復(fù)雜壓裂網(wǎng)絡(luò)中水力壓裂相互作用建模的制作方法
【專利摘要】提出在具有裂縫網(wǎng)絡(luò)的井場執(zhí)行壓裂操作的方法。該方法包括獲得井場數(shù)據(jù)和地質(zhì)力學(xué)模型，并且生成裂縫網(wǎng)絡(luò)的隨著時(shí)間變化的水力壓裂裂縫發(fā)展模式。該生成包括：從井眼開始延伸出水力壓裂裂縫并且進(jìn)入地下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成水力壓裂網(wǎng)絡(luò)；在延伸出之后確定水力壓裂參數(shù)；確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及通過水力壓裂參數(shù)、傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型確定裂縫尺寸。該方法還包括在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影以確定裂縫之間的應(yīng)力干涉并且基于所確定的應(yīng)力干涉重復(fù)該生成。該方法還包括確定交叉特性。
【專利說明】復(fù)雜壓裂網(wǎng)絡(luò)中水力壓裂相互作用建模
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及執(zhí)行井場操作的方法和系統(tǒng)。更具體地，本公開針對(duì)的是執(zhí)行壓裂操作的方法和系統(tǒng)，例如勘測地下地層以及在地下地層中表征水力壓裂網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了幫助從油井和氣井中回收碳?xì)浠衔?，包圍這些井的地下地層可被水力壓裂。水力壓裂可以用于在地下地層中產(chǎn)生裂縫以允許油或氣朝向井移動(dòng)。通過將特別設(shè)計(jì)的高壓和高速流體(在這里被稱作“壓裂流體”或“壓裂漿體”)通過一個(gè)或多個(gè)井眼引入地層而使地層被壓裂。由于地層內(nèi)部的固有應(yīng)力，水力壓裂可以從井眼開始沿兩個(gè)相反的方向延伸出幾百英尺。在特定環(huán)境下，可以形成復(fù)雜的壓裂網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜的壓裂網(wǎng)絡(luò)可以包括誘發(fā)的水力壓裂裂縫和天然的裂縫，它們可以沿著多個(gè)方位角在多個(gè)平面和方向、以及多個(gè)區(qū)域中交叉或者不交叉。
[0003]當(dāng)前的水力壓裂監(jiān)控方法和系統(tǒng)可以繪制出壓裂發(fā)生的位置和壓裂的范圍。一些微地震監(jiān)控的方法和系統(tǒng)可以通過使用模型化的到達(dá)時(shí)間和/或射線路徑將地震到達(dá)時(shí)間和分裂信息繪制到三維空間中而處理地震活動(dòng)位置。這些方法和系統(tǒng)可以用于推測水力壓裂隨著時(shí)間的擴(kuò)展。
[0004]通過壓裂增產(chǎn)所產(chǎn)生的水力壓裂模式是復(fù)雜的并且可以形成采用相關(guān)的微地震活動(dòng)分布進(jìn)行標(biāo)記的壓裂網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成可以表現(xiàn)產(chǎn)生的水力壓裂裂縫。在美國專利 / 申請(qǐng) N0.6101447、N0.7363162、N0.7788074、N0.20080133186、N0.20100138196和N0.20100250215中公開了壓裂模型的例子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在至少一個(gè)方面，本公開涉及在井場執(zhí)行壓裂操作的方法。井場位于地下地層附近，地下地層具有貫穿其自身的井眼和位于其中的壓裂網(wǎng)絡(luò)。壓裂網(wǎng)絡(luò)具有其內(nèi)在的天然裂縫。井場可以通過將具有壓裂支撐劑的注射流體注入到壓裂網(wǎng)絡(luò)中而增產(chǎn)。該方法包括獲得包括天然裂縫的天然裂縫參數(shù)的井場數(shù)據(jù)以及獲得地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型并且生成壓裂網(wǎng)絡(luò)的隨著時(shí)間變化的水力壓裂裂縫發(fā)展模式。該生成包括從井眼開始延伸出水力壓裂裂縫并且使其進(jìn)入地下地層的壓裂網(wǎng)絡(luò)中以形成包括天然裂縫和和水力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)，在延伸出之后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù)，確定壓裂支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)，并且從所確定的水力壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型中確定水力壓裂裂縫的裂縫尺寸。該方法還包括在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影以確定水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干涉并且基于所確定的應(yīng)力干涉重復(fù)上述生成。
