基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法

本公开涉及油气井增产，尤其涉及一种基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法。

背景技术：

1、页岩气藏具有明显的低孔隙度、低渗透率特征，在不进行储层压裂改造的前提下，几乎没有商业开发价值。储层改造区域的大小以及改造区域内裂缝形成的复杂程度是影响页岩气藏开发效率与最终采出程度的主要因素。综合开发效果与理论计算结果来看，页岩气藏的主要动用范围局限在进行了压裂改造的气藏范围内。因此，如何实现裂缝改造范围的扩大是页岩气藏水力压裂的关键技术点。

技术实现思路

1、本公开的实施例提供一种基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，以扩大流场体积以及增加储层有效动用，从而实现页岩气藏的高效开发。

2、本公开一些实施例提供一种基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，该方法包括：

3、沿目标储层的最小水平主应力方向形成水平井；

4、根据目标储层的储层条件，确定第一类径向钻孔的至少一个钻孔区域、每个钻孔区域的钻孔密度和每个钻孔区域的钻孔高度；

5、根据水平井的压裂参数和地应力条件，确定第二类径向钻孔的钻孔点位、钻进角度和钻进距离；

6、基于确定的第一类径向钻孔的至少一个钻孔区域、每个钻孔区域的钻孔密度和每个钻孔区域的钻孔高度，形成第一类径向钻孔；第一类径向钻孔沿垂直于水平井的水平段井筒水平面的方向延伸；

7、基于确定的第二类径向钻孔的钻孔点位、钻进角度和钻进距离，形成第二类径向钻孔；

8、对水平井进行压裂作业。

9、在一些实施例中，根据目标储层的储层条件，确定第一类径向钻孔的至少一个钻孔区域，包括：

10、根据目标储层的总有机碳含量、有效孔隙度、脆性指数和总含气量，将目标储层划分为ⅰ类储层、ⅱ类储层和ⅲ类储层；

11、合并ⅰ类储层和ⅱ类储层，并将合并后的储层中储层厚度满足第一预设条件的区域，确定为第一类径向钻孔的钻孔区域。

12、在一些实施例中，ⅰ类储层满足如下条件：

13、ⅰ类储层满足如下条件：总有机碳含量≥3％、有效孔隙度≥5％、脆性指数≥55％和总含气量≥3m3/t；

14、ⅱ类储层满足如下条件：总有机碳含量2-3％、有效孔隙度3-5％、脆性指数45-55％和总含气量2-3m3/t；

15、ⅲ类储层满足如下条件：总有机碳含量1-2％、有效孔隙度2-3％、脆性指数30-45％和总含气量1-2m3/t。

16、在一些实施例中，第一预设条件为：

17、hp≥1.5h(x)

