文摘
商业生产低渗储层的含烃通常需要使用水平井和水力压裂流体扩散系数的改进的矩阵。水力压裂过程包括粘性流体的注入裂缝起始和传播,这改变了多孔弹性行为,导致压裂形成干扰。以前的建模研究通常集中在压裂的影响干扰multicluster断裂几何学,而水平井的相关的生产力并不深入研究。本研究提出了一种工作流建模,利用丰富的野外数据包括岩石物性、地质和水力压裂数据。它是用来量化与水平井压裂干扰及其相关的生产力。它涉及有限元及有限差分方法的数字化裂缝延伸机理和多孔介质流问题。平面多级骨折及其合成水平生产力量化建模工作流。结果表明,较小的数字集群的每个阶段,间距近阶段,甚至降低压裂液注入利率促进经济增长集群和阶段,降低压裂裂缝的干扰。压裂建模结果通常与生产率有关建模结果,而场景压裂较强干扰和大刺激体积/地区仍然可以产生更好的生产力。本研究建立了水平井压裂干扰和生产率之间的定量关系。 It provides insights into the prediction of horizontal well productivity based on fracturing design parameters.
1。介绍
在低渗透油藏油井轴承碳氢化合物通常具有低生产率是碳氢化合物很难有效地流动。因此,水平井和液压骨折通常用于提高井筒和矩阵之间的联系(1- - - - - -6]。由于多级和multicluster水力压裂促进建立复杂的裂缝网络,这种类型的压裂技术是广泛应用于页岩油储层等非常规储层的开发(7- - - - - -9]。然而,由于压力变化引起的水力裂缝起始和传播、多级和multicluster影响水力压裂压力干扰和断裂的几何网络的负面影响。它会导致水力裂缝增长和非均匀分布不均断裂网络(9]。水平井裂缝质量直接关系到生产力,它是有意义的定量理解水平井水力压裂压力干扰和生产力之间的关系。为了量化应力干涉水力压裂和生产之间的关系断裂的性能水平,重要的是描述断裂力学在水力压裂水平井和流体在多孔介质损耗。
建立一个高效、可靠的建模方法的时间和空间演化压力、水力裂缝宽度和路径,压力,和碳氢化合物的生产,可以采用适当的建模技术。在地质媒体中,多相流体在多孔介质中流动。含烃水库通常由岩石非均质性特征,断裂和unfractured媒体中扮演重要角色压力和压力的评价演进[10,11]。在此类问题,系数矩阵在数值系统的多个时间步骤通常是巨大的,和成分和多相流模型的使用和multiporosity假设进一步增加的复杂性,导致更高的计算成本12- - - - - -14]。因此,准确建模的压力干扰和水平井多级压裂效率应该专门调查。
水力压裂是使用高压流体注入储层岩石,形成骨折导率高。这使它更容易为储层流体流入井筒,从而增加石油和天然气生产。这个过程可以激活天然裂缝,增加裂缝网络的复杂性。理解和优化水力压裂参数,研究人员提出了许多数学模型的仿真液压骨折。早期的研究一般认为简化使用2 d平面应变假设断裂的几何图形。广泛使用Khristinaovic-Geertsma-de德克勒克颁奖(KGD)模型和Perkins-Kern-Nordgren(波兰)模型计算断裂几何图形在二维平面,计算和裂缝宽度分布比例的高度(长度15- - - - - -18]。2 d和3 d模型推导,和地应力的影响,流体成立(19- - - - - -21]。
