一种基于四维地应力动态变化的重复压裂选井选层方法与流程

本发明涉及含水层的低渗油气资源开发和计算机技术领域，特别是一种基于四维地应力动态变化的重复压裂选井选层方法。

背景技术：

在储层附近含水的油气资源前期开发过程中，由于为了避免压开含水层而导致压裂施工效果较差，造成滤饼太厚影响渗流、支撑剂破碎或形成的裂缝延伸距离非常有限等问题，进而单井产量并未得到实际提高，因此对于附近含水的储层，往往需要采取重复压裂措施来治理储层。在重复压裂时不得不面临这样的问题：如果含水，则会导致地层出水，井筒水淹，严重限制了油气的采出。目前解决这一矛盾的关键在于能否有效压开新的裂缝并避免沟通含水层。

通过建立裂缝起裂及动态扩展计算模型分析在分层压裂时裂缝扩展情况来判断是否沟通含水层是最为有效的方法。目前在建立裂缝起裂及动态扩展计算模型时，往往基于静态的储层物性及岩石力学性质等参数。然而，随着储层经过初次压裂和前期开采，其渗流和岩石力学状态，特别是井筒附近的渗流和岩石力学状态相较于未开发前发生了明显的变化。因此需要根据初次压裂和前期生产资料，对渗流及地质力学状态进行动态分析，以便准确地了解重复压裂时各项储层特性，一定程度上提高裂缝起裂及动态扩展计算模型的准确性，并且有效避免沟通含水层。

技术实现要素：

本发明能够用于分析初次压裂并进行一定生产或注入时期后井筒附近地应力及孔弹性数的变化情况，同时进行重复压裂井及层位优选分析，提供一种基于四维地应力动态变化的重复压裂选井选层方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于四维地应力动态变化的重复压裂选井选层方法，它包括以下步骤：

s1、建立三维地质模型，该网格模型中至少应包含三维离散的地层厚度、储层物性参数及岩石力学参数；

s2、根据三维地质模型建立三维油藏模型，并利用生产/注入动态参数预测不同时期的三维孔隙压力场和温度场，同时建立非储层段模型并计算其属性参数；

s3、根据三维地质模型，建立带有储层物性及岩石力学属性的三维地应力模型；

s4、利用应力平衡法及单井地应力计算结果横向插值校正，形成初始三维地应力场；

s5、以油藏数值模拟结果导出的三维孔隙压力场和温度场作为不同计算时间步的边界条件，以应力初始化后的三维地应力模型为初始模型，建立四维动态地应力模型；

s6、对四维动态地应力模型进行渗流-应力耦合迭代计算，得到动态地应力及孔弹性参数计算结果，分析地应力、地层位移、体积应变率、孔隙比、渗透率以及孔隙压力动态孔弹性参数的变化情况；

s7、根据油藏模拟和四维地应力分析结果，以储层高压和应力偏转为主要筛选标准，进行重复压裂井及层位初选；

s8、根据初选井及层位的地质和工程参数，建立用于重复压裂的渗流-应力-断裂损伤耦合模型；

s9、根据初次压裂分析和生产或注入四维动态地应力计算结果，以压开新的裂缝和不沟通含水层为判断条件，进行重复压裂选井及选层。

本发明具有以下优点：（1）本发明提出了渗流-应力耦合的四维动态地质力学模型建立方法，克服了三维静态地应力模型无法准确反应油气开发过程中地应力变化的问题，以及三维静态油藏模型中无法准确反应油气开发过程中储层参数变化的问题；（2）本发明提出了用于地层含水的重复压裂渗流-应力-断裂损伤耦合模型建立方法，该方法考虑了流体在裂缝内的滤失，以及不同裂缝之间的应力干扰；（3）本发明提出了地层含水的重复压裂井及层位优选方法，为最大程度提升单井产量提供了理论基础，能够有效避免沟通含水层而导致的井筒水淹，降低了油气藏开发成本。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为三维地质模型实例图；

图3为三维孔隙压力场在油藏模型中的实例图；

图4为井眼轨迹附近网格加密实例图；

图5为初始应力场最小有效应力实例图；

图6为耦合迭代计算结果储层段最小有效应力实例图；

图7为应力发生偏转后重复压裂裂缝与初次压裂裂缝位置关系示意图；

图8为渗流-应力-损伤耦合数值模型分析实例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

一种基于四维地应力动态变化的重复压裂选井选层方法，它包括以下步骤：

s1、建立三维地质模型，该网格模型中至少应包含三维离散的地层厚度、储层物性参数（孔隙度、渗透率、饱和度、沉积相）及岩石力学参数杨氏模量、泊松比）。

三维地质模型的具体建立过程为：先根据地震资料建立三维地质模型几何形状，并根据其解释结果中的地震层位、断层、地震相、岩石类型、岩石属性等完善三维地质模型，然后结合测井资料、岩心资料等单井或单点资料分析储层物性参数和岩石力学参数并在横向上进行插值，最后生成包含岩石物性及岩石力学属性参数的三维地质模型，如图2所示。

s2、根据三维地质模型建立三维油藏模型，并利用生产/注入动态参数预测不同时期的三维孔隙压力场和温度场，同时建立非储层段模型并计算其属性参数。具体建立过程包括以下三个步骤：