[0006]如果水力壓裂裂縫遇到天然裂縫，該方法還可包括基于所確定的應(yīng)力干涉而確定水力壓裂裂縫和與其相遇的裂縫之間的交叉特性，并且該重復(fù)可以基于所確定的應(yīng)力干涉和交叉特性重復(fù)該生成。該方法還可包括通過將具有壓裂支撐劑的注射流體注入到壓裂網(wǎng)絡(luò)中而使井場增產(chǎn)。[0007]本方法還可以包括，如果水力壓裂遇到天然裂縫，則確定在遇到的天然裂縫處的交叉特性，并且其中所述重復(fù)包括基于所確定的應(yīng)力干涉和所述交叉特性來重復(fù)所述生成。裂縫發(fā)展模式可以被交叉特性改變或不改變。水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的壓裂壓力可以比作用在遇到的裂縫上的應(yīng)力更大，并且裂縫發(fā)展模式可以沿著遇到的裂縫擴(kuò)展。裂縫發(fā)展模式可以沿著遇到的裂縫持續(xù)擴(kuò)展直到到達(dá)天然裂縫的端部。裂縫發(fā)展模式可以在天然裂縫的端部改變方向，并且裂縫發(fā)展模式可以在天然裂縫的端部處沿垂直于最小應(yīng)力的方向延伸。裂縫發(fā)展模式可根據(jù)應(yīng)力投影垂直于局部主應(yīng)力擴(kuò)展。
[0008]應(yīng)力投影可包括對(duì)每個(gè)水力壓裂裂縫執(zhí)行位移不連續(xù)法。應(yīng)力投影包括圍繞井場的多個(gè)井眼執(zhí)行應(yīng)力投影并且使用在多個(gè)井眼上執(zhí)行的應(yīng)力投影而重復(fù)該生成。應(yīng)力投影包括在井眼中的多個(gè)增產(chǎn)階段執(zhí)行應(yīng)力投影。
[0009]該方法還可包括確證裂縫發(fā)展模式。該確證可包括將裂縫發(fā)展模式與至少一種壓裂網(wǎng)絡(luò)增產(chǎn)的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
[0010]該延伸出可包括基于天然裂縫參數(shù)和地下地層上的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力沿著裂縫發(fā)展模式延伸出水力壓裂裂縫。確定裂縫尺寸可包括評(píng)估地震測量、螞蟻?zhàn)粉?、聲波測量、地質(zhì)測量及它們的組合中的一種。井場數(shù)據(jù)可包括地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)、巖石物理數(shù)據(jù)、地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)、測井測量數(shù)據(jù)、完井?dāng)?shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及它們的組合中的至少一種。天然裂縫參數(shù)可以通過觀測井孔成像記錄、從井眼測量估算裂縫尺寸、獲得微地震圖像及它們的組合中之一而生成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]用于表征井眼應(yīng)力的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例參照后面的圖進(jìn)行描述。在全部附圖中相同的數(shù)字用于標(biāo)記相同的特征和部件。
[0012]圖1.1為描繪壓裂操作的水力壓裂現(xiàn)場的示意圖；
[0013]圖1.2為在水力壓裂現(xiàn)場上描繪有微地震活動(dòng)的示意圖；
[0014]圖2為2D壓裂的示意圖；
[0015]圖3為應(yīng)力投影效應(yīng)的示意圖。
[0016]圖4為將兩個(gè)平行的直線裂縫的2D DDM和Flac3D進(jìn)行比較的示意圖。
[0017]圖5.1-5.3為描繪延伸的裂縫在各個(gè)位置的應(yīng)力的20 0011和？1&(:30曲線圖；
[0018]圖6.1-6.2為描繪兩個(gè)初始平行的裂縫分別在各向同性和各向異性的應(yīng)力場中的擴(kuò)展路徑的曲線圖；
[0019]圖7.1-7.2為描繪兩個(gè)初始偏移的裂縫分別在各向同性和各向異性的應(yīng)力場中的擴(kuò)展路徑的曲線圖；
[0020]圖8為沿著水平井的橫向平行裂縫的示意圖；
[0021]圖9為描繪五個(gè)平行裂縫的長度的曲線圖；
[0022]圖10為描繪圖9的平行裂縫的UFM壓裂形狀和寬度的示意圖；
[0023]圖11.1-11.2為分別描繪高射孔摩擦情況和大型壓裂空間情況下裂縫形狀的示意圖；
[0024]圖12為描繪微地震繪制的圖；
[0025]圖13.1-13.4分別為與階段1_4的微地震測量相比較的模擬壓裂網(wǎng)絡(luò)的示意圖；[0026]圖14.1-14.4為描繪各個(gè)階段分布的壓裂網(wǎng)絡(luò)的示意圖；
[0027]圖15為描繪執(zhí)行壓裂操作的方法的流程圖表；并且
[0028]圖16.1-16.4為描繪在壓裂操作過程中圍繞井眼的壓裂發(fā)展的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]后面的描述包括體現(xiàn)了本發(fā)明主題的技術(shù)的典型的設(shè)備、方法、技術(shù)以及控制序列。然而，可以理解的是描述的實(shí)施例在沒有這些具體的細(xì)節(jié)時(shí)也可以實(shí)施。
