油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法及压裂方法与流程

1.本发明涉及一种油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法及压裂方法，属于采油工程技术领域。


背景技术：

2.目前致密油气藏主要通过压裂方式进行增产，而在薄互层储层开发过程中，采用常规水平井分段压裂技术仅能实现一套气层开发，存在丢层现象，造成储量损失。针对该种情况，主要通过穿层压裂工艺，增大压裂裂缝高度，沟通纵向邻近产层，提高油气藏纵向动用程度及开发效果。
3.现有的穿层压裂方法大多侧重于对穿层压裂具体实施工艺的研究，而对穿层压裂适用的地质条件、理论基础等内容研究相对较少。其中，对于不同的地质条件，不同的施工排量、入地液量等穿层压裂参数，会影响到压裂裂缝高度的扩展情况，而目前的研究资料并没有给出确定穿层压裂参数的方式，那么在实际施工过程中通常凭经验来确定，导致压裂裂缝高度达不到预期要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法及压裂方法，用于解决凭经验确定穿层压裂参数导致压裂裂缝高度达不到预期要求的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法，步骤如下：
6.选择满足薄互层特征的油气田典型井，并获取其对应的测井资料；
7.根据油气田典型井的测井资料，获取目的层段储隔层岩石力学及地应力参数；
8.根据目的层段储隔层岩石力学及地应力参数，建立拟三维裂缝扩展模型；
9.调整压裂液性能参数，直至拟三维裂缝扩展模型模拟出来的模拟净压力和模拟缝高分别与油气田典型井实际施工过程中获得的实际净压力和实际缝高一致；
10.根据调整后的压裂液性能参数和所述的拟三维裂缝扩展模型，按照目的层段实际产层状况和地质参数进行裂缝扩展模拟，确定不同施工排量下目的层段缝高穿透上隔层和/或下隔层、上储层和/或下储层时的入地液量。
11.本发明的有益效果是：利用构建的与实际地层相符的拟三维裂缝扩展模型模拟裂缝的扩展的情况，得到相应的穿层压裂参数，并将在模型中得到的穿层压裂参数作为实际穿层压裂参数，这样在实际施工时，就可以快速地确定合理的穿层压裂参数，保证了压裂裂缝高度的扩展满足工程要求，且操作方法简单方便。
12.进一步的，为了能够适应不同产层状况，产层状况为两套产层或三套产层，两套产层指的是目的层以及在目的层底部的储层/顶部的储层，目的层和储层之间发育有薄隔层；三套产层指的是目的层以及在目的层底部的储层和顶部的储层，目的层和两储层之间均发育有薄隔层。
13.进一步的，为了准确获取不同施工排量下对应的入地液量，所述地质参数包括储层厚度、隔层厚度和储隔层应力差。
14.进一步的，为了使拟三维裂缝扩展模型适用于对应的油气田典型井，所述压裂液性能参数包括造壁系数和初滤失系数。
15.进一步的，为了使构建的拟三维裂缝扩展模型更准确，目的层段储隔层岩石力学及地应力参数包括目的层静态杨氏模量、目的层静态泊松比及目的层水平最小主应力。
16.进一步的，为了构建拟三维裂缝扩展模型，目的层静态杨氏模量和目的层静态泊松比的获取步骤为：利用测井资料中的偶极声波测井资料获得纵横波时差数据，根据纵横波时差数据和测井资料中的常规密度测井资料求取动态杨氏模量及动态泊松比；利用室内岩心三轴压缩实验得到静态杨氏模量及静态泊松比；利用线性拟合的方法分别得到动静态杨氏模量及动静态泊松比之间的关系，根据目的层动态杨氏模量和目的层动态泊松比，得到目的层静态杨氏模量和目的层静态泊松比；目的层水平最小主应力的获取步骤为：利用测井资料中的常规密度测井资料、地层压力测试得到的地层压力值以及目的层静态泊松比，计算得到水平最小主应力；依据测井资料中的室内岩心地应力大小实验结果对水平最小主应力进行校正，得到目的层水平最小主应力。
