本發(fā)明涉及含水層的低滲油氣資源開發(fā)和計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于四維地應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化的重復(fù)壓裂選井選層方法。

背景技術(shù)：

在儲(chǔ)層附近含水的油氣資源前期開發(fā)過程中，由于為了避免壓開含水層而導(dǎo)致壓裂施工效果較差，造成濾餅太厚影響滲流、支撐劑破碎或形成的裂縫延伸距離非常有限等問題，進(jìn)而單井產(chǎn)量并未得到實(shí)際提高，因此對于附近含水的儲(chǔ)層，往往需要采取重復(fù)壓裂措施來治理儲(chǔ)層。在重復(fù)壓裂時(shí)不得不面臨這樣的問題：如果含水，則會(huì)導(dǎo)致地層出水，井筒水淹，嚴(yán)重限制了油氣的采出。目前解決這一矛盾的關(guān)鍵在于能否有效壓開新的裂縫并避免溝通含水層。

通過建立裂縫起裂及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展計(jì)算模型分析在分層壓裂時(shí)裂縫擴(kuò)展情況來判斷是否溝通含水層是最為有效的方法。目前在建立裂縫起裂及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展計(jì)算模型時(shí)，往往基于靜態(tài)的儲(chǔ)層物性及巖石力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)。然而，隨著儲(chǔ)層經(jīng)過初次壓裂和前期開采，其滲流和巖石力學(xué)狀態(tài)，特別是井筒附近的滲流和巖石力學(xué)狀態(tài)相較于未開發(fā)前發(fā)生了明顯的變化。因此需要根據(jù)初次壓裂和前期生產(chǎn)資料，對滲流及地質(zhì)力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，以便準(zhǔn)確地了解重復(fù)壓裂時(shí)各項(xiàng)儲(chǔ)層特性，一定程度上提高裂縫起裂及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，并且有效避免溝通含水層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明能夠用于分析初次壓裂并進(jìn)行一定生產(chǎn)或注入時(shí)期后井筒附近地應(yīng)力及孔彈性數(shù)的變化情況，同時(shí)進(jìn)行重復(fù)壓裂井及層位優(yōu)選分析，提供一種基于四維地應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化的重復(fù)壓裂選井選層方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于四維地應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化的重復(fù)壓裂選井選層方法，它包括以下步驟：

s1、建立三維地質(zhì)模型，該網(wǎng)格模型中至少應(yīng)包含三維離散的地層厚度、儲(chǔ)層物性參數(shù)及巖石力學(xué)參數(shù)；

s2、根據(jù)三維地質(zhì)模型建立三維油藏模型，并利用生產(chǎn)/注入動(dòng)態(tài)參數(shù)預(yù)測不同時(shí)期的三維孔隙壓力場和溫度場，同時(shí)建立非儲(chǔ)層段模型并計(jì)算其屬性參數(shù)；

s3、根據(jù)三維地質(zhì)模型，建立帶有儲(chǔ)層物性及巖石力學(xué)屬性的三維地應(yīng)力模型；

s4、利用應(yīng)力平衡法及單井地應(yīng)力計(jì)算結(jié)果橫向插值校正，形成初始三維地應(yīng)力場；

s5、以油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果導(dǎo)出的三維孔隙壓力場和溫度場作為不同計(jì)算時(shí)間步的邊界條件，以應(yīng)力初始化后的三維地應(yīng)力模型為初始模型，建立四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模型；

s6、對四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模型進(jìn)行滲流-應(yīng)力耦合迭代計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)地應(yīng)力及孔彈性參數(shù)計(jì)算結(jié)果，分析地應(yīng)力、地層位移、體積應(yīng)變率、孔隙比、滲透率以及孔隙壓力動(dòng)態(tài)孔彈性參數(shù)的變化情況；

s7、根據(jù)油藏模擬和四維地應(yīng)力分析結(jié)果，以儲(chǔ)層高壓和應(yīng)力偏轉(zhuǎn)為主要篩選標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行重復(fù)壓裂井及層位初選；

