基于压裂井生产数据确定压裂裂缝参数的方法与流程

本发明涉及油气勘探技术领域，尤其是涉及一种基于压裂井生产数据确定压裂裂缝参数的方法。

背景技术：

压裂直井在增加可采储量、提高单井产量、减少开采成本以及复杂油气藏开发等方面具有重要的战略意义和经济效益，因此对压裂直井的产量监测、效果评价以及增产改造等已成为当今油气藏开采领域的热点问题。监测油井的产量递减过程是现代油气藏开发过程中了解地层特征的一种技术。

在实际生产中，压裂直井沿着裂缝的产油量或产气量是不均匀的，或者仅有部分裂缝段产油或产气，而其他裂缝段的产油量或产气量几乎为零。导致上述情况发生的原因如下：储集层的非均质性；地层压力降低，裂缝重新闭合；压裂液反排不充分，使裂缝堵塞；其他污染因素等。

目前，压裂直井的产量递减分析方法是以整个压裂裂缝段全部投入生产为依据，若采用传统的产量递减分析方法解释部分裂缝段不产油或不产气的压裂直井将导致解释参数(地层渗透率k、表皮系数s等)失真。传统的产量递减分析方法假设各段裂缝的流量相等且不为零，该假设与实际生产中沿裂缝段的流量不均匀(只有部分裂缝段产油或产气；全部裂缝段均产油或产气，但是各段裂缝的产油量或产气量不相等)的压裂直井在流动形态上有很大差异，不能准确描述各段裂缝的产油量或产气量不均匀的压裂直井的流体流动状态，因此有必要研制一种确定压裂井压裂裂缝闭合长度方法，以适应各裂缝段产油量或产气量不均匀现象的监测和控制。

授权公告号为cn101560879b的发明专利公开了一种用于低渗透气藏的试井分析方法，包括如下步骤：测量气井在开井一段时间内的井底压力值，得到压力差与时间的关系值；判断关系值与预设关系值是否相等，若相等，则进行下一步骤，否则修正预设关系值对应的试井解释参数；将预设关系值对应的试井解释参数作为气井的试井解释参数；根据气井的试井解释参数分析该气井的气体渗流情况，以控制气井开采。该发明专利还公开了一种试井分析控制系统，包括气井压力测量单元、判断单元、试井解释参数处理单元和试井分析控制单元。虽然该发明专利的试井分析方法及系统能够描述气藏的气体渗流状态，但是无法满足该产量递减分析与气藏实际渗流情况相符合的要求。

申请公布号为cn105298479a的本发明专利公开了一种压裂直井产油(气)位置的诊断方法，该方法通过压力与时间的变化来寻找裂缝闭合的位置，在缺少压力数据或者压力数据不准确时无法进行。

申请公布号为cn104612658a的发明专利公开了一种用于水平井分段产液识别的试井分析控制方法，该方法的步骤与上述发明专利的步骤相同，只有预设关系值与对应的试井解释参数的关系式不同。该发明专利还公开了一种试井分析控制系统，与上述发明专利的系统相同。该发明专利同样无法满足产量递减分析与油藏实际渗流情况相符合的要求。

在《低渗透储层产量递减模型的渗流机理及应用》一文中公布了一种使用arps广义产量递减模型来解释油藏实际渗流情况的方法，该文刊登于《石油学报》2011年01期。该方法步骤简单，但对于较复杂的地层情况，比如压裂井不均匀产气等，该方法的准确性较低，需要改进。

在《压裂气井产能预测新方法研究》一文中公布了压裂气井产能预测的方法，利用duhamel褶积通过数值反演得到了fetkovich/arps无限导流垂直裂缝井联合产量递减图版,通过图版拟合方法得到产能预测参数。该文刊登在《石油天然气学报》2012年02期。该方法的缺点是只能解决无限导流裂缝的相关问题，与现场实际参数相比，误差较大。