17.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种油气田薄互层储层穿层压裂方法，步骤如下：
18.选择满足薄互层特征的油气田典型井，并获取其对应的测井资料；
19.根据油气田典型井的测井资料，获取目的层段储隔层岩石力学及地应力参数；
20.根据目的层段储隔层岩石力学及地应力参数，建立拟三维裂缝扩展模型；
21.调整压裂液性能参数，直至拟三维裂缝扩展模型模拟出来的模拟净压力和模拟缝高分别与油气田典型井实际施工过程中获得的实际净压力和实际缝高一致；
22.根据调整后的压裂液性能参数和所述的拟三维裂缝扩展模型，按照目的层段实际产层状况和地质参数进行裂缝扩展模拟，确定不同施工排量下目的层段缝高穿透上隔层和/或下隔层、上储层和/或下储层时的入地液量；
23.根据油气田典型井实际施工时选择的施工排量选取对应的入地液量，并根据实际施工时选择的施工排量、入地液量和所述调整后的压裂液性能参数，进行压裂施工。
24.本发明的有益效果是：利用构建的与实际地层相符的拟三维裂缝扩展模型模拟裂缝的扩展的情况，得到相应的穿层压裂参数，并将在模型中得到的穿层压裂参数作为实际穿层压裂参数，这样在实际施工时，就可以快速地确定合理的穿层压裂参数，保证了压裂裂缝高度的扩展满足工程要求，且操作方法简单方便。
25.进一步的，为了能够适应不同产层状况，产层状况为两套产层或三套产层，两套产层指的是目的层以及在目的层底部的储层/顶部的储层，目的层和储层之间发育有薄隔层；三套产层指的是目的层以及在目的层底部的储层和顶部的储层，目的层和两储层之间均发育有薄隔层。
26.进一步的，为了准确获取不同施工排量下对应的入地液量，所述地质参数包括储层厚度、隔层厚度和储隔层应力差。
27.进一步的，为了使拟三维裂缝扩展模型适用于对应的油气田典型井，所述压裂液性能参数包括造壁系数和初滤失系数。
附图说明
28.图1是本发明的油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法的流程图；
29.图2是本发明的两套产层穿层压裂参数设计图版示意图；
30.图3是本发明的三套产层穿层压裂参数设计图版示意图；
31.其中：1为控缝压裂区，2为缝高突破隔层时的临界施工排量及对应的临界入地液量边界，3为穿层压裂区，4为缝高达到邻近砂体边界时的施工排量及入地液量边界，5为过度穿层区，6为砂堵区，7为砂堵临界施工排量及入地液量边界，8为控缝压裂区，9为缝高突破上隔层时的临界施工排量及入地液量边界，10为缝高突破下隔层时的临界施工排量及入地液量边界，11为穿层压裂区，12为缝高达到上部砂体边界时的施工排量及入地液量边界，13为缝高达到下部砂体边界时的施工排量及入地液量边界，14位过度穿层区，15为砂堵区，16为砂堵临界施工排量及入地液量边界。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
33.实施例1：
34.本实施例提供了一种油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法，其对应的流程图如图1所示，包括以下步骤：
35.(1)选择满足薄互层特征的油气田典型井，并获取其对应的测井资料。
36.其中，选择的油气田典型井必须薄互层特征明显，测井资料包括偶极声波测井资料、常规密度测井资料、岩石力学及地应力室内实验结果、地层压力测试结果、井底压力曲线、缝高监测结果等。
37.(2)根据油气田典型井对应的测井资料，获取目的层段储隔层岩石力学及地应力参数。
38.具体的，利用偶极声波测井资料获得纵横波时差数据，并利用常规密度测井资料依据理论公式(公式一、二)构建动态杨氏模量及动态泊松比曲线，求取储隔层岩石动态杨氏模量及动态泊松比：
39.动态杨氏模量：
40.动态泊松比：
41.式中，e—动态杨氏模量，gpa；u—动态泊松比，无因次；ρ—密度测井值，g/cm3；δt
