本文中的实施方案涉及使由井筒横贯的地下地层水力压裂的方法，所述方法包括：使用所述地层的被测量特性来表征所述地层，所述被测量特性包括地质界面的机械特性；识别地层裂缝高度，其中所述识别包括计算水力裂缝表面与地质界面的接触；以及使所述地层压裂，其中使用所述计算对流体粘度或流体流动速率或其两者进行选择。本文中的实施方案还涉及使由井筒横贯的地下地层水力压裂的方法，所述方法包括：对所述地层进行测量，包括地质界面的机械特性；使用所述测量结果来表征所述地层；使用所述地层表征来计算地层裂缝高度；使用所述测量结果来计算最佳裂缝高度；以及比较所述最佳裂缝高度与所述地层裂缝高度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请信息本申请要求2014年6月5日提交的美国临时申请No.62/008082的权益，该美国临时申请整体并入本文中。
本专利技术涉及地质力学和水力裂缝力学的领域。本专利技术涉及油气储集层刺激(通过使岩石从井筒起水力压裂来进行)，包括提供预测岩石中的水力裂缝高度生长的技术，水力裂缝高度生长受早先存在的弱机械水平界面(如层理面、纹理界面、滑移面以及其他因素)影响。
技术介绍
关于背景，我们展示了岩石界面相对于水平井筒具有不同结构的两种裂缝传播建模情况的结果。在两个实例中，一个水力裂缝从水平井筒处开始并且在垂直方向和水平方向上传播。对于展示的两个实例，岩石特性和原地应力在由指定界面分开的不同层中是相同的。所述界面是无粘聚性，但脆弱的摩擦面。相对于井筒的对称界面的情况在第一实例中，水平界面相对于水平井筒对称地定位。水力裂缝开始并且跨这些界面以及在水平方向上沿着这些界面传播，如图1中所示。图1示出在水平界面相对于井筒对称地布置的情况下从水平井筒传播的水力裂缝。水力裂缝的两个垂直尖端跨所述界面的传播由于这些界面中的每个界面处的连续停止而相对缓慢。同时，水力裂缝的横向尖端传播，而不与界面相互作用(平行于界面)。因此，水力裂缝的长度似乎比水力裂缝的高度长得多(图2)。图2示出关于界面的对称布置的在流体注入时的上部、下部以及横向的裂缝尖端传播(上部曲线图)，和裂缝入口处的相应压力响应(下部曲线图)。相对于井筒的不对称界面的情况在第二建模情况下，无粘聚性水平界面相对于井筒非对称地定位。低于井筒的界面的数目小于高于井筒的界面的数目(参见图3)。泵送方案、界面之间的间距以及岩石和裂缝的所有其他参数保持与第一实例相同。图3示出在水平界面相对于井筒非对称地布置的情况下从水平井筒传播的水力裂缝。建模示出，在这种情况下，在穿越井筒下方的两个界面之后，水力裂缝会在上部界面之一处完全停止，同时自由地向下传播(图4)。图4图示了关于界面的非对称布置的在流体注入时的上部、下部以及横向的裂缝尖端传播(上部曲线图)，和裂缝入口处的相应压力响应(下部曲线图)。这两个实例表明，需要对岩石中的脆弱面进行初步测量并且对分层地层中的裂缝传播进行充分建模，以便充分地识别分层岩石中的裂缝高度遏制。而相反地，缺失关于岩石强度在垂直方向上的不均匀分布和突出界面的信息在预测通过水力裂缝与脆弱面的相互作用行调节的裂缝高度遏制时可导致错误结果。用于储集层刺激目的的水力压裂的目标通常是在储集层中传播足够长的裂缝。裂缝长度在水平方向上能够长达几百米。关于这种裂缝的范围，分层岩石结构显示出垂直方向上的严重非均质性。根据岩石类型，沉积的纹理或层理可具有数毫米到数米范围内的厚度。岩石特性在垂直方向和水平方向上的不等变化导致裂缝高度生长相对于横向裂缝传播的明显限制。自压裂阶段开始起，一直公认的是要关注水力裂缝高度的遏制。水力裂缝(后文称为HF)的地表下三维传播通常暗示了水平方向和垂直方向上的同时裂缝生长。现场处理期间的典型水平HF范围沿着预期地层层从几十米到几百米间变化。