一种结合监测压力信号诊断压裂裂缝缝高控制效果的方法

本发明涉及油气藏开发水力压裂，特别涉及一种结合监测压力信号诊断压裂裂缝缝高控制效果的方法。

背景技术：

1、我国的非常规油气资源储量丰富，高效开发这些非常规油气资源对满足国家能源需求和保障能源安全具有重要的现实意义和战略意义。然而，这类油气藏的储层岩石普遍具有极低的孔隙度和渗透率，需要开展大规模水力压裂进行增产改造，形成高导流裂缝以提高油气采收率。决定水力压裂作业成功与否的关键难题之一是裂缝高度的精确控制。在压裂作业时，水力裂缝在储层中的延伸高度越大，所动用的油气资源就越充分，压后产量越高。然而，一旦水力裂缝过度延伸到非储层甚至含水层，又会极大地伤害增产改造效果：轻则浪费压裂液和支撑剂，重则引发井筒水淹等严重问题。现场工程师往往通过调整压裂设计或者投放控缝高暂堵剂等措施来控制裂缝高度，但往往缺乏这些措施的反馈信息，难以开展进一步优化。因此，如何准确评估压裂过程中裂缝缝高的控制效果对开展压裂工艺优化设计并提高增产改造效果至关重要。

2、目前，诸多学者开展了工程参数、岩石力学特性以及层间应力差异对裂缝高度增长的相关研究。然而，水力裂缝高度控制是一个涉及岩石变形、孔隙流体渗流以及裂缝延伸的流固耦合问题，仅考虑上述这些因素，预测的裂缝高度往往会高于实际裂缝高度：近年来的大量现场监测数据表明，水力裂缝易于受到非常规油气储层中广泛发育的近水平层理所影响，其纵向扩展受到较强抑制，导致高度受限。但是，现有压裂缝高诊断技术中较少考虑近水平层理对裂缝高度扩展的影响，因此难以用于准确评估不同压裂设计下的裂缝高度控制效果。对此，亟需一种综合考虑近水平层理影响的缝高控制效果评价诊断方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明旨在提供一种结合监测压力信号诊断压裂裂缝缝高控制效果的方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种结合监测压力信号诊断压裂裂缝缝高控制效果的方法，包括以下步骤：

4、s1：获取目标油气井的工程数据与地质数据，令累计压裂时间表示为t，并设置模拟计算的时间步长为δt，初始状态的参考压力pr=0pa，初始状态的缝高增长时间tp=0s；

5、s2：计算在累计压裂时间t时的裂缝缝口流体压力pfrac和缝口流体压力双对数斜率n，基于层理倾角计算层理破裂压力pe；

6、s3：根据所述裂缝缝口流体压力pfrac、缝口流体压力双对数斜率n以及所述层理破裂压力pe判断水力裂缝高度在累计压裂时间t时是否增长：

7、若pfrac＞pe且|n|＜0.1，则水力裂缝高度在累计压裂时间t时没有增长；

8、若pfrac≤pe或|n|≥0.1，则水力裂缝高度在累计压裂时间t时发生增长，更新缝高增长时间tp=tp+δt，并更新参考压力pr=pfrac；

9、s4：根据累计压裂时间t与水力压裂总时间ta判断压裂施工作业是否结束：

10、若t＜ta，则压裂施工作业未结束，更新累计压裂时间t=t+δt，并重复步骤s2-s4；

11、若t≥ta，则压裂施工作业结束，进入步骤s5；

12、s5：计算缝高增长时间tp占水力压裂总时间ta的比例g，并根据所述比例g诊断压裂裂缝缝高控制效果，所述比例g越小，压裂裂缝缝高控制效果越好。

13、作为优选，步骤s1中，所述工程数据包括油气井口到目标压裂段的井筒长度lw、油气井口到目标压裂段的静液柱压力pg、井筒内径d、目标压裂段内射孔簇数n、射孔簇孔数m、射孔簇孔径dp、压裂液总排量q、压裂液黏度μ、压裂液密度ρ、稠化剂浓度gc、支撑剂浓度gp和水力压裂总时间ta；

