專(zhuān)利名稱(chēng)：一種頁(yè)巖氣藏水力壓裂排量的確定方法
一種頁(yè)巖氣藏水力壓裂排量的確定方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于一種石油工程領(lǐng)域頁(yè)巖氣水平井分段壓裂改造最小排量的確定方法，以保證水力壓裂作業(yè)高效溝通天然裂縫，形成高度密集的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
非常規(guī)油氣是化石能源的重要戰(zhàn)略接續(xù)，其中頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)近年來(lái)引起了國(guó)際能源業(yè)界的廣泛關(guān)注。頁(yè)巖氣屬于非常規(guī)天然氣，是指以吸附和/或游離狀態(tài)賦存于富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地層中的生物成因和/或熱成因的天然氣，具有自生自?xún)?chǔ)、吸附成藏、隱蔽聚集等地質(zhì)特點(diǎn)。與常規(guī)天然氣相比，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)具有資源潛力大、開(kāi)采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。大部分產(chǎn)氣頁(yè)巖由于分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，頁(yè)巖氣資源量巨大，因而頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣，一般開(kāi)采壽命可達(dá)30-50年，甚至更長(zhǎng)，因此具有極大的商業(yè)價(jià)值。
頁(yè)巖氣儲(chǔ)層條件屬于裂縫性低滲/特低滲，水平井分段清水壓裂改造(不加砂或少量加砂)是有效開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣的技術(shù)手段。美國(guó)目前85%的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)井為水平井+多段壓裂，如美國(guó)新田公司在Woodford頁(yè)巖中的部分開(kāi)發(fā)井采用5-7段式壓裂，頁(yè)巖氣增產(chǎn)效果顯著。然而頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的地質(zhì)、力學(xué)特征與常規(guī)油氣資源有較大的區(qū)別，其壓裂的造縫機(jī)理及壓裂影響因素尚未認(rèn)識(shí)清楚，導(dǎo)致壓裂的設(shè)計(jì)、實(shí)施缺少定量的科學(xué)依據(jù)。
脆性頁(yè)巖壓裂采用清水壓裂液，經(jīng)人工壓裂改造后形成高度密集的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，其與傳統(tǒng)高粘度壓裂液壓裂形成兩條對(duì)稱(chēng)的翼型裂縫具有本質(zhì)區(qū)別，已有的基于巖石準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)分析的二維、擬三維及全三維壓裂設(shè)計(jì)模型難以刻畫(huà)頁(yè)巖裂縫特征?；陧?yè)巖壓裂的裂縫擴(kuò)展屬于脆性材料的動(dòng)態(tài)斷裂，筆者采用巖石斷裂動(dòng)力學(xué)方法來(lái)建立網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)的形成模型，給出關(guān)鍵施工參數(shù)，即最小排量的計(jì)算方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供頁(yè)巖氣水平井分段壓裂改造最小排量的確定方法。該方法采用巖石斷裂動(dòng)力學(xué)方法來(lái)建立網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)的形成模型，建立施工排量因素以及地應(yīng)力、 天然裂縫產(chǎn)狀、儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)等自然因素與裂縫延伸的關(guān)系，從而得到最小臨界排量的計(jì)算方法。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，考慮水平井的某一級(jí)壓裂，俯視圖如