s8、根據(jù)初選井及層位的地質(zhì)和工程參數(shù)，建立用于重復(fù)壓裂的滲流-應(yīng)力-斷裂損傷耦合模型；

s9、根據(jù)初次壓裂分析和生產(chǎn)或注入四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，以壓開新的裂縫和不溝通含水層為判斷條件，進(jìn)行重復(fù)壓裂選井及選層。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）本發(fā)明提出了滲流-應(yīng)力耦合的四維動(dòng)態(tài)地質(zhì)力學(xué)模型建立方法，克服了三維靜態(tài)地應(yīng)力模型無法準(zhǔn)確反應(yīng)油氣開發(fā)過程中地應(yīng)力變化的問題，以及三維靜態(tài)油藏模型中無法準(zhǔn)確反應(yīng)油氣開發(fā)過程中儲(chǔ)層參數(shù)變化的問題；（2）本發(fā)明提出了用于地層含水的重復(fù)壓裂滲流-應(yīng)力-斷裂損傷耦合模型建立方法，該方法考慮了流體在裂縫內(nèi)的濾失，以及不同裂縫之間的應(yīng)力干擾；（3）本發(fā)明提出了地層含水的重復(fù)壓裂井及層位優(yōu)選方法，為最大程度提升單井產(chǎn)量提供了理論基礎(chǔ)，能夠有效避免溝通含水層而導(dǎo)致的井筒水淹，降低了油氣藏開發(fā)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為三維地質(zhì)模型實(shí)例圖；

圖3為三維孔隙壓力場在油藏模型中的實(shí)例圖；

圖4為井眼軌跡附近網(wǎng)格加密實(shí)例圖；

圖5為初始應(yīng)力場最小有效應(yīng)力實(shí)例圖；

圖6為耦合迭代計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)層段最小有效應(yīng)力實(shí)例圖；

圖7為應(yīng)力發(fā)生偏轉(zhuǎn)后重復(fù)壓裂裂縫與初次壓裂裂縫位置關(guān)系示意圖；

圖8為滲流-應(yīng)力-損傷耦合數(shù)值模型分析實(shí)例圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述：

一種基于四維地應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化的重復(fù)壓裂選井選層方法，它包括以下步驟：

s1、建立三維地質(zhì)模型，該網(wǎng)格模型中至少應(yīng)包含三維離散的地層厚度、儲(chǔ)層物性參數(shù)（孔隙度、滲透率、飽和度、沉積相）及巖石力學(xué)參數(shù)楊氏模量、泊松比）。

三維地質(zhì)模型的具體建立過程為：先根據(jù)地震資料建立三維地質(zhì)模型幾何形狀，并根據(jù)其解釋結(jié)果中的地震層位、斷層、地震相、巖石類型、巖石屬性等完善三維地質(zhì)模型，然后結(jié)合測井資料、巖心資料等單井或單點(diǎn)資料分析儲(chǔ)層物性參數(shù)和巖石力學(xué)參數(shù)并在橫向上進(jìn)行插值，最后生成包含巖石物性及巖石力學(xué)屬性參數(shù)的三維地質(zhì)模型，如圖2所示。

s2、根據(jù)三維地質(zhì)模型建立三維油藏模型，并利用生產(chǎn)/注入動(dòng)態(tài)參數(shù)預(yù)測不同時(shí)期的三維孔隙壓力場和溫度場，同時(shí)建立非儲(chǔ)層段模型并計(jì)算其屬性參數(shù)。具體建立過程包括以下三個(gè)步驟：

s2（i）將帶有儲(chǔ)層物性及巖石力學(xué)參數(shù)的三維地質(zhì)模型導(dǎo)入到油藏模擬器中，建立有限差分網(wǎng)格的三維油藏模型；

s2（ii）如圖3所示，結(jié)合不同位置處單井在一定時(shí)間的生產(chǎn)/注入數(shù)據(jù)在三維油藏模型中進(jìn)行滲流分析并預(yù)測不同時(shí)間的三維孔隙壓力場和溫度場；