18、其中，hp为储层厚度，m；

19、裂缝延伸高度h(x)通过对下式积分求解得到：

20、

21、

22、式中：pf为裂缝内流体压力，pa；

23、g为重力加速度；

24、s1为储层水平最小主应力，pa；

25、s2为储层水平最大主应力，pa；

26、h(x)为裂缝长度方向上任意位置的裂缝高度，m；

27、kic为应力强度因子的临界值，即断裂韧性，可通过岩石物理参数计算，pa·m1/2；

28、e为页岩岩石弹性模量，gpa；

29、μ为页岩岩石泊松比，量纲为一；

30、γ为页岩岩石比表面能，n/m。

31、在一些实施例中，任一钻孔区域内的钻孔密度根据如下公式确定：

32、

33、式中：n为钻孔密度；

34、lw为水平井长度，m；

35、mf为压裂段数；

36、ldi为第i个钻孔区域的长度。

37、在一些实施例中，任一钻孔区域内的钻孔高度根据如下公式确定：

38、

39、式中：s3为储层垂直主应力，pa。

40、在一些实施例中，确定第二类径向钻孔的钻孔点位，包括：根据水平井的压裂参数确定第二类径向钻孔的钻孔段沿水平井的井筒方向的起始位置；

41、其中，压裂参数包括压裂射孔段位置坐标、射孔簇数量、单簇射孔长和射孔簇间距；起始位置根据如下公式确定：

42、

43、式中：xi为第i段压裂段的钻孔沿水平井的井筒方向的相对起始位置；

44、ri为第i段压裂段沿井筒方向最靠近井位的位置坐标；

45、lci为第i段压裂段射孔簇间距，m；

46、lb为射孔簇长度，m；

47、ni为第i段压裂段射孔簇数量。

48、在一些实施例中，钻进距离根据如下公式确定：

49、

50、式中：li为第i段压裂段的钻孔钻进距离，m。

51、在一些实施例中，钻进角度根据如下公式确定：

52、

53、式中：θ为钻进角度，表征水平井井筒延伸方向与钻进方向的夹角；

54、s1为储层水平最小主应力，mpa；

55、s2为储层水平最大主应力，mpa；

56、s3为储层垂直主应力，mpa。

57、在一些实施例中，对水平井进行压裂作业，包括：

58、对第一类径向钻孔实施分隔独立压裂作业，对第二类径向钻孔直接实施压裂作业。

59、本公开一些实施例提供的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，根据目标储层的储层条件、水平井的压裂参数和地应力条件，筛选出适合进行第一类径向钻孔和第二类径向钻孔的钻孔区域(钻孔点位)，并通过对第一类径向钻孔的钻孔密度和钻孔高度进行优化，对第二类径向钻孔的钻进角度和钻进距离进行优化，在常规水平井压裂方式的基础上，通过设置第一类径向钻孔和第二类径向钻孔，扩大流场体积以及增加储层有效动用，解决常规水平井压裂能量耗散严重、流场范围有限的技术问题，从而实现页岩气藏的高效开发。其中，第一类径向钻孔沿垂直于水平井的水平段井筒水平面的方向向地层方向钻进，能够起到延伸体积改造范围的作用，实现深度酸化、定向压裂的效果。第二类径向钻孔沿与水平井筒呈一定角度的方向钻进，能够起到改变储层应力条件、增加主改造范围内缝网复杂度的作用。同时，针对不同的钻孔形式，采用不同压裂方式，使第一类径向钻孔和第二类径向钻孔形成的缝网结构叠加形成更为复杂的缝网结构，该复合缝网起到扩大流场面积，增强流场波及效果的作用，并且，复合缝网能够优化页岩气藏的流场结构，从而提高产能，进而提高了储层的采收率。

技术特征：

1.一种基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，根据所述目标储层的储层条件，确定第一类径向钻孔的至少一个钻孔区域，包括：

3.根据权利要求2所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，所述ⅰ类储层满足如下条件：

4.根据权利要求2所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，所述第一预设条件为：

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，任一钻孔区域内的钻孔密度根据如下公式确定：

6.根据权利要求4所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，任一钻孔区域内的钻孔高度根据如下公式确定：

7.根据权利要求1所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，确定第二类径向钻孔的钻孔点位，包括：根据所述水平井的压裂参数确定所述第二类径向钻孔的钻孔段沿水平井的井筒方向的起始位置；

8.根据权利要求7所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，所述钻进距离根据如下公式确定：

9.根据权利要求1所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，所述钻进角度根据如下公式确定：

10.根据权利要求1所述的基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，其特征在于，对所述水平井进行压裂作业，包括：

技术总结
本公开提供了一种基于流场结构的页岩气藏水力压裂方法，包括：沿目标储层最小水平主应力方向形成水平井；根据目标储层的储层条件，确定第一类径向钻孔的至少一个钻孔区域、每个钻孔区域的钻孔密度和钻孔高度；根据水平井的压裂参数和地应力条件，确定第二类径向钻孔的钻孔点位、钻进角度和钻进距离；基于确定的第一类径向钻孔的钻孔区域、钻孔密度和钻孔高度，形成第一类径向钻孔；第一类径向钻孔沿垂直于水平井的水平段井筒水平面的方向延伸；基于确定的第二类径向钻孔的钻孔点位、钻进角度和钻进距离，形成第二类径向钻孔；对水平井进行压裂作业。该方法能够扩大流场体积、增加储层有效动用，优化流场结构，实现页岩气藏的高效开发。

技术研发人员：朱维耀,岳明,孔德彬,刘凯,潘滨,陈震,宋智勇,褚洪杨
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13