一种非常规储层油气井的水力压裂改造系统及方法与流程

本发明属于非常规储层油气井技术领域，尤其涉及一种非常规储层油气井的水力压裂改造系统及方法。

背景技术：

目前，油气井是人类勘探与开发地下石油与天然气资源必不可少的信息和物质通道。油气井工程，是围绕油气井的建设、测量与防护而实施的资金和技术密集型工程，主要包括油气勘探开发钻井与完井工程、油气井测量与测试工程，以及油气井防护与修复工程等，是油气勘探开发的基本环节。油气井工程学科的建设与发展，不仅对石油与天然气工业具有不可或缺的重要作用，而且还对地热、可燃冰、煤层气及固体矿产资源的勘探与开发，以及对地球科学研究、环境检测与治理、现代城市基础设施建设等，都具有重要意义。然而，现有非常规储层油气井的水力压裂改造方法对油气井生产数据分析具有很强的不确定性和多解性；同时，没有有效地关于油气井套管安全的评价方法，无法针对性的提出油气田井筒失效的防护与修复措施，无法保证注采关系的完善与协调。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有非常规储层油气井的水力压裂改造方法对油气井生产数据分析具有很强的不确定性和多解性；同时，没有有效地关于油气井套管安全的评价方法，无法针对性的提出油气田井筒失效的防护与修复措施，无法保证注采关系的完善与协调。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种非常规储层油气井的水力压裂改造系统及方法。

本发明是这样实现的，一种非常规储层油气井的水力压裂改造系统包括：

压力检测模块、深度检测模块、数据传输模块、中央控制模块、驱动模块、灌入模块、油气储存模块、生产分析模块、评价模块、显示模块；

压力检测模块，与数据传输模块连接，用于通过压力传感器检测油层岩石的破裂压力数据；

深度检测模块，与数据传输模块连接，用于通过深度探测器探测油气井深度数据；

数据传输模块，与压力检测模块、深度检测模块、中央控制模块连接，用于通过传输设备将检测的压力、深度数据传输到中央控制模块；

中央控制模块，与数据传输模块、驱动模块、灌入模块、油气储存模块、生产分析模块、评价模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；

