制作压裂水平井井网模型的方法和压裂水平井井网模型的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种制作压裂水平井井网模型的方法和压裂水平井井网模型。该方法包括如下步骤:从天然露头岩心中选取岩心;将所选取的岩心切割成预先设计的形状,在岩心上布置直井和水平井;在岩心上形成裂缝;向裂缝中填入具有根据裂缝无因次导流能力确定的渗透率的人造岩心;向水平井中填入具有根据水平井压降确定的渗透率的人造岩心。
【专利说明】 制作压裂水平井井网模型的方法和压裂水平井井网模型
【技术领域】
[0001]本发明涉及制作压裂水平井井网模型的方法和压裂水平井井网模型,尤其涉及制作低渗透储层压裂水平井井网模型的方法和压裂水平井井网模型。
【背景技术】
[0002]水平井作为油气田开发的一项先进技术,已应用到了包括边底水油藏、稠油油藏、裂缝性油藏、低渗透油藏、天然气藏等几乎所有类型油气藏,成为提高油田开发效益,转变经济增长方式的重要手段之一。
[0003]在水平井的开发研究中,一个重要途径是物理模拟。物理模拟可以用来再现油藏流体在岩石中的渗流规律,研究各种驱动现象和机理,指导油田开发方案的设计和优选,对于提高石油采收率具有重大的意义。和现场实验相比,物理模拟具有费用低、耗时短、易操作等优点。
[0004]目前压裂水平井井网的物理模拟的方法主要有:填砂模型,水平井电模拟。填砂模型中,用由石英砂制成的人造岩心模拟基质,用切割缝填充该人造岩心模拟裂缝,用金属管或切割空槽模拟水平井。用由石英砂制成人造岩心模拟基质时,由于人工填充的岩心无法达到天然岩心的压实程度,用于模拟低渗透储层时,无法达到天然岩心的低渗透率,而且孔隙结构也和天然岩心不同,粘土矿物含量这一因素在填砂模型中根本无法考虑。这就造成填砂模型在基质孔喉结构、非线性、敏感性等方面无法做到与原型相似,尤其是在模拟低渗透储层时,存在很大问题。用切割缝填充石英砂制成的人造岩心模拟裂缝时,尚没有考虑过裂缝导流能力与原型的相似。在用金属管或切割空槽模拟水平井时,都将水平井考虑成有无限导流能力的线汇,没有考虑水平井井筒内的压力损失。这些问题导致用填砂模型模拟压裂水平井井网时,无法做到模型与原型的相似,导致实验结果不准确。
[0005]水平井电模拟中,用电解质溶液模拟基质,用导体薄片模拟裂缝,用导线模拟水平井。用电解质溶液模拟基质,所用介质是均匀的,电荷分布也是均匀的,且试验中电流在瞬间达到稳定状态,因此电模拟实验所模拟的过程是均质地层中单相液体稳定渗流过程,不能对复杂地层中渗流,非稳态渗流,多相液体渗流等水平井开发过程进行有效地模拟,而且还会受到电解效应的影响,而且由于自身结构影响,也无法模拟水平井筒内压降损失对产能的影响。
[0006]由于以上原因,需要发明一种全新的制作压裂水平井井网模型的方法,压裂水平井井网物理模型,使之能够做到模型与原型尽可能的相似,达到提高实验准确度,指导现场开发的目的。
【发明内容】
[0007]目前现有的压裂水平井井网物理模拟系统没有考虑裂缝导流能力和水平井压降损失对实验的影响,并且很难模拟低渗透储层的孔渗特征、非线性特征和敏感性特征。
[0008]本发明主要针对以上问题进行设计,本发明的目的在于,提供一种制作压裂水平井井网模型的方法和压裂水平井井网模型,使得能够实现裂缝导流能力和水平井压降损失与原型相似。
[0009]本发明的另一目的在于,提供一种制作压裂水平井井网模型的方法和压裂水平井井网模型,能够实现孔渗特征、非线性特征和敏感性特征等与原型相似。
[0010]为了达到上述目的,本发明的制作压裂水平井井网模型的方法,包括如下步骤:从天然露头岩心中选取岩心;将所选取的岩心切割成预先设计的形状,在岩心上布置直井和水平井;在岩心上形成裂缝;向裂缝中填入具有根据裂缝无因次导流能力确定的渗透率的人造岩心;向水平井中填入具有根据水平井压降确定的渗透率的人造岩心。
[0011 ] 在上述方法中,在选取岩心的步骤中,进行如下处理:对天然露头平板岩心进行孔隙度测试、渗透率测试、非线性测试、粘土含量步骤、孔喉结构测试中的至少一项,并分析其非均质性、非线性渗流曲线、启动压力梯度、应力敏感性特征,从而选取与研究目标相似程度最闻的岩心。