[0030]已經(jīng)形成用于獲悉地下裂縫網(wǎng)絡(luò)的模型。該模型考慮到各種因素和/或數(shù)據(jù)，但是可以不必考慮裂縫和注射的流體之間以及裂縫之間泵送的流體量或機(jī)械作用的限制。限定的模型可以提供對(duì)涉及的機(jī)理的基本理解，但是在數(shù)學(xué)描述上是復(fù)雜的和/或需要計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)源和時(shí)間以提供對(duì)水力壓裂擴(kuò)展的準(zhǔn)確模擬。限定的模型可以配置成執(zhí)行模擬以考慮隨著時(shí)間變化并且在期望條件下的因素，例如裂縫之間的相互作用。
[0031]一種非傳統(tǒng)的壓裂模型(UFM)(或者復(fù)合模型)可以用于模擬具有預(yù)先存在的天然裂縫的地層中的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。多個(gè)裂縫分支可以同時(shí)擴(kuò)展并且彼此交叉/交錯(cuò)。每個(gè)開放的裂縫可以對(duì)周圍的巖石和相鄰的裂縫施加額外的應(yīng)力，這可以被稱作“應(yīng)力投影”效應(yīng)。應(yīng)力投影可能引起對(duì)裂縫參數(shù)(例如，寬度)的限制，這例如可能導(dǎo)致很大的支撐劑滲透的風(fēng)險(xiǎn)。該應(yīng)力投影還可能改變裂縫擴(kuò)展路徑并且影響裂縫網(wǎng)絡(luò)模式。該應(yīng)力投影可能影響復(fù)雜裂縫模型中裂縫之間相互作用的建模。
[0032]提出了一種計(jì)算復(fù)雜水力壓裂網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)力投影計(jì)算的方法。該方法可以基于具有對(duì)有限的裂縫高度進(jìn)行修正的增強(qiáng)的2D位移不連續(xù)法(2DDDM)或3D位移不連續(xù)法(3DDDM)執(zhí)行。通過2D DDM計(jì)算出的應(yīng)力場可以與3D數(shù)值模擬(3D DDM或者flac3D)進(jìn)行比較以確定3D裂縫問題的近似值。這種應(yīng)力投影計(jì)算可以集成在UFM中。兩個(gè)裂縫的簡單情況的結(jié)果顯示，每個(gè)裂縫例如根據(jù)它們的初始相關(guān)位置彼此吸引或排斥，并且可以與獨(dú)立的2D非平面水力壓裂模型進(jìn)行比較。
[0033]提供了來自多射孔群的平面和復(fù)合裂縫擴(kuò)展的附加例子，顯示出裂縫相互作用可以控制裂縫的尺寸和擴(kuò)展模式。在具有小應(yīng)力各向異性的地層中，由于裂縫趨于彼此排斥因而裂縫相互作用可能導(dǎo)致裂縫發(fā)生巨大的背離。然而，即使當(dāng)應(yīng)力各向異性很大并且由于裂縫相互作用受限而發(fā)生裂縫轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)力投影對(duì)裂縫寬度仍然可能具有很強(qiáng)的作用，這可能影響到分配進(jìn)入多射孔群的注射速率，以及由此引起的整個(gè)裂縫網(wǎng)絡(luò)形狀和支撐劑放置。
[0034]圖1.1和1.2描繪了關(guān)于井場100的裂縫擴(kuò)展。井場具有從井口裝置108開始在地面位置延伸并且穿過位于其下的地下地層102延伸的井孔104。裂縫網(wǎng)絡(luò)106圍繞井孔104延伸。泵系統(tǒng)129圍繞井口裝置108設(shè)置用于使流體通過管道142。
[0035]泵系統(tǒng)129被描繪為受記錄維護(hù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)和/或根據(jù)規(guī)定的泵送安排表執(zhí)行操作的現(xiàn)場操作者127控制。泵系統(tǒng)129在壓裂操作中將流體從地面泵送到井眼104。
[0036]泵系統(tǒng)129可包括水源，例如多個(gè)水罐131，向凝膠水合單元133提供水。凝膠水合單元133將來自水罐131的水與凝膠劑混合形成凝膠。凝膠接著被送入攪拌機(jī)135，在其中與來自支撐劑運(yùn)送裝置137的支撐劑混合，形成壓裂流體。凝膠劑可以用于提高壓裂流體的粘性，并且使支撐劑懸浮在壓裂流體中。其還可以作用為摩擦減小劑使得在具有較小摩擦壓力的同時(shí)具有較高的泵送速率。
[0037]壓裂流體接著從攪拌機(jī)135被泵送到具有柱塞泵的處理車120中，如實(shí)線143所示。每個(gè)處理車120接收低壓壓裂流體并且將其排放到處于高壓的共用集管139 (有時(shí)被稱作發(fā)射拖車或發(fā)射器)中，如虛線141所示。發(fā)射器139接著將壓裂流體從處理車120引導(dǎo)到井眼104中，如實(shí)線115所示。可以使用一個(gè)或多個(gè)處理車120來提供具有期望流速的壓裂流體。
[0038]每個(gè)處理車120通?？梢砸匀我獾乃俾蔬\(yùn)行，例如在其最大運(yùn)行容量下很好地運(yùn)行。在運(yùn)行容量下工作的處理車120可以允許其中一個(gè)失效并且其余的在較高的速度下運(yùn)行以彌補(bǔ)失效泵的缺席?？梢圆捎糜?jì)算機(jī)操作的控制系統(tǒng)149在壓力運(yùn)行過程中管理整個(gè)泵系統(tǒng)129。
[0039]各種流體，例如傳統(tǒng)的具有支撐劑的激發(fā)流體，都可以用于產(chǎn)生壓裂。其它流體，例如粘性凝膠、“滑溜水(slick water，其具有摩擦減少物(聚合物)和水)”也可以用于水力壓裂頁巖氣井。這種“滑溜水”可以是薄流體形式(例如，接近于水的粘性)并且可以用于產(chǎn)生更復(fù)雜的裂縫，例如可以監(jiān)測到的多微震裂縫。