在《不对称垂直裂缝井产量递减规律》一文中公布了一种描述垂直裂缝的不对称性和裂缝导流能力的时变性的方法，该文刊登在《西安石油大学学报》2014年02期。该方法可以相对准确的描述裂缝的不对称性，但针对不对称性的原因没有进行深入的探究，对于裂缝部分闭合现象导致的不对称性也没有相应的说明，改进空间较大。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于压裂井生产数据确定压裂裂缝参数的方法，包括以下步骤：

s1、在压裂井井口安装压力计和流量计，分别获取所述压裂井的井口压力和日产量；

s2、通过管流方程将井口压力换算成井底流压；

s3、根据所述压裂井的实际产量数据，绘制所述压裂井的实际产量图；

s4、预设裂缝闭合特征值，建立压裂裂缝部分闭合数学模型，绘制所述压裂井的理论产量图；

s5、将所述压裂井的实际产量图和理论产量图进行耦合，若耦合后的压裂井的实际产量图和理论产量图满足精度要求，则进行步骤s6，若耦合后的压裂井的实际产量图和理论产量图不满足精度要求，则重复步骤s4；

s6、根据所预设裂缝闭合特征值，获取压裂裂缝的参数。

在一种实施方式中，在所述步骤s1中，利用所述压裂井井口的压力计和流量计，得到不同时间点的井口压力和产量。

在一种实施方式中，在所述步骤s2中，在所述步骤s2中，利用以下公式将不同时间点测得的井口压力和产量分别换算成不同时间点的井底流压：

式中，pwf表示井底流压，单位为mpa；pwh表示井口压力，单位为mpa；f表示摩阻系数，无量纲；d表示管材内径，单位为m；表示井筒微元段平均温度，单位为k；表示井筒微元段静气柱偏差系数，无量纲；s表示表皮系数，无量纲，qsc表示标况下的流量，单位为m³/d。

在一种实施方式中，当所述压裂井为油井时，所述步骤s3包括：

s31、利用以下公式计算油井的物质平衡时间tc；

式中，np为可采储量，单位为10⁸m³；q为裂缝总流量，单位为m³/d；

s32、利用以下公式分别计算规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数：

式中，为油井的规整化产量；为油井的规整化产量积分；为油井的规整化产量积分导数；pi为原始地层压力，单位为mpa；pwf为井底流压，单位为mpa；

s33、根据所获得的油井的物质平衡时间、规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数绘制实际产量图。

在一种实施方式中，当所述压裂井为气井时，所述步骤s3包括：

s31a、利用以下公式计算气井的物质平衡时间tca；

式中，μ为气体粘度，单位为mpa.s；cg为气体压缩系数，单位为mpa^-1；

s32a、利用以下公式分别计算规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数：

式中，为气井的规整化产量；为气井的规整化产量积分；为气井的规整化产量积分导数；ppi为气体拟原始地层压力，单位为mpa；ppwf为气体拟井底流压，单位为mpa；

s33a、根据所获得的气井的物质平衡时间、规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数绘制实际产量图。

在一种实施方式中，所述预设裂缝闭合特征值数据包括无量纲边界尺寸red、无量纲近井端裂缝长度xf1d和无量纲近井端裂缝流量q1d，其中，

red＝re/xf

xf1d＝xf1/xf

q1d＝q1/q

式中，xf为裂缝总长度，单位为m；xf1为近井端裂缝长度，单位为m；q1为近井端裂缝流量，单位为m³/d；q为裂缝总流量，单位为m³/d。

在一种实施方式中，所述步骤s4包括：

s41、建立压裂裂缝部分闭合数学模型为：

其中，为拉氏空间下井底压力的瞬时变化，i0、k1和i1均表示贝塞尔函数、cd表示井储系数，无量纲；

真实空间下井底压力的瞬时变化表达式为：

其中，(pwd)transient表示真实空间下井底压力的瞬时变化，q1d为近井端裂缝流量，无量纲；q2d为远井端裂缝流量，无量纲；xf1d表示近井端裂缝长度，无量纲；xf2d表示远井端裂缝长度，无量纲；s表示表皮系数，无量纲；

s42、将拉氏空间下的产量进行反演，得到真实空间下的产量qd；

其中，拉氏空间下的产量表达式为：

s43、根据无量纲边界尺寸red计算产量递减系数bdpss：

s44、计算理论物质平衡时间、理论规整化产量、理论规整化产量积分和理论规整化产量积分导数；

其中，理论物质平衡时间的计算公式为：

理论规整化产量的计算公式为：

qdd＝qdbdpss

理论规整化产量积分的计算公式为：

理论规整化产量积分导数的计算公式为：

s45、根据所获得的理论物质平衡时间、规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数绘制理论产量图。