s2（iii）根據(jù)地震資料、鉆井及錄井資料對非儲(chǔ)層段地層進(jìn)行地層巖石物性及巖石力學(xué)參數(shù)插值計(jì)算。

s3、根據(jù)三維地質(zhì)模型，建立帶有儲(chǔ)層物性及巖石力學(xué)屬性的三維地應(yīng)力模型。其具體建立過程為：將步驟s2中建立的三維油藏網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換為三維地應(yīng)力模型，并將油藏模型網(wǎng)格中的地層物性及巖石力學(xué)參數(shù)賦值到三維地應(yīng)力模型對應(yīng)網(wǎng)格中，如圖4所示，以此建立帶有儲(chǔ)層物性及巖石力學(xué)屬性的三維地應(yīng)力模型。

s4、利用應(yīng)力平衡法及單井地應(yīng)力計(jì)算結(jié)果橫向插值校正，形成初始三維地應(yīng)力場。其具體操作操作步驟為：

s4（i）在三維地應(yīng)力模型中進(jìn)行應(yīng)力平衡計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)入，即對模型施加重力載荷、孔隙壓力等，根據(jù)地應(yīng)力平衡得到有效垂向地應(yīng)力，再選取適用的地應(yīng)力模型，計(jì)算形成初始三維地應(yīng)力場；

s4（ii）利用初始應(yīng)力提取法進(jìn)行初始三維地應(yīng)力場校正：根據(jù)測井資料、地應(yīng)力測試結(jié)果等資料分析多口井的單井地應(yīng)力縱向剖面，然后通過在橫向上進(jìn)行插值對初始三維地應(yīng)力場進(jìn)行校正，校正結(jié)果如圖5所示。

s5、以油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果導(dǎo)出的三維孔隙壓力場和溫度場作為不同計(jì)算時(shí)間步的邊界條件，以應(yīng)力初始化后的三維地應(yīng)力模型為初始模型，建立四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模型。四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模型的建立過程為：在不同時(shí)間步下對三維地應(yīng)力模型施加載荷，包括重力、靜水壓力、孔隙壓力、溫度等，其中，將s2中預(yù)測得到的不同時(shí)間三維孔隙壓力場和溫度場作為外載荷，分別作為每一計(jì)算時(shí)間步的初始條件和邊界條件，并以應(yīng)力初始化后的三維地應(yīng)力模型為初始模型，從而實(shí)現(xiàn)了建立四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模型。

s6、對四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模型進(jìn)行滲流-應(yīng)力耦合迭代計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)地應(yīng)力及孔彈性參數(shù)計(jì)算結(jié)果，如圖6所示，通過計(jì)算結(jié)構(gòu)分別分析地應(yīng)力、地層位移、體積應(yīng)變率、孔隙比、滲透率以及孔隙壓力動(dòng)態(tài)孔彈性參數(shù)的變化情況；

s7、根據(jù)油藏模擬和四維地應(yīng)力分析結(jié)果，以儲(chǔ)層高壓和應(yīng)力偏轉(zhuǎn)為主要篩選標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行重復(fù)壓裂井及層位初選。其具體包括以下兩個(gè)步驟：

s7（i）重復(fù)壓裂層位初選。根據(jù)油藏動(dòng)態(tài)分析和四維地應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，對于含有多個(gè)層位，甚至是多套壓力系統(tǒng)的儲(chǔ)層，以高孔隙壓力為首要篩選標(biāo)準(zhǔn)，考慮采出程度、含油氣飽和度、單層厚度、含水層情況等，初選出重復(fù)壓裂層位；

s7（ii）重復(fù)壓裂井確定。根據(jù)四維地應(yīng)力計(jì)算分析結(jié)果，結(jié)合重復(fù)壓裂層位初選方案，以發(fā)生明顯應(yīng)力偏轉(zhuǎn)為首要篩選標(biāo)準(zhǔn)，考慮單井油氣產(chǎn)量及產(chǎn)水情況、井周附近斷層或褶皺等構(gòu)造地質(zhì)條件、初次壓裂前后增產(chǎn)效果等，篩選出重復(fù)壓裂井。