工业化开采页岩气和页岩油储层需要更复杂的模型描述过程的多级和multicluster水力压裂。在这个过程中,有必要考虑应力场的演化的影响有级间和intercluster干扰。因此,液压骨折可以生成非均匀半身像。可以生成空间的断裂和非对称几何形状的影响下压力干扰以及[22,23]。同时增加骨折之间的干扰可以通过减少加剧了裂缝间距,和一个最小间距应确定好压裂质量(24]。优化液压fracture-related参数包括压裂时机和集群的位置确定在reservoir-geomechanics-fracturing工作流production-induced应力状态改变的影响也被认为是(25,26]。除了数值模拟,三轴测试通常用于实验室物理理解压裂起始和传播过程27,28]。监测技术也在发展,以更好地了解和页岩储层裂缝的几何形状29日,30.]。
成立后的液压骨折在水平井中,数值模拟技术是用于计算低渗透储层的流体井筒[31日]。应力敏感性有时纳入水库模拟器和生产预测被poroelasticity影响。通常,考虑地质效应倾向于减少预测生产(32,33]。在另一个油藏模拟模型,Moradi et al。34)指出,骨折孔径的变化大大改变模拟生产速度。
先前的研究通常集中在应力干涉现象在多个液压骨折的传播,和量化这种现象对水平井产能的影响还没有被彻底调查。本研究采用水力压裂油藏建模和模拟技术,提出了一种建模工作流量化水平井压力干扰和生产力之间的关系。参数研究也调查阶段和集群参数对水平井的生产力。此工作流为水力压裂参数的优化提供了一个参考基于水平井压裂质量和生产率的建模。
2。方法
建模方法,结合水力压裂组成的工作流建模和多孔介质流。有限元方法用于建立数值模型。裂缝延伸、地质响应和流体流动都考虑。
应力张量的动量平衡用于描述岩石变形。
岩石变形问题的边界条件有三种类型。他们是压力边界,边界的压力,位移边界: 在哪里代表单位法向量,代表了牵引边界, 表示压力边界代表了位移边界。
泊肃叶定律是用来计算不可压缩骨折压裂液流如下:
在方程(5),裂缝宽度的位置吗 ; 是压力;粘度;是流量(35]。然后,润滑方程可以用来描述裂缝的质量平衡流如下: 在哪里裂缝宽度,是流量,是流体在裂缝流损失。
流体滤失进入主岩可以计算如下: 在哪里滤失系数,骨折的压力,在形成压力。
断裂机理,正常和剪切应力traction-separation方法描述如下: 在哪里 , ,和代表正常和剪切应力组件;代表了伤害。一旦开始断裂,破坏因素逐渐增加,裂缝延伸可以描述(36]。
两阶段黑油模型用于计算采用水力压裂水平井的生产。质量平衡方程如下: 在哪里和油和水的饱和度值,和是油和水的密度,孔隙度,水槽/源项,是时间。的条款 和 描述的积累油和水在多孔介质流。 和 代表了通量。
达西定律被广泛用于流体在多孔介质流流速较低。使用它在这个模型如下: 在哪里相对渗透率,粘度,是速度,磁导率,是重力加速度,是深度。在这个模型中,假定液压断裂网络是完全支持和裂缝渗透率表示骨折电导率规定。
把达西定律和质量平衡, 在更详细的形式的流体扩散系数。
在两阶段黑油模型中,水和油饱和度之间的关系和初始水槽/源率可以写成:
假设的基础上稍微可压缩流体的水库,水的压缩性和石油可以被定义为 和 。
数值处理,可以获得一个矩阵形式如下:
初始条件和边界条件需要解决多孔介质流问题。
一个初始条件如下:
边界条件如下: 在哪里速度是一个张量。方程(21)代表一个流体流动问题的边界条件。
3所示。建模研究
合成场景的发展建立了页岩油储层数值模拟研究。建模参数合成情况下是基于现实的准噶尔盆地,中国西北(37]。表1记录相关的建模参数表时水力压裂2显示了建模的参数在储层模拟裂缝水平井的生产。
在工作流建模,从一段压裂和生产水平井筒。在基本情况下,完全四个阶段在水平井筒采用水力压裂法。在每一个阶段,有三种断裂集群。压裂液注入12米3 /分钟每阶段使用。基本情况断裂阶段间距是60米。水力压裂参数研究,塔板数的影响,集群数量,舞台间距,和注射量是量化。然后,水平井生产和孔隙压力损耗在储层对应于每个水力压裂模拟场景。因此,干涉水力压裂压力之间的关系和生产力可以量化使用此工作流。