与之相反，由于岩石特性与构造应力的大的对比，以及早先存在的水平层理和纹理界面，垂直裂缝范围在大小上似乎短得多。存在控制地质地层中的垂直HF生长(向上或向下)的几个公认机制：(1)作为深度的函数的最小水平应力变化(在下文称作“应力对比(stresscontrast)”或“机制1”)；(2)相邻的不同岩性层之间的弹性模量对比(在下文称作“弹性对比(elasticitycontrast)”或“机制2”)；以及(3)类似或不同岩性层之间的弱机械界面(在下文称作“弱界面”或“机制3”)。“弱机械界面”或“弱界面”或“脆弱面”是指相对于岩石基质(rockmatrix)的强度具有低结合强度(剪切、拉伸、应力强度、摩擦)的任何机械不连续性。弱界面表示如下所述的用于裂缝传播的潜在障碍：当HF达到弱界面时，弱界面在接触部附近形成滑移带，如分析研究和数值研究两者所示。接触部附近的滑移带可通过形成所谓的T形裂缝而阻挡裂缝传播并导致过度的流体浸润或甚至界面的水力打开。已经在煤层地层中的各种返矿(mineback)观察中反复观察到这些T形裂缝。如今，对于伪3D和平面3D模型两者而言，在大部分HF建模代码中主要使用“应力对比”机制来控制垂直高度生长。“弹性对比”机制通常未明确地在大部分HF建模代码中进行建模，但在某种程度上由“应力对比”机制解决，因为最小水平应力的垂直应力分布常常从经过校准的多孔弹性模型和取决于地层的弹性的上覆应力分布(各向同性和横向各向同性可被处理)导出。“弱界面”机制在水力压裂领域至今获得的关注较少，但该机制早在20世纪80年代就已通过现场压裂作业得到公认并且经过书面讨论。这种关注度的缺乏可能是因为缺少对弱界面在深地层中的位置的表征和/或缺少对它们的机械特性(剪切和抗张强度、断裂韧性、摩擦系数以及渗透性)的测量所致。同时，“弱界面”机制是以上机制中唯一一种能够完全阻止HF在地层中向上或向下传播的机制。裂缝尖端在弱界面处终止的主要原因是界面滑移、渗透的压裂液造成的加压或甚至界面的机械打开。相比之下，前两种机制仅可以在HF中的静压力增大到将允许HF进一步传播的阈值水平之前暂时地阻止HF。“弱界面”遏制机制可比“应力”或“弹性对比”机制重要，并且可能是HF常常在垂直范围中受到充分遏制的原因，尽管明显不存在任何观察到的“应力”或“弹性对比”。在任何情况下，需要针对地层表征、对裂缝发展的现有裂缝影响以及裂缝产生的表征的更高效方法。附图说明图1示出水平界面相对于井筒对称地布置的情况下从水平井筒传播的水力裂缝。图2示出关于界面的对称布置的在流体注入时的上部、下部以及横向的裂缝尖端传播(上部曲线图)，和裂缝入口处的相应压力响应(下部曲线图)。图3示出在水平界面相对于井筒非对称地布置的情况下从水平井筒传播的水力裂缝。图4包括关于界面的非对称布置的在流体注入时的上部、下部以及横向的裂缝尖端传播(上部曲线图)，和裂缝入口处的相应压力响应(下部曲线图)。图5是具有水平界面的地下分层岩石中的垂直水力裂缝(HF)生长的示意图。图6是列出了可用于本文中的实施方案的信息的流程图。图7提供跨弱平面的3D裂缝传播的阶段的实例。图8是用于实施方案的方法的流程图。图9是用于实施方案的方法的组成的流程图。图10描绘了从压裂作业t0开始直到结束T的HF模拟器(200)工作流程的算法的实施方案。图11图示了由垂直水力裂缝穿越的水平界面(上部)，和渗透流体压力沿着所述界面的示意性分布(下部)。图12提供关于渗透的“滑移中”(上部)和“不滑移”(下部)体系的流体压力沿着界面的分布。图13是一系列示意图，示出平面-应变几何形状中向上和向下传播的水力裂缝(垂直横截面)。图14为图表，其示出在流体注入到裂缝中的整个循环期间的注入、压裂以及渗漏流体体积(上部)、静压力(中部)以及水力裂