一种裂缝性储层自支撑压裂工艺的技术适应性评价方法与流程

本发明涉及非常规油气增产改造
技术领域：
，特别涉及一种裂缝性储层自支撑压裂工艺的技术适应性评价方法。
背景技术：
：非常规油气藏勘探潜力巨大，其空间分布具有非均质性强、产层复杂等特点，且基质渗透率很低，若要达到经济开发的水平，需要人造或连通大量裂缝，充分发挥储层潜能。对于低渗透储层而言，自支撑压裂工艺由于水力压裂产生较长较窄的裂缝，使得裂缝面凹凸不平，发生错位滑移，进而相互支撑，产生的裂缝导流能力相对提高，基于此或将取得较为显著的增产改造效果。目前，国内外学者对自支撑裂缝压裂开展了大量的室内研究与现场试验。wood(1970)、murphy(1986)分别表明水力压裂后裂缝面之间发生位移，在受剪切应力作用滑移后具有一定导流能力。闫铁(2009)针对局部裂缝的张开、错动和裂缝面的抗剪切能力，建立了一套数学模型，揭示了自支撑压裂的增产机理和原因。陈波涛(2010)运用有限元模拟裂缝扩展过程，分析裂缝面在不同条件下的相对滑移情况。freed(2001)、吴建东(2009)、李士斌(2010)、邹雨时(2013)等人完善了前人的模型设计，得出裂缝面错动后存在一定裂缝间隙或产生相对滑移，从而具有一定导流能力的结论，并提出了裂缝导流能力的大小取决于岩石性质、裂缝初始表面粗糙程度以及加载闭合压力后的粗糙度。陈迟(2014)建立了一套适用于页岩气藏自支撑压裂的气测导流能力测试模型，可描述气测条件下自支撑裂缝的渗流情况，并建立了一套较完善的室内试验评价方法。综上所述，目前对自支撑压裂的研究主要集中在建立计算模型进行分析，涉及到自支撑压裂的适应性评价方法较少，仅局限于图版法进行分析，评价准确度不高。因此，亟需建立一种裂缝性储层自支撑压裂工艺的技术适应性评价方法，将有助于提高裂缝性储层开发设计的科学性和针对性，进一步提高裂缝性储层的开发潜力。技术实现要素：针对上述问题，本发明旨在提供一种裂缝性储层自支撑压裂工艺的技术适应性评价方法，能够便捷提供自支撑压裂工艺对裂缝性储层的适应性评价分析，有效的为非常规油气储层的高效开发提供参考依据。本发明的技术方案如下：一种裂缝性储层自支撑压裂工艺的技术适应性评价方法，包括以下步骤：s1：收集储层物性参数、天然裂缝参数、岩石力学参数、地应力参数、地层流体参数，识别储层天然裂缝产状和发育程度、岩石力学特性和地应力分布、地层流体性质和储层物性发育程度；当所述储层天然裂缝发育程度评价结果为不发育或弱发育时，所述储层不适应自支撑压裂工艺；当所述储层天然裂缝发育程度评价结果为较发育或很发育时，进入步骤s2；s2：对储层发育的天然裂缝面进行受力分析，判断天然裂缝的破坏类型；当所述天然裂缝的破坏类型为张性破坏时，所述储层不适应自支撑压裂工艺；当所述天然裂缝的破坏类型为剪切破坏时，进入步骤s3；s3：结合剪切错位裂缝位移量计算方法，计算天然裂缝剪切滑移量；s4：结合所述天然裂缝面受力分析与所述天然裂缝剪切滑移量，建立剪切裂缝自支撑导流能力实验方案，完成自支撑裂缝导流能力实验测试；s5：运用cinco准则，判断自支撑压裂工艺的技术适应性，若符合cinco准则，则所述储层适应自支撑压裂工艺；若不符合cinco准则，则所述储层不适应自支撑压裂工艺。作为优选，所述储层物性参数包括孔隙度、渗透率、饱和度；所述天然裂缝参数包括裂缝长度、裂缝密度、裂缝宽度、裂缝孔隙度、天然裂缝剪切刚度、天然裂缝抗张强度以及天然裂缝摩擦系数；所述岩石力学参数包括泊松比、弹性模量；所述地应力参数包括水平最大主应力、水平最小主应力、水平应力差、垂向应力以及地层压力；所述地层流体参数包括地层油气性质、地层水性质以及地层流体组分。