驱动模块，与中央控制模块连接，用于通过高压泵提供灌入压裂液驱动力；

灌入模块，与中央控制模块连接，用于通过井筒向油层灌入具有较高粘度的压裂液；

油气储存模块，与中央控制模块连接，用于通过气罐收集存储油气；

生产分析模块，与中央控制模块连接，用于通过分析程序对油气井生产数据进行分析；

评价模块，与中央控制模块连接，用于通过评价程序对油气井套管可靠性进行评价；

显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示检测的压力、深度数据及分析结果、评价结果。

所述压力检测模块包括有多个分布在不同位置的压力检测单元，所述压力检测单元包括：

采样子单元，用于实时检测压力并形成反映压力值的采样数据；

数据处理子单元，用于接收采样数据并用于输出中间数据，中间数据包括依次包括触发信号、占空字段以及对应的所述采样数据；

增益子单元，用于接收并读取所述采样数据并输出通讯数据，所述增益单元读取所述触发信号时，将增益信号叠加至所述中间数据中的占空字段以形成所述通讯数据；

输出子单元，用于将所述通讯数据输出至通讯总线。

进一步，所述深度检测模块包括：

水准检测单元，用于通过水准仪对深度检测设备的水平性进行检测；

超声波传感单元，用于产生并向限定范围发射超声波，捕获来自物体的反射超声波，并输入给深度图像模块；

深度图像单元，用于接收反射超声波，并生成关于该反射超声波范围内的深度图像，并输入给数据控制模块；

数据处理单元，用于接收所述深度图像，并对所述深度图像中的身体部分或全身进行识别定位，并转换为能被识别的数据传输到中央控制模块。

进一步，所述超声波传感单元包括：

脉冲震荡器，用于产生断续脉冲，并传送给发送换能器；

发送换能器，用于接收来自脉冲震荡器的断续脉冲，并转换成超声波，并发射有一定范围限制的窄波束；

接收换能器，用于接收来自物体的反射超声波，并转换为电信号传输给深度图像模块。

进一步，所述深度图像单元包括：

深度重构子单元，用于接收由反射超声波转换得到的电信号，根据深度重构规则对该电信号包含的图像信息实时进行深度重构，生成关于该反射超声波范围的深度图像。

本发明的另一目的在于提供一种非常规储层油气井的水力压裂改造方法，具体包括以下步骤：

步骤一，通过压力检测模块利用压力传感器检测油层岩石的破裂压力数据；通过深度检测模块利用深度探测器探测油气井深度数据；

步骤二，通过数据传输模块利用传输设备将检测的压力、深度数据传输到中央控制模块；

步骤三，中央控制模块通过驱动模块利用高压泵提供灌入压裂液驱动力；

步骤四，通过灌入模块利用井筒向油层灌入具有较高粘度的压裂液；通过油气储存模块利用气罐收集存储油气；

步骤五，通过生产分析模块利用分析程序对油气井生产数据进行分析；通过评价模块利用评价程序对油气井套管可靠性进行评价；

步骤六，通过显示模块利用显示器显示检测的压力、深度数据及分析结果、评价结果。

进一步，所述生产分析模块分析方法如下：

(1)通过分析程序根据原始地层压力、井底流压和日产量构建待分析井的产量规整化压力函数或产量规整化拟压力函数；

(2)根据所述产量规整化压力函数或产量规整化拟压力函数，基于累产量确定双对数图版绘制函数，根据所述双对数图版绘制函数绘制产量规整化压力双对数图版或产量规整化拟压力双对数图版；

(3)根据获取到的产量规整化压力双对数图版或产量规整化拟压力双对数图版中的实测数据对所述产量规整化压力双对数图版或产量规整化拟压力双对数图版进行拟合，并根据双对数图版拟合结果以及产量与压力历史拟合结果确定出待分析井的相关参数。

进一步，所述步骤(1)中，如果所述待分析井为油井，则根据如下表达式构建所述产量规整化压力函数：

如果所述待分析井为气井，则根据如下表达式计算所述产量规整化拟压力函数：

其中，rnp表示产量规整化压力或产量规整化拟压力，pi表示原始地层压力，pwf表示井底压力，t表示时间，q表示产量，ψi表示气井原始地层拟压力，ψwf表示气井井底拟压力。

进一步，所述步骤(2)中，根据所述产量规整化压力函数确定产量规整化压力导数函数，根据所述产量规整化压力函数和产量规整化压力导数函数构建所述产量规整化压力双对数图版；或，根据所述产量规整化压力函数确定产量规整化压力积分函数，并根据所述产量规整化压力积分函数确定产量规整化压力积分导数函数，根据所述产量规整化压力积分函数和产量规整化压力积分导数函数构建所述产量规整化压力双对数图版；或，根据所述产量规整化压力函数确定产量规整化压力导数函数和产量规整化压力积分函数，并根据所述产量规整化压力积分函数确定产量规整化压力积分导数函数，根据所述产量规整化压力函数、产量规整化压力导数函数、产量规整化压力积分函数和产量规整化压力积分导数函数构建所述产量规整化压力双对数图版。

进一步，所述根据如下表达式确定所述产量规整化压力导数函数：

其中，rnpd表示产量规整化压力导数，rnp表示产量规整化压力，v表示累产量。

进一步，所述根据如下表达式确定所述产量规整化压力积分函数：

其中，rnpi表示产量规整化压力积分，ve表示在物质平衡时间的累产量，rnp表示产量规整化压力，v表示累产量。

进一步，所述根据如下表达式确定所述产量规整化压力积分导数函数：

其中，rnpi表示产量规整化压力积分，rnpid表示产量规整化压力积分导数，v表示累产量。

进一步，所述步骤(3)中，通过调整累产拟合值和产量规整化压力拟合值来调整产量规整化压力双对数图版的拟合效果。

进一步，所述根据如下表达式确定所述累产拟合值：

根据如下表达式确定所述产量规整化压力拟合值：

其中，vm和rnpm分别表示累产拟合值和产量规整化压力拟合值，vtb和vsj分别表示双对数曲线中拟合点的图版累产量数据和实测累产量数据，rnptb和rnpsj分别表示双对数曲线中拟合点的图版产量规整化压力数据和实测产量规整化压力数据。