在一种实施方式中，所述步骤s5中，当耦合后的压裂井的实际产量图和理论产量图的误差小于10％时，则符合精度要求。

在一种实施方式中，当所述压裂井为油井时，所述步骤s6包括：

s61、在油井的实际产量图和理论产量图中分别选择相对应的点(tc,q/dp)m和点(tcdd,qdd)m，计算储层渗透率、油藏储量、井控面积、表皮系数；

所述储层渗透率的计算公式为：

式中，b表示体积系数，无量纲；h表示地层厚度，单位为m；

所述油藏储量n的计算公式为：

式中，ct表示综合压缩系数，单位mpa^-1，sw表示水相饱和度，无量纲；

所述井控面积a的计算公式为：

式中，φ表示孔隙度，无量纲；b0表示油相体积系数，无量纲；swi表示水相饱和度，无量纲；

所述表皮系数s的计算公式为：

其中，re表示边界尺寸，单位为m；xf表示裂缝总长度，单位为m；rw表示井筒半径，单位为m；

s62、获取近井端裂缝长度xf1和远井端裂缝长度xf2；

xf1＝xf1dxf

xf2＝xf-xf1

式中，xf1d表示近井端裂缝长度，无量纲；xf为裂缝总长度，单位为m；

在一种实施方式中，当所述压裂井为气井时，所述步骤s6包括：

s61a、在气井的实际产量图和理论产量图中分别选择相对应的点(tc,q/dp)m和点(tcdd,qdd)m，计算储层渗透率、油藏储量、井控面积、表皮系数；

所述储层渗透率的计算公式为：

式中，b表示体积系数，无量纲；h表示地层厚度，单位为m；

所述气藏储量g的计算公式为：

式中，ct表示综合压缩系数，单位mpa^-1，sw表示水相饱和度，无量纲；

所述井控面积a的计算公式为：

式中，φ表示孔隙度，无量纲；bgi表示气相体积系数，无量纲；swi表示水相饱和度，无量纲；

所述表皮系数s的计算公式为：

其中，re表示边界尺寸，单位为m；xf表示裂缝总长度，单位为m；rw表示井筒半径，单位为m；

s62a、获取近井端裂缝长度xf1和远井端裂缝长度xf2；

xf1＝xf1dxf

xf2＝xf-xf1

式中，xf1d表示近井端裂缝长度，无量纲；xf为裂缝总长度，单位为m。

与现有技术相比，本发明的优点在于，本发明提供的基于压裂井生产数据确定压裂裂缝参数的方法，针对压裂井裂缝部分闭合导致的产气不均匀的现象，依据生产数据能够快速、准确地获取压裂井裂缝部分闭合的长度和位置，以适应各裂缝段产油量或产气量不均匀现象的监测和控制，进而提高对压裂井生产动态分析的精度。总之，本方法可以确定压裂缝部分闭合后每段裂缝长度，可以准确预测产量变化趋势。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述。在图中：

图1是根据本发明的基于压裂井生产数据确定压裂裂缝参数的方法的流程图。

图2是根据本发明实施例的一种预设裂缝闭合特征值条件下的理论产量图。

图3是对应图2预设裂缝闭合特征值条件下的实际产量图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了一种基于压裂井生产数据确定压裂裂缝参数的方法，包括以下步骤：

s1、在压裂井井口安装压力计和流量计，分别获取压裂井的井口压力和日产量；

s2、通过管流方程将井口压力换算成井底流压；

s3、根据压裂井的实际产量数据，绘制压裂井的实际产量图；

s4、预设裂缝闭合特征值，建立压裂裂缝部分闭合数学模型，绘制压裂井的理论产量图；

s5、将压裂井的实际产量图和理论产量图进行耦合，若耦合后的压裂井的实际产量图和理论产量图满足精度要求，则进行步骤s6，若耦合后的压裂井的实际产量图和理论产量图不满足精度要求，则重复步骤s4；

s6、根据所预设裂缝闭合特征值，获取压裂裂缝的参数。

该方法针对压裂井裂缝部分闭合导致的产气不均匀的现象，依据生产数据能够快速、准确地获取压裂井裂缝部分闭合的长度和位置，以适应各裂缝段产油量或产气量不均匀现象的监测和控制，进而提高对压裂井生产动态分析的精度。总之，本方法可以确定压裂缝部分闭合后每段裂缝长度，可以准确预测产量变化趋势。

