放置各种传感器
(S)，以收集和/或监测所期望的数据。还可以从场外位置处提供其它数据源。
[0060]图1.1-1.4的油田配置图示了井场100和通过这里提供的技术可以使用的各种作业的示例。油田的部分或全部可以在陆地上、水上和/或海上。而且尽管图示了在单个位置处测量单个油田的情况，但是可以以一个或多个油田、一个或多个处理设施、以及一个或多个井场的任何组合来利用储层工程。
[0061]图2.1-2.4分别是由图1.1-1.4的工具收集的数据的示例的图形表示。图2.1表示由地震车106.1收取的图1.1的地下地层的地震道202。地震道可以用于提供诸如在一段时间中的双向响应的数据。图2.2图示了由钻井工具106.2收取的岩心样本133。岩心样本可以用于提供诸如沿着岩心的长度方向上岩心样本的密度、孔隙率、渗透率或其它物理属性。可以在变化的压力和温度下对岩心中的流体执行密度和粘度的测试。图2.3图示了由电缆测井工具106.3收取的图1.3的地下地层的测井曲线204。电缆测井可以提供各种深度处地层的电阻率或其它测量结果。图2.4图示了在地面设施142处测量的流过图1.4的地下地层的流体的产量递减曲线或图表206。产量递减曲线可以提供作为时间t的函数的开采速度Q。[0062]图2.1、2.3和2.4的各个图表图示了可以描述或提供有关地层或其中所包含的储层的物理特性的信息的静态测量结果。这些测量结果可以被分析以限定地层的属性，从而确定测量的精确度和/或检查错误。可以将各个测量中每个的图对齐或缩放，以进行属性的比较与核实。
[0063]图2.4图示了通过井眼对流体属性的动态测量结果。随着流体流过井眼，对流体属性如流率、压力、成分等进行测量。如下面所描述的，可以对静态和动态测量结果进行分析，并用于产生地下地层的模型，以确定其特性。也可以使用类似的测量结果来测量地层方面随时间的变化。
[0064]油田作业
[0065]可以在从井眼产生开采之前、期间或之后模拟开采作业。可以使用各种技术来执行对从复杂的破裂储层的开采的模拟。可以使用双重孔隙度模型来解决裂缝和储层(基质)的其余部分之间的属性差异。双重孔隙度可以考虑彼此连接的两个粗网格，一个用于裂缝网络，另一个用于基质。该方法还可以包括对(例如裂缝网络的)属性取平均和简化，以对两种介质之间的交换项进行建模。该方法可以用于例如天然破裂的储层。对于裂缝网络的近井眼效应，例如在通过水力压裂创建的网络的情况下，可以提供附加的分析。在先前通过引用合并于此的Warren和Root的论文中描述了双重孔隙度技术。
[0066]另一种方案包括使用既包括裂缝又包括储层的一种介质以及细化的数值网络。可能需要额外的计算时间来进行处理。可以使用例如专门的储层模拟器来提供网格化的灵活性(例如非结构化的网眼产生)。
[0067]又一种方案包括使用关于离散裂缝网络(DFN)的双重孔隙度方程。先前通过引用合并于此的Basquet论文中提供了 DFN的例子。可以使用其它的方法来模拟从基质到裂缝的流动。在一些情况下，例如具有压缩储层流体(例如气体)的情况下，可以考虑从每个基质块到DFN的开采历史。可以使用方程组中附加的未知数来将基质块网格化。先前通过引用合并于此的Gong论文提供了网格化的例子。还可以提供分析解来模拟流动。可以从连续性方程的拉普拉斯变换推导出解。先前通过引用合并于此的Cinco-Ley和Xu2011论文提供了分析解的例子。
[0068]可以考虑瞬变裂缝压力来获得可以使用时间的数值积分的复杂表达。也可以考虑恒定裂缝压力，也可以获得相对于压力为线性的基质和裂缝之间的流率的表达式。可以在例如DFN内的压力的变化可以忽略(例如处于恒定井眼压力)的传导性裂缝中使用这种解。本公开可以采用一种或多种方案来产生分析解。在水力压裂和/或天然破裂储层的情况下，这种解可以延及一定范围的裂缝传导性。
[0069]本公开提供针对在天然破裂储层中进行水力压裂的情况下一定范围的裂缝传导性的分析解。这种模拟可以适用于非常规储层，例如页岩气，尽管其也可以适用于其它地下地层。这些非常规储层具有两个主要特征:低岩石渗透率和稠密的天然裂缝网络。可以提供增产方案来解决非常规或可以包括水平井和大规模水力压裂处理以进行开采的其它储层的开采模式的潜在区别。在一些情况下，这些处理引出与天然裂缝相互作用的水力裂缝，并且可以导致将井连接到储层的复杂裂缝网络。