作为优选，所述裂缝长度的计算方法为：式中：fvtl为裂缝长度，m/m2；r为井眼半径，m；l为统计的井段长度，m；c为电成像井眼覆盖率，无量纲；n为电成像图上裂缝的条数，条；li为电成像图上第i条裂缝的长度，m；所述裂缝密度的计算方法为：式中：fvdc为裂缝密度，1/m2；所述裂缝宽度的计算方法为：式中：fva为裂缝宽度，mm；a、b均为与电成像测井资料分析软件有关常数，无量纲；a为由裂缝引起的异常电流面积，m2；rm为泥浆电阻率，ω·m；rxo为侵入带电阻率，ω·m；ve为电极阵列与电流回流处的电位差，v；z0、zn分别为仪器经过裂缝时的开始、结束位置，无量纲；ia(z)为仪器经过裂缝时各位置的电流，a；ib为仪器不受裂缝影响区域的电流，a；dz为自变量z的微分，所述自变量z为仪器经过裂缝时的位置，取值为z0～zn；所述裂缝孔隙度的计算方法为：式中：fvpa为裂缝孔隙度，m2/m2；fvai为电成像图上第i条裂缝的裂缝宽度，mm；所述天然裂缝剪切刚度的计算方法为：式中：ks为天然裂缝剪切刚度，pa/m；τ为剪应力，mpa；ηs为切向位移，mm；所述天然裂缝抗张强度的计算方法为：式中：st为天然裂缝抗张强度，pa；p为试样破坏时的最大载荷，n；d为试样直径，mm；h为试样厚度，mm；所述天然裂缝摩擦系数的计算方法为：式中：kf为天然裂缝摩擦系数，无量纲；为天然裂缝倾角，°。作为优选，步骤s2对储层发育的天然裂缝面进行受力分析时，包括计算地应力张量、天然裂缝面法向单位向量、作用在天然裂缝面上的力、天然裂缝面所受正应力值以及天然裂缝面所受切应力值。作为优选，所述地应力张量的计算方法为：式中：为地应力张量，mpa；σij为地应力张量分量，mpa；e为标准正交基矢量；i、j为坐标指标，取值为x、y、z；所述天然裂缝面法向单位向量的计算方法为：式中：为天然裂缝面法向单位向量，无量纲；ni为天然裂缝面法向单位向量分量，无量纲；ei为坐标系单位向量，无量纲；为天然裂缝倾角，°；θ为天然裂缝逼近角，°；所述作用在天然裂缝面上的力的计算方法为：式中：为作用在天然裂缝面上的力，pa；ei、ej、ek均为坐标轴单位向量，无量纲；nk、nj为天然裂缝面法向单位向量分量，无量纲；δ为kronecker符号；k为坐标指标，取值为x、y、z；所述天然裂缝面所受正应力值的计算方法为：式中：pn为天然裂缝面所受正应力值，pa；所述天然裂缝面所受切应力值的计算方法为：式中：pτ为天然裂缝面所受切应力值，pa。作为优选，所述天然裂缝的破坏类型的判别式为：张性破坏条件：pnf＞pn+st(14)式中：pnf为天然裂缝内流体压力，pa；剪切破坏条件：式中：τ0为天然裂缝内聚力，pa。作为优选，所述天然裂缝剪切滑移量的计算方法为：式中：us为天然裂缝剪切滑移量，m。作为优选，步骤s4中所述剪切裂缝自支撑导流能力实验方案具体为：s41：根据步骤s1所得到的地层流体性质和储层物性发育程度，选择液体或气体模拟储层流体测量裂缝导流能力；s42：将岩板加工成与导流室匹配的长方体，所述导流室的具体尺寸参照api标准导流室；s43：采用巴西劈裂法将所述岩板沿中线劈开，并扫描获取裂缝壁面数据；s44：调整劈开的两部分岩板间的错位量，形成事先拟定的错位配合；s45：将调整好的两部分岩板进行固定并使用灌封模套灌胶处理，然后将其放入导流室，放入时保证岩板接触面缝隙与导流室的测压口匹配；s46：安装完导流室后接入管线，施加1.5mpa闭合压力，检测装置的气密性，以及装置中各仪器是否正常，完毕后归零位移计；s47：岩板在1.5mpa承压60min后，开启导流能力测试，设置测试参数，测量不同天然裂缝闭合压力下的裂缝导流能力；s48：测量导流能力完毕，关阀门卸内压，拆开导流室，取出岩板，整理实验设备，归置实验工具。作为优选，所述自支撑裂缝导流能力实验测试过程中，剪切破坏的天然裂缝其缝内流体压力范围为：pn-(pτ-τo)/kf≤pnf≤pn+st(17)所述天然裂缝闭合压力的计算方法为：pc＝pn-pnf(18)式中：pc为天然裂缝闭合压力，mpa。作为优选，所述cinco准则具体为：式中：cr为cinco准数，无量纲；frcil为自支撑裂缝导流能力，d·cm；k为储层渗透率，d；lf为裂缝半长，cm。