在一实施例中，在步骤s1中，利用压裂井井口的压力计和流量计，得到不同时间点的井口压力和产量。

在一实施例中，在所述步骤s2中，利用以下公式将不同时间点测得的井口压力和产量分别换算成不同时间点的井底流压：

式中，pwf表示井底流压，单位为mpa；pwh表示井口压力，单位为mpa；f表示摩阻系数，无量纲；d表示管材内径，单位为m；表示井筒微元段平均温度，单位为k；表示井筒微元段静气柱偏差系数，无量纲；s表示表皮系数，无量纲，qsc表示标况下的流量，单位为m³/d。

在一实施例中，当压裂井为油井时，步骤s3包括：

s31、利用以下公式计算油井的物质平衡时间tc；

式中，np为可采储量，单位为10⁸m³；q为日产量，单位为m³/d；

s32、利用以下公式分别计算规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数：

式中，为油井的规整化产量；为油井的规整化产量积分；为油井的规整化产量积分导数；pi为原始地层压力，单位为mpa；pwf为井底流压，单位为mpa；

s33、根据所获得的油井的物质平衡时间、规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数绘制实际产量图。实际产量图中具有三条曲线，绘制时，以油井的物质平衡时间为横轴，分别以油井的规整化产量、规整化产量积分和规整化产量积分导数为纵轴。

在一实施例中，当压裂井为气井时，步骤s3包括：

s31a、利用以下公式计算气井的物质平衡时间tca；

式中，μ为气体粘度，单位为mpa.s；cg为气体压缩系数，单位为mpa^-1；

s32a、利用以下公式分别计算规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数：

式中，为气井的规整化产量；为气井的规整化产量积分；为气井的规整化产量积分导数；ppi为气体拟原始地层压力，单位为mpa；ppwf为气体拟井底流压，单位为mpa；

s33a、根据所获得的气井的物质平衡时间、规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数绘制实际产量图。实际产量图中具有三条曲线，绘制时，以气井的物质平衡时间为横轴，分别以气井的规整化产量、规整化产量积分和规整化产量积分导数为纵轴。

在一实施例中，预设裂缝闭合特征值数据包括无量纲边界尺寸red、无量纲近井端裂缝长度xf1d和无量纲近井端裂缝流量q1d，其中，

red＝re/xf

xf1d＝xf1/xf

q1d＝q1/q

式中，xf为裂缝总长度，单位为m；xf1为近井端裂缝长度，单位为m；q1为近井端裂缝流量，单位为m³/d；q为裂缝总流量，单位为m³/d。

在一实施例中，所述步骤s4包括：

s41、建立压裂裂缝部分闭合数学模型为：

其中，为拉氏空间下井底压力的瞬时变化，i0、k1和i1均表示贝塞尔函数、cd表示井储系数，无量纲；

真实空间下井底压力的瞬时变化表达式为：

其中，(pwd)transient表示真实空间下井底压力的瞬时变化，q1d为近井端裂缝流量，无量纲；q2d为远井端裂缝流量，无量纲；xf1d表示近井端裂缝长度，无量纲；xf2d表示远井端裂缝长度，无量纲；s表示表皮系数，无量纲；