[0012]在上述方法中,所述选取岩心的步骤包括:选取矩形天然露头平板岩心,从天然露头平板岩心上四角的x、y方向分别取一块小岩心柱,共计8块;对每块小岩心柱进行孔隙度和空气渗透率的测试,并分析天然露头平板岩心的非均质性;对小岩心柱进行非线性渗流测试;对小岩心柱进行粘土矿物含量测试;对小岩心柱进行恒速压汞实验,分析其孔喉结构;根据以上测试中得到的测试数据,选取岩心。
[0013]在上述方法中,当研究对象为现场实际井网时,将以上测试数据与现场岩心的测试数据相比较,选择相似程度最高的岩心。
[0014]在上述方法中,在向裂缝中填充人造岩心的步骤中,根据裂缝无因次导流能力公式计算出要向裂缝内填充的人造岩心的所需渗透率,选择渗透率与计算出的所述所需渗透率最接近的人造岩心的配方,按照所选择的配方配制人造岩心而填充到裂缝中。
[0015]在上述方法中,在向水平井中填充人造岩心的步骤中,根据水平井压降公式计算出要向水平井内填充的人造岩心的所需渗透率,选择渗透率与计算出的所述所需渗透率最接近的人造岩心的配方,按照所选择的配方配制人造岩心而填充到水平井中。
[0016]在上述方法中,供选择的人造岩心的配方的渗透率,通过预先测量不同目数的石英砂、环氧树脂、酒精混合所制成的人造岩心的渗透率而得到。
[0017]在上述方法中,在选择人造岩心的配方时参照预先绘制的渗透率与石英砂目数之间的关系曲线,该关系曲线是在石英砂、环氧树脂、酒精的体积比为预定体积比的情况下绘制的关系曲线。
[0018]另外,本发明还提供一种用上述各方法制成的压裂水平井井网模型。
[0019]本发明通过测量不同的石英砂与环氧树脂、酒精配比所制成的人造岩心的渗透率,根据裂缝无因次导流能力公式及水平井压力分布公式,确定出裂缝及水平井内填充人造岩心所需的渗透率,因此能够实现裂缝导流能力和水平井压降损失与原型相似。并且,通过使用天然露头岩心,根据相似原理确定出模型的几何尺寸、孔隙度、渗透率、孔喉结构、饱和度、非线性渗流规律、粘土矿物含量等参数,因此能够实现孔渗特征、非线性特征和敏感性特征等与原型相似。通过以上措施,提高了模型与原型的相似程度,保证了实验过程与现场的相似性,进而提高了压裂水平井井网物理模拟实验的准确性,能够更好的指导现场生产。[0020]本发明可以有效的模拟低渗透储层,更准确的描述水平井及裂缝,增强了实验的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的压裂水平井井网物理模拟方法的流程图。
[0022]图2是平板露头小岩心钻取位置示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现对本发明的技术方案进行以下详细说明,但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0024]以下,参照附图来说明本发明的实施方式。以下的详细说明作为一例包含特定的详细内容。显然,本领域技术人员能够理解即使在以下的详细内容中增加各种变化或变更,增加该变化或变更后的内容也不超出本发明的范围。因此,以下说明的各种实施方式没有失去请求权利的发明的一般性,另外也没有对请求权利的发明施加任何限定。
[0025]如图1所述,本发明的制作压裂水平井井网模型的方法,主要包括如下步骤:
[0026]从天然露头岩心中选取岩心;
[0027]将所选取的岩心切割成预先设计的形状;
[0028]在岩心上布置直井和水平井;
[0029]在岩心上形成裂缝;
[0030]向裂缝中填入具有根据裂缝无因次导流能力确定的渗透率的人造岩心;
[0031]向水平井中填入具有根据水平井压降确定的渗透率的人造岩心。
[0032]下面具体说明各步骤的处理。
[0033]1.从天然露头岩心中选取岩心的步骤
[0034]对天然露头平板岩心进行孔隙度测试、渗透率测试、非线性测试、粘土含量步骤、孔喉结构测试中的至少一项,并分析其非均质性、非线性渗流曲线、启动压力梯度、应力敏感性特征,从而选取与研究目标相似程度最高的岩心。
