一种低渗透油藏或气藏完井工程的设计方法与流程

本发明涉及石油天然气工程
技术领域：
，具体而言，涉及一种低渗透油藏或气藏完井工程的设计方法。
背景技术：
：低渗透油藏和气藏是我国今后勘探开发的主要阵地之一。低渗透油气藏在油气资源中所占比重越来越大，逐渐成为全球油气开发的重点领域。在低渗透油气藏中，我国低渗透砂岩气藏资源丰富，是当前天然气开采的一个重点领域。目前低渗透砂岩气藏的开发，多采用水平井配合酸化、压裂等增产措施开发，而水平井完井方法的优劣直接影响气井产能及寿命。低渗透油藏具有储层岩性非均质性强、微裂缝发育、油水关系复杂的特征，而使用传统的基于均质储层的水平井完井方式开采低渗透油藏具有开采效率低下的弊端，不利于低渗透油藏的开发利用。因此，选择合理的水平井完井方式显得尤为重要。完井方式与油气藏构造地质特征、储层岩石及流体物性、钻采工艺、增产需要、井壁稳定等诸多因素相关，现有技术难以兼顾各种影响因素，具有一定的单一性。此外，现有技术在选择完井方式时，片面或相似经验占主导作用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种低渗透油藏或气藏完井工程的设计方法，该方法综合测井资料与室内实验，形成一种低渗透油藏或气藏水平井完井方式优选方法。由于测井资料可体现出地层非均质、油水特性等深部储层的特征，从而能更为准确得对水平井完井方式进行优选，有利于储层油气资源的高效开采。本发明是这样实现的：一种低渗透油藏或气藏完井工程的设计方法，包括如下步骤：构建岩石强度剖面；构建临界生产压差模型；确定水平井完井方式。在本发明应用较佳的实施例中，上述岩石强度剖面是基于声波测井资料和室内岩心实验参数构建而成。在本发明应用较佳的实施例中，上述室内岩心实验参数包括岩石物理实验参数和岩石力学实验参数，岩石物理实验参数包括岩石的纵、横波时差，岩石力学实验参数包括对酸液处理前后的岩样进行岩样力学实验所得的岩石抗压强度、内聚力和内摩擦角。酸液处理的方式包括酸液浸泡、酸液循环驱替和酸液循环过岩心端面中的任意一种酸液处理方式。进一步地，对岩样进行实验前需要对工区的井下岩心进行采集，并对岩心按照相关行业标准进行制样。采用超声波透射法，获得岩石纵、横波时差；采用室内三轴压缩法，获得岩石抗压强度、内聚力和内摩擦角力学参数。进一步地，对岩样进行酸液处理后，采用室内三轴压缩法，分析酸化对岩石力学特征的影响，包括酸化后的岩石抗压强度、内聚力和内摩擦角力学参数，酸液作用方式包括酸液浸泡、酸液循环驱替等方式，酸液作用方式和酸液作用时间根据实际情况确定。在本发明应用较佳的实施例中，上述岩石强度参数的计算模型为：上式中：sc为抗压强度，mpa；为内摩擦角，°；c为内聚力，mpa；ac为声波时差，us/m。进一步地，基于声波时差与岩石力学参数(抗压强度、内聚力和内摩擦角)的相关性，得到岩石强度剖面。在本发明应用较佳的实施例中，上述利用声波测井资料通过eaton法获取地层孔隙压力分布，eaton法的计算方程为：式中：pp为孔隙压力梯度，g/cm3；go为上覆岩层压力梯度，g/cm3；gn为静水液柱压力梯度，g/cm3；acn为正常压实趋势线上的声波时差，us/m；ac为测井声波时差，us/m；c为压实指数。在本发明应用较佳的实施例中，还包括基于已钻井的酸压施工曲线，计算获得构造应变系数，从而获取研究工区的地应力分布值。进一步地，计算地层应力的模型包括matthews&kelly模型、eaton模型、anderson模型、newberry模型、组合弹簧模型和黄氏模型中的任意一种，优选为组合弹簧模型，如下式所示：式中：μ：泊松比；α：biots系数；e：岩石弹性模量，mpa；εh、εh：沿最大主应力方向与最小主应力方向构造应变系数，h0：测井结束点深度，m；ρ(h)：深度为h点的测井密度，g/cm3；g：重力加速度，kg.m/s2。eaton法主要适用于砂泥岩层序地层。该方法的原理是压实观测参数的实际值和正常趋势值的比率与地层压力的关系是由上覆压力梯度的变化所决定的。进一步地，地层孔隙压力分布的计算方法还可以是等效深度法。