[0070]本公开文件公开了一种模拟从储层(例如在创建了复杂的水力裂缝网络之后的非常规(天然破裂)储层)进行的开采的方法。所公开的方法首先将来自非常规裂缝模型(UFM)的结果外推，然后在一定时间期限内以一定精确度范围，用将向用户给出对井在几年内的开采的预测的方法对其进行处理。本申请的方法将针对全范围的裂缝传导率的半分析模型的有效性延伸以在实际情况下进行考虑。可以相对于通过储层模拟(例如从斯伦贝谢技术公司商业可得的ECLIPSETM(www.sib.com))进行的模拟来验证该模拟器，以阐明该算法对于给定范围的裂缝传导率提供精确结果的能力。
[0071]本公开文件还公开了模拟从已通过水力压裂来增产的天然破裂储层进行的开采的方法。该方法的部分可以以模拟水力裂缝处理的软件程序实现。本方法可以首先将来自模拟的结果外推，以重新创建经适配的水力裂缝网络，该经适配的水力裂缝网络在网络的交叉点之间具有平均属性，然后估计每个裂缝面前端的等效块深度。最后，可以输入用于开采条件的参数，并且运行开采模拟器。从与裂缝接触的每个基质块的开采使用分析表达，该分析表达可以延及成问题的参数(传导率、渗透率等)的全范围的实际值。这是通过对于每个裂缝面在每个时间步更新初始开采时间，以补偿每个基质块的开采中的延迟，并在某种程度上保持储层流体在放置/开采中的质量平衡，来实现的。这一更新是通过计算这个初始时间的搜索算法来执行的，使得从基质块的每一侧实际开采的质量等于在邻近裂缝中的当前压力条件已在时间方面变得恒定并且已在更新后的初始时间启动的情况下从基质块的每一次开采的质量。本方法可以与通过现有储层模拟器如ECLIPSETM进行的模拟作比较。可以执行针对一定范围的裂缝传导率的结果，并且与储层模拟器进行交叉检验。
[0072]图3是图解根据本公开的用于水力压裂地下地层(这里称为“裂缝现场”)的示例性操作设置。裂缝现场300可以位于陆地上或在水环境中，并且包括延伸进入地下地层的处理井301以及延伸进入地下地层并与处理井301偏移的监控井303。监控井303包括以规定距离间隔开的地震检波器接收器305 (例如三元件地震检波器)的阵列，如图所示。
[0073]在压裂作业期间，压裂流体被从地表311泵送到处理井301中，使得油气储层307中的周围地层被压裂，并形成水力裂缝网络308。这样的压裂产生微震事件310，微震事件310发射压缩波(也被称为“初波”或“P波”)和剪切波(也称为“次波”或“S波”)，压缩波和剪切波通过大地传播，并被监控井303的地震检波器接收器阵列305记录。
[0074]可以通过测量P波和S波的到达时间之差来计算到微震事件310的距离。而且，可以使用检查P波的粒子运动的矢端图分析来确定指向事件的方位角。通过使用阵列305的接收器之间的P波和S波到达延迟来约束事件310的深度。这些微震事件310的距离、方位角和深度值可以用于导出由压裂流体随时间而导致的破裂的几何边界或轮廓，例如由高度h、椭圆纵横比e和长轴a限定的椭圆边界，如图3所示。
[0075]现场301还包括用于将高压压裂流体供应到处理井301的压裂流体供应和泵送装置(未示出)。压裂流体可以在其中预先混合了支撑剂(以及可能的其它特殊组分)的情况下存储。可替换地，压裂流体可以在没有预先混合支撑剂或其它特殊组分的情况下存储，而支撑剂(和/或其它特殊组分)通过如美国专利N0.7，516，793 (通过引用将其全文合并于此)中所描述的过程控制系统，以受控的方式，混合到压裂流体中。处理井301还包括:示意性地示出的流率传感器S，用于测量供应给处理井的压裂流体的泵送速度；和井底压力传感器，用于测量处理井301中压裂流体的井底压力。
[0076]数据处理系统309链接到监控井303中的阵列305的接收器和处理井301的传感器S(例如流率传感器和井底压力传感器)。数据处理系统309可以与地面单元134合并，和/或与地面单元134 —起工作。数据处理系统309执行图4中示出并在此描述的处理。如本领域技术人员将理解，数据处理系统309包括数据处理功能(例如，一个或多个微处理器、关联存储器、以及其它硬件和/或软件)，以实现这里描述的公开内容。