与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明针对非常规油气藏进行增产改造设计时进行适应性评价，对自支撑压裂工艺的适应性判断指标不应再局限于闭合应力梯度、岩石弹性模量、储层埋深和储层渗透率去进行单一因素判断，需结合对裂缝导流能力影响和储层改造的匹配关系进行界定，通过理论计算和实验测试结果进行最终判断，能够准确地对裂缝性储层自支撑压裂工艺的技术适应性进行评价，有效地为非常规油气储层的高效开发提供参考依据。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的评价流程示意图；图2为本发明天然裂缝壁面受力分解示意图；图3为本发明剪切位错裂缝位移量计算方法示意图；图4为本发明一个具体实施例的剪切滑移量随剪切刚度变化示意图；图5为本发明一个具体实施例的储层自支撑导流能力测试结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。如图1-5所示，本发明提供一种裂缝性储层自支撑压裂工艺的技术适应性评价方法，包括以下步骤：s1：收集储层物性参数、天然裂缝参数、岩石力学参数、地应力参数、地层流体参数，识别储层天然裂缝产状和发育程度、岩石力学特性和地应力分布、地层流体性质和储层物性发育程度。根据岩心观察和测井解释，获得天然裂缝分布，结合天然裂缝发育评价准则，判断天然裂缝发育程度，当所述储层天然裂缝发育程度评价结果为不发育或弱发育时，所述储层不适应自支撑压裂工艺；当所述储层天然裂缝发育程度评价结果为较发育或很发育时，进入步骤s2。所述储层物性参数包括孔隙度、渗透率、饱和度；所述天然裂缝参数包括裂缝长度、裂缝密度、裂缝宽度、裂缝孔隙度、天然裂缝剪切刚度、天然裂缝抗张强度以及天然裂缝摩擦系数。其中，所述裂缝长度的计算方法为：式中：fvtl为裂缝长度，m/m2；r为井眼半径，m；l为统计的井段长度，m；c为电成像井眼覆盖率，无量纲；n为电成像图上裂缝的条数，条；li为电成像图上第i条裂缝的长度，m；所述裂缝密度的计算方法为：式中：fvdc为裂缝密度，1/m2；所述裂缝宽度的计算方法为：式中：fva为裂缝宽度，mm；a、b均为与电成像测井资料分析软件有关常数，无量纲；a为由裂缝引起的异常电流面积，m2；rm为泥浆电阻率，ω·m；rxo为侵入带电阻率，ω·m；ve为电极阵列与电流回流处的电位差，v；z0、zn分别为仪器经过裂缝时的开始、结束位置，无量纲；ia(z)为仪器经过裂缝时各位置的电流，a；ib为仪器不受裂缝影响区域的电流，a；dz为自变量z的微分，所述自变量z为仪器经过裂缝时的位置，取值为z0～zn。在一个具体的实施例中，所述电成像测井资料分析软件采用斯伦贝谢的geoframe软件，a＝0.004801；b＝0.863。所述裂缝孔隙度的计算方法为：式中：fvpa为裂缝孔隙度，m2/m2；fvai为电成像图上第i条裂缝的裂缝宽度，mm；所述天然裂缝剪切刚度的计算方法为：式中：ks为天然裂缝剪切刚度，pa/m；τ为剪应力，mpa；ηs为切向位移，mm；所述天然裂缝抗张强度的计算方法为：式中：st为天然裂缝抗张强度，pa；p为试样破坏时的最大载荷，n；d为试样直径，mm；h为试样厚度，mm；所述天然裂缝摩擦系数的计算方法为：式中：kf为天然裂缝摩擦系数，无量纲；为天然裂缝倾角，°。所述岩石力学参数包括泊松比、弹性模量；所述地应力参数包括水平最大主应力、水平最小主应力、水平应力差、垂向应力以及地层压力；所述地层流体参数包括地层油气性质、地层水性质以及地层流体组分。s2：首先，对储层发育的天然裂缝面进行受力分析，包括计算地应力张量、天然裂缝面法向单位向量、作用在天然裂缝面上的力、天然裂缝面所受正应力值以及天然裂缝面所受切应力值。