GEOFLUIDS Geofluids 1468 - 8123 1468 - 8115 Hindawi 10.1155 / 2020/8818903 8818903 研究文章 调查水平多级水力压裂优化设计方法在鄂尔多斯盆地页岩油水井 傅 Suotang 1 2 余 剑 3 张 Kuangsheng 1 2 刘 Hanbin 1 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 5571 - 6642 马 必应 1 2 苏 Yuliang 4 魏 魏 1 中石油长庆油田 陕西西安 中国 710018年 cnpc.com.cn 2 国家重点实验室低渗透油田和气田的勘探和开发 陕西西安 中国 710018年 cnpc.com.cn 3 中石油长庆油田勘探研究所 陕西西安 中国 710018年 cnpc.com.cn 4 石油工程学院 中国石油大学(华东) 66号 长江西路 黄岛区 青岛 中国 266580年 upc.edu.cn 2020年 21 9 2020年 2020年 7 4 2020年 19 6 2020年 27 6 2020年 21 9 2020年 2020年 版权©2020傅Suotang et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

通过分析典型的鄂尔多斯集团,本研究开始的准确表征裂缝几何采用先进的实验室实验方法和监测技术。断裂几何学特征的集成和原位应力分布,裂缝优化目标井进行了通过数值模拟的方法。最后,本研究建立了一个预测和识别方法对长水平页岩油水井和构造一组多级水力压裂优化设计方法。这个调查表明液压骨折Chang-7陆地页岩油储层表现出带模式,主裂缝生成二次骨折,激活天然裂缝和诱导剪切破坏。宏观裂缝被发现是垂直于最小主应力的方向。二次骨折和激活天然裂缝分布的主要断裂形式的骨折类型I和II。Multicluster射孔优化技术,基于页岩储层分类和评价,旨在激活multiclusters和确定骨折甜蜜点,。这是成功地应用于生产现场操作,取得了提高性能。

 致密油积累,勘探和开发 2016年zx05046 示范项目在鄂尔多斯盆地低渗透储层的发展 2016年zx05050 在鄂尔多斯盆地致密油发展的示范项目 2017年zx05069 1。介绍

鄂尔多斯盆地Chang-7页岩油特别指的是石油在三叠纪三叠系的第七届成员,这是生成和积累在致密砂岩和页岩烃源岩不覆盖长迁移距离( 1]。与其他在中国国内页岩油相比,Chang-7页岩油低压和可怜的储层属性;然而,它也有低粘度和浅埋深。二叠纪盆地页岩油相比,Chang-7页岩油特性脆性指数低,压力梯度和未开发的自然骨折( 1, 2]。这些字符导致钻井和刺激挑战Chang-7页岩油的经济而有效的发展。水力压裂是页岩储层的提高原油采收率的主要方法。该地区充满了复杂的裂缝网络创建在水力压裂的刺激,这被定义为刺激储集层体积(SRV)。研究证明,SRV面积生产非常规储层的主要贡献( 3]。的两个主要挑战是最大化的困难SRV由于脆性指数低,水平应力差异巨大,随着快速生产由于低油层压力下降。因此,有必要进行调查多尺度表征裂缝优化设计以促进高效的油田开发。

大型室内试验模拟水力压裂中起到了至关重要的作用在理解复杂断裂传播的机制和模拟现场操作( 3]。为了解液压骨折的复杂性是具有挑战性的 4, 5),实验室实验可以更好地控制实验条件,进行逐步了解人工骨折的复杂性,评估裂缝监测方法的有效性,并指导现场水力压裂提供了依据。直接观察和间接研究的方法可以用来检查断裂传播。直接观察主要是指研究压裂后核心样本和裂缝可视化,甲基丙烯酸等裂缝延伸过程的直接观察( 6, 7]。间接研究的间接分析骨折断裂传播中被检测信号生成的特点,主要包括声发射(AE)和声波技术、CT扫描、DIC技术、光纤测量技术和电磁信号监视( 8]。声发射技术可以检测岩石骨折的声音信号,而声波技术反转骨折通过积极传输声音信号的形状,然后接收反射信号。声发射定位是一种常见的方法来研究岩石声发射活动,也是最发达的方法来监测裂缝传播( 9, 10]。首次应用于声波检测实验室水力裂缝传播的代尔夫特大学的研究人员也发现了断裂技巧,流体边缘和裂缝宽度。然而,这种方法有一定的局限性在领域应用程序( 11, 12]。应用同步x射线microtomography观察三维(3 d)实时断裂传播和调查mircofractures的影响,晶界和孔隙大小在断裂韧性和传播方向 13]。AlTammar和Sharma DIC技术观察骨折周围的位移场变化和孔隙压力场的变化的变化引起的压裂液过滤( 14]。因为光纤材料antielectromagnetic干扰的特点,antienvironmental噪音、电气绝缘、健壮的安全性能,被广泛应用于井下测量严酷的环境下,他们也开始应用于水力压裂监测( 15, 16]。水力裂缝传播期间,离子在水库继续溶解压裂液形成电流,产生一个磁场信号,它可以反映骨折的传播。然而,由于该技术的检测精度要求高,没有进行现场应用程序( 17]。