[0077]数据处理系统309可以由工作站或位于现场301的其它合适的数据处理系统来实现。可替换地，数据处理系统309可以由分布式数据处理系统实现，其中数据通过通信链接(典型地为卫星链接)(优选实时地)传送到远程位置，以进行这里描述的数据分析。数据分析可以在工作站或其它合适的数据处理系统(例如计算机簇或计算网格)执行。此外，本公开的数据处理功能可以存储在数据存储设备(例如一个或多个光盘或其它可手持非易失性存储设备、或可通过网络访问的服务器)上，并且按照需要加载到合适的数据处理系统上，以如这里所描述的在其上执行。
[0078]图4.1是描绘执行油田作业的方法400.1的流程图。该方法包括420执行压裂作业(实际或模拟)，422在井眼附近产生DFN，424产生通过DFN的泄油区的深度，426限定至少一个开采参数，以及428执行开采作业。
[0079]图4.2描绘了执行开采作业的方法400.2。这一开采作业可以与图4.1的开采作业428相同。在方法400.2的版本中，开采作业是模拟的。如图4.2所示，方法400.2包括421产生通过离散裂缝网络的流率，423基于流率产生离散裂缝网络的压力分布情况，以及425基于压力分布情况产生开采速度。该方法还可以包括427验证开采速度。该方法可以具有其它特征，并且可以以任何顺序执行。
[0080]执行压裂作业420包括在井眼附近产生裂缝，并且在井眼附近限定水力裂缝网络。这个压裂作业可以通过例如如图3所示实际注入流体来执行。还可以使用水力裂缝模拟器来模拟对井的水力压裂。模拟可以包括在井眼附近产生裂缝网络。在美国专利申请N0.20100307755中提供了离散裂缝网络技术。来自实际或模拟水力压裂的数据可以用来产生描述所得DFN的数据。
[0081]可以由图5所示的计算机产生的图像来视觉呈现水力裂缝模拟530。水力裂缝模拟530包括形成水力裂缝网络536的多个裂缝534。裂缝网络536中描绘了裂缝网络536的特征，例如浆料538、流体540和堤岸542。
[0082]产生DFN422包括从水力裂缝网络外推裂缝数据。可以通过裂缝数据的外推来产生DFN。可以从水力裂缝模拟530外推裂缝数据。这个数据可以自动输出以形成开采网络显现532，如箭头533所描绘。图5示出了从水力裂缝模拟530输出到开采网络显现532的数据的示例。开采网络显现532提供了从所测量的裂缝数据创建模拟水力裂缝网络成为等效DFN网络的例子。可以执行该输出以按照可以由开采模型使用的格式创建DFN535。
[0083]在图5所示的例子中，DFN535包括分支544和交叉点(或裂缝端部)546。这些裂缝分支544和交叉点546提取水力裂缝模拟530中描绘通过裂缝网络536的流体流动的部分。其余裂缝534被消除。
[0084]DFN535的格式对于每个裂缝分支544处的每个属性考虑唯一的平均值。裂缝分支544被限定为连接两个交叉点536的平面。这些交叉点536可以是裂缝交叉点，或裂缝交叉点和端部。每个裂缝分支544处的属性可以是例如分支极点的空间坐标；分支位置处的平均传导率、平均高度、平均储层压力；和/或分支位置处的平均储层渗透率。
[0085]可以由本模型来使用由交叉点546和分支544对DFN535的描述，来计算交叉点546处的压力。这一描述也可以使用分支544以便使两者都连接到交叉点546并且计算从相邻基质块的开采。
[0086]返回参考图4，产生424通过DFN535的泄油区的深度的步骤可以使用基质块来执行。如图6所示，图5的开采网络显现532被修改为描绘修改后的DFN535’的开采网络显现532，其中在每个裂缝分支544的前端有基质块648，如图6所示。每个基质块具有深度650。
[0087]开采网络显现532’提供了在所有分支544的每一侧将被耗尽的基质深度650的产生。修改后的DFN535’可以用于为每个基质块648自动或手动产生泄油区650的深度。这可以以(不与任何储层边界接触的)给定基质块的实际总体积可以被引流的方式完成。
[0088]图7示意性地描绘了流体通过基质块的流动。这个附图图解了等价块长度的定义和等价块深度的计算。在所示出的例子中，对于由相同长度的四个裂缝分支544包围的方形基质块648.1，可以假定基质块648的每个四分之一区域752可以被其所接触的裂缝分支544耗尽。图中描绘了基质块648的被耗尽的体积754.1和要被耗尽的等价块深度755。