[0040]如圖1.1和1.2所示，裂縫網(wǎng)絡(luò)包括設(shè)置在圍繞井眼104的各個(gè)位置上的裂縫。這些裂縫可以是在流體注射之前具有的天然裂縫144，或者在注射過程中圍繞地層102產(chǎn)生的水力壓裂裂縫146。圖1.2示出基于使用傳統(tǒng)方法聚集的微震活動(dòng)148的裂縫網(wǎng)絡(luò)106。
[0041]多級(jí)增產(chǎn)是非傳統(tǒng)氣藏開發(fā)的規(guī)范。然而，對(duì)頁巖氣藏完井進(jìn)行最優(yōu)化的障礙可能包括缺少能夠正確地模擬在這些地層中經(jīng)常能看到的復(fù)雜裂縫擴(kuò)展的水力壓裂模型。已經(jīng)開發(fā)出了復(fù)雜的壓裂網(wǎng)絡(luò)模型(或者UFM)(例如參見Weng，X.，Kresse, 0.，ffu, R.，andGu, H., Modeling of Hydraulic Fracture Propagation in a NaturalIy FracturedFormation.Paper SPE140253presented at the SPE Hydraulic Fracturing Conference andExhibition, Woodlands, Texas, USA, January24~26 (2011)(此后稱作"Weng2011") ；Kresse,0., Cohen, C, Weng, X, ffu, R., and Gu, H2011 (此后稱作 〃Kresse2011〃).Numerical Modelingof Hydraulic Fracturing in Naturally Fractured Formations.45th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, San Francisco, CA, June26~29,它們的全部內(nèi)容由此被包含于此)。
[0042]現(xiàn)有的模型可以用于模擬裂縫擴(kuò)展、巖石變形以及流體在處理過程中產(chǎn)生的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)。該模型還可以被用于解決在裂縫網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的流體以及裂縫的彈性變形的完全耦合問題，其與傳統(tǒng)的虛擬3D壓裂模型具有相似的假設(shè)和控制方程。泵送的流體和支撐劑的每種組分的遷移方程都可以被解決。
[0043]傳統(tǒng)的平面壓裂模型可以對(duì)裂縫網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)方面進(jìn)行建模。提供的UFM還可以包括模擬具有預(yù)先存在的天然裂縫的水力壓裂的相互作用的能力，即確定當(dāng)它們相互作用并且沿著天然裂縫繼續(xù)擴(kuò)展時(shí)水力壓裂擴(kuò)展穿過天然裂縫還是被天然裂縫阻止。水力壓裂在與天然裂縫的交叉點(diǎn)上的分支促進(jìn)了復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
[0044]交叉模型可以從Renshaw and Pollard(例如參見，Renshaw, C E.and Pollard, D.D.1995, An Experimentally Verified Criterion for Propagation across UnboundedFrictional Interfaces in Brittle, Linear Elastic Materials.1nt.J.Rock Mech.Min.Sc1.&Geomech.Abstr.，32:237-249(1995)由此其全部內(nèi)容作為參考被包含于此)界面交叉標(biāo)準(zhǔn)延伸，應(yīng)用于任意的交叉角度，并且可以被開發(fā)(例如參見，Gu，H.andWeng, X.Criter1n for Fractures Crossing Frict1nal Interfaces at Non—orthogonalAngles.44th US Rock symposium, Salt Lake City, Utah, June27_30，2010(此后被稱作"Gu和Weng 2010〃)，由此其全部內(nèi)容作為參考被包含于此)并且經(jīng)過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的查驗(yàn)(例如參見，Guj H.，Weng, X.，Lund, J.，Mack, M.，Gangulyj U.and Suarez-Rivera R.2011.HydraulicFracture Crossing Natural Fracture at Non-Orthogonal Angles,A Criter1n,ItsValidat1n and Applicat1ns.Paper SPE139984presented at the SPE HydraulicFracturing Conference and Exhibit1n, Woodlands, Texas, January24_26 (2011)(此后被稱作〃Gu et al.2011")，由此其全部內(nèi)容作為參考被包含于此)并且整合在UFM中。
