確定低滲透非均質(zhì)氣藏壓裂水平井裂縫參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種確定低滲透非均質(zhì)氣藏壓裂水 平井裂縫參數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低滲透氣藏突出表現(xiàn)為儲層滲透率平面橫向非均質(zhì)性的特點，通過對低滲透氣 藏水平井分段壓裂可以顯著提高產(chǎn)量，此時裂縫內(nèi)又表現(xiàn)出高速非達西流特點。在對低滲 透氣藏壓裂水平井裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計時，必須綜合考慮滲透率非均質(zhì)性和裂縫內(nèi)高速非達 西流等因素的影響。目前壓裂水平井裂縫參數(shù)設(shè)計方法主要有電模擬實驗方法、解析-半 解析方法和數(shù)值模擬方法等。
[0003] 電模擬方法和解析-半解析方法主要通過儲層滲透率加權(quán)平均方法將取滲透率 為平均值，即視儲層為均質(zhì)，并未考慮儲層平面橫向非均質(zhì)性特征；數(shù)值模擬方法可以考慮 儲層的橫向非均質(zhì)性，但不能考慮裂縫內(nèi)高速非達西流特征，且運用該方法時，需要大量儲 層數(shù)據(jù)，計算速度也比較慢。因此針對橫向低滲透非均質(zhì)氣藏，同時考慮裂縫內(nèi)高速非達西 流影響，急需一種快速高效的裂縫參數(shù)設(shè)計方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮低滲透氣藏非均質(zhì)性 特征和壓裂水平井裂縫中存在高速非達西流的綜合影響。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本申請公開了一種確定低滲透非均質(zhì)氣藏壓裂水平井裂 縫參數(shù)的方法，包括以下步驟：
[0006] 1)分別收集儲層物性、流體性質(zhì)、水平井筒、支撐劑性質(zhì)的基本參數(shù)；
[0007] 2)按橫向滲透率分布情況，將非均質(zhì)氣藏沿水平井筒長度方向劃分成至少兩個均 質(zhì)的滲流帶，所述滲流帶含有人工裂縫；
[0008] 3)建立含有人工裂縫滲透帶的壓裂裂縫物理模型及裂縫參數(shù)評價的數(shù)學(xué)模型；
[0009] 4)修正所述步驟3)中裂縫內(nèi)高速非達西流動的有效滲透率；
[0010] 5)建立考慮裂縫高速非達西流的裂縫產(chǎn)量模型，建立非均質(zhì)氣藏壓裂水平井裂縫 參數(shù)的設(shè)計圖版；
[0011] 6)確定低滲透非均質(zhì)氣藏壓裂水平井裂縫參數(shù)。
[0012] 進一步的，所述步驟1)中，所述儲層物性、流體性質(zhì)、水平井筒、支撐劑性質(zhì)的基 本參數(shù)包括：氣藏厚度、寬度，各滲透帶滲透率、長度；氣體粘度、偏差因子、相對密度；儲層 溫度、平均壓力、擬穩(wěn)態(tài)時產(chǎn)量及水平井井筒壓力；初始支撐滲透率。
[0013] 進一步的，所述步驟2)將非均質(zhì)氣藏沿水平井筒長度方向劃分成至少兩個均質(zhì) 的滲透帶的方法為：根據(jù)儲層在水平井筒長度方向上滲透率的差異，將滲透率相等的儲層 劃分成同一個滲透帶，滲透率較低的視為阻礙氣體流動的隔層。
[0014] 進一步的，步驟3)所述的建立含有人工裂縫滲透帶的壓裂裂縫物理模型（下述步 驟a)及裂縫參數(shù)設(shè)計的數(shù)學(xué)模型（下述步驟b-d)的方法包括以下步驟：
[0015] a、將非均質(zhì)氣藏壓裂水平井看作很多相似的均質(zhì)滲透帶組成，每個滲流帶均關(guān)于 水平井筒和裂縫呈對稱關(guān)系，以第1個滲流帶中四分之一為研究對象，將裂縫等分為nw個 小段；
[0016] b、基于基質(zhì)流動方程，計算裂縫中任意兩點之間的流動壓差，利用直接邊界元法， 由于nw小段點源影響，氣藏與第i小段點源擬穩(wěn)態(tài)壓降為：
[0018] 氣藏與第j小段點源擬穩(wěn)態(tài)壓降為：
[0020] 第i段和第j段的擬穩(wěn)態(tài)壓降相減，當(dāng)i = l，j = 2時，得裂縫中第1段和第2段 流動壓降為：
[0022] 式中：ΔΡει ι、ΔΡει ]分別為氣藏與第i小段和第j小段的擬穩(wěn)態(tài)壓降，ΔΡκ>$ 基于基質(zhì)流動的第2小段和第1小段的流動壓降，單位為MPa ; α = 774. 6,為常數(shù)；μ為 氣體粘度，單位為mPa·s ;Ζ為氣體偏差因子，無量綱；T為氣藏溫度，單位為K ;knl為第1滲 透帶基質(zhì)滲透率，單位為mD ;h為氣藏厚度，單位為m ;nw為半長裂縫等分的段數(shù)；a [0i, Wj] 為第j段對第i段的影響函數(shù)，w為觀察點，〇為源點；