s
—横波时差，μs/m；δt
p
—纵波时差，μs/m。
42.之后利用室内岩心三轴压缩实验得到静态杨氏模量及静态泊松比。根据静态杨氏模量及静态泊松比，可以得到某一深部下的静态杨氏模量及泊松比，再根据动态杨氏模量及动态泊松比曲线，可以得到对应同一深度下的动态杨氏模量及泊松比，将不同深度下对应的静态杨氏模量及泊松比分别与动态杨氏模量及泊松比进行线性拟合，可以得到动态杨氏模量和静态杨氏模量之间的关系以及动态泊松比和静态泊松比之间的关系。这样，根据
目的层动态杨氏模量、泊松比曲线，就可以得到目的层静态杨氏模量、泊松比曲线。之后利用目的层静态杨氏模量、泊松比曲线，并结合密度测井曲线及地层压力测试得到的地层压力值，利用公式三计算得到水平最小主应力曲线：
43.水平最小主应力：
44.式中：σ
y
—水平最小主应力，mpa；p
p
—地层压力，mpa；h—深度。
45.依据室内岩心地应力大小测试结果对水平最小主应力曲线进行校正，得到目的层水平最小主应力，由此得到目的层段储隔层准确岩石力学及地应力参数，包括目的层静态杨氏模量、目的层静态泊松比及目的层水平最小主应力，其对应的上述求取过程属于现有技术。
46.(3)根据目的层段储隔层岩石力学及地应力参数，建立拟三维裂缝扩展模型。
47.其中，在本实施例中，建立的拟三维裂缝扩展模型为fracpropt压裂模拟软件中的三维剪切去耦模型。另外，由于根据目的层段储隔层岩石力学及地应力参数，建立fracpropt压裂模拟软件中的三维剪切去耦模型的具体过程属于现有技术，此处不再赘述。
48.(4)调整压裂液性能参数，直至拟三维裂缝扩展模型模拟出来的模拟净压力和模拟缝高分别与油气田典型井实际施工过程中获得的实际净压力和实际缝高一致。
49.具体的，根据拟三维裂缝扩展模型，得到模拟净压力曲线和模拟缝高。之后依据测井资料中缝高监测结果，调整压裂液性能参数，该压裂液性能参数包括造壁系数、初滤失系数，使模拟净压力曲线和实际净压力曲线相一致、模拟缝高和实际缝高相一致，其中，实际净压力曲线是根据油气田典型井实际施工过程中井底压力曲线及储层最小主应力参数计算得到的，由此得到调整后的压裂液性能参数，也就是油气田区块准压裂性能参数。
50.(5)根据调整后的压裂液性能参数和拟三维裂缝扩展模型，按照目的层段实际产层状况和地质参数进行裂缝扩展模拟，确定不同施工排量下目的层段缝高穿透上隔层和/或下隔层、上储层和/或下储层时的入地液量。
51.其中，地质参数是指储层厚度、隔层厚度和储隔层应力差。在本实施例中，实际产层状况为两套产层，根据调整后的压裂液性能参数和拟三维裂缝扩展模型，模拟两套产层条件下不同施工排量和入地液量组合下裂缝扩展情况。
52.两套产层包括两种情况：1)目的层砂体顶部发育厚泥岩隔层，底部另发育一套砂体(储层)，两套砂体间发育薄隔层；2)目的层砂体底部发育厚泥岩隔层，顶部另发育一套砂体(储层)，两套砂体间发育薄隔层。
53.将实际地质参数和产层状况输入到拟三维裂缝扩展模型中，并根据之前得到的调整后的压裂液性能参数，在不同施工排量、不同入地液量下，观察模型中缝高的扩展情况，确定缝高延伸穿透隔层的临界值，该临界值包括缝高穿透目的层砂体顶部或底部隔层时的施工排量和入地液量、缝高穿透隔层后到达上部或下部砂体边界时的施工排量和入地液量。
54.为了便于直观地看出缝高延伸穿透隔层时施工排量和入地液量之间的关系，构建出两套产层穿层压裂参数设计图版：
55.对于两套产层穿层压裂设计图版，横坐标为施工排量，纵坐标为入地液量，图版由“三线四区”组成。如图2所示，1为控缝压裂区，在此区域缝高在目的层砂体中延伸，缝高被
控制在隔层中；2为缝高突破隔层时的临界施工排量及对应的临界入地液量边界；3为穿层压裂区，此区域表示缝高突破隔层后在邻近砂体中延伸；4为缝高达到邻近砂体边界时的施工排量及入地液量边界；5为过度穿层区，在此区域，缝高在邻近砂体隔层中延伸；6为砂堵区，此区域表示由于施工排量偏低导致缝宽过窄施工发生砂堵；7为砂堵临界施工排量及入地液量边界。