除了水力压裂建模和生产力建模在上述基本情况,几个参数也进行了研究。断裂的影响参数研究的阶段和集群,两个场景。一个场景在每个阶段两个阶段和六个集群,和其他场景与四个集群在每个阶段三个阶段。在参数研究断裂阶段间距的影响,另一个两个场景舞台40米、60米的间距。在参数研究压裂液注入率每阶段的影响,10米的两个场景3/分钟,14米3/分钟建模。
3.1。水力压裂法建模
在本节中,断裂阶段/集群数量的影响,间距,和压裂液注入速度的传播水力裂缝网络建模。由此产生的裂缝长度、裂缝宽度、裂缝面积,体积和裂缝。相关的压力演进进行了讨论。
3.1.1。断裂阶段和集群
三种断裂阶段的场景和集群设计建模。完全12集群保持为一个常数,而集群数量在每个阶段3、4和6。其他压裂参数保持不变。图1显示了非均匀水力裂缝水平井的三个不同的阶段和集群数据。一般来说,four-cluster设计水力裂缝增长最不均匀导致井筒,两个外骨折集群超过内部断裂集群。注意阶段间距保持在60米所有的场景。更好的量化阶段和集群的影响在非均匀裂缝长度设计,人物2是绘制每个集群断裂的长度是酒吧。在图2,标签,D代表四个断裂阶段,和1 - 3代表集群在一个阶段。请注意,代表第一破碎阶段虽然D是最后阶段破碎的多级压裂工作。同样,标签E J代表六断裂阶段另一个设计,1到2两个集群在每个阶段。K M 4-cluster场景中的三个阶段。基于详细的断裂长度的结果,它是指出,在每个阶段,当集群数量超过两个内骨折总是短于外骨折。这表明应力干涉同时抑制增长集群内部裂缝的发展,使骨折外更有竞争力的断裂传播(38]。2-cluster场景导致断裂长度分布更均匀。这表明减少集群在每个阶段可以降低压力干扰影响骨折的异构增长集群。在这种情况下,每次都只有两个骨折同时增长。因此,集群之间的干扰降低,导致更均匀增长的骨折。4-cluster场景,因为四个骨折集群竞争的同步增长,抑制内骨折变得更加明显。此外,平均裂缝长度最短4-cluster场景。
一般来说,个体的断裂长度最长骨折在第一阶段获得3-cluster场景。这表明第一阶段不如阶段断裂的级间干扰的影响。此外,2-cluster, 3-cluster, 4-cluster场景,它指出,第一阶段已经非常对称的骨折,表明干扰不生效,除非有顺序破碎阶段。级间压力干扰是4-cluster场景中,最重要的是第二和第三阶段有较低的断裂长度。这些结果表明,级间干扰对水力压裂干扰增加集群的数量在每一个阶段。然而,它指出,尽管减少集群的数量在每个阶段帮助形成统一的裂缝网络,它可能增加的成本压裂操作和压裂时间。
图3介绍了断裂的演化体积和裂缝面积在多级压裂施工具有不同裂缝阶段和集群的设计。这有助于提高之间的关系的理解阶段和集群设计和裂缝质量。在这些结果,循序渐进的趋势是很明显的阶段顺序骨折的手术。最后断裂卷3-cluster和2-cluster场景非常相似,而选择4-cluster设计导致断裂的最低体积。这是直接证据,提高压裂干扰减少了最终断裂网络质量。根据断裂区域结果,骨折2-cluster场景有最好的质量和3-cluster场景中间质量。再次,4-cluster场景导致裂缝质量最低。注意,从3-cluster 2-cluster设计增加骨折之间的接触面积和低渗透矩阵,暗示一种改进压裂的性能。
3.1.2。断裂阶段间距
在本节中,断裂阶段的影响水力裂缝质量调查。三个阶段40米的间距,60 m, 80是研究而其他fracturing-related参数一样的基本情况如表1。
