一种选择斜井压裂射孔方位的方法
【技术领域】
[0001] 本申请属于油气田开发领域，具体地说，涉及一种选择斜井压裂射孔方位的方法。
【背景技术】
[0002] 通过对斜井射孔后进行压裂可以显著提高低渗透油气藏的开发效果。斜井射孔方 位选择不恰当将会导致地层破裂压力过高、形成多裂缝以及产生空间转向，导致近井摩阻 和栗压升高，增加压裂施工风险和降低改造效果。斜井压裂射孔方位的优选与压裂井段的 地应力、斜井方位、井斜、储层渗透率以及施工排量、压裂液粘度等参数密切相关。
[0003] 地应力的获取是指探明地壳中各点应力状态的各种测量方法。测试方法主要有直 接测量法:利用岩石的应力、应变关系，如应力恢复法、应力解除法和钻孔加深法等；间接测 量法:利用岩石受应力作用时的物理效应，如声波法和地电阻率法等。但是上述方法求取斜 井的地应力步骤繁琐、计算时间长、不利于现场作业工程师方便的应用。
[0004] 姜浒等人(姜浒，陈勉，张广清，等.定向射孔对水力裂缝起裂与延伸的影响[J].岩 石力学与工程学报，2009，28(7): 1321-1326;王祖文，郭大立，邓金根，等.射孔方式对压裂 压力及裂缝形态的影响[J].西南石油学院学报，2005，27(5): 47-50;李海涛，王永清，戈应 文.压裂施工井的射孔优化设计方法[J].天然气工业，1998, 18( 2) :43-46; ZL 201210272304.4定向射孔与压裂裂缝转向规律的实验方法)采用真三轴大型物理模拟装置 的方法，研究得出了 0度相位角射孔方式最优，并能取得最小的破裂压力。但在斜井的射孔 方位优化过程中，因为此时的上覆岩层压力与井轴不再重合，原水平地应力不再与井轴正 交，井周围岩石在法向正应力和切向剪应力的联合作用下处于三维应力状态上述结论并不 适合。专利CN 104929591 A(-种内定向定方位定射角多级脉冲增效射孔器)提出了解决一 种解决射孔过程中内定向定方位定射角多级脉冲增效射孔器，但是并没有涉及到如何选择 出最优的射孔方位。
[0005] 斜井压裂的射孔方案优化除了与地应力的大小和方向，斜井井斜、方位角密切相 关，也与斜井压裂过程中，注入的压裂液不断渗滤进入地层紧密相关。在注入不断注入压裂 液破裂地层的过程中，地层岩石作为一种多孔介质，随着注入流体持续被挤入地层，在压力 差作用下会引起其中的流体流动，导致孔隙压力发生改变;而孔隙压力的变化反过来又会 导致应力场发生变化，进而影响井壁处的应力场和破裂压力。罗天雨（罗天雨，郭建春，赵金 洲，等.斜井套管射孔破裂压力及起裂位置研究[J].石油学报，2007,28(1) :139-142; [4] 12.Hubbert,M.K.,WillisjD-G.!Mechanics of hydraulic fracturing，Trans·ΑΙΜΕ， 1957，210，153-166.)在对斜井破裂压力进行预测时充分考虑了地应力、井眼轨迹、作业条 件和完井方式等因素的影响，在考虑储层渗透率对破裂压力的影响时，将其考虑成系数〇 (非渗透地层)和1(渗透地层)两个临界值，而在实际地层中渗透性能存在较大区间范围，因 此与实际情况存在较大偏差。
[0006] 上述方法均没有综合考虑井身结构、地应力、压裂液渗滤、孔隙压力变化、施工参 数、启动压力梯度等因素的综合影响，也还没有形成一种快速实现优选斜井压裂最佳射孔 方位的方法。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是现有技术没有综合考虑井身结构、地应 力、压裂液渗滤、孔隙压力变化、施工参数、启动压力梯度等因素的影响。本申请提供了一种 选择斜井压裂射孔方位的方法，利用该方法可以克服现有技术的不足，有效解决斜井压裂 效果不佳的方法，从而为斜井压裂射孔参数的优选提供依据，提高储层改造效果。
