一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法与流程

本发明涉及一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，属于石油天然气开发。

背景技术：

1、我国非常规油气资源丰富，勘探开发潜力巨大。水平井分段多簇压裂作为非常规油气高效开发的关键技术，通过分段多簇射孔实现体积压裂改造。而各射孔簇都能起裂并有效延伸是体积压裂改造的前提。现场测试和理论研究表明，由于地应力差异、渗透率非均质性等以及应力阴影造成的屏蔽作用，导致并不是所有射孔簇都能够有效起裂，未起裂的射孔簇对产能没有贡献。

2、目前，水平井多裂缝起裂与扩展模型大多假设射孔簇同时起裂扩展，尚未全面考虑多簇射孔起裂次序、地应力和物性非均质性以及先起裂射孔簇裂缝产生的诱导应力对后续射孔簇裂缝起裂与扩展的影响，对竞争起裂与扩展规律认识不准确，制约了非常规油气藏水平井分段多簇压裂改造效果。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法。

2、本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤s1、获取地层参数、射孔参数以及施工参数；

4、步骤s2、计算射孔孔眼总压力分布；

5、步骤s3、计算激动半径；

6、步骤s4、计算最大有效拉应力；

7、步骤s5、根据最大有效拉应力判断是否满足失效准则；若不满足失效准则，则继续进行下一步；

8、步骤s6、计算下一步新的射孔孔眼压力分布，继续步骤s2-s5；

9、步骤s7、最后当满足失效准则后，输出起裂压力。

10、进一步技术方案是，所述地层参数包括三向地应力、原始地层孔隙压力、抗张强度、泊松比、储层厚度、杨氏模量、综合压缩系数、孔隙度、地层渗透率。

11、进一步技术方案是，所述射孔参数包括射孔方位角、射孔深度。

12、进一步技术方案是，所述施工参数包括压裂液黏度、施工排量。

13、进一步技术方案是，所述射孔孔眼总压力分布的计算公式如下：

14、

15、式中：为坐标系(x，y，z)下各面的法向主应力分量，mpa；为坐标系(x，y，z)下各面的切应力分量，mpa；σh、σh、σv为最大、最小水平主应力和垂向应力，mpa；ψ、β为井斜角和方位角，°；σr、σθ、σz为径向应力，周向应力和沿着井眼方向的轴向应力分量，mpa；τrθ、τθz、τrz为剪应力，mpa；rw、r为井筒半径和地层中某一点到井眼中心的径向距离，m；pw为井底压力，mpa；ν为地层和套管的泊松比，无因次；tf为传导系数；θ-射孔方位角，°；分别为径向应力、周向应力和沿着井眼方向轴向应力，mpa；为井眼周围的剪应力，mpa。

16、进一步技术方案是，所述激动半径的计算公式如下：

17、

18、

19、式中：pp为原始地层孔隙压力；ei为被定义的幂积分函数；其中当孔隙压力等于原始地层压力时，该半径p(r)即为激动半径r(t)。

20、进一步技术方案是，所述最大有效拉应力的计算公式为：

21、

22、

23、

24、式中：σ3为井壁处的最大张应力。

25、进一步技术方案是，其中孔弹性系数通过下式计算得到：

26、

27、

28、式中：α为孔弹性系数；ω为岩样含水量；kma为骨架体积模量，mpa；ρs为压裂液密度，kg/m3；ρr为地层岩石密度，kg/m3。

29、进一步技术方案是，所述失效准则为：

30、σf≤-σt

31、式中：σt为岩石抗张强度，mpa。

32、进一步技术方案是，所述步骤s6中射孔孔眼压力分布的计算公式如下：

33、

34、式中：α为孔弹性系数。

35、本发明具有以下有益效果：本发明基于原地应力、井眼诱导应力和水平井井眼轨迹等，建立了综合井筒注液、套管/水泥环力学特征、流体扰动等影响下的水平井井周应力预测模型；通过引入压力扩散方程，耦合压力和排量关系，考虑压裂液注入过程中的渗滤特征，实现了压裂过程中井底压力与地层孔隙压力的连续变化分布；结合岩石吸水导致孔弹性系数变化和工作液扰动下的岩石力学特性，得到了射孔孔眼周围应力分布；最后基于最大张应力理论，建立了水平井复杂工况下的渗流-应力起裂压力预测模型。

技术特征：

1.一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，包括以下步骤；

2.根据权利要求1所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，所述地层参数包括三向地应力、原始地层孔隙压力、抗张强度、泊松比、储层厚度、杨氏模量、综合压缩系数、孔隙度、地层渗透率。

3.根据权利要求1所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，所述射孔参数包括射孔方位角、射孔深度。

4.根据权利要求1所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，所述施工参数包括压裂液黏度、施工排量。

5.根据权利要求1所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，所述射孔孔眼总压力分布的计算公式如下：

6.根据权利要求1所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，所述激动半径的计算公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，所述最大有效拉应力的计算公式为：

8.根据权利要求7所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，其中孔弹性系数通过下式计算得到：

9.根据权利要求1所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，所述失效准则为：

10.根据权利要求1所述的一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，其特征在于，所述步骤s6中射孔孔眼压力分布的计算公式如下：

技术总结
本发明公开了一种水平井多簇射孔竞争起裂预测方法，包括获取地层参数、射孔参数以及施工参数；计算射孔孔眼总压力分布；步骤S3、计算激动半径；计算最大有效拉应力；根据最大有效拉应力判断是否满足失效准则；若不满足失效准则，则继续进行下一步；计算下一步新的射孔孔眼压力分布，继续步骤；最后当满足失效准则后，输出起裂压力。本发明建立了综合井筒注液、套管/水泥环力学特征、流体扰动等影响下的水平井井周应力预测模型；实现压裂过程中井底压力与地层孔隙压力的连续变化分布；结合岩石吸水导致孔弹性系数变化和岩石力学特性，得到了射孔孔眼周围应力分布；基于最大张应力理论，建立了水平井复杂工况下的渗流‑应力起裂压力预测模型。

技术研发人员：张辉,郭书生,梁豪,王世越,廖高龙
受保护的技术使用者：中海石油(中国)有限公司海南分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13