进一步，所述评价模块评价方法如下：

1)通过评价程序选取油气井套管可靠性的影响因素，并将相应影响因素分层次划分，以构建油气井套管可靠性评价体系；

2)计算构建的油气井套管可靠性评价体系中各个影响因素的权重；

3)制定每个影响因素的评价指标，并根据建立的影响因素的评价指标构建影响因素的可靠性评价标准；

4)根据每个影响因素的可靠性评价标准对每个影响因素进行评价，并根据评价结果以及每个影响因素的权重计算出油气井套管的可靠度。

进一步，所述步骤1)进一步包括：

采用文献调研、案例分析和专家调查法，选取钻井因素、开采因素、应力因素和地质因素作为第一层影响因素；

针对钻井因素、开采因素、应力因素和地质因素，选取对应于第一层影响因素的第二层影响因素和第三层影响因素。

进一步，所述步骤2)进一步包括：采用专家调查法和层次分析法计算第一层影响因素、第二层影响因素和第三层影响因素的权重。

进一步，所述步骤3)进一步包括：

针对选取的各个影响因素制定需要划分的等级以及对应于各个等级的评价指标；

根据行业标准和专家经验建立针对每个影响因素各个等级的评价指标的可靠性评价标准；

制定对应于每个评价指标的评价向量。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明通过生产分析模块基于产量规整化(拟)压力与累产量的双对数图版，利用油气井生产数据通过图版拟合、产量和压力数据的历史拟合进行储层参数(如渗透率、表皮系数)和井筒及改造参数(如压裂裂缝半长、裂缝导流能力、srv体积)解释，这样能够有效避开物质物质平衡时间随真实时间不单调变化的问题，消除了因生产数据间断、大的波动给生产数据解释带来的负面影响，从而提高了生产数据(尤其是日产量)间断、波动较大的油气井的生产数据解释精度，提高了产量和压力历史拟合效果，大大提高了解释精度，降低了多解性；同时，通过评价模块根据影响因素的选取、评价体系的建立、权重计算以及指标和评价标准的设置，有效地对油气井套管的可靠性进行评价，可以得出客观有效的评价结果，为油气田井筒失效的防护与修复措施的提出做基础。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的非常规储层油气井的水力压裂改造方法流程图。

图2是本发明实施例提供的非常规储层油气井的水力压裂改造系统结构框图。

图中：1、压力检测模块；2、深度检测模块；3、数据传输模块；4、中央控制模块；5、驱动模块；6、灌入模块；7、油气储存模块；8、生产分析模块；9、评价模块；10、显示模块。

图3是本发明实施例提供的压力检测单元结构框图。

图4是本发明实施例提供的深度检测模块结构框图。

图5是本发明实施例提供的生产分析模块采用的分析方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种非常规储层油气井的水力压裂改造系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的非常规储层油气井的水力压裂改造方法包括以下步骤：