准确识别页岩储层的甜蜜点的基本先决条件改善页岩储层刺激的影响。工程甜蜜点的分类和评价鄂尔多斯盆地是重要的指导断裂阶段选择多级骨折页岩油储层。甜蜜点的确定密切相关岩石脆性断裂韧性,自然骨折,和原岩应力,可以测量使用fracability和脆性指数。庄等人总结了液压骨折在德克萨斯州和fracability定义为页岩储层的属性可以有效地获得骨折增加生产能力( 18]。马伦和Enderlin断定,fracability不仅与地质属性,提出了复杂fracability指数模型,它综合岩石性质,地质力学、断裂韧性,和自然骨折成单一指数( 19]。复杂fracability索引值越高,就越容易产生一个复杂的裂缝网络。方和银行的fracability陆地和海洋页岩相比,确定的fracability前是更复杂的 20.]。脆性指数的影响,矿物含量,天然裂缝,成岩作用,和fracability沉降进行了研究,得出的结论是,fracability计算方法应进一步加强。胡锦涛et al。( 21]研究了围压对页岩的影响抗压强度,杨氏模量,泊松比,和微裂隙的数量,引入新脆性断裂韧性和建立计算模型( 21]。金等。 22)集成与脆性临界能量释放率,提出了一个fracability指数模型,提供了一个参考区分断裂目标区和优化水平井轨迹和集群射孔间距 22]。徐和Sonnenberg镇上 23]巴肯页岩的地质属性描述基于测井数据,三轴测试,测试反弹影响,和x射线数据,提出了一种新的mineralogy-based脆性指数,证明了显著地相关性矿物学和脆性指数模型( 23]。

结合页岩油藏工程学甜点认同地质甜蜜点的描述来确定最佳压裂项目是当前页岩油的发展趋势( 24]。刘等人。 25)优化多级断裂间距和穿孔位置分析的基础上水库和工程结合甜蜜点( 25]。假发et al。 26]运用类似的方法和优化发展规划Eagle Ford页岩储层( 26]。脆性指数和fracability都进行了广泛的研究;然而,研究脆性指数和fracability模型适用于特定的水库是有限的。

除了实验室实验,第一次使用光纤材料在这项研究中,以反映裂缝延伸。基于具体的裂缝网络,目标井的裂缝优化是通过数值模拟的方法。最后,一个合适的方法来确定裂缝的斑点和设计程序,提出了发展鄂尔多斯盆地页岩油储层。

 2。实验室试验研究 2.1。实验设备和设置

本实验研究使用高温高压(高温高压)断裂仿真系统,和50 MPa应用于三轴应力 30. × 30. × 30. 厘米3在100°C(图标本 1)。

图表(a)的高温高压裂缝系统和(b)实验设置。

的标本是由40 - 70目石英砂与复合硅酸盐水泥混合1:1的比例。试样的力学性能如表所示 1。

人工水泥试样的力学性能。

参数 价值
断裂韧性(MPa 米 ) 0.7
单轴抗压强度(MPa) 27.98 ± 1
抗拉强度(MPa) 3.55 ± 0.2
泊松比 0.17
弹性模量(GPa) 24.6

十二AE传感器放置在四方的标本(图 2(一个))和固定在AE孔实验(图 2 (b))。AE分析系统的阈值设置为40 dB和采样频率是10 MHz。实验模拟了裸眼井多级断裂从脚趾开始,和长度是15厘米的洞。

AE水力压裂系统的示意图。

 2.2。实验程序

为了研究裂缝延伸过程中声发射分布,两个应力差异5 MPa和10 MPa集。实验流体瓜尔胶液粘度106 cp 2%。列出了实验中使用的参数表 2。

对水基压裂实验参数。

不。的标本 流体 σ v − σ H − σ h (MPa) 率(毫升/分钟)
1 # 水+瓜尔豆 32-26-21 2
2 # 32-26-16
2.3。裂缝网络特征和控制因素

