一種用于通道壓裂導(dǎo)流能力的預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣田開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于通道壓裂導(dǎo)流能力的預(yù)測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在油氣田勘探開發(fā)過程中，尤其是低滲、特低滲油氣田勘探和開發(fā)以及老油氣井 的改造中，壓裂方法已經(jīng)成為增產(chǎn)與提高采收率的主要手段。在壓裂增產(chǎn)改造過程中，支撐 劑嵌入會降低裂縫導(dǎo)流能力，而在疏松砂巖儲層端部脫砂壓裂后，裂縫形態(tài)不穩(wěn)定。
[0003]為提高壓裂效果，現(xiàn)有技術(shù)中向裂縫中嵌入例如樹脂覆膜砂和裂縫穩(wěn)定劑的覆膜 支撐劑。由于支撐劑性能的好壞直接影響裂縫長期導(dǎo)流性能，因此需要對嵌入支撐劑后的 裂縫的導(dǎo)流能力進行預(yù)測。
[0004]目前，現(xiàn)有技術(shù)中沒有關(guān)于通道壓裂常規(guī)支撐劑和覆膜支撐劑導(dǎo)流能力的解析解 及理論分析，也缺乏根據(jù)支撐劑和儲層巖石力學參數(shù)確定常規(guī)支撐劑和覆膜支撐劑導(dǎo)流能 力來指導(dǎo)現(xiàn)場應(yīng)用的系統(tǒng)性方法。對通道壓裂后常規(guī)支撐劑和覆膜支撐劑導(dǎo)流能力的研究 主要著重于導(dǎo)流能力實驗和巖板嵌入實驗。但是導(dǎo)流能力實驗評價繁瑣、費時費力，且嵌入 評價實驗需要大量的地層巖石，實驗時某些儲層不易取得地層巖石，從而影響到實驗結(jié)果 的準確性。另外，在考慮到覆膜支撐劑或者較松軟地層巖石極其緩慢（數(shù)月或數(shù)年）塑性 形變的情況下，實驗評價方法周期過長，可能影響增產(chǎn)改造的評估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的其中一個目的在于提供一種用于通道壓裂導(dǎo)流能力的預(yù)測方法，以解決 現(xiàn)有技術(shù)中對支撐劑導(dǎo)流能力預(yù)測時存在差別以及導(dǎo)流能力實驗與巖板嵌入實驗周期長 的問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實施例提供了一種用于通道壓裂導(dǎo)流能力的預(yù)測方 法，包括：
[0007] 建立通道壓裂的力學模型；
[0008]測定所述通道壓裂的力學模型所需的擬合系數(shù)與等效滲透率；
[0009] 根據(jù)測定的擬合系數(shù)與等效滲透率對所述通道壓裂的力學模型進行優(yōu)化，以獲取 預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果的絕對差值小于預(yù)設(shè)值的最優(yōu)力學模型；
[0010] 根據(jù)所述最優(yōu)力學模型對覆膜支撐劑的導(dǎo)流能力進行預(yù)測。
[0011] 可選地，所述最優(yōu)力學模型采用以下公式表示：
[0012]
[0013]式中，F(xiàn)RCD為裂縫導(dǎo)流能力，c。為擬合系數(shù)，keq為等效滲透率，w為閉合壓力下的裂 縫寬度，D為初始裂縫寬度，r。為沒有閉合壓力時的孔道半徑，a為裂縫寬度的變化量，0 為支撐劑的變形量，為無閉合壓力時的孔隙度，t。為無閉合壓力時的孔道迂曲度。
[0014] 可選地，當液體流動方向垂直于支撐通道和非支撐通道時，所述通道壓裂的最優(yōu) 力學模型的第一等效滲透率滿足以下公式：