[0045]為了正確地模擬多條或復(fù)雜的裂縫的擴(kuò)展，壓裂模型可以考慮相鄰的水力壓裂分支之間的相互作用，其通常被稱作“應(yīng)力投影”效應(yīng)。當(dāng)單個(gè)平面水力壓裂在有限流體凈壓力下被打開時(shí)，其可以在周圍巖石上施加與凈壓力成比例的應(yīng)力場。
[0046]在具有恒定有限高度的無限長垂直裂縫的極限情況中，可以提供由開放的裂縫所施加的應(yīng)力場的解析表達(dá)式。例如參見Warpinski, N.F.and Teufel, L.ff., Influenceof Geologic Discontinuities on Hydraulic Fracture Propagat1n, JPT, Feb., 209-220(1987)(此后稱為 〃Warpinski 和 Teufel")以及 Warpinski, N.R., and Branagan, P.T., Altered-Stress Fracturing.SPE JPT, September, 1989, 990-997 (1989),其全部內(nèi)容由此通過引用被結(jié)合到這里。凈壓力(或者更精確地為產(chǎn)生指定裂縫開口的壓力)可以在垂直于裂縫的方向上在最小化的原處應(yīng)力上施加壓應(yīng)力，其在壓裂面上等于凈壓力，但是隨著與裂縫的距離的增大而快速減少。
[0047]在超過裂縫高度的距離上，誘導(dǎo)應(yīng)力可能只是凈壓力的一小部分。因此，術(shù)語“應(yīng)力投影”可以用于描述圍繞裂縫的區(qū)域中應(yīng)力的增加。如果產(chǎn)生的第二水力壓裂裂縫平行于已有的開放裂縫，并且如果第二水力壓裂裂縫落在“應(yīng)力投影”中(即與已有裂縫的距離小于裂縫高度)，第二裂縫實(shí)際上可能經(jīng)受大于初始原處應(yīng)力的閉合應(yīng)力。因此，可能需要更高的壓力來擴(kuò)展裂縫，和/或裂縫與相應(yīng)的單個(gè)裂縫相比需要更窄的寬度。
[0048]應(yīng)力投影研究的一個(gè)應(yīng)用可以包括從水平井眼開始同時(shí)擴(kuò)展的多個(gè)裂縫之間的裂縫間隔。在極低滲透的頁巖中，裂縫密集分布用于氣藏的有效排出。然而，應(yīng)力投影效應(yīng)可以防止裂縫在其它裂縫的近鄰中擴(kuò)展(例如參見Fisher，M.K.，J.R.Heinze, C.D.Harris, B.M.Davidson, C.A.Wright, and K.P.Dunn, Optimizing horizontalcomplet1n techniques in the Barnett Shale using microseismic fracture mapping.SPE9005lpresented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibit1n, Houston, 26-29S印tember2004，其全部內(nèi)容由此通過引用被整體地結(jié)合到這里)。
[0049]過去已經(jīng)對(duì)平行的裂縫之間的干擾進(jìn)行了研究(例如參見WarpinskiandTeufel ；Britt, L.K.and Smith, Μ.B.,Horizontal Well Complet1n, Stimulat1nOptimizat1n, and Risk Mitigat1n.Paper SPE125526presented at the2009SPE EasternReg1nal Meeting, Charleston, September23_25, 2009 ；Cheng, Y.2009.Boundary ElementAnalysis of the Stress Distribut1n around Multiple Fractures:1mplicat1ns forthe Spacing of Perforat1n Clusters of Hydraulically Fractured Horizontal Wells.Paper SPE125769presented at the 2009SPE Eastern Reg1nal Meeting, Charleston, September23_25，2009 ；Meyer, B.R.and Bazanj L.W., A Discrete Fracture Network Modelfor Hydraulically Induced Fractures:Theory, Parametric and Case Studies.PaperSPE140514presented at the SPE Hydraulic Fracturing Conference and Exhibit1n,Woodlands，Texas,USA,January24_26，2011 ;Roussel，N.P.and Sharmaj Μ.M，OptimizingFracture Spacing and Sequencing in Horizontal-Well Fracturing, SPEPEj May, 2011，pp.173-184，其全部內(nèi)容由此通過引用被結(jié)合到這里)。這些研究包括靜態(tài)條件下的平行裂縫。