[0023] c、基于裂縫內(nèi)流動，計算裂縫中相鄰小段的流動壓差，針對裂縫內(nèi)高速非達西流， 將高速非達西處理為達西流，根據(jù)達西定律得到裂縫內(nèi)流動偏微分方程：
[0025] 通過第1段和第2段裂縫間流量為第2段至第nw段總的流量，則基于裂縫流動， 第1段和第2段流動壓降為：
[0027] 式中：Apf^1為基于裂縫流動的第2小段和第1小段的流動壓降，單位為MPa 為裂縫內(nèi)考慮高速非達西流后有效滲透率，單位為mD UcinXcii^v別為第1點和第2點位置， 單位為m ;
[0028] d、計算裂縫流量與裂縫參數(shù)間相互關(guān)系
[0029] 式（3)和式（5)均為第1段和第2段的流動壓差，兩式相減得到各段流量與裂縫 參數(shù)間關(guān)系為：
[0031] 將各段流量、位置、裂縫半長、裂縫導(dǎo)流能力、支撐劑規(guī)模無因次化
[0037] 得到裂縫各段流量與裂縫參數(shù)間的無因次關(guān)系：
[0039] 式中，BgS氣體體積系數(shù)，無因次；qDl為第i段裂縫無因次流量，無因次；ρ_和p wf 分別為氣藏平均壓力和水平井筒壓力，單位為MPa ;xDl為第i段無因次位置；I分別為 滲透帶寬度和長度，單位為m ;xf、wf分別為裂縫半長、裂縫寬度，單位為m ;kf(；為裂縫內(nèi)考慮 高速非達西流時的有效滲透率，單位為mD ;IXS裂縫穿透比；C f：te、Nlre分別為裂縫內(nèi)考慮高 速非達西流無因次有效導(dǎo)流能力和有效支撐劑指數(shù)；v p、\分別為支撐劑支撐裂縫體積和 滲透帶體積，單位為m3;
[0040] 同理當(dāng) i = 2, j = 3、i = 3, j = 4、…、i = nw-1，j = nw 時，可得其余 nw-2 個 相鄰裂縫段關(guān)系式，得nw-1個各段裂縫流量與裂縫參數(shù)無因次關(guān)系式，最后一個表達式為 第1段到水平井筒壓降，即可得nw個線性方程組，求解nw段裂縫無因次流量（q D1、qD2、···· qDnw)與裂縫參數(shù)關(guān)系；
[0041]
[0046] 每條裂縫無因次產(chǎn)量為所有裂縫段無因次流量和的4倍，整條裂縫無因次產(chǎn)量表 達式：
[0048] 式中：Jd為整條裂縫無因次產(chǎn)量指數(shù)。
[0049] 進一步的，所述步驟4)利用迭代方法，通過雷諾數(shù)修正裂縫內(nèi)有效滲透率，將高 速非達西流處理為達西流，包括以下步驟：
[0050] e、假設(shè)初始雷諾數(shù)為Nltel為零，根據(jù)裂縫有效滲透率與雷諾數(shù)關(guān)系，得初始裂縫有 效滲透率：
[0052] 式中：kf、kfel分別為支撐裂縫初始滲透率和初始有效滲透率，單位為mD ;N Rel為假 設(shè)初始雷諾數(shù)，取值為零；
[0053] f、根據(jù)支撐劑指數(shù)表達式（式11)，代入初始裂縫有效滲透率，得初始有效支撐劑 指數(shù)：
[0055] g、在初始有效支撐劑指數(shù)Npel下，根據(jù)步驟3)建立的裂縫無因次流量與裂縫參數(shù) 關(guān)系，得到并對比不同無因次裂縫導(dǎo)流能力C fttel對應(yīng)的裂縫總無因次流量指數(shù)J D，進而得 到最優(yōu)無因次有效裂縫導(dǎo)流能力Cfttelcipt;
[0056] h、根據(jù)最優(yōu)無因次有效裂縫導(dǎo)流能力Cfttelcipt，計算得到初始最優(yōu)裂縫半長和寬 度：
[0057]
[0059] 式中：xflcipt、Wflcip^別為初始最優(yōu)裂縫半長和裂縫寬度，單位為m ;
[0060] i、將無因次流量換算成裂縫實際產(chǎn)量，通過產(chǎn)量與裂縫寬度的關(guān)系式，得到井筒 處氣體流速：
[0063] 式中：qg為裂縫總產(chǎn)量，單位為m 3/d ;v為裂縫與井筒交匯處氣體流速，單位為m/ S ;Aflcipt為初始最優(yōu)裂縫寬度下裂縫與井筒相交面面積，單位為m 2;
[0064] j、根據(jù)雷諾數(shù)定義，計算新的有效雷諾數(shù)Nfc2:
[0070] 式中：β為多孔介質(zhì)特征參數(shù)；P g為氣體密度，單位為kg/m3; γ g為氣體相對密 度，無因次;m、η為常數(shù)，與支撐劑粒徑有關(guān)；
[0071] k、對比假設(shè)雷諾數(shù)Nltel和新的雷諾數(shù)Nlte2，如果兩則相差在規(guī)定的很小范圍內(nèi) (I L-Rd I彡ξ )，則得到設(shè)計裂縫尺寸為所求裂縫尺寸，如果不在規(guī)定范圍內(nèi)，則將式（16) 中雷諾數(shù)取新值Nfc2，重新迭代，直到雷諾