图4描述了裂缝几何图形间距从三个不同的阶段。注意集群间距在每个阶段中保持相同的参数研究。一般来说,当舞台间距减少到40米,更非均匀裂缝长度模式出现。相比之下,当舞台间距增加到80,一个相当均匀分布的裂缝长度。然而,指出,内部裂缝增长总是被压裂即使间距很大干扰。这意味着抑制内部断裂是由intercluster干扰而不是级间干扰引起的。
图5记录每个集群的断裂长度的比较场景与不同阶段间距。因为所有三个场景有相同的阶段四,标签,D是用来表示四个阶段,每个阶段有三个集群。根据断裂长度结果,舞台间距的影响不太单调。集群阶段间距和断裂长度之间的关系还不清楚。
图6显示了时间的变化体积和骨折骨折区四压裂。每个阶段的压裂导致断裂的体积和面积大幅增加。破碎体积结果表明,80米间距导致最大的体积,而60米间距断裂的最低体积。断裂区域结果表明,最高40米间距导致断裂的区域。
3.1.3。压裂液注入量
压裂液注入率是水力压裂设计的关键参数的操作。它直接控制的流体注入骨折,用于建立网络裂缝延伸压力。在这项研究中,三个流体注入10米3/分钟,12米3/分钟,14米3模拟/分钟。其他参数都是相同的基本情况。几何图形如图7。相对于压裂液注入率10米3/分钟和12米3/分钟,压裂液注入率14米3/分钟导致更多的非均匀裂缝几何,和非均匀长度是更重要的在第一和第二阶段之间。这表明,注射速率的增加导致更不均裂缝网络,和增加注射速率对应于高架压裂水力压裂阶段之间的干扰。
图8显示了裂缝长度的cluster-by-cluster比较各种流体注入率。注入量之间的相关性和裂缝长度是在第一阶段(阶段),在第一阶段,断裂长度最长的注射速率时得到14米3/分钟,断裂长度减少注射速率下降。总的趋势是相同的阶段B D,而振荡断裂长度。这是由不均匀引起的断裂机理的仿真结果。
在图9,逐步提高破碎体积和面积对压裂绘制时间。在这些结果中,注入量之间的相关性和破碎体积/区域是明确的。压裂液注入的增加,逐步断裂的体积和面积和最后断裂的体积和面积均增加。由于总注入时间常数,提高压裂液注射速率对应于一个更大的体积的液体注入裂缝萌生和扩展的骨折。
基于这些参数研究断裂的影响/集群设计阶段,阶段间距,和压裂液注入率、阶段间距影响不如阶段/集群设计和注射速率。减少集群数量每阶段和阶段间距的增加有助于建立更均匀传播骨折。注射速率的增加可以提高级间压裂的干涉使断裂长度更不均匀,而更大的注射速率提高了整体断裂的体积和面积。
本节研究量化水平井水力裂缝几何图形,以及压裂的影响干扰研究断裂的几何学。然而,水平井产量的调查需要结果超过断裂几何学和productivity-related参数如孔隙压力和油气生产应该量化。
3.2。生产力的建模
在前面的小节中,断裂几何学,断裂的体积和面积,断裂长度作为变量来表示压裂干扰的影响。进一步研究水平井生产力,油藏模拟技术用于计算水平井的生产与不同的水力裂缝几何图形在前面获得压裂建模。因此,水平井压裂干扰和生产力之间的关系可以建立起来。在建模过程中,在每个骨折骨折电导率是假定为常数,不随时间改变。骨折电导率计算裂缝宽度的乘积和一个常数裂缝渗透率值。建模参数如表所示2。生产力超过2年的生产报告。数据10和11比较油的累积生产2年以上与三个不同的水平井集群和舞台设计,舞台间距,和液体喷射率。
在图10与两个集群,使用六个阶段每个阶段导致累积产量最高。这是因为这一战略压裂最低干扰,甚至可能会导致损耗在低渗透储层。使用四个阶段的三个集群的每个阶段(基本情况)导致中间累计生产性能。相比之下,在每个阶段中使用四个集群导致更低的累积石油产量曲线。结合数据结果1和2,它是指出,使用四个集群阶段很大程度上抑制裂缝的发展,尤其是对每个阶段的两个内骨折。在这个场景中,平均裂缝长度是最低的,导致降低生产性能。