等效深度法假设了不同深度具有相同岩石物理特性的同一类泥岩所受到的有效应力相等，在不考虑温度影响的情况下，若深度h2的异常压力点的声波时差与正常趋势线上h1点的声波时差相等，则反映这两点压实程度相同，两点具有等效性，称h1为h2的等效深度点(he)，不同深度段的目的层地层孔隙压力pp可由下式计算：pp＝g0h-(g0-gn)he式中，g0、gn、h、he分别为上覆岩层压力梯度、静水压力梯度、目标地层深度、等效深度。在本发明应用较佳的实施例中，上述构建临界生产压差模型是基于石力学强度参数内聚力和内摩擦角、孔隙压力分布、地应力分布，采用摩尔库伦准则，获得不同井眼轨迹下的坍塌压力，从而定量判断井壁稳定性。在本发明应用较佳的实施例中，上述坍塌压力的计算方法为：其中ζ0为破坏面与σ1的夹角，co、为基体内聚力和内摩擦角，pw为临界破坏液柱压力，即为地层坍塌压力，mpa；σz为井壁垂向应力，mpa；σθ为井壁周向应力，mpa；τθz为井壁剪应力，mpa。进一步地，坍塌压力计算方法如式(3)所示。坍塌压力越高，表明井壁越易垮塌，即井壁稳定性较差。在本发明较佳的实施例中，上述获取岩石力学参数包括对采集的井下岩石进行岩石力学实验，岩石力学实验包括室内三轴压缩法、巴西劈裂法，获得岩石抗张强度、岩石抗压强度、内聚力和内摩擦角力学参数。岩石采集时选择工区的井下岩心，对岩心按照相关行业标准进行制样。在本发明较佳的实施例中，上述岩石力学实验是对井下岩石进行酸液处理后进行岩石力学实验。在本发明应用较佳的实施例中，由临界生产压差模型获得临界生产压差，计算方法为：δp＝pp-pw。在本发明应用较佳的实施例中，根据临界生产压差模型，得到压力衰竭作用下的临界生产压差，进一步分析酸化作用下的临界生产压差，综合压力衰竭与酸化作用下的临界生产压差，确定水平井完井方式。进一步地，本发明所提供的水平井完井方式优选方法也适用于不进行酸化处理的低渗透油藏或气藏。针对该类油藏或气藏，在利用该优选方法时，不考虑酸化作用即可。在本发明较佳的实施例中，上述低渗透油藏或气藏水平井完井方式的优化方法还包括水平井出砂预测，水平井出砂预测是通过地层孔隙压力、地层地应力和岩石力学参数进行分析的，且考虑压裂缝与酸化作用。依据岩石抗压强度与在生产压差下井壁岩石所承受的切向地应力之间的关系，来定量判断地层是否出砂。对于水平井，出砂判断依据如下所示：式中：σc为岩石抗压强度，mpa；pwf为生产时井底流压，当地层发生出砂时的临界井底流压即是临界出砂压力，mpa。在本发明较佳的实施例中，上述产能预测模型考虑了不同完井方式下的表皮系数不同的影响，并基于此构建了产能预测模型。在本发明较佳的实施例中，上述产能预测模型包括如下预测模型：水平井裸眼完井:水平井割缝衬管完井:水平井砾石充填完井:水平井射孔完井:其中，上式中：kh为储层水平向渗透率，10-3·um-2；t为储层温度，℃；z为天然气偏差系数；h为储层厚度，m；l为水平井长度，m；β为储层各向异性系数；rw为井眼半径，m；δ为水平井眼偏心距，m。ug为气体粘度，cp；reh为供给半径，m.soh,ssp,sogf,shor分别为水平井裸眼完井、割缝衬管完井、砾石充填完井、射孔完井的表皮系数。aa为水平井产能，万方/天。最后，综合水平井的井壁稳定性、出砂情况、产能，优选完井方式从现有的完井方式中进行选择。井壁最稳定，出砂最少，产能最大的完井方式为最优。基于此，得到水平井完井方式的综合优化方程，如下所示：上式中：d完井方式最优系数；pc为所有完井方式中的最大坍塌压力，mpa；pci为第i个完井方式的坍塌压力，mpa；pwfm为所有完井方式中最大的临界出砂压力，mpa；pwfi为第i个完井方式的临界出砂压力，mpa；aax为所有完井方式中的最大产能，万方/天；aai第i个完井方式的产能，万方/天。本发明的有益效果包括：本发明提供了低渗透油藏或气藏完井工程的设计方法。该方法综合测井资料与室内实验，形成一种低渗透油藏或气藏水平井完井方式优选方法。由于测井资料可体现出地层非均质、油水特性等深部储层特征，从而能更为准确得对水平井完井方式进行优选，有利于储层油气资源的高效开采，对现场钻完井工程设计具有实际意义。