后的标本被切断实验观察断裂几何学。如图 3,红色表面代表断裂表面。由于应力集中底部的洞,沿着斜面的裂缝传播一个椭圆形状(图 3(一个))。随着应力差的增加,断裂表面成为平面断裂近垂直于最小地应力(图 3 (b))。

液压骨折标本的形状。

样品# 1

样品# 2

声发射信号的能量分为三个类别。红色代表最高能级的声发射事件,其次是蓝色,绿色能源是最小的水平。最高能量级代表的主要断裂轨迹,如图 4。大量的高端和低端的声发射事件聚集在主断裂,说明二次骨折的主要断裂的存在。产生裂缝的宽度在实验室实验是8 - 10厘米。

不同观点的AE定位样品# 1。

随着应力差的增加,声发射事件的数量减少,而声发射事件更分散,如图 5。增加应力差的结果在一个断裂的形式;因此,声发射主要分布在主断裂表面。此外,裂缝网络没有形成,即。断裂带是不明显的。

AE定位的不同视图的标本# 2。

为了分析微裂缝形态,断裂表面的样品# 1被选中进行扫描电子显微镜(图 6)。当水力裂缝扩展到谷物颗粒边界,骨折往往沿着粒子边界扩展,导致骨折重新定位或代骨折分支。这种现象是很难观察宏观裂缝表面。裂隙的生成符合band-shaped分布的声发射事件,即。,有大量的声发射信号在主骨折。

扫描电子显微镜下微裂缝形态。

band-distributed声发射事件和微裂缝分布表明液压骨折断裂地带具有一定宽度。根据原位应力状态和Chang-7页岩储层,储层力学性能实验结果表明,液压骨折Chang-7水库将遵循骨折带模式,这是不同于当前在鄂尔多斯盆地利用多级断裂模型。band-shaped骨折,主断裂生成二次骨折,进一步激活天然裂缝和诱导剪切破坏。宏观裂缝是垂直于最小主应力的方向。二次骨折和激活天然裂缝分布主要断裂形式的I型和II失败。

 3所示。调查三维地应力和裂缝参数优化 3.1。三维储层地质力学

地应力的大小和方向有重要影响的设计、实现和评价水力压裂。三维地质建模开始与地质模型,集成了多井1 d地质模型,采用三维地质工作流程建立专门针对页岩储层。有限元分析(外表)被用来建立一个三维地质模型,更准确地确定地应力场的三维空间分布。它结合地震、地质、测井核心,成像,和1 d地质模型,综合储层非均质性、各向异性应力场,和其他关键的3 d工程参数。本研究选择的矩形区域 2680年 米 × 5460年 米从X平台为研究目标。

3.1.1。三维有限元网格块

为了避免边界的干扰影响储层应力场的仿真结果,地质网格需要扩展在水平方向上,一般2到3次的飞机大小的地质模型;为了确保稳定的有限元模拟,扩展网格块的底层的形成基本上是与上覆地层一致。除了扩展网格,这个研究还增加了上覆岩层层,底层的岩层,和侧石层,覆盖范围从地面的深度约4200米。元素的总数是1053万,目标层网格的水平精度是20米,和垂直精度约为0.5 m。网格大小的表土、underburden和侧岩层在水库网站逐步过渡到粗网格。

 3.1.2。三维地质参数

测井数据和1 d 3 12直井和水平井的地质数据被用来执行3 d属性插值。首先,3 d模型插值得到 P 波时差, 年代 波时差,体积和密度属性。在此基础上,动态弹性参数计算,包括动态杨氏模量和动泊松比,和静态和动态转换执行获取静态弹性参数。岩石强度参数是根据公式计算获得在一维地质研究中,包括单轴抗压强度(UCS),抗拉强度(测试器)和内摩擦角(方),如图 7。

三维力学性能在这项研究。

杨氏模量

泊松比

单轴抗压强度

内摩擦角

图 8显示的比较1 d(红色)和三维地质参数(彩色),从左到右,杨氏模量和泊松比。可以看出,1 d和3 d地质参数有很好的一致性,从而验证的可靠性在3 d模型力学参数。

比较1 d(红线)和3 d(彩色)力学性能在这项研究。

 3.1.3。边界条件

水平地应力的价值主要受上覆压力、孔隙压力和构造事件。上覆岩层压力的影响反映在模型的密度和重力表土。孔隙压力的影响将反映输入三维孔隙压力的属性在有限元模拟卷。面貌的模拟、构造活动的影响体现为边界条件使用结构应变方法(构造应力系数),用于应用岩石变形引起的构造边界周围的行动模式。类似于一维地质模型,三维模型是基于长期陇东地区地质研究经验和使用0.00012和0.00242作为构造应变值最小和最大水平主应力的方向,分别。