14、所述地质数据包括水平最小主应力σmin、垂向应力σh、层理倾角α、层理抗张强度rt。

15、作为优选，步骤s2中，在累计压裂时间t时的裂缝缝口流体压力pfrac通过下式进行计算：

16、（1）

17、式中：pfrac为累计压裂时间t时的裂缝缝口流体压力，pa；ps为目标压裂段处的井筒内压力，pa；ρ为压裂液密度，kg/m3；q为射孔簇的压裂液排量，m3/s；m为射孔簇孔数，无因次；dp为射孔簇射孔孔径，m；

18、在累计压裂时间t时的缝口流体压力双对数斜率n通过下式进行计算：

19、（2）

20、式中：n为缝口流体压力双对数斜率，无因次；pr为参考压力，pa；δt为时间步长，s；

21、层理破裂压力pe通过下式进行计算：

22、（3）

23、式中：pe为层理破裂压力，pa；σmin为水平最小主应力，pa；σh为垂向应力，pa；α为层理倾角，rad；rt为层理抗张强度，pa。

24、作为优选，所述目标压裂段处的井筒内压力ps通过下式进行计算：

25、（4）

26、式中：po为监测得到的井口压力，pa；pf为压裂液沿途井筒摩擦阻力，pa；pg为油气井口到目标压裂段的井筒静液柱压力，pa。

27、作为优选，所述压裂液沿途井筒摩擦阻力pf通过下式进行计算：

28、（5）

29、式中：σ为降阻比，无因次；pc为清水沿途井筒摩擦阻力，pa。

30、作为优选，所述降阻比σ通过下式进行计算：

31、（6）

32、式中：u为井筒内压裂液流速，m/s；gc为稠化剂浓度，kg/m3；gp为支撑剂浓度，kg/m3；

33、所述清水沿途井筒摩擦阻力pc通过下式进行计算：

34、（7）

35、式中：f为范宁摩阻系数，无因次；u为井筒内压裂液流速，m/s；lw为油气井口到目标压裂段的井筒长度，m；d为井筒内径，m。

36、作为优选，所述范宁摩阻系数f通过下式进行计算：

37、（8）

38、（9）

39、式中：re为压裂液流动的雷诺数，无因次；μ为压裂液黏度，pa·s。

40、作为优选，所述井筒内压裂液流速u通过下式进行计算：

41、（10）

42、式中：q为压裂液总排量，m3/s。

43、作为优选，所述射孔簇的压裂液排量q通过下式进行计算：

44、（11）

45、式中：q为压裂液总排量，m3/s；n为目标压裂段内射孔簇数，无因次。

46、作为优选，步骤s5中，根据所述比例g诊断压裂裂缝缝高控制效果时，设置压裂裂缝缝高控制效果的阈值，包括阈值一和大于所述阈值一的阈值二，具体诊断标准为：

47、若g≤阈值一，则压裂裂缝缝高控制效果较好；

48、若阈值一＜g≤阈值二，则压裂裂缝缝高控制效果中等；

49、若g＞阈值二，则压裂裂缝缝高控制效果较差。

50、本发明的有益效果是：

51、1、本发明综合考虑了水力压裂过程中井筒摩阻、射孔及缝内流体压降、层理强度以及层理断裂模式等多种因素对裂缝高度扩展的影响，能够使得压裂裂缝缝高控制效果的诊断结果更加符合实际工况。

52、2、本发明结合监测压力信号，计算缝口流体压力双对数斜率和层理破坏条件，开展综合分析并诊断裂缝高度是否受抑制，具有客观性。

53、3、本发明方法简单且计算量小，可以高效诊断特定压裂设计、地质条件下裂缝的高度增长情况，为后续井开展裂缝高度控制的工艺优化设计提供帮助。