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1为本发明的实施流程框架图；图2为岩石抗压强度与声波时差相关性；图3位岩石内聚力与声波时差相关性；图4位岩石内摩擦角与声波时差相关性；图5为工区岩石强度剖面图；图6为压力衰竭下的临界生产压差；图7为酸化作用下的岩石强度；图8为f1井的临界生产压差；图9为f2井的临界生产压差；图10为l1井的临界生产压差；图11为本发明的实施例2的流程框架图；图12为实施例2工区孔隙压力分布图；图13为实施例2工区地应力分布；图14为实施例2压裂缝存在下的井筒模型；图15为实施例2优选完井方式图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供的低渗透油藏完井工程的设计方法，该设计方法参照图1所示的流程图，包括依次进行的如下步骤：(1)采用超声波透射法，获得岩石的纵、横波时差；(2)采用室内三轴压缩法，获得岩石的内聚力、内摩擦角和抗压强度力学参数；(3)对岩样进行酸液循环过岩心端面，采用室内三轴压缩法，分析酸化对岩石力学特征的影响，包括酸化后的岩石内聚力、内摩擦角和抗压强度力学参数。(4)基于步骤(1)和步骤(2)中的超声波透射实验和三轴压缩力学实验结果，获得室内岩心实验参数，构建声波时差与岩石力学参数(抗压强度、内聚力、内摩擦角)的相关性，参照图2-图4所示。由图2-图4中声波时差与岩石力学参数的相关性可以得到岩石力学参数测井预测模型，岩石强度参数计算模型包括：上式中：sc为抗压强度，mpa；为内摩擦角，°；c为内聚力，mpa；ac为声波时差，us/m。基于该预测模型可以得到岩石强度剖面，参照图5所示。(4)利用地层声波测井数据，通过eaton法获取地层孔隙压力分布，eaton法的计算方程为：式中：pp为孔隙压力梯度，g/cm3；go为上覆岩层压力梯度，g/cm3；gn为静水液柱压力梯度，g/cm3；acn为正常压实趋势线上的声波时差，us/m；ac为测井声波时差，us/m；c为压实指数。(5)基于已钻井的酸压压裂施工曲线，借助组合弹簧模型参照式(4)和式(5)所示，构建合理的地应力计算模型。基于多口井测试点的地应力数据，借助于数学和岩石力学理论进行数值模拟反演分析，计算获得构造应变系数，从而构建工区地应力的计算模型。式中：μ：泊松比；α：biots系数；e：岩石弹性模量，mpa；εh、εh：沿最大主应力方向与最小主应力方向构造应变系数，h0：测井结束点深度，m；ρ(h)：深度为h点的测井密度，g/cm3；g：重力加速度，kg.m/s2。(6)基于岩石力学强度参数(内聚力和内摩擦角)、孔隙压力分布、地应力分布，采用摩尔库伦准则，获得不同井眼轨迹下的坍塌压力，从而定量判断井壁稳定性。坍塌压力的计算方法为：其中ζ0为破坏面与σ1的夹角，co、为基体内聚力和内摩擦角。pw为临界破坏液柱压力，即为地层坍塌压力，mpa；σz为井壁垂向应力，mpa；σθ为井壁周向应力，mpa；τθz为井壁剪应力，mpa。坍塌压力越高，表明井壁越易垮塌，即井壁稳定性较差。由临界生产压差模型获得临界生产压差(δp)，计算方法为：δp＝pp-pw。(7)基于临界生产压差算法，考虑地层压力衰竭作用影响，得到不同地层压力下的临界生产压差，参照图6所示。(8)基于室内岩心实验，对酸处理后的岩心进行力学实验，得到酸化作用对岩石强度的影响大小，参照图7所示。在此基础上，利用临界生产压差算法，可得到酸化作用下的临界生产压差。(9)根据步骤(8)和步骤(7)中临界生产压差得到酸化和地层压力衰竭下的水平井临界生产压差，从而开展水平井完井优化。参照图8-图10所示，为说明该方法实用性，对f1，f2和l1三口井开展临界生产压差分析。由图8-图10可知：对于f1井，由于酸化对水平段岩石强度影响较大，故整个水平段的临界生产压差大幅度降低，最大下降幅度达到12mpa，整个井段都必须采用支撑的完井方式；f2井和l1井的水平井段酸化处理后，与原始地层强度下的水平井段相比，整个水平井段的临界生产压差大幅度降低，最大降幅达到了15mpa，所有含油层段已经不再具有裸眼生产的条件，建议采用带管外封隔器的割缝衬管或射孔完井方式。