其中，所述地应力张量的计算方法为：式中：为地应力张量，mpa；σij为地应力张量分量，mpa；e为标准正交基矢量；i、j为坐标指标，取值为x、y、z；所述天然裂缝面法向单位向量的计算方法为：式中：为天然裂缝面法向单位向量，无量纲；ni为天然裂缝面法向单位向量分量，无量纲；ei为坐标系单位向量，无量纲；为天然裂缝倾角，°；θ为天然裂缝逼近角，°；所述作用在天然裂缝面上的力的计算方法为：式中：为作用在天然裂缝面上的力，pa；ei、ej、ek均为坐标轴单位向量，无量纲；nk、nj为天然裂缝面法向单位向量分量，无量纲；δ为kronecker符号；k为坐标指标，取值为x、y、z；所述天然裂缝面所受正应力值的计算方法为：式中：pn为天然裂缝面所受正应力值，pa；所述天然裂缝面所受切应力值的计算方法为：式中：pτ为天然裂缝面所受切应力值，pa。然后，判断天然裂缝的破坏类型，当所述天然裂缝的破坏类型为张性破坏时，所述储层不适应自支撑压裂工艺；当所述天然裂缝的破坏类型为剪切破坏时，进入步骤s3。所述天然裂缝的破坏类型的判别式为：张性破坏条件：pnf＞pn+st(14)式中：pnf为天然裂缝内流体压力，pa；剪切破坏条件：式中：τ0为天然裂缝内聚力，pa。s3：结合剪切错位裂缝位移量计算方法，计算天然裂缝剪切滑移量，所述天然裂缝剪切滑移量的计算方法为：式中：us为天然裂缝剪切滑移量，m。s4：结合所述天然裂缝面受力分析与所述天然裂缝剪切滑移量，建立剪切裂缝自支撑导流能力实验方案，完成自支撑裂缝导流能力实验测试。在一个具体的实施例中，所述剪切裂缝自支撑导流能力实验方案具体为：s41：根据步骤s1所得到的地层流体性质和储层物性发育程度，选择液体或气体模拟储层流体测量裂缝导流能力；s42：将岩板加工成与导流室匹配的长方体，所述导流室的具体尺寸参照api标准导流室；s43：采用巴西劈裂法将所述岩板沿中线劈开，并扫描获取裂缝壁面数据；s44：调整劈开的两部分岩板间的错位量，形成事先拟定的错位配合；在一个具体的实施例中，依靠垫片厚度调整错位量，与导流室腔体两端的半圆配合粘合，形成事先拟定的错位配合；s45：将调整好的两部分岩板进行固定并使用灌封模套灌胶处理，然后将其放入导流室，放入时保证岩板接触面缝隙与导流室的测压口匹配；在一个具体的实施例中，在岩板上标记出对应导流室管线接口的测压口位置，打测压孔，剖开岩板，然后调整测压孔大小，修整切开的胶皮，使岩板接触面缝隙与导流室的测压口匹配。s46：安装完导流室后接入管线，施加1.5mpa闭合压力，检测装置的气密性，以及装置中各仪器是否正常，完毕后归零位移计；s47：岩板在1.5mpa承压60min后，开启导流能力测试，设置测试参数，测量不同天然裂缝闭合压力下的裂缝导流能力；s48：测量导流能力完毕，关阀门卸内压，拆开导流室，取出岩板，整理实验设备，归置实验工具。在一个具体的自支撑裂缝导流能力实验测试过程中，剪切破坏的天然裂缝其缝内流体压力范围为：pn-(pτ-τo)/kf≤pnf≤pn+st(17)所述天然裂缝闭合压力的计算方法为：pc＝pn-pnf(18)式中：pc为天然裂缝闭合压力，mpa。s5：运用cinco准则，判断自支撑压裂工艺的技术适应性，若符合cinco准则，则所述储层适应自支撑压裂工艺；若不符合cinco准则，则所述储层不适应自支撑压裂工艺。所述cinco准则具体为：式中：cr为cinco准数，无量纲；frcil为自支撑裂缝导流能力，d·cm；k为储层渗透率，d；lf为裂缝半长，cm。在一个具体的实施例中，已知某井区储层岩石杨氏模量为28.4gpa，泊松比为0.27，最小水平主应力为23.9mpa，最大、最小水平主应力差值约8mpa～10mpa，垂向应力为36.7mpa，地层压力为14.35mpa，天然裂缝描述统计发现天然裂缝线密度为大于1m-1。根据表1所示的储层天然裂缝发育状况评价标准，采用裂缝线密度判断该井区储层天然裂缝的发育程度为较发育状态，反映出该井区储层具有开展自支撑压裂的基础前提条件，可以进行下一步对储层发育的天然裂缝面进行受力分析，判断天然裂缝的破坏类型。