[0089]假定从基质块648.1到裂缝分支544的线性流动(如这里将进一步详细描述)，还可以假定基质块648的这个四分之一区域752具有裂缝分支544的长度L。所以，基质块648.2的这个“四分之一区域”752的深度必须等于块长度L的四分之一(或者说是L/4)，以便要被耗尽的总体积相同。如箭头733所指示，使用线性流动近似，可以确定要被耗尽的基质块648.2的体积754.2的等价块深度L/4。可以使用更复杂的块形状，但是可能会涉及更加复杂的技术。
[0090]再次参考图4，限定426 —个或多个开采参数的步骤可以通过获得用户输入来执行。用户可以限定一个或多个开采参数，以在模拟中考虑。用户可以基于某种标准或根据需要选择这些开采参数。可以选择的开采参数的例子包括井底压力(BHP)、储层条件下的储层流体粘度、储层条件下的储层流体压缩率、要模拟的开采的持续时间，以及其它。
[0091]执行开采作业的步骤428包括基于泄油区的深度和至少一个开采参数从地下地层开采流体。开采作业可以是实际的或模拟的。实际开采作业包括如图1.4所示将流体开采到地面。模拟开采可以使用开采模拟来执行。还可以提供开采结果的显现。这样的显现可以使得用户能够视觉看到开采衰减和累积开采量，而且还能够显现裂缝网络和基质块中的压力场的动力学。图8.1-8.3提供了开采数据随时间(例如140天)变化的显现的例子。
[0092]图8.1是描绘开采速度856.1的曲线图800.1。曲线图800.1绘制了每天的开采量(Mscf/d)(y轴)相对于以天为单位的时间t(x轴)的关系。图8.2是描绘累积开采量856.2的曲线图800.2。曲线图800.2描绘了累积开采量P (MMscf) (y轴)相对于时间t(x轴)的关系。图8.3是描绘储层压力(z轴)相对于距离x(m) (x轴)和距离y (m) (y轴)的关系以及裂缝网络858中和基质块848中的压力的三维曲线图800.3。可以提供这些和其它描绘图。可以基于这些开采估计来调整开采作业。
[0093]开采作业
[0094]开采作业(428和/或400.2)将分三部分来描述。首先，给出在分析及其分析解中使用的方程。第二，提供关于该模型的传导率的效果，以及针对高和低传导率涉及单个裂缝分支的例子。第三，提供模型的有效性和解决问题的方法，例如传导率。
[0095]1.分析解[0096]可以使用控制方程和分析解来确定开采速度。将用于多孔介质中可压缩流体的连
续性方程应用于基质和裂缝两者。在裂缝网络中，连续性方程可以如下重写:
[0097]
【权利要求】
1.一种在穿透地下地层的井眼附近执行开采作业的方法，该地下地层附近具有多个裂缝，该方法包括: 产生通过离散裂缝网络的流率，所述离散裂缝网络是从由地下地层中的多个裂缝限定的水力裂缝网络外推出来的，所述离散裂缝网络包括多个裂缝分支和多个基质块，所述多个裂缝分支之间具有交叉点； 基于所述流率产生离散裂缝网络在初始时间的压力分布情况；以及 基于所述压力分布情况产生开采速度。
2.根据权利要求1的方法，其中产生流率包括产生从所述多个基质块中的一个到所述多个裂缝分支中的一个的流率。
3.根据权利要求1的方法，其中产生流率包括产生所述多个裂缝中的至少一个内部的流率。
4.根据权利要求1的方法，其中产生流率包括产生从所述多个基质块中的一个到一个裂缝分支的流率。
5.根据权利要求1的方法，其中产生流率包括产生一个裂缝分支内部在所述离散裂缝网络的两个交叉点之间的流率。
6.根据权利要求1的方法，其中产生流率包括产生所述多个裂缝中的一个的内部在所述离散裂缝网络的交叉点处的流率。
7.根据权利要求1的方法，还包括确定所述多个裂缝分支中的两个之间的交叉点处的质量平衡。`
8.根据权利要求1的方法，其中产生压力分布情况包括使用达西定律产生所述压力分布情况。
9.根据权利要求1的方法，其中产生压力分布情况不受时间步的约束。
10.根据权利要求1的方法，还包括定义通过基质块的流体流动的时间函数，所述时间函数具有所述初始时间。
11.根据权利要求10的方法，还包括更新所述通过基质块的流体流动的时间函数。
12.根据权利要求1的方法，还包括在多个时间步更新所述开采速度。
13.根据权利要求1的方法，还包括为所述多个裂缝分支更新所述开采速度。