实施例2本实施例提供的低渗透气藏水平井完井方式的优化方法，参照图11所示的流程图，包括依次进行的如下步骤：(1)采用室内三轴压缩法和巴西劈裂法，获得岩石抗张强度、岩石抗压强度、内聚力和内摩擦角力学参数；(2)对岩样进行酸液浸泡处理，采用室内三轴压缩法，分析酸化对岩石力学特征的影响，包括酸化后的岩石抗压强度、内聚力和内摩擦角力学参数。试验结果参照表1所示：表1酸化前后的岩样力学参数变化岩石力学参数酸化前酸化后单轴抗压强度177.3mpa152.8mpa岩石内聚力31.2mpa33.22mpa岩石内摩擦角32.51°25.83°(3)将地层声波测井数据代入式(2)，得到地层孔隙压力分布pp。地层孔隙压力分布参照图12所示。(4)构建地应力计算模型，将多口井测试点的地应力数据通过式(4)和式(5)计算构建地应力计算模型。地应力分布参照图13所示。式中：μ：泊松比；a：biots系数；e：岩石弹性模量，mpa；εh、εh：沿最大主应力方向与最小主应力方向构造应变系数，h0：测井结束点深度，m；ρ(h)：深度为h点的测井密度，g/cm3；g：重力加速度，kg.m/s2。(5)利用有限元软件构建压裂缝存在下，不同完井方式的井筒模型，参照图14所示，得到井筒岩石稳定性系数云图。(6)基于石力学强度参数、孔隙压力分布、地应力分布，考虑酸化作用与压裂缝影响，采用摩尔库伦准则，获得不同井眼轨迹下的坍塌压力，从而得到井壁稳定性。坍塌压力计算方法如式(3)所示。坍塌压力越高，表明井壁越易垮塌，即井壁稳定性较差。其中ζ0为破坏面与σ1的夹角，co、为基体内聚力和内摩擦角。pw为临界破坏液柱压力，即为地层坍塌压力，mpa；σz为井壁垂向应力，mpa；σθ为井壁周向应力，mpa；τθz为井壁剪应力，mpa。(7)借助岩石力学强度参数和地层压力分布，考虑酸化作用与压裂缝影响，采用力学分析法，依据岩石抗压强度与在生产压差下井壁岩石所承受的切向地应力之间的关系，来定量判断地层是否出砂。对于水平井，出砂判断依据如下所示：式中：σc为岩石抗压强度，mpa；pwf为生产时井底流压，当地层发生出砂时的临界井底流压即是临界出砂压力，mpa。(8)考虑不同完井方式下的表皮系数的影响，构建不同完井方式下的产能预测模型，得到相对应的水平井产能。水平井裸眼完井:水平井割缝衬管完井:水平井砾石充填完井:水平井射孔完井:其中，上式中：kh为储层水平向渗透率，10-3·um-2；t为储层温度，℃；z为天然气偏差系数；h为储层厚度，m；l为水平井长度，m；β为储层各向异性系数；rw为井眼半径，m；δ为水平井眼偏心距，m。ug为气体粘度，cp；reh为供给半径，m.soh,ssp,sogf,shor分别为水平井裸眼完井、割缝衬管完井、砾石充填完井、射孔完井的表皮系数。aa为水平井产能，万方/天。(9)通过式(11)得出4种完井方式最优系数，参照图15所示，射孔完井最优系数最大，本实施例选择射孔完井方式最有利于该储层油气的开采。本发明的有益效果包括：本发明提供了低渗透气藏水平井完井方式的优化方法。该方法综合储层地质特征、钻完井工程参数和水平井产能，形成了一套系统的水平井完井方式优化方法。该方法可从现有水平井完井方式中，优选最适合储层的完井方式，有利于储层油气资源的高效开采，对现场钻完井工程设计具有实际意义。一种低渗透气藏水平井完井方式的优化方法的程序，使用java语言编制而成,编制思路包括如下步骤：(1)根据储层岩石力学基本特征参数进行井壁稳定性预测；(2)对于需要酸化的储层根据储层岩石力学、声学等基本特征参数进行出砂预测；(3)根据储层地质特征和开采特点结合步骤(1)和步骤(2)的预测结果，对完井方法进行初选；(4)对选出的完井方法进行表皮系数和产能计算参数设置；(5)计算初选完井方法产能，优选完井方法。本发明的有益效果包括：本发明提供了低渗透油藏或气藏完井工程的设计方法。该方法综合测井资料与室内实验，形成一种低渗透油藏或气藏水平井完井方式优选方法。由于测井资料可体现出地层非均质、油水特性等深部储层特征，从而能更为准确得对水平井完井方式进行优选，有利于储层油气资源的高效开采，对现场钻完井工程设计具有实际意义。以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12