[0008] 为了解决上述技术问题，本申请公开了一种选择斜井压裂射孔方位的方法，包括 以下步骤：
[0009] 1)收集斜井压裂井段的井斜角、方位角、储层渗透率数据，利用斜井测井和邻井压 裂的构造应力系数资料计算斜井三个远场原地主地应力，收集压裂液粘度、施工排量参数；
[0010] 2)将三个远场原地主地应力变换到斜井井筒直角坐标系中，得到6个相应的应力 分量；
[0011] 3)计算斜井注入压裂液过程中的斜井射孔井段井筒周围应力分布模型；
[0012] 4)计算斜井压裂在不同射孔方位角下的破裂压力，选择破裂压力最小的方位作为 斜井压裂最佳射孔方位。
[0013] 进一步的，所述步骤1)利用斜井测井和邻井压裂的构造应力系数资料计算斜井三 个远场原地主地应力，包括垂向应力、最大水平主应力和最小水平主应力：
[0014] a、获取纵、横波时差数据；
[0015]纵、横波时差是计算地层岩石力学参数必需的声波测井资料，可以从全波列测井 资料中提取，但多数井仅有常规纵波测井资料，可以利用常规纵波时差求取横波时差值：
[0017] 式中：Ats为地层横波时差，单位为ys/ft，Atp为地层纵波时差，单位为ys/ft;P为 岩石密度，单位为g/cm 3;
[0018] b、计算岩石力学参数
[0019] 动态法是通过测定声波在岩样中的传播速度转换得到动态力学参数，利用声波时 差值和密度测井值，便可以计算岩石的动态力学参数：
[0020] 动态泊松比：
[0021] 动态杨氏模量：.
[0022] 式中：Vd为岩石动态泊松比，无因次;Ed为岩石动态杨氏模量，单位为MPa;
[0023] 斜井压裂过程中，岩石的变形和破坏更接近岩石静态测试的条件，因此在地应力 计算和实际工程中应采用岩石的静态力学参数，通过测井资料得到的动态岩石力学参数和 室内试验测得的静态岩石力学参数，拟合相应关系得到连续静态岩石力学参数：
[0024] 静态泊松比与动态泊松比的转换关系：
[0025] Vs = O. 133vd+0.186 (4)
[0026] 式中：Vs为岩石静态泊松比，无因次；
[0027] 静态泊松比与动态泊松比的转换关系：
[0028] Es = O.477Ed+l.215 (5)
[0029] 式中：Es为岩石静态杨氏模量，单位为MPa;
[0030] c、计算斜井压裂井段的三个远场原地主应力
[0031 ] 垂向应力：
[0032] 最大水平主应力：
[0033] 最小水平主应力：
[0034] 式中：σν为垂直深度h处的垂向应力，单位为MPa; Ahi为按照密度近似相等原则划 分的垂直深度单元长度，其中A Ill = Vn,单位为m;n为按照密度近似相等原则划分的垂直 深度单元长度个数，无因次;P1为第i段的岩石密度，单位为kg/m 3;h为计算深度的垂直深度， 单位为m; σΗ为为地层原地最大水平应力，单位为MPa，〇h为地层原地最小水平应力，单位为 MPa ;kH为最大水平主应力方向的构造系数，单位为nfSkh为最小水平主应力方向的构造系 数，单位为πΓ1。
[0035]进一步的，所述步骤2)将三个远场原地主地应力变换到斜井井筒直角坐标系中， 得到6个相应的应力分量的方法为：
[0036]原地应力坐标系旋转到定向井井筒坐标系(x，y，ζ)的坐标转换关系为：
[0040] 式中：〇xx、Oyy、Ozz分别为坐标系(X，y，Z)中正应力分量，单位为MPa; Oxy、Oyz、Oxz分别 为坐标系(X，y，Z)中剪应力分量，单位为MPa;根据上面的转换公式，坐标系(X，y，z)中的6个 应力分量为：
[0041]
[0042]进一步的，所述步骤3)计算斜井注入压裂液过程中的斜井射孔井段井筒周围应力 分布模型方法为：
[0043] e、计算原始地层孔隙压力下的斜井射孔段井筒周围应力分布模型<