14.根据权利要求1的方法，还包括通过更新所述初始时间来补偿所述多个基质块中的每一个的开采的延迟，使得从所述多个基质块中的每一个开采的实际质量等于在所述多个裂缝分支中的邻近的一个的当前压力条件在从更新后的初始时间开始的时间里已变得恒定的条件下的质量。
15.根据权利要求1的方法，还包括验证所述开采速度。
16.根据权利要求15的方法，其中所述验证包括比较所述开采速度和通过储层模拟器产生的开采速度。
17.根据权利要求15的方法，其中所述验证是针对具有高传导率、低传导率、双翼裂缝、线网裂缝、时间延迟及它们的组合的离散裂缝网络执行的。
18.根据权利要求15的方法，其中所述验证包括修改所述初始时间，使得对于所述多个裂缝分支中的每一个，随着时间流逝而从所述多个基质块开采的体积满足质量平衡。
19.一种在穿透地下地层的井眼附近执行油田作业的方法，该地下地层中具有储层，该方法包括: 执行压裂作业，所述压裂作业包括在井眼附近产生裂缝，所述裂缝限定所述井眼附近的水力裂缝网络； 通过从所述水力裂缝网络外推裂缝数据，在所述井眼附近产生离散裂缝网络，所述离散裂缝网络包括多个裂缝分支和多个基质块，所述多个裂缝分支之间具有交叉点； 产生通过所述离散裂缝网络的泄油区的深度； 限定至少一个开采参数；以及 基于所述泄油区的深度和所述至少一个开采参数，执行开采作业，以从所述地下地层开采流体。
20.根据权利要求19的方法，还包括测量所述井眼附近的井下数据。
21.根据权利要求19的方法，其中所述执行压裂作业包括通过向所述地下地层注入流体来对从所述井眼的开采进行增产。
22.根据权利要求19的方法，其中所述执行压裂作业包括对执行所述压裂作业进行模拟。
23.根据权利要求19的方法，其中所述离散裂缝网络考虑所述多个裂缝分支中的每一个处的至少一个裂缝属性的平均值。
24.根据权利要求23的方法，其中所述至少一个裂缝属性包括裂缝分支末端处的空间坐标；裂缝分支位置处的传导率、平均传导率、高度、平均高度、储层压力、平均储层压力；所述裂缝分支位置处的渗透率、平均储层渗透率；及它们的组合。
25.根据权利要求19的方法，其中产生泄油区的深度包括评价通过所述离散裂缝网络的所述多个基质块的泄油区的深度。
26.根据权利要求19的方法，其中产生泄油区的深度包括基于通过所述多个基质块的线性流动近似来产生用于所述多个基质块中每一个的泄油区的深度。
27.根据权利要求19的方法，其中产生泄油区的深度包括自动地评价在所述多个裂缝分支中的每一个的前端即将被耗尽的所述多个基质块的泄油区的深度，并且对于所述多个基质块中的每一个补偿要耗尽的体积。
28.根据权利要求19的方法，其中所述至少一个开采参数包括井底压力、储层条件下的储层流体粘度、储层条件下的储层流体压缩率、要模拟的开采的持续时间以及它们的组口 ο
29.根据权利要求19的方法，其中所述执行开采作业包括在井眼中放置管子，并且将流体从储层传输到地表位置。
30.根据权利要求19的方法，其中所述执行开采作业包括通过模拟从所述井眼的流体开采，估计从所述井眼的开采速度。
31.根据权利要求30的方法，其中所述执行开采作业包括显现开采速度。
32.根据权利要求30的方法，还包括基于所估计的开采速度调整所述开采作业的执行。
33.根据权利要求19的方法，其中基于裂缝参数的范围执行开采作业。
34.一种在穿 透地下地层的井眼附近执行油田作业的方法，该地下地层中具有储层，该方法包括:通过将流体注入所述地下地层以使得在所述井眼附近产生裂缝，来对所述井眼进行增产； 测量所述裂缝，并基于所测量的裂缝来限定水力裂缝网络； 通过从所述水力裂缝网络外推裂缝数据，在所述井眼附近产生离散裂缝网络，所述离散裂缝网络包括多个裂缝分支和多个基质块，所述多个裂缝分支之间具有交叉点； 产生通过所述离散裂缝网络的泄油区的深度； 限定至少一个开采参数； 基于所述泄油区的深度和所述至少一个开采参数，估计随时间的开采速度；以及 基于所估计 的开采速度从所述地下地层开采流体。
【文档编号】E21B43/26GK103827441SQ201280047523
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月30日 优先权日:2011年7月28日
【发明者】C-E·科昂, W·徐, P·M·J·塔迪, X·翁 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司