在图12、舞台空间如何影响累计生产从水平井。一般来说,舞台间距的效果大不如阶段和集群设计和累积产量结果的差异较小。60米间距收益率的基本情况累积产量最高,而40米的舞台间距最低累计生产。基于观测数据4和540米的间距,减少阶段加强压裂干扰和导致不均匀裂缝长度,在抑制某些骨折的增长也增加了。
累计石油产品从水平井三在水力压裂过程中压裂液注入率比较图11。直觉上,注射速率对应于最大的累积产量最高,最低的注射速率导致最小的累积产量,这也是与裂缝几何形状和长度的数据7和8。
基于生产力建模、水平井裂缝几何和生产力可以一般相关:较长的水平井裂缝长度和较弱的压裂累积干扰通常高于生产。然而,从多个水力压裂水平井产量的差异由水力压裂设计方案不能直接量化建模,而储层模拟被用来获取详细的累积石油产量的差异。
4所示。讨论
注意,在这个建模研究中,平面液压骨折被认为虽然也可以非平面的液压骨折多级水力裂缝水平井中产生。空间的裂缝建模可以更好地量化的影响压力干扰合成水力裂缝几何图形。例如,弯曲骨折和不均匀的长度可以获得使用此建模技术。然而,这项研究的重点是对水平井压力干扰和生产力之间的关系。如图13水力裂缝几何图形,直接控制排水区域。经过三个月的损耗、压降方面大约有10米远离骨折,表明这个区域中的碳氢化合物被生产。因此,裂缝长度和流域共同治理合成水平井的生产力。在这个工作流,非平面的曲率的影响液压骨折对水平井产量被削弱。结果,虽然平面裂缝建模用于这项研究不能描述如何弯曲骨折压力干扰,获得的裂缝分布不均,影响裂缝长度和合成排水面积仍然是荣幸。
5。结论
在这个建模研究中,基于数值模拟工作流程,在多级压裂干扰之间的关系建立了水平井水力压裂和生产力,这是这项研究的主要贡献。使用水力裂缝几何图形量化压裂干扰对生产率的影响并不全面。基于断裂几何图形建模包括断裂长度、断裂的体积,和破碎区,估计可以获得的生产力。然而,定量的理解应该获得使用一个更全面的工作流建模包括压裂建模和生产力。总之,(1)减少集群的数量在一个阶段,两个阶段之间的间距,增加和减少压裂液注入率有助于降低多级压裂干扰的负面影响,multicluster压裂(2)体积和骨折骨折区域参数指示刺激储集层体积的大小/区域。它们通常与裂缝长度。断裂的演化模式体积和面积是高度分段,按顺序对应于断裂阶段的现场操作(3)生产力的建模结果通常与压裂建模的结果。然而,生产力建模能够提供定量的差异累积生产,直接显示了压裂水平井生产干扰性能的影响
命名法
| : | 应力张量 |
| : | 单位法向量 |
| : | 牵引边界 |
| : | 压力,爸爸 |
| : | 位移矢量 |
| : | 裂缝宽度,米 |
| : | 粘度、cP |
| : | 含油饱和度 |
| : | 水饱和度 |
| : | 石油密度,公斤/米3 |
| : | 水的密度,公斤/米3 |
| : | 孔隙度 |
| : | 时间,年代 |
| : | 速度,m / s |
| : | 渗透率、米2 |
| : | 重力加速度,m / s2 |
| : | 水的压缩系数,1 / Pa |
| : | 原油压缩系数,1 / Pa。 |
数据可用性
可用的数据联系相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突
确认
作者承认金融支持中国国家自然科学基金(51904314号,51991362号,没有。U19B6003-05),基础研究基金为中央大学(排名2462018 yjrc031),和中国研究基金会Petroleum-Beijing大学克拉玛依(没有。XQZX20200009)。