s42、将拉氏空间下的产量进行反演，得到真实空间下的产量qd；

其中，拉氏空间下的产量表达式为：

s43、根据无量纲边界尺寸red计算产量递减系数bdpss：

s44、计算理论物质平衡时间、理论规整化产量、理论规整化产量积分和理论规整化产量积分导数；

其中，理论物质平衡时间的计算公式为：

理论规整化产量的计算公式为：

qdd＝qdbdpss

理论规整化产量积分的计算公式为：

理论规整化产量积分导数的计算公式为：

s45、根据所获得的理论物质平衡时间、规整化产量、归整化产量积分和规整化产量积分导数绘制理论产量图。

在一实施例中，步骤s5中，当耦合后的压裂井的实际产量图和理论产量图的误差小于10％时，则符合精度要求。

在一实施例中，当压裂井为油井时，步骤s6包括：

s61、在油井的实际产量图和理论产量图中分别选择相对应的点(tc,q/dp)m和点(tcdd,qdd)m，计算储层渗透率、油藏储量、井控面积、表皮系数；

储层渗透率的计算公式为：

式中，b表示体积系数，无量纲；h表示地层厚度，单位为m；μ表示粘度，单位为mpa.s；

油藏储量n的计算公式为：

式中，ct表示综合压缩系数，单位mpa^-1，sw表示水相饱和度，无量纲；

所述井控面积a的计算公式为：

式中，φ表示孔隙度，无量纲；b0表示油相体积系数，无量纲；swi表示水相饱和度，无量纲；

表皮系数s的计算公式为：

其中，re表示边界尺寸，单位为m；xf表示裂缝总长度，单位为m；rw表示井筒半径，单位为m；

s62、获取近井端裂缝长度xf1和远井端裂缝长度xf2；

xf1＝xf1dxf

xf2＝xf-xf1

式中，xf1d表示近井端裂缝长度，无量纲；xf为裂缝总长度，单位为m；

在一实施例中，当压裂井为气井时，步骤s6包括：

s61a、在气井的实际产量图和理论产量图中分别选择相对应的点(tc,q/dp)m和点(tcdd,qdd)m，计算储层渗透率、油藏储量、井控面积、表皮系数；

储层渗透率的计算公式为：

式中，b表示体积系数，无量纲；h表示地层厚度，单位为m；

气藏储量g的计算公式为：

式中，ct表示综合压缩系数，单位mpa^-1，sw表示水相饱和度，无量纲；

井控面积a的计算公式为：

φ表示孔隙度，无量纲；bgi表示气相体积系数，无量纲；swi表示水相饱和度，无量纲；

表皮系数s的计算公式为：

其中，re表示边界尺寸，单位为m；xf表示裂缝总长度，单位为m；rw表示井筒半径，单位为m；

s62a、获取近井端裂缝长度xf1和远井端裂缝长度xf2；

xf1＝xf1dxf

xf2＝xf-xf1

式中，xf1d表示近井端裂缝长度，无量纲；xf为裂缝总长度，单位为m。

在一个具体的实施例中，以大牛地气藏中的一口压裂井作为一个实施例，井号为#d1-1-24。目前的生产动态分析需要获取基础参数为：井筒半径0.108m，产层厚度8.6m，孔隙度0.11，平均残余水饱和度23％，天然气相对密度为0.7，原始条件下的体积系数是0.0056m³/m³，原始条件下气体粘度为0.0231mpa.s，原始条件下的天然气压缩系数为0.0035mpa^-1，原始地层压力为23.55mpa。

在步骤一中，在#d1-1-24的井口安装压力计与流量计，得到压裂井的井口压力和日产量。

在步骤二中，利用以下公式将不同时间点测得的井口压力和产量分别换算成不同时间点的井底流压：

式中，pwf表示井底流压，单位为mpa；pwh表示井口压力，单位为mpa；f表示摩阻系数；d表示管材内径，单位为m；表示井筒微元段平均温度，单位为k；表示井筒微元段静气柱偏差系数，qsc表示标况下的流量，单位为m³/d。

在步骤三中，由于#d1-1-24为气井，#d1-1-24的实际产量变化数据就是#d1-1-24的规整化产量规整化产量积分和规整化产量积分导数

在步骤四中，预设无量纲边界尺寸red＝5、无量纲近井端裂缝长度xf1d＝0.4、无量纲近井端裂缝流量q1d＝0.6。然后建立压裂裂缝部分闭合数学模型，然后计算#d1-1-24气井的理论物质平衡时间、理论规整化产量、理论规整化产量积分和理论规整化产量积分导数，并以理论物质平衡时间为横轴，以理论规整化产量、理论规整化产量积分和理论规整化产量积分导数为纵轴绘图。具体过程参见上述步骤四，此处不再赘述。图2示出了预设一种裂缝闭合特征值时，所绘制的理论产量图。

在步骤五中，将实际产量图和理论产量图进行耦合，本实施例的#d1-1-24气井的耦合效果如图3所示，图3中，曲线1表示理论规整化产量，曲线2表示理论规整化产量积分，曲线3表示理论规整化产量积分导数。曲线1、曲线2和曲线3分别对应图2中的三条曲线。五角星5表示实际规整化产量，圆形6表示实际规整化产量积分，三角形4表示实际规整化产量积分导数。二者耦合结构符合精度要求。

在步骤六中，在#d1-1-24气井的实际产量图和理论产量图中分别选择相对应的点(tc,q/dp)m和点(tcdd,qdd)m，计算得到储层渗透率k＝0.34md、油藏储量g＝0.58×10⁸m³、井控面积a＝0.83×10⁶m²、表皮系数s＝-6.64、边界尺寸re＝515m、近井端裂缝长度xf1＝41.2m、远井端裂缝长度xf2＝61.8m，裂缝总长度xf为103m。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。