[0015]
[0016] 式中，a為支撐劑支撐通道的寬度，b為非支撐通道的寬度，kb為非支撐通道的滲 透率，匕為支撐通道的滲透率，巾3為支撐面積所占比例，（i)bS非支撐面積所占比例，且 <^+<1^= 1。
[0017] 可選地，當流體的流動通道平行于支撐通道和非支撐通道時，所述通道壓裂的最 優(yōu)力學模型的第二等效滲透率采用以下公式：
[0018]
[0019] 可選地，若流動通道是迂曲的，則所述通道壓裂的最優(yōu)力學模型的第三等效滲透 率采用以下公式：
[0020]
[0021] 式中，kb為非支撐通道滲透率，且kb=w2/12,w為閉合壓力下的裂縫寬度，\為 無量綱迂曲系數(shù)，且
[0022] 可選地，當為不滲透柱狀支撐時，所述通道壓裂的最優(yōu)力學模型的第四等效滲透 率為：
[0023]
[0024] 式中，w為閉合壓力下的裂縫寬度，巾。為無閉合壓力是的孔隙度，kb為支撐通道的 滲透率，（J>b為非支撐面積所占比例。
[0025] 可選地，當支撐通道、非支撐通道與閉合區(qū)域串聯(lián)時，所述通道壓裂的最優(yōu)力學模 型的第五等效滲透率keq5為：
[0026 '' a '[>
' c
[0027] 可選地，當支撐通道、非支撐通道與閉合區(qū)域并聯(lián)時，所述通道壓裂的最優(yōu)力學模 型的第六等效滲透率:
[0028]
[0029] 式中，A,為對應(yīng)柱狀通道壓裂的系數(shù)。
[0030] 本發(fā)明實施例通過建立通道壓裂的力學模型，并對該模型進行優(yōu)化以獲取最優(yōu)力 學模型；然后利用該測定的支撐劑參數(shù)、覆膜參數(shù)和巖石參數(shù)結(jié)合該最優(yōu)力學模型進行覆 膜支撐劑的導(dǎo)流能力進行預(yù)測。本發(fā)明實施例通過考慮覆膜支撐劑和地層的彈塑性對通道 壓裂導(dǎo)流能力的影響，可以快速準確的預(yù)測通道壓裂中不同屬性覆膜支撐劑的導(dǎo)流能力及 其動態(tài)變化，從而節(jié)省測量導(dǎo)流能力時實驗成本。
【附圖說明】
[0031] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中：
[0032] 圖1是本發(fā)明實施例提供的一種用于覆膜支撐劑導(dǎo)流能力的預(yù)測方法框圖；
[0033] 圖2-a~圖2-d示出了支撐劑，支撐裂縫的力學模型示意圖；
[0034] 圖3-a~圖3-e示出了通道壓裂支撐劑布置形式示意圖；
[0035]圖4是本發(fā)明實施例提供的模型導(dǎo)流能力擬合結(jié)果示意圖；
[0036]圖5是本發(fā)明實施例提供的不同類型覆膜支撐劑導(dǎo)流能力的預(yù)測示意圖；
[0037]圖6是本發(fā)明實施例提供的覆膜支撐劑粘度對導(dǎo)流能力的影響結(jié)果示意圖；
[0038]圖7是本發(fā)明實施例提供的考慮彈塑性的導(dǎo)流能力隨閉合壓力變化示意圖；
[0039] 圖8是本發(fā)明實施例提供的交替串聯(lián)導(dǎo)流能力的變化示意圖；
[0040] 圖9是本發(fā)明實施例提供的平行并聯(lián)流動導(dǎo)流能力的變化示意圖；
[0041]圖10是本發(fā)明實施例提供的柱狀支撐導(dǎo)流能力的變化示意圖；
[0042] 圖11是本發(fā)明實施例提供的通道壓裂中覆膜支撐劑粘度對導(dǎo)流能力的影響結(jié)果 示意圖；