s2（i）将带有储层物性及岩石力学参数的三维地质模型导入到油藏模拟器中，建立有限差分网格的三维油藏模型；

s2（ii）如图3所示，结合不同位置处单井在一定时间的生产/注入数据在三维油藏模型中进行渗流分析并预测不同时间的三维孔隙压力场和温度场；

s2（iii）根据地震资料、钻井及录井资料对非储层段地层进行地层岩石物性及岩石力学参数插值计算。

s3、根据三维地质模型，建立带有储层物性及岩石力学属性的三维地应力模型。其具体建立过程为：将步骤s2中建立的三维油藏网格模型转换为三维地应力模型，并将油藏模型网格中的地层物性及岩石力学参数赋值到三维地应力模型对应网格中，如图4所示，以此建立带有储层物性及岩石力学属性的三维地应力模型。

s4、利用应力平衡法及单井地应力计算结果横向插值校正，形成初始三维地应力场。其具体操作操作步骤为：

s4（i）在三维地应力模型中进行应力平衡计算，并将计算结果进行导入，即对模型施加重力载荷、孔隙压力等，根据地应力平衡得到有效垂向地应力，再选取适用的地应力模型，计算形成初始三维地应力场；

s4（ii）利用初始应力提取法进行初始三维地应力场校正：根据测井资料、地应力测试结果等资料分析多口井的单井地应力纵向剖面，然后通过在横向上进行插值对初始三维地应力场进行校正，校正结果如图5所示。

s5、以油藏数值模拟结果导出的三维孔隙压力场和温度场作为不同计算时间步的边界条件，以应力初始化后的三维地应力模型为初始模型，建立四维动态地应力模型。四维动态地应力模型的建立过程为：在不同时间步下对三维地应力模型施加载荷，包括重力、静水压力、孔隙压力、温度等，其中，将s2中预测得到的不同时间三维孔隙压力场和温度场作为外载荷，分别作为每一计算时间步的初始条件和边界条件，并以应力初始化后的三维地应力模型为初始模型，从而实现了建立四维动态地应力模型。

s6、对四维动态地应力模型进行渗流-应力耦合迭代计算，得到动态地应力及孔弹性参数计算结果，如图6所示，通过计算结构分别分析地应力、地层位移、体积应变率、孔隙比、渗透率以及孔隙压力动态孔弹性参数的变化情况；

s7、根据油藏模拟和四维地应力分析结果，以储层高压和应力偏转为主要筛选标准，进行重复压裂井及层位初选。其具体包括以下两个步骤：

s7（i）重复压裂层位初选。根据油藏动态分析和四维地应力计算结果，对于含有多个层位，甚至是多套压力系统的储层，以高孔隙压力为首要筛选标准，考虑采出程度、含油气饱和度、单层厚度、含水层情况等，初选出重复压裂层位；

s7（ii）重复压裂井确定。根据四维地应力计算分析结果，结合重复压裂层位初选方案，以发生明显应力偏转为首要筛选标准，考虑单井油气产量及产水情况、井周附近断层或褶皱等构造地质条件、初次压裂前后增产效果等，筛选出重复压裂井。

s8、根据初选井及层位的地质和工程参数，建立用于重复压裂的渗流-应力-断裂损伤耦合模型。如图7所示，初次压裂后，压裂裂缝将产生诱导应力，进而改变井眼附近的应力状态，使得井眼附近的地应力发生偏转。而经过一段时间生产后，孔隙压力的重新分布会使得地应力进一步偏转，此时对该层段进行重复压裂增产改造，其裂缝起裂及延伸方向也相应发生偏转。本发明提出建立重复压裂的渗流-应力-断裂损伤耦合的模型，模型建立的方法为：考虑储层岩石在水力压裂过程中的渗流-应力耦合，以及压裂液在裂缝内不同方向上的滤失，基于断裂与损伤力学理论确定裂缝的起裂及动态扩展准则，采用有限元、离散元、边界元或位移不连续等方法，建立基于渗流-应力-断裂损伤耦合的重复压裂模型，该模型考虑该压裂井段的岩石弹性模量、泊松比、孔隙度、渗透率等地层孔弹性参数，和井斜、井筒尺寸、射孔情况等工程参数，并且在最大/最小水平主应力方向进行网格加密以求取裂缝起裂和扩展过程中的精确数值解。该模型利用粘弹性损伤单元先后模拟初次压裂起裂和延伸以及重复压裂起裂和延伸。

s9、根据初次压裂分析和生产或注入四维动态地应力计算结果，以压开新的裂缝和不沟通含水层为判断条件，进行重复压裂选井及选层。其具体包括以下三个步骤：

s9（i）建立渗流-应力-损伤耦合数值模型，分析得到初次压裂后应力偏转情况及孔渗参数；

s9（ii）将初次压裂后的模型作为四维地应力模型分析的子模型，利用四维地应力计算结果分析生产/注入一定时间后，应力状态及孔渗参数改变情况；

s9（iii）进一步扩展渗流-应力-损伤耦合模型，如图8所示，进行重复压裂造缝，以压开新裂缝时是否沟通含水层为判断标准，最终确定重复压裂层位确定。

因此本方法能够用于分析初次压裂并进行一定生产或注入时期后井筒附近地应力及孔弹性数的变化情况，同时进行重复压裂井及层位优选分析，克服了三维静态地应力模型无法准确反应油气开发过程中地应力变化的问题，以及三维静态油藏模型中无法准确反应油气开发过程中储层参数变化的问题，进一步的最大程度提升单井产量提供了理论基础，能够有效避免沟通含水层而导致的井筒水淹，降低了油气藏开发成本。

以上所述仅是本发明的模型建立实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。