56.当然，可以根据不同储层厚度、隔层厚度、储隔层应力差条件的裂缝模拟情况，构建多组穿层压裂参数设计图版。这样在具体实施过程中，依据实际储层厚度、隔层厚度、储隔层应力差条件，选择对应的穿层压裂参数设计图版，选取合适施工排量，可以读出在穿层压裂区对应施工排量下设计入地液量的分布范围，从而确定穿层压裂所需施工排量及入地液量。其中，施工排量和入地液量通称为穿层压裂参数。
57.为了使上述的油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法更加清晰明了，以下结合具体例子进行详细说明：
58.某气田58井区中南部发育有断裂，断裂以南整体构造平缓，主力层位盒1纵向上发育1-3套小层，储层厚度3-32m，平均为15m左右，隔层厚度1-40m，多套气层之间隔层主要为6m左右，隔层较薄。储隔层水平最小主应力差2-10mpa，平均为6mpa，主要采用水平井进行穿层压裂改造，以提高纵向动用率。
59.通过选取油气田典型井，依据目的层段储隔层岩石力学及地应力参数，建立拟三维裂缝扩展模型，拟合求准所用压裂液性能参数。按照目的层段实际产层状况和地质参数进行裂缝扩展模拟，得到缝高穿透隔层临界值，并构建出穿层压裂参数设计图版。
60.针对两套产层，两套产层厚度均选择15m，隔层厚度选择6m，储隔层应力差选择6m，通过模拟不同施工排量、入地液量下的裂缝高度扩展情况，构造出两套产层穿层压裂设计图版，对应的图版示意图如图2所示。
61.由图2中的图版可以看出：施工排量为4m3/min，当入地液量为105m3时，缝高到达隔层边界，而当入地液量为375m3时，缝高到达相邻气层边界，因此要实现穿层压裂，入地液量应该选择105-375m3，最终确定为375m3。
62.实施例2：
63.本实施例提供了一种油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法，包括：选择满足薄互层特征的油气田典型井，并获取其对应的测井资料。根据油气田典型井对应的测井资料，获取目的层段储隔层岩石力学及地应力参数。根据目的层段储隔层岩石力学及地应力参数，建立拟三维裂缝扩展模型。调整压裂液性能参数，直至拟三维裂缝扩展模型模拟出来的模拟净压力和模拟缝高分别与油气田典型井实际施工过程中获得的实际净压力和实际缝高一致。根据调整后的压裂液性能参数和拟三维裂缝扩展模型，按照目的层段实际产层状况和地质参数进行裂缝扩展模拟，确定不同施工排量下目的层段缝高穿透上隔层和/或下隔层、上储层和/或下储层时的入地液量。
64.本实施例与实施例1的区别仅在于，在步骤(5)中，实际产层状况为三套产层。三套产层为目的层砂体顶部和底部均另发育一套砂体(储层)，目的层砂体与顶、底部砂体间发育薄隔层。此时根据调整后的压裂液性能参数和拟三维裂缝扩展模型，则模拟三套产层条件下不同施工排量和入地液量组合下裂缝扩展情况。
65.同样的，为了便于直观地看出缝高延伸穿透隔层时施工排量和入地液量之间的关
系，构建出三层产层穿层压裂参数设计图版：
66.对于三套产层穿层压裂设计图版，横坐标为施工排量，纵坐标为入地液量；图版由“五线四区”组成。如图3所示，8为控缝压裂区；9为缝高突破上隔层时的临界施工排量及入地液量边界；10为缝高突破下隔层时的临界施工排量及入地液量边界；11为穿层压裂区；12为缝高达到上部砂体边界时的施工排量及入地液量边界；13为缝高达到下部砂体边界时的施工排量及入地液量边界；14位过度穿层区；15为砂堵区；16为砂堵临界施工排量及入地液量边界。
67.对于三套产层，同样可以根据不同储层厚度、隔层厚度、储隔层应力差条件的裂缝模拟情况，构建多组穿层压裂参数设计图版。这样在具体实施过程中，依据实际储层厚度、隔层厚度、储隔层应力差条件，选择对应的穿层压裂参数设计图版，选取合适施工排量，可以读出在穿层压裂区对应施工排量下设计入地液量的分布范围，从而确定穿层压裂所需施工排量及入地液量。
