8] 根据储层的分层特征，建立S维模型如图3所示。模型使用如图4所示参数，压裂 液流体粘度：30mPa.S;排量：12m3/min。cohesive单元参数如表1。
[0139] 表1cohesive单元参数
[0141] 根据所述步骤S2中所建立的多裂缝动态扩展数学模型（式（6)~式（14))，建立 裂缝的有限元模型，如图5所示，模型纵向方向高度100m，横向方向长度100m，设置不同的 簇间距进行压裂模拟，W优化簇间距。分析不同射孔簇间距下裂缝的最终的空间几何形态， 如图6~图10所示，从图中可W看出，射孔簇间距在IOm和20m的时候，射孔簇间裂缝应力 干扰较强，中间簇裂缝的延伸受到很大程度的限制。而当簇间距为30m-50m时，中间簇裂缝 的延伸几乎未受到限制，所有簇裂缝都正常均匀延伸。故在该储层情况下射孔簇间距应控 制在30m或30mW上。
[0142] 所述步骤S4的具体过程是：
[0143] 根据所述步骤S2分析不同射孔簇间距下，主裂缝周围应力场的变化情况。判断相 邻两主裂缝之间及裂缝附近的水平主应力比O'Hw/O'hw，水平主应力比小于1. 3时，水力 压裂能够形成充分的裂缝网络；水平主应力比为1. 3~1. 5时，水力压裂在高的净压力时能 够形成较为充分的裂缝网络，此时裂缝延伸净压力需要大于水平主应力差；水平主应力比 大于1. 5时，水力压裂不能形成裂缝网络。根据W上可知，应选择水平主应力比小于1. 3的 射孔簇间距，此时从应力干扰角度能形成"缝网"。
[0144] 从图11~图15可W看出：10m射孔簇间距时，裂缝干扰非常严重，出现应力反转 现象；30m和40m射孔簇间距时，裂缝干扰同样较为严重，最大主应力出现应力反转现象，此 时水平主应力比的大部分区域都小于1. 3,对于主裂缝周围产生局部改造体积是非常有利 的；相对于40m射孔簇间距，30m射孔簇间距的应力场干扰更强；50m射孔簇间距时，裂缝干 扰情况较30m和40m射孔簇间距时的小，应力干扰情况不明显。因此此时簇间距应小于40m。
[0145] 故综合步骤S3和步骤S4可知：从分段多簇、多簇同时压裂时主裂缝的几何形状和 主裂缝周围形成复杂"缝网"的可行性来看，优选30~40m的射孔簇间距。
[0146] 所述步骤S5的具体过程是：
[0147] 模拟同时压裂和交替压裂时，中间裂缝的应力干扰规律，掲示中间裂缝的应力转 向机理，利用交替压裂的应力干扰，W形成更加复杂的裂缝，进而将中间射孔簇孔密设为 10-16孔/m、两侧射孔簇孔密为16孔/mW上。
[014引本实施例中所用软件为ABA卵S软件，但实际应用中亦可使用其他模拟软件。
【主权项】
1. 一种页岩储层水平井分段压裂射孔簇参数优化设计方法，其特征在于，它包括W下 步骤： 51、 使用储层岩石力学参数W及矿物组成参数来计算储层可压性指数，获取井段可压 性指数剖面，选出高可压性压裂井段； 52、 建立水力压裂裂缝扩展的数学模型，分析裂缝延伸的诱导应力场模型，并分析裂缝 转向机理； 53、 模拟不同射孔簇间距下，主裂缝的延伸情况，选出最优裂缝尺寸下的簇间距； 54、 分析不同射孔簇间距下，主裂缝周围应力场的变化情况，分析不同射孔簇间距下压 裂形成"缝网"的可行性，选出能够形成"缝网"的簇间距；并结合步骤S3中形成最优裂缝 尺寸的射孔簇间距范围，确定最优的射孔簇间距； 55、 利用交替压裂的应力干扰，形成更加复杂的裂缝，将中间射孔簇孔密设为10-16孔 Ak两侧射孔簇孔密为16孔/mW上。2. 根据权利要求1所述的一种页岩储层水平井分段压裂射孔簇参数优化设计方法，其 特征在于，所述步骤Sl包括W下子步骤： Sl1、计算储层岩石的弹性参数脆性指数EE。和矿物含量脆性指数BB。，求弹性参数脆性 指数EE。和矿物含量脆性指数BB。的平均值，得到储层岩石的综合脆性指数BTDt; S12、根据储层岩石的可压裂性评价模型： Frac=WBht/( (I-W)Sin(I)KicKiic) 结合测井数据，绘制储层岩石沿井眼轴线的可压裂性指数剖面，选出高可压裂性区域 进行压裂改造，其中Ff。。