[0050]應(yīng)力投影的一種效應(yīng)是在多個(gè)平行裂縫的中間區(qū)域中的裂縫可以具有更小的寬度，這是由于來自鄰近裂縫的增強(qiáng)的壓應(yīng)力(例如參見Germanovich, L.N.，andAstakhov D., Fracture Closure in Extens1n and Mechanical Interact1n of ParallelJoints.J.Geophys.Res., 109, B02208, do1:10.1029/2002JB002131 (2004) ；01son, J.E., Mult1-Fracture Propagat1n Modeling:Applicat1ns to Hydraulic Fracturingin Shales and Tight Sands.42nd US Rock Mechanics Symposium and2nd US-Canada RockMechanics Symposium, San Francisco, CA, June29_July2, 2008,其全部內(nèi)容通過引用被結(jié)合到這里)。當(dāng)多個(gè)裂縫同時(shí)擴(kuò)展時(shí)，進(jìn)入裂縫的流量分配可能是動(dòng)態(tài)過程并且可能受到裂縫的凈壓力的影響。凈壓力高度依賴于裂縫的寬度，并且由此，應(yīng)力投影對(duì)流量分配和裂縫尺寸的影響需要進(jìn)一步的研究。
[0051]同時(shí)擴(kuò)展的多個(gè)裂縫的動(dòng)力學(xué)也依賴于初始裂縫的相對(duì)位置。如果裂縫是平行的，例如在多個(gè)裂縫與水平井眼垂直的情況中，裂縫可彼此排斥，導(dǎo)致裂縫向外彎曲。然而，如果多個(gè)裂縫以階梯樣式分布時(shí)，例如對(duì)于從不垂直于裂縫平面的水平井眼起始的裂縫，相鄰裂縫之間的相互作用使得它們的端部彼此吸引并且甚至連接至Ij ——起(例如參見 Olson, J.E.Fracture Mechanics Analysis of Joints and Veins.PhD dissertat1n, Stanford University, San Francisco, California (1990) ；Yew, C.H., Mear, M.E., Chang, CC, and Zhang, X.C.0n Perforating and Fracturing of DeviatedCased ffellbores.Paper SPE26514presented at SPE68th Annual Technical Conference andExhibit1n, Houston, TX, Oct.3-6 (1993) ；ffeng, X., Fracture Initiat1n and Propagat1nfrom Deviated ffellbores.Paper SPE26597presented at SPE68th Annual TechnicalConference and Exhibit1n, Houston, TX, Oct.3-6 (1993),其全部內(nèi)容由此通過引用被結(jié)合到這里)。
[0052]當(dāng)水力壓裂裂縫與朝向不同方向的次生裂縫相交叉時(shí)，其在次生裂縫上施加與凈壓力成比例的附加閉合應(yīng)力。該應(yīng)力可以被提取出并且被考慮到在對(duì)裂縫性地層的壓力依賴泄露進(jìn)行分析的裂縫開啟壓力的計(jì)算中(例如參見Nolte, K., Fracturing PressureAnalysis for nonideal behav1r.JPT, Feb.1991，210-218 (SPE20704) (1991)(此后被稱作〃N0ltel991〃)，其全部內(nèi)容由此通過引用被結(jié)合到這里)。
[0053]對(duì)于更加復(fù)雜的裂縫，可以具有上面討論的各種裂縫的相互作用的組合。為了正確地說明這些相互作用并且保持計(jì)算效率使其能夠結(jié)合到復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)模型中，可以構(gòu)建正確的建?？蚣堋；谠鰪?qiáng)的2D位移不連續(xù)法(2D DDM)的方法可以用于計(jì)算在指定裂縫上以及在其余的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的巖石中的誘導(dǎo)應(yīng)力(例如參見Olson, J.E.，PredictingFracture Swarms-The Influence of Sub critical Crack Growth and the Crack-TipProcess Zone on Joints Spacing in Rock.1n The Initiat1n, Propagat1n and Arrest ofJoints and Other Fractures, ed.J.ff.Cosgrove and T.Engelder, Geological Soc.SpecialPublicat1ns, London, 231，73-87(2004)(此后被稱作 〃01son2004〃)，其全部內(nèi)容由此通過引用被結(jié)合到這里)。裂縫轉(zhuǎn)向還可以基于由于應(yīng)力投影效應(yīng)而在擴(kuò)展的裂縫端部之前的改變的局部應(yīng)力方向而建立模型。給出結(jié)合有裂縫相互作用建模的來自UFM模型的模擬結(jié)果。
[0054]UFM模型描述
[0055]為了模擬由多個(gè)相互交叉的裂縫組成的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，可以使用控制壓裂過程的基礎(chǔ)物理過程的方程?；镜目刂品匠汤绨刂屏芽p網(wǎng)絡(luò)中的流體流動(dòng)的方程、控制裂縫變形、以及裂縫擴(kuò)展/相互作用標(biāo)準(zhǔn)的方程。