步骤s101，通过压力检测模块利用压力传感器检测油层岩石的破裂压力数据；通过深度检测模块利用深度探测器探测油气井深度数据；

步骤s102，通过数据传输模块利用传输设备将检测的压力、深度数据传输到中央控制模块；

步骤s103，中央控制模块通过驱动模块利用高压泵提供灌入压裂液驱动力；

步骤s104，通过灌入模块利用井筒向油层灌入具有较高粘度的压裂液；通过油气储存模块利用气罐收集存储油气；

步骤s105，通过生产分析模块利用分析程序对油气井生产数据进行分析；通过评价模块利用评价程序对油气井套管可靠性进行评价；

步骤s106，通过显示模块利用显示器显示检测的压力、深度数据及分析结果、评价结果。

如图2所示，本发明实施例提供的非常规储层油气井的水力压裂改造系统包括：

压力检测模块1、深度检测模块2、数据传输模块3、中央控制模块4、驱动模块5、灌入模块6、油气储存模块7、生产分析模块8、评价模块9、显示模块10。

压力检测模块1，与数据传输模块3连接，用于通过压力传感器检测油层岩石的破裂压力数据；

深度检测模块2，与数据传输模块3连接，用于通过深度探测器探测油气井深度数据；

数据传输模块3，与压力检测模块1、深度检测模块2、中央控制模块4连接，用于通过传输设备将检测的压力、深度数据传输到中央控制模块4；

中央控制模块4，与数据传输模块3、驱动模块5、灌入模块6、油气储存模块7、生产分析模块8、评价模块9、显示模块10连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；

驱动模块5，与中央控制模块4连接，用于通过高压泵提供灌入压裂液驱动力；

灌入模块6，与中央控制模块4连接，用于通过井筒向油层灌入具有较高粘度的压裂液；

油气储存模块7，与中央控制模块4连接，用于通过气罐收集存储油气；

生产分析模块8，与中央控制模块4连接，用于通过分析程序对油气井生产数据进行分析；

评价模块9，与中央控制模块4连接，用于通过评价程序对油气井套管可靠性进行评价；

显示模块10，与中央控制模块4连接，用于通过显示器显示检测的压力、深度数据及分析结果、评价结果。

本发明实施例提供的压力检测模块包括有多个分布在不同位置的压力检测单元，如图3所示，所述压力检测单元包括：

采样子单元，用于实时检测压力并形成反映压力值的采样数据；

数据处理子单元，用于接收采样数据并用于输出中间数据，中间数据包括依次包括触发信号、占空字段以及对应的所述采样数据；

增益子单元，用于接收并读取所述采样数据并输出通讯数据，所述增益单元读取所述触发信号时，将增益信号叠加至所述中间数据中的占空字段以形成所述通讯数据；

输出子单元，用于将所述通讯数据输出至通讯总线。

如图4所示，本发明实施例提供的深度检测模块包括：

水准检测单元，用于通过水准仪对深度检测设备的水平性进行检测；

超声波传感单元，用于产生并向限定范围发射超声波，捕获来自物体的反射超声波，并输入给深度图像模块；

深度图像单元，用于接收反射超声波，并生成关于该反射超声波范围内的深度图像，并输入给数据控制模块；

数据处理单元，用于接收所述深度图像，并对所述深度图像中的身体部分或全身进行识别定位，并转换为能被识别的数据传输到中央控制模块。

本发明实施例提供的超声波传感单元包括：

脉冲震荡器，用于产生断续脉冲，并传送给发送换能器；

发送换能器，用于接收来自脉冲震荡器的断续脉冲，并转换成超声波，并发射有一定范围限制的窄波束；

接收换能器，用于接收来自物体的反射超声波，并转换为电信号传输给深度图像模块。

本发明实施例提供的深度图像单元包括：

深度重构子单元，用于接收由反射超声波转换得到的电信号，根据深度重构规则对该电信号包含的图像信息实时进行深度重构，生成关于该反射超声波范围的深度图像。

如图5所示，本发明实施例提供的生产分析模块8采用的分析方法如下：

s201，通过分析程序根据原始地层压力、井底流压和日产量构建待分析井的产量规整化压力函数或产量规整化拟压力函数。

s202，根据所述产量规整化压力函数或产量规整化拟压力函数，基于累产量确定双对数图版绘制函数，根据所述双对数图版绘制函数绘制产量规整化压力双对数图版或产量规整化拟压力双对数图版。

s203，根据获取到的产量规整化压力双对数图版或产量规整化拟压力双对数图版中的实测数据对所述产量规整化压力双对数图版或产量规整化拟压力双对数图版进行拟合，并根据双对数图版拟合结果以及产量与压力历史拟合结果确定出待分析井的相关参数。