[0035]具体而言,选取矩形天然露头平板岩心,从天然露头平板岩心上四角的X、y方向分别取一块小岩心柱,共计8块,如图2所示;对每块小岩心柱进行孔隙度和空气渗透率的测试,并分析天然露头平板岩心的非均质性;对小岩心柱进行非线性渗流测试;对小岩心柱进行粘土矿物含量测试;对小岩心柱进行恒速压汞实验,分析其孔喉结构;根据以上测试数据,选取研究所需的岩心,当研究对象为现场实际井网时,将以上测试数据与现场岩心的测试数据相比较,选择相似程度最高的岩心。
[0036]2.将所选取的岩心切割成预先设计的形状的步骤
[0037]根据研究需要设计水平井井网,研究对象为现场实际井网时,根据原型井网按几何相似设计模型井网,当井网较规则时,可选取原井网的1/2或1/4单元作为研究对象;根据选出研究需要的岩心,根据设计的井网将岩心切割成所需的形状。
[0038]3.在岩心上布置直井和水平井的步骤
[0039]在岩心上布置直井和水平井的步骤中,岩心厚度不可小于20mm,否则不利于模型制作。用直径为4mm的钻头钻取直井,钻进深度为模型厚度减去5mm,研究对象为现场实际井网时,根据原型按几何相似设计直井深度,当原型中的直井贯穿整个储层时,深度则为模型厚度减去5mm ;用厚度为2mm的圆锯切割水平井,切割深度为7mm,水平井在井网边缘时,在模型侧面中间位置切割,水平井在井网中间时,在模型顶面切割,切割后边缘的弧形部分,须用电钻修整成矩形;用直径为4mm的钻头在水平井出口处钻取水平井垂直段,水平井在模型边缘时,使垂直段与水平段沟通即可,水平井在模型中间时,钻进深度为7_。
[0040]以上所述的岩心厚度、钻头的直径、钻进深度、圆锯厚度、切割深度等的数值仅为一例,当然也可以采用其他的岩心厚度、钻头的直径、钻进深度、圆锯厚度、切割深度等。
[0041]4.在岩心上形成裂缝的步骤
[0042]根据研究需要设计裂缝位置、角度和长度,研究对象为现场实际井网时,根据原型按几何相似设计裂缝的位置、角度和长度;用厚度为2_的圆锯切割裂缝,切割深度可根据研究需要自行设计,也可贯穿整个储层,切割后边缘的弧形部分,须用电钻修整成矩形。
[0043]这里的圆锯厚度2_仅为一个例子,也可以根据需要采用其他厚度。
[0044]5.向裂缝中填入具有根据裂缝无因次导流能力确定的渗透率的人造岩心的步骤
[0045]在向裂缝中填充人造岩心的步骤中,根据裂缝无因次导流能力公式计算出要向裂缝内填充的人造岩心的所需渗透率,选择渗透率与计算出的所述所需渗透率最接近的人造岩心的配方,按照所选择的配方配制人造岩心而填充到裂缝中。
[0046]这里,供选择的人造岩心的配方的渗透率是通过按不同目数的石英砂、环氧树月旨、酒精的配比制成人造岩心,并对该人造岩心的渗透率进行测量而得到的。人造岩心的配方是指制成人造岩心的不同目数的石英砂、环氧树脂、酒精的体积比。该体积比可以是20:1: 1,也可以根据需要设为其他比例。
[0047]另外,为了清楚地表明石英砂目数与渗透率的关系,可以在测量人造岩心的渗透率后,在石英砂、环氧树脂、酒精的体积比为预定体积比时,绘制石英砂目数与渗透率关系曲线。在选择人造岩心的配方时参照预先绘制的渗透率与石英砂目数之间的关系曲线,该关系曲线是在石英砂、环氧树脂、酒精的体积比为预定体积比的情况下绘制的关系曲线。当然,还可以通过其他方式选择人造岩心的配方,例如将石英砂、环氧树脂、酒精的体积比、石英砂目数、渗透率做成表,参照该表来选择人造岩心的配方等。只要根据渗透率与人造岩心的配方之间的关系来确定人造岩心的配方即可。
[0048]所述裂缝无因次导流能力公式为:
[0049]Cf = kfb/kFL
[0050]式中:Cf为裂缝无因次导流能力,无因次;kf为裂缝渗透率,单位为10_3ym2;b为裂缝宽度,单位为m ;kF为岩石基质渗透率,单位为10_3 μ m2 ;L为裂缝长度,单位为m。
[0051 ] 这里,Cf是水平井现场测量的量,岩石基质渗透率kF和裂缝长度L为已知的量。根据裂缝无因次导流能力公式求出裂缝渗透率,即裂缝内填充人造岩心所需的渗透率。
[0052]6.向水平井中填入具有根据水平井压降确定的渗透率的人造岩心的步骤
[0053]在向水平井中填充人造岩心的步骤中,根据水平井压降公式计算出要向水平井内填充的人造岩心的所需渗透率,选择渗透率与计算出的所述所需渗透率最接近的人造岩心的配方,按照所选择的配方配制人造岩心而填充到水平井中。