[0056]連續(xù)方程假定流體流動(dòng)沿著裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，具有以下質(zhì)量守恒:
【權(quán)利要求】
1.一種在井場執(zhí)行壓裂操作的方法，所述井場位于地下地層附近，地下地層具有穿過其的井眼和位于其中的裂縫網(wǎng)絡(luò)，該裂縫網(wǎng)絡(luò)包括天然裂縫，所述井場通過將具有支撐劑的注射流體注入到裂縫網(wǎng)絡(luò)中而增產(chǎn)，該方法包括: 獲得包括天然裂縫的天然裂縫參數(shù)的井場數(shù)據(jù)并且獲得地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型； 生成裂縫網(wǎng)絡(luò)的隨時(shí)間變化的水力壓裂裂縫發(fā)展模式，該生成包括: 從井眼開始延伸出水力壓裂裂縫并且進(jìn)入地下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成包括天然裂縫和水力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)； 在延伸出之后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù)； 確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及 通過所確定的水力壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型 來確定水力壓裂裂縫的裂縫尺寸；以及 在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影，以確定水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干涉；以及 基于所確定的應(yīng)力干涉重復(fù)所述生成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括:如果水力壓裂裂縫遇到另一條裂縫，則確定在遇到的另一條裂縫處的交叉特性，所述重復(fù)包括基于所確定的應(yīng)力干涉和交叉特性來重復(fù)所述生成。
3.如權(quán)利要求 2所述的方法，其特征在于，水力壓裂裂縫發(fā)展模式未被交叉特性改變。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，裂縫發(fā)展模式被交叉特性改變。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的壓裂壓力大于作用在遇到的裂縫上的應(yīng)力，裂縫發(fā)展模式沿著遇到的裂縫擴(kuò)展。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，裂縫發(fā)展模式沿著遇到的裂縫繼續(xù)擴(kuò)展直到到達(dá)天然裂縫的端部。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，裂縫發(fā)展模式在天然裂縫的端部處改變方向，所述裂縫發(fā)展模式在天然裂縫的端部處沿垂直于最小應(yīng)力的方向延伸。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，裂縫發(fā)展模式根據(jù)應(yīng)力投影垂直于局部主應(yīng)力擴(kuò)展。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，應(yīng)力投影包括對(duì)每個(gè)水力壓裂裂縫執(zhí)行位移不連續(xù)法。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，應(yīng)力投影包括圍繞井場的多個(gè)井眼執(zhí)行應(yīng)力投影，并且使用在所述多個(gè)井眼上執(zhí)行的應(yīng)力投影來重復(fù)所述生成。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，應(yīng)力投影包括在井眼的多個(gè)增產(chǎn)階段執(zhí)行應(yīng)力投影。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確證裂縫發(fā)展模式。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述確證包括將裂縫發(fā)展模式與裂縫網(wǎng)絡(luò)增產(chǎn)中的至少一種模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述延伸出包括基于天然裂縫參數(shù)和地下地層上的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力沿著水力壓裂裂縫發(fā)展模式來延伸出所述水力壓裂裂縫。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定裂縫尺寸包括評(píng)估地震測量、螞蟻?zhàn)粉?、聲波測量、地質(zhì)勘測及它們的組合中的一種。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，井場數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)、巖石物理學(xué)數(shù)據(jù)、地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)、測井測量數(shù)據(jù)、完井?dāng)?shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及它們的組合中的至少一種。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，天然裂縫參數(shù)通過觀察井孔成像記錄、從井眼測量結(jié)果中估算裂縫尺寸、獲得微地震圖像及它們的組合中的一種生成。