 3.1.4。原位应力的仿真结果

图 9显示的比较1 d(黑线)和3 d(彩色)原位应力结果水平井。从左到右、上覆压力和最小和最大水平主应力中列出的顺序。可以看出,1 d和3 d原位应力模型显示良好的一致性。

比较的1 d(黑线)和3 d(彩色)地应力结果水平井。

的三维分布X平台如图 10。三维地应力分布与岩性有显著相关性。泥岩层的压力高,简单的控制裂缝延伸。砂岩的最小水平主应力约为32 MPa和泥岩大约是40 MPa。

三维分布的X平台。

 3.2。水力裂缝参数优化

由于独特的沉积特征在鄂尔多斯盆地页岩油储层,砂体具有强非均质性和良好的自然骨折。十二个水平井钻在X平台Chang-7的目标区域12和Chang-721井距的200 - 400米。优化是由考虑以下因素:压裂后的生产控制,自然骨折的影响,压力阴影和集群间距,舞台长度,长度,泥岩fracability,垂直应力屏蔽流体系统和流体/支撑剂卷。基于先前的研究在原位应力的分布,介绍了“影子”压力效应的研究multicluster断裂起始和扩张。这种效应更精确地描述近距离的水力压裂裂缝之间的竞争。

3.2.1之上。裂缝传播在不同集群间距

50 m水平截面选择具有良好储层的裂缝传播y集群的间距2.5米,5米,十米,15米,20米检查下固定液和支撑剂体积。穿孔位置和研究结果如图所示 11。

穿孔的位置和裂缝的几何图形。

图 11显示集群间距越小,越明显的应力骨折之间的干扰,和骨折的长度在某些穿孔集群非常有限,有些甚至不能引起裂缝。然而,在集群间距增加,多孔集群之间的压力干扰变得小得多,裂缝扩展是保证,长度增加。模拟水力裂缝几何参数如表所示 3。

水力裂缝几何参数在不同集群间距。

集群间距(m) 2.5 5 10 15 20.
集群数量 15 8 4 3 2
平均一半长度(米) 33.8 67.1 113.6 146.0 217.5
平均骨折电导率(md.m) 837年 818年 945年 1041年 1013年
3.2.2。产品在不同的集群间距

生产预测使用Petrel-IX模拟器进行基于断裂仿真结果(图 12)。可以看出,随着裂缝长度的增加,压强减少面积增加。撤军的压力区域进一步发展在数量的增加骨折。

压力下降在不同集群间距。

在一个固定的400井距,1年,3年,5年累计生产不同的集群间距绘制在图 13集群,显示5米间距导致累积产量最高,因此,优化集群间距在给定的条件下。

累计生产在不同的集群在400井的布置间距。

在一个固定的200井距,1年,3年,5年累计生产不同的集群间距绘制在图 14集群,这显示,5米间距导致累积产量最高,因此,优化集群间距在给定的条件下。

累计生产在不同的集群在200井的布置间距。

 3.2.3。阶段的长度和数量的集群

根据先前的全球非常规油气开发的经验,随着单级射孔集群的数量增加,比例不会导致产量增加的穿孔。穿孔集群的4、5、6会导致平均有效生产贡献的2.8,3.8,和3.1,分别。一般来说,当射孔集群超过5,3和4之间的有效的穿孔集群是集群平均和有效的穿孔集群的数量不会增加总量的增加穿孔集群(图 15)。因此,单级穿孔集群的数量Chang-7页岩储层刺激是建议不超过5。

单级集群的比较有效的集群在马塞勒斯,斯威尔,Eagleford,费耶特维尔,巴内特,伍德福德页岩 27]。

 4所示。优化设计的多级骨折方法考虑工程甜蜜点 4.1。控制因素和工程甜蜜点的识别

工程的评估的目的是选择最优层部分实现最优水力压裂储层治疗。综合甜蜜点的识别地质和工程在鄂尔多斯盆地进行了充分利用测井数据的基本参数( 16];流程图如下:

基本测井数据解释,包括泥浆含量、孔隙度、渗透率、含油饱和度、地应力和岩石力学性能

识别地质甜蜜点的解释泥内容、孔隙度、渗透率和含油饱和度

识别工程甜蜜点最低压力原理,通过分析脆性指数等力学参数

统计研究地质和工程参数的甜蜜点,建立分类标准

全面评估地质和工程甜运动来确定水力压裂的集成的甜蜜点

集成的甜蜜点识别是基于日志的解释和执行213油井生产数据,如表所示 4,类型I, II, III甜蜜点标记为红色,黄色和白色。这些符号 Φe,因此, σ h 、BI和Sh代表有效孔隙度、含油饱和度、最小水平应力脆性指数,分别和泥浆内容。识别方法应用于Y,识别结果如图 16。

集成的甜蜜点识别标准。

地质甜蜜点 Nonreservoir
我 二世 三世
工程甜蜜点 我 Φ e ≥ 5 % 年代 o ≥ 70年 % σ h ≤ 30. MPa B 我 ≥ 50 3 ≤ Φ e < 5 % 50 ≤ 所以 < 70年 % σ h ≤ 30. MPa BI ≥ 50 Φ e < 3 % 所以 < 50 % σ h ≤ 30. MPa BI ≥ 50 年代 h > 40 %
二世 Φ e ≥ 5 % 所以 ≥ 70年 % 30. < σ h ≤ 34 MPa 40 ≤ BI < 50 3 ≤ Φ e < 5 % 50 ≤ 所以 < 70年 % 30. < σ h ≤ 34 MPa 40 ≤ BI < 50 Φ e < 3 % 所以 < 50 % 30. < σ h ≤ 34 MPa 40 ≤ BI < 50
三世 Φ e ≥ 5 % 所以 ≥ 70年 % σ h > 34 MPa BI < 40 3 ≤ Φ e < 5 % 50 ≤ 所以 < 70年 % σ h > 34 MPa BI < 40 Φ e < 3 % 所以 < 50 % σ h > 34 MPa BI < 40

综合甜点识别Y。

 4.2。在多级水力压裂优化射孔

射孔优化多级水力压裂的主要因素之一,,关键是要实现最优匹配fracability穿孔和水库。集群的射孔优化需要一个合理的设计间距,集群的位置,和孔的数量,以确保最佳水库刺激。运营商提出了射孔设计专门定制Chang-7油藏的储层属性。

基于综合地质和工程甜点,集群的间距是有区别的。5 - 7米集群间距设计类型我甜蜜的斑点,在8 - 12 m集群间距为II型设计的甜蜜点

考虑的影响力学性能和地应力差异同时启动multicluster穿孔,有限的条目射孔技术用于实现有效起始multicluster骨折。36-45洞数量放置在一个穿孔的集群

多集群射孔方案的设计始于水平截面划分成阶段,其次是穿孔的选择方法。穿孔的位置是由考试决定地质甜蜜点,根据工程甜蜜点,调整和优化数字的洞。一个典型的射孔优化的例子,Y是如图 17。

射孔优化的例子,Y。

 5。现场应用和结果评估

该优化方法应用于174井,平均横向长度1706米,分为22个阶段94集群。的平均断裂流体体积是28294米3,在10 - 15米3以3146米/分钟,支撑剂使用量3。裂缝间距5 - 15米,裂缝密度7.8断裂/ 100。最支离破碎阶段是48和248集群,和最高的液体和支撑剂体积是72000米3和12000吨,分别。Mircoseismic监测显示体积最小化如果水库,水库SRV很大程度上刺激了超过90%。最初的压裂后的生产从10吨/天增加到16.8吨/天。第一年累计产量达到4680吨,下降率从42.5%下降到27.8%。第三年累计产量估计为8766吨。水平井横向长度为1500米和400米的井距可以生产24000吨的欧元/投资回报率为9.11%。

 6。结论

Band-shaped骨折中创建Chang-7页岩油储层刺激。主断裂生成二次骨折,进一步激活天然裂缝和诱导剪切破坏。宏观裂缝垂直于最小主应力。二次骨折和激活天然裂缝分布主要断裂形式的I型和II失败

目前压裂设计方案的有效发展Chang-7水库已经形成根据裂缝参数优化和页岩油储层的设计基础治疗

基于页岩储层分类和评估,本研究建立了一个multicluster水平井射孔优化技术在页岩储层的目标完全启动多个集群,充分利用骨折甜蜜点

提出优化方法应用于现场操作和生产改进

数据可用性

数据请求。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

这项研究是由“鄂尔多斯盆地致密油发展示范项目”(2017 zx05069),“低渗透储层开发示范项目在鄂尔多斯盆地”(2016 zx05050),和“致密油积累、勘探和开发”(2016 zx05046)。

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