[0054]这里,供选择的人造岩心的配方的渗透率是通过按不同目数的石英砂、环氧树月旨、酒精的配比制成人造岩心,并对该人造岩心的渗透率进行测量而得到的。人造岩心的配方是指制成人造岩心的不同目数的石英砂、环氧树脂、酒精的体积比。该体积比可以是20:1: 1,也可以根据需要设为其他比例。
[0055]另外,为了清楚地表明石英砂目数与渗透率的关系,可以在测量人造岩心的渗透率后,在石英砂、环氧树脂、酒精的体积比为预定体积比时,绘制石英砂目数与渗透率关系曲线。在选择人造岩心的配方时参照预先绘制的渗透率与石英砂目数之间的关系曲线,该关系曲线是在石英砂、环氧树脂、酒精的体积比为预定体积比的情况下绘制的关系曲线。当然,还可以通过其他方式选择人造岩心的配方,例如将石英砂、环氧树脂、酒精的体积比、石英砂目数、渗透率做成表,参照该表来选择人造岩心的配方等。只要根据渗透率与人造岩心的配方之间的关系来确定人造岩心的配方即可。
[0056]已知有多种水平井压降公式,本发明中采用如下水平井压降公式:
[0057]对于N条水力压裂裂缝,计算时将水平井分为N-1段(当N=I时只考虑摩擦压降)。对于第j段,由于管流引起的摩擦压降为:
[0058]
【权利要求】
1.一种制作压裂水平井井网模型的方法,该方法包括如下步骤: 从天然露头岩心中选取岩心; 将所选取的岩心切割成预先设计的形状, 在岩心上布置直井和水平井; 在岩心上形成裂缝; 向裂缝中填入具有根据裂缝无因次导流能力确定的渗透率的人造岩心; 向水平井中填入具有根据水平井压降确定的渗透率的人造岩心。
2.根据权利要求1所述的方法,其中, 在选取岩心的步骤中,进行如下处理: 对天然露头平板岩心进行孔隙度测试、渗透率测试、非线性测试、粘土含量步骤、孔喉结构测试中的至少一项,并分析其非均质性、非线性渗流曲线、启动压力梯度、应力敏感性特征,从而选取与研究目标相似程度最高的岩心。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中, 所述选取岩心的步骤包括: 选取矩形天然露头平板岩心,从天然露头平板岩心上四角的X、y方向分别取一块小岩心柱,共计8块; 对每块小岩心柱进行孔隙度和空气渗透率的测试,并分析天然露头平板岩心的非均质性; 对小岩心柱进行非线性渗流测试; 对小岩心柱进行粘土矿物含量测试; 对小岩心柱进行恒速压汞实验,分析其孔喉结构; 根据以上测试中得到的测试数据,选取岩心。
4.根据权利要求3所述的方法,其中, 当研究对象为现场实际井网时,将以上测试数据与现场岩心的测试数据相比较,选择相似程度最高的岩心。
5.根据权利要求1所述的方法,其中 在向裂缝中填充人造岩心的步骤中,根据裂缝无因次导流能力公式计算出要向裂缝内填充的人造岩心的所需渗透率,选择渗透率与计算出的所述所需渗透率最接近的人造岩心的配方,按照所选择的配方配制人造岩心而填充到裂缝中。
6.根据权利要求1所述的方法,其中, 在向水平井中填充人造岩心的步骤中,根据水平井压降公式计算出要向水平井内填充的人造岩心的所需渗透率,选择渗透率与计算出的所述所需渗透率最接近的人造岩心的配方,按照所选择的配方配制人造岩心而填充到水平井中。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其中, 供选择的人造岩心的配方的渗透率,通过预先测量不同目数的石英砂、环氧树脂、酒精混合所制成的人造岩心的渗透率而得到。
8.根据权利要求7所述的方法,其中, 在选择人造岩心的配方时参照预先绘制的渗透率与石英砂目数之间的关系曲线,该关系曲线是在石英砂、环氧树脂、酒精的体积比为预定体积比的情况下绘制的关系曲线。
9.一种用 权利要求1-8的任意一项所述的方法制成的压裂水平井井网模型。
【文档编号】E21B43/26GK103452543SQ201310378745
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】刘学伟, 冯骋, 滕起, 杨正明, 熊生春, 王学武, 张亚蒲, 何英, 骆雨田 申请人:中国石油天然气股份有限公司