s8、根據(jù)初選井及層位的地質(zhì)和工程參數(shù)，建立用于重復(fù)壓裂的滲流-應(yīng)力-斷裂損傷耦合模型。如圖7所示，初次壓裂后，壓裂裂縫將產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力，進(jìn)而改變井眼附近的應(yīng)力狀態(tài)，使得井眼附近的地應(yīng)力發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而經(jīng)過一段時(shí)間生產(chǎn)后，孔隙壓力的重新分布會(huì)使得地應(yīng)力進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)，此時(shí)對該層段進(jìn)行重復(fù)壓裂增產(chǎn)改造，其裂縫起裂及延伸方向也相應(yīng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明提出建立重復(fù)壓裂的滲流-應(yīng)力-斷裂損傷耦合的模型，模型建立的方法為：考慮儲(chǔ)層巖石在水力壓裂過程中的滲流-應(yīng)力耦合，以及壓裂液在裂縫內(nèi)不同方向上的濾失，基于斷裂與損傷力學(xué)理論確定裂縫的起裂及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展準(zhǔn)則，采用有限元、離散元、邊界元或位移不連續(xù)等方法，建立基于滲流-應(yīng)力-斷裂損傷耦合的重復(fù)壓裂模型，該模型考慮該壓裂井段的巖石彈性模量、泊松比、孔隙度、滲透率等地層孔彈性參數(shù)，和井斜、井筒尺寸、射孔情況等工程參數(shù)，并且在最大/最小水平主應(yīng)力方向進(jìn)行網(wǎng)格加密以求取裂縫起裂和擴(kuò)展過程中的精確數(shù)值解。該模型利用粘彈性損傷單元先后模擬初次壓裂起裂和延伸以及重復(fù)壓裂起裂和延伸。

s9、根據(jù)初次壓裂分析和生產(chǎn)或注入四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，以壓開新的裂縫和不溝通含水層為判斷條件，進(jìn)行重復(fù)壓裂選井及選層。其具體包括以下三個(gè)步驟：

s9（i）建立滲流-應(yīng)力-損傷耦合數(shù)值模型，分析得到初次壓裂后應(yīng)力偏轉(zhuǎn)情況及孔滲參數(shù)；

s9（ii）將初次壓裂后的模型作為四維地應(yīng)力模型分析的子模型，利用四維地應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析生產(chǎn)/注入一定時(shí)間后，應(yīng)力狀態(tài)及孔滲參數(shù)改變情況；

s9（iii）進(jìn)一步擴(kuò)展?jié)B流-應(yīng)力-損傷耦合模型，如圖8所示，進(jìn)行重復(fù)壓裂造縫，以壓開新裂縫時(shí)是否溝通含水層為判斷標(biāo)準(zhǔn)，最終確定重復(fù)壓裂層位確定。

因此本方法能夠用于分析初次壓裂并進(jìn)行一定生產(chǎn)或注入時(shí)期后井筒附近地應(yīng)力及孔彈性數(shù)的變化情況，同時(shí)進(jìn)行重復(fù)壓裂井及層位優(yōu)選分析，克服了三維靜態(tài)地應(yīng)力模型無法準(zhǔn)確反應(yīng)油氣開發(fā)過程中地應(yīng)力變化的問題，以及三維靜態(tài)油藏模型中無法準(zhǔn)確反應(yīng)油氣開發(fā)過程中儲(chǔ)層參數(shù)變化的問題，進(jìn)一步的最大程度提升單井產(chǎn)量提供了理論基礎(chǔ)，能夠有效避免溝通含水層而導(dǎo)致的井筒水淹，降低了油氣藏開發(fā)成本。

以上所述僅是本發(fā)明的模型建立實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。