[0043]圖12是本發(fā)明實施例提供的通道壓裂中考慮彈塑性時導(dǎo)流能力隨閉合壓力變化 示意圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0045] 本發(fā)明實施例提供了一種用于通道壓裂導(dǎo)流能力的預(yù)測方法，如圖1所示，包括：
[0046] 建立通道壓裂的力學模型；
[0047]測定所述通道壓裂的力學模型所需的擬合系數(shù)與等效滲透率；
[0048] 根據(jù)測定的擬合系數(shù)與等效滲透率對所述通道壓裂的力學模型進行優(yōu)化，以獲取 預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果的絕對差值小于預(yù)設(shè)值的最優(yōu)力學模型；
[0049] 根據(jù)所述最優(yōu)力學模型對覆膜支撐劑的導(dǎo)流能力進行預(yù)測。
[0050] 可選地，本發(fā)明實施例中，最優(yōu)力學模型采用以下公式表示：
[0051]
[0052] 式中，F(xiàn)RCD為裂縫導(dǎo)流能力，c。為擬合系數(shù)，keq為等效滲透率，w為閉合壓力下的裂 縫寬度，D為初始裂縫寬度，r。為沒有閉合壓力時的孔道半徑，a為裂縫寬度的變化量，0 為支撐劑的變形量，為無閉合壓力時的孔隙度，t。為無閉合壓力時的孔道迂曲度。
[0053] 實際應(yīng)用中，在些覆膜材料屬于彈塑性流變材料，壓裂完成后，在閉合壓力作用 下，支撐裂縫會發(fā)生塑性變形。為此，本發(fā)明一實施例中采用如下模型來分析支撐裂縫的塑 形變形性能，總應(yīng)力分為彈性和塑性兩部分，如式（2)所示：
[0054]
[0055] 因此，應(yīng)變以指數(shù)形式隨著時間變化。
[0056] 支撐劑嵌入地層厚度及其變形遵循如下形式：
[0063] 式⑵~式⑶中，h為嵌入厚度，D為初始裂縫寬度，Di為支撐劑直徑，D2為巖石 厚度，Ei為支撐劑彈性模量，E2為儲層巖石彈性模量，K為滲透率，p為閉合壓力，r為孔道 半徑，r。為沒有閉合壓力時的孔道半徑，w為閉合壓力下的裂縫寬度，a為裂縫寬度的變化 量，0為支撐劑的變形量，巾為孔隙度，為無閉合壓力時的孔隙度，v:為支撐劑泊松 比，v2為儲層巖石泊松比，y為流體粘度，t為孔道迂曲度，t。為無閉合壓力時的孔道迂 曲度，sh、S{!、sa、S(t)、sT為對應(yīng)厚度、變形量、裂縫寬度、孔隙度、孔隙半徑、迂曲度的調(diào) 節(jié)系數(shù)。
[0064] 結(jié)合實際情況，假定覆膜支撐劑為近似球體的支撐劑。單層覆膜支撐劑和多層覆 膜支撐劑的受力、嵌入以及變形模型如圖2-a~圖2-d所示。
[0065] 圖3-a~圖3-e分別示出了通道壓裂支撐劑布置形式示意圖，圖中陰影部分為支 撐劑支撐帶，而空白部分為沒有支撐劑充填的流動通道。
[0066] 根據(jù)達西定律：
[0067]
[0068] 式（9)中，y是流體粘度，k是滲透率，u為表觀流速，q為流量，A為滲流面積^
[0069] 1)當流體流動方向垂直于支撐通道和非支撐通道時，如圖3_a所示，流體壓力的 變化量A?1為：
[0070]
[0071] 式（10)中，Pi為流體壓力，a為支撐劑支撐通道的寬度，b為非支撐通道的寬度， y是流體粘度，ka、kb分別為支撐劑支撐通道與非支撐通道的滲透率，U為表觀流速。
[0072]
[0073]
[0074]
[0075] 2)當流體流動通道平行于支撐通道和非支撐通道時，流體壓力梯度為：
[0076]
[0077] 式中，Pl為流體壓力，x為流體流動方向坐標。從而，第二等效滲透率如式（14) 所示。
[0078]
[0079] 當流動通道呈現(xiàn)迂曲狀時，第三等效滲透率keq