本发明提供的步骤(1)中，如果所述待分析井为油井，则根据如下表达式构建所述产量规整化压力函数：

如果所述待分析井为气井，则根据如下表达式计算所述产量规整化拟压力函数：

其中，rnp表示产量规整化压力或产量规整化拟压力，pi表示原始地层压力，pwf表示井底压力，t表示时间，q表示产量，ψi表示气井原始地层拟压力，ψwf表示气井井底拟压力。

本发明提供的步骤(2)中，根据所述产量规整化压力函数确定产量规整化压力导数函数，根据所述产量规整化压力函数和产量规整化压力导数函数构建所述产量规整化压力双对数图版；或，根据所述产量规整化压力函数确定产量规整化压力积分函数，并根据所述产量规整化压力积分函数确定产量规整化压力积分导数函数，根据所述产量规整化压力积分函数和产量规整化压力积分导数函数构建所述产量规整化压力双对数图版；或，根据所述产量规整化压力函数确定产量规整化压力导数函数和产量规整化压力积分函数，并根据所述产量规整化压力积分函数确定产量规整化压力积分导数函数，根据所述产量规整化压力函数、产量规整化压力导数函数、产量规整化压力积分函数和产量规整化压力积分导数函数构建所述产量规整化压力双对数图版。

本发明提供的根据如下表达式确定所述产量规整化压力导数函数：

其中，rnpd表示产量规整化压力导数，rnp表示产量规整化压力，v表示累产量。

本发明提供的根据如下表达式确定所述产量规整化压力积分函数：

其中，rnpi表示产量规整化压力积分，ve表示在物质平衡时间的累产量，rnp表示产量规整化压力，v表示累产量。

本发明提供的根据如下表达式确定所述产量规整化压力积分导数函数：

其中，rnpi表示产量规整化压力积分，rnpid表示产量规整化压力积分导数，v表示累产量。

本发明提供的步骤(3)中，通过调整累产拟合值和产量规整化压力拟合值来调整产量规整化压力双对数图版的拟合效果。

本发明提供的根据如下表达式确定所述累产拟合值：

根据如下表达式确定所述产量规整化压力拟合值：

其中，vm和rnpm分别表示累产拟合值和产量规整化压力拟合值，vtb和vsj分别表示双对数曲线中拟合点的图版累产量数据和实测累产量数据，rnptb和rnpsj分别表示双对数曲线中拟合点的图版产量规整化压力数据和实测产量规整化压力数据。

本发明提供的评价模块9评价方法如下：

1)通过评价程序选取油气井套管可靠性的影响因素，并将相应影响因素分层次划分，以构建油气井套管可靠性评价体系；

2)计算构建的油气井套管可靠性评价体系中各个影响因素的权重；

3)制定每个影响因素的评价指标，并根据建立的影响因素的评价指标构建影响因素的可靠性评价标准；

4)根据每个影响因素的可靠性评价标准对每个影响因素进行评价，并根据评价结果以及每个影响因素的权重计算出油气井套管的可靠度。

本发明提供的步骤1)进一步包括：

采用文献调研、案例分析和专家调查法，选取钻井因素、开采因素、应力因素和地质因素作为第一层影响因素；

针对钻井因素、开采因素、应力因素和地质因素，选取对应于第一层影响因素的第二层影响因素和第三层影响因素。

本发明提供的步骤2)进一步包括：采用专家调查法和层次分析法计算第一层影响因素、第二层影响因素和第三层影响因素的权重。

本发明提供的步骤3)进一步包括：

针对选取的各个影响因素制定需要划分的等级以及对应于各个等级的评价指标；

根据行业标准和专家经验建立针对每个影响因素各个等级的评价指标的可靠性评价标准；

制定对应于每个评价指标的评价向量。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。