圖1所示，井軸沿最小地應(yīng)力方向。水力裂縫在井筒附近沿地應(yīng)力方向延伸，在遇到天然裂縫后形成左右兩個(gè)一級(jí)分支，一級(jí)分支裂縫在延伸到其端部后將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向繼續(xù)沿地應(yīng)力方向延伸，一級(jí)分支裂縫在遇到天然裂縫后將形成兩個(gè)二級(jí)分支裂縫。以此類(lèi)推，水力裂縫與天然裂縫相互交錯(cuò)，形成高度密集的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。
如果壓裂排量較小，水力裂縫在溝通天然裂縫后壓力低于發(fā)生轉(zhuǎn)向需要的壓力， 隨著壓裂液注入壓力逐漸上升直至在左端或右端發(fā)生轉(zhuǎn)向，可以用斷裂靜力學(xué)方法來(lái)描述轉(zhuǎn)向的過(guò)程。但是為形成復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫，我們希望左右裂縫同時(shí)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向條件，此時(shí)壓力高于準(zhǔn)靜態(tài)擴(kuò)展所需的壓力，必須采用斷裂動(dòng)力學(xué)的方法來(lái)描述裂縫延伸。
以井軸方向?yàn)閄，最大地應(yīng)力方向?yàn)閅，垂直向上為Z建立坐標(biāo)系，假設(shè)天然裂縫傾角為β，走向與井軸夾角θ，以第η級(jí)分支裂縫為例，裂縫面單位法向矢量為
η = [cos β sin θ , cos β cos θ , sin β ]
作用在裂縫面上的正應(yīng)力為
權(quán)利要求
1.頁(yè)巖裂縫延伸的斷裂動(dòng)力學(xué)模型，其特征在于水力裂縫在井筒附近沿地應(yīng)力方向延伸，在遇到天然裂縫后形成左右兩個(gè)一級(jí)分支，一級(jí)分支裂縫在延伸到其端部后將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向繼續(xù)沿地應(yīng)力方向延伸，一級(jí)分支裂縫在遇到天然裂縫后將形成兩個(gè)二級(jí)分支裂縫，以此類(lèi)推形成更多分支裂縫；由于左右分支同時(shí)延伸，此時(shí)壓力高于準(zhǔn)靜態(tài)延伸所需的壓力，必須采用斷裂動(dòng)力學(xué)的方法來(lái)建模。
2.頁(yè)巖裂縫延伸縫內(nèi)壓力計(jì)算方法，其特征在于當(dāng)壓裂液注滿(mǎn)天然裂縫時(shí)，水力裂縫與天然裂縫的交點(diǎn)將天然裂縫劃分為兩段，采用疊加原理分別計(jì)算左右分支裂縫端部的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子，以巖石動(dòng)態(tài)斷裂韌性作為裂縫延伸判據(jù)，建立縫內(nèi)壓力的計(jì)算公式。
3.頁(yè)巖水力壓裂排量的確定方法，其特征在于視壓裂液流動(dòng)為沿裂縫長(zhǎng)度方向的一維層流，忽略縫內(nèi)沿寬度、高度方向的流動(dòng)以及裂縫連接點(diǎn)、端部的復(fù)雜流動(dòng)，依據(jù)平板流動(dòng)原理，可得出第η級(jí)分支裂縫縫內(nèi)壓力與排量的二次函數(shù)關(guān)系，再由頁(yè)巖裂縫延伸所需的縫內(nèi)壓力確定水力壓裂作業(yè)所需的最小排量。
全文摘要
本發(fā)明是一種石油工程領(lǐng)域頁(yè)巖氣水平井分段壓裂改造最小排量的確定方法，以保證水力壓裂作業(yè)高效溝通天然裂縫，形成高度密集的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。脆性頁(yè)巖壓裂采用清水壓裂液，經(jīng)人工壓裂改造后形成高度密集的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，其與傳統(tǒng)高粘度壓裂液壓裂形成兩條對(duì)稱(chēng)的翼型裂縫具有本質(zhì)區(qū)別，已有的基于巖石準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)分析的壓裂設(shè)計(jì)模型難以刻畫(huà)頁(yè)巖裂縫特征。該發(fā)明采用巖石斷裂動(dòng)力學(xué)方法來(lái)建立網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)的形成模型，建立施工排量因素以及地應(yīng)力、天然裂縫產(chǎn)狀、儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)等自然因素與裂縫延伸的關(guān)系，從而得到最小臨界排量的計(jì)算方法。
文檔編號(hào)E21B43/26GK102518417SQ20111042199
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者張偉, 趙海峰, 金衍, 陳勉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)