18.一種在井場執(zhí)行壓裂操作的方法，所述井場位于地下地層附近，地下地層具有穿過其的井眼和位于其中的裂縫網(wǎng)絡(luò)，該裂縫網(wǎng)絡(luò)包括天然裂縫，所述井場通過將具有支撐劑的注射流體注入到裂縫網(wǎng)絡(luò)中而增產(chǎn)，該方法包括: 獲得包括天然裂縫的天然裂縫參數(shù)的井場數(shù)據(jù)并且獲得地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型； 生成裂縫網(wǎng)絡(luò)的隨時(shí)間變化的水力壓裂裂縫發(fā)展模式，該生成包括: 從井眼開始延伸出水力壓裂裂縫并且進(jìn)入地下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成包括天然裂縫和水力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)； 在延伸出之后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù)； 確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及 通過所確定的水力 壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型 來確定水力壓裂裂縫的裂縫尺寸；以及 在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影，以確定水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干涉； 如果水力壓裂裂縫遇到另一條裂縫，則基于所確定的應(yīng)力干涉確定水力壓裂裂縫和遇到的裂縫之間的交叉特性；以及 基于所確定的應(yīng)力干涉和交叉特性重復(fù)所述生成。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確證裂縫發(fā)展模式。
20.一種在井場執(zhí)行壓裂操作的方法，所述井場位于地下地層附近，地下地層具有穿過其的井眼和位于其中的裂縫網(wǎng)絡(luò)，該裂縫網(wǎng)絡(luò)包括天然裂縫，該方法包括: 通過將具有支撐劑的注射流體注入裂縫網(wǎng)絡(luò)中而對(duì)井場進(jìn)行增產(chǎn)； 獲得包括天然裂縫的天然裂縫參數(shù)的井場數(shù)據(jù)并且獲得地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型； 生成裂縫網(wǎng)絡(luò)的隨時(shí)間變化的水力壓裂裂縫發(fā)展模式，該生成包括: 從井眼開始延伸出水力壓裂裂縫并且進(jìn)入地下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成包括天然裂縫和水力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)； 在延伸出之后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù)； 確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及 通過所確定的水力壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型 來確定水力壓裂裂縫的裂縫尺寸；以及 在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影，以確定水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干涉；以及 基于所確定的應(yīng)力干涉重復(fù)所述生成。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確證水力壓裂裂縫發(fā)展模式。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括:如果水力壓裂裂縫遇到另一條裂縫，則確定水力壓裂裂縫和遇到的另一條裂縫之間的交叉特性，所述重復(fù)包括基于所確定的應(yīng)力干涉和交叉特性來重復(fù)所述生成。
【文檔編號(hào)】E21B43/267GK104040110SQ201280066343
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月4日
【發(fā)明者】R·吳, O·克雷斯, X·翁, C-E·科昂, H·古 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司