表1储层天然裂缝发育状况评价标准裂缝发育强度裂缝不发育裂缝弱发育裂缝较发育裂缝很发育判别类别裂缝切割比0小于5％5％～20％大于20％高角度裂缝裂缝线密度0小于1m-11～3m-1大于3m-1低角度裂缝对储层发育的天然裂缝面进行受力分析时，具体分析步骤如下：a、建立三维坐标系，x、y、z轴分别表示为最小水平主应力方向、最大水平主应力方向、垂向应力方向，利用式(9)计算地应力张量；b、利用式(10)计算天然裂缝面法向单位向量；c、利用式(9)、(10)通过点积运算，即通过式(11)，计算作用在天然裂缝面上的力；d、利用式(10)、(11)通过点积运算，即通过式(12)，计算天然裂缝面所受正应力值；e、利用式(11)、(12)通过力的合成原则，即通过式(13)，计算天然裂缝面上作用力沿裂缝面方向的切应力值；f、结合步骤a-e计算的数据，根据式(14)、(15)，判断天然裂缝的破坏类型。根据天然裂缝的破坏类型，对发生张性破坏的天然裂缝不推荐自支撑压裂工艺，对发生剪切破坏的天然裂缝进行自支撑压裂工艺的进一步判断。在一个发生剪切破坏的天然裂缝的实施例中，具体的地应力参数和天然裂缝力学参数如表2所示：表2地应力参数和天然裂缝力学参数参数数值单位最小水平主应力23.9mpa最大水平主应力33.9mpa垂向应力36.7mpa天然裂缝摩擦系数0.1无量纲天然裂缝内聚力1mpa天然裂缝逼近角15°天然裂缝倾角85°天然裂缝抗张强度1mpa将剪切刚度ks的取值范围设定为1～4gpa/m，结合式(13)计算得到天然裂缝面所受切应力值pτ＝1.5mpa，再根据式(16)计算得到天然裂缝剪切滑移量，其结果如图4所示。由图4可知，天然裂缝剪切破坏的滑移量随剪切刚度的增大而减小，剪切刚度反映了天然裂缝的抗剪切能力的强弱，剪切刚度越大，裂缝抗剪切能力越强，裂缝的剪切滑移行为越不容易进行。根据上述的天然裂缝面受力分析以及天然裂缝剪切滑移量，建立剪切裂缝自支撑导流能力实验方案，完成自支撑裂缝导流能力实验测试。实验时，首先进行天然裂缝滑移量的数值模拟，得知在3～6m3/min的施工排量和450～600m3的施工规模内，获得的平均剪切滑移为2.4mm，裂缝半长为10m。因此实验设置两块耦合岩板的错位量分别为2mm和3mm，然后在闭合压力10mpa下，根据实验流程完成剪切位错裂缝自支撑导流能力实验，实验结果如图5所示，在闭合压力10mpa下裂缝导流能力约为1d·cm。根据上述步骤所得的数据，运用cinco准则，判断在本实施例中自支撑压裂工艺的技术适应性。具体的，所述已知某井区储层，其通过模拟计算裂缝平均剪切位移量为2.4mm，裂缝半长约为10m；实验测试在2～3mm剪切位移量和闭合应力为10mpa条件下，裂缝有效导流能力约为1d·cm，储层渗透率约为1.06md，根据式(19)计算得出cr＝0.943＜10，不符合cinco准则，该储层不足以达到导流流体的基本界限，说明裂缝导流能力与所需要控制的储层区域不匹配，无法满足自支撑压裂工艺的要求。因此在该储层区域内不适合采用自支撑压裂工艺进行压裂，需选择其他压裂工艺或加入少量支撑剂进行增产改造。在另一个具体的实施例中，储层天然裂缝发育状态为较发育，破坏类型为剪切破坏的储层区域采用本发明进行自支撑压裂工艺的适应性判断，其最终cr＞10，满足cinco准则，该储层区域满足自支撑压裂工艺要求，且在该储层区域采用自支撑压裂工艺后成功达到增产改造目的。综上所述，本发明能够准确地评价裂缝性储层自支撑压裂工艺的技术适应性，通过对裂缝导流能力影响和储层改造的匹配关系进行界定，通过理论计算和实验测试结果进行判断，能够有效地为非常规油气储层的高效开发提供参考依据。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12