是可压性指数，无量纲；BT。,为综合脆性指数，无量纲；f是内摩 擦角，单位为度；W为数值范围0~1的权重系数，无量纲；Ku是I型断裂初性，单位为 MPa ? mi/2;KIIC是II型断裂初性，单位为MPa ? m 1/2。3. 根据权利要求1所述的一种页岩储层水平井分段压裂射孔簇参数优化设计方法，其 特征在于，所述步骤S2包括W下子步骤： 521、 建立水力压裂裂缝扩展的数学模型，根据所述步骤Sl选出的储层的地应力、岩石 力学特征、物性参数数据和地质分层特征，采用有限元、离散元、边界元或位移不连续方法， 考虑多条裂缝同时扩展的情形，建立页岩储层水平井分段压裂裂缝起裂与动态扩展的渗 流-应力-断裂损伤禪合数学模型； 522、 分析裂缝延伸的诱导应力场模型，原始地应力由最大水平主应力、最小水平主应 力和垂向应力组成，后续起裂裂缝周围的应力场由先起裂裂缝产生的诱导应力场与原地应 力场叠加组成，根据叠加原理，分段压裂产生的第n条裂缝周围的复合应力场模型为：式中，。'HW、o'hw、o'vW为第n条裂缝周围的复合应力分量，单位为MPa;。H、〇h、 O。分别为储层水平最大应力、水平最小应力和垂向应力，单位为MPa;V为泊松比，无量 纲；OWW、OWW和OWW分别为第i条裂缝对第n条裂缝产生的诱导应力X轴向、Y轴 向和Z轴向分量，单位均为MPa; S23、分析转向机理，分段压裂产生的第n条裂缝发生转向的条件为：该条裂缝受到的 最小水平主应力方向的诱导应力与最大水平主应力方向的诱导应力之差大于或等于原始 最大、最小水平主应力之差，公式表示为：4. 根据权利要求1所述的一种页岩储层水平井分段压裂射孔簇参数优化设计方法，其 特征在于，所述步骤S3的具体过程是： 根据所述步骤S2中所建立的多裂缝动态扩展数学模型，模拟不同射孔簇间距下，主裂 缝在缝长和缝高方向的延伸情况，并比较每簇裂缝最终形成的几何尺寸，W此判断诱导应 力对主裂缝延伸的影响程度，选出能使各主裂缝均匀向前扩展的最优簇间距。5. 根据权利要求1所述的一种页岩储层水平井分段压裂射孔簇参数优化设计方法，其 特征在于，所述步骤S4的具体过程是： 根据所述步骤S2分析不同射孔簇间距下，主裂缝周围应力场的变化情况，判断相邻两 主裂缝之间及裂缝附近的水平主应力比O'Hw/O'hw，选出水平主应力比小于1. 3的射孔 簇间距，从而得到从应力干扰角度形成"缝网"所需的射孔簇间距；结合步骤S3中形成最优 裂缝尺寸的射孔簇间距范围，确定最优的射孔簇间距。6. 根据权利要求1所述的一种页岩储层水平井分段压裂射孔簇参数优化设计方法，其 特征在于，所述步骤S5的具体过程是： 模拟同时压裂和交替压裂时，中间裂缝的应力干扰规律，掲示中间裂缝的应力转向机 理，利用交替压裂的应力干扰，W形成更加复杂的裂缝，将中间射孔簇孔密设为10-16孔/ m、两侧射孔簇孔密为16孔/mW上。
【专利摘要】本发明涉及一种页岩储层水平井分段压裂射孔簇参数优化设计方法，它包括以下步骤：S1、选出高可压性压裂井段；S2、建立水力压裂裂缝扩展的数学模型，分析裂缝延伸的诱导应力场模型，并分析裂缝转向机理；S3、分析主裂缝的延伸情况，选出能使各主裂缝均匀向前扩展的簇间距；S4、分析主裂缝周围应力场的变化情况，选出水平主应力比小于1.3的射孔簇间距；并结合步骤S3确定最优的射孔簇间距；S5、利用交替压裂原理，进一步增加裂缝的复杂性，将中间射孔簇孔密设为10-16孔/m，两侧射孔簇孔密设为16孔/m以上。本发明可以优化射孔簇间距，获得最大的裂缝改造体积，增加储层改造的实际效果，避免因盲目设置射孔簇间距引起的施工成本偏高和压裂效果差的情况。
【IPC分类】E21B43/26, G06F19/00
【公开号】CN105201479
【申请号】CN201510648540
【发明人】朱海燕, 郭建春, 路千里, 张旭东
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月9日