68.同样选取实施例1中采用的某气田58井区储层情况，即某气田58井区中南部发育有断裂，断裂以南整体构造平缓，主力层位盒1纵向上发育1-3套小层，储层厚度3-32m，平均为15m左右，隔层厚度1-40m，多套气层之间隔层主要为6m左右，隔层较薄。储隔层水平最小主应力差2-10mpa，平均为6mpa，主要采用水平井进行穿层压裂改造，以提高纵向动用率。
69.针对三套产层，三套产层厚度均选择15m，隔层厚度选择6m，储隔层应力差选择6mpa，通过模拟不同施工排量、入地液量下的裂缝高度扩展情况，构造出三套产层穿层压裂设计图版，对应的图版示意图如图3所示。
70.由图3中的图版可以看出：施工排量为6m3/min，当入地液量为100m3时，缝高到达主气层上隔层边界，入地液量为120m3时，缝高到达主气层下隔层边界，而当入地液量为340m3时，缝高到达相邻上气层边界，入地液量为440m3时，缝高到达相邻下气层边界，因此要实现穿层压裂，同时沟通上部及下部相邻气层，入地液量应该选择120-440m3，最终确定为440m3。
71.实施例3：
72.本实施例提供了一种油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法，包括：选择满足薄互层特征的油气田典型井，并获取其对应的测井资料。根据油气田典型井对应的测井资料，获取目的层段储隔层岩石力学及地应力参数。根据目的层段储隔层岩石力学及地应力参数，建立拟三维裂缝扩展模型。调整压裂液性能参数，直至拟三维裂缝扩展模型模拟出来的模拟净压力和模拟缝高分别与油气田典型井实际施工过程中获得的实际净压力和实际缝高一致。根据调整后的压裂液性能参数和拟三维裂缝扩展模型，按照目的层段实际产层状况和地质参数进行裂缝扩展模拟，确定不同施工排量下目的层段缝高穿透上隔层和/或下隔层、上储层和/或下储层时的入地液量。
73.本实施例与实施例1的区别仅在于，在步骤(3)中，建立的拟三维裂缝扩展模型为以裂缝端部为主导的三维模型。当然，作为其他的实施方式，建立的拟三维裂缝扩展模型也可以为常规的三维模型或mfrac压裂模拟软件中的三维裂缝模型。另外，由于根据目的层段储隔层岩石力学及地应力参数，建立以裂缝端部为主导的三维模型的具体过程属于现有技术，此处不再赘述。
74.实施例4：
75.本实施例提供了一种油气田薄互层储层穿层压裂方法，该压裂方法是在上述实施
例1中的油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法的基础上，根据油气田典型井实际施工时选择的施工排量选取对应的入地液量，并根据实际施工时选择的施工排量、入地液量和调整后的压裂液性能参数，进行压裂施工。
76.实施例5：
77.本实施例提供了一种油气田薄互层储层穿层压裂方法，该压裂方法是在上述实施例2中的油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法的基础上，根据油气田典型井实际施工时选择的施工排量选取对应的入地液量，并根据实际施工时选择的施工排量、入地液量和调整后的压裂液性能参数，进行压裂施工。
78.实施例6：
79.本实施例提供了一种油气田薄互层储层穿层压裂方法，该压裂方法是在上述实施例3中的油气田薄互层储层穿层压裂参数的确定方法的基础上，根据油气田典型井实际施工时选择的施工排量选取对应的入地液量，并根据实际施工时选择的施工排量、入地液量和调整后的压裂液性能参数，进行压裂施工。
80.本发明能够系统、有效、定性、准确地描述不同储层厚度、隔层厚度和储隔层应力差条件下，不同施工排量和入地液量下的压裂裂缝高度扩展情况及临界状态，从而指导薄互层储层穿层压裂参数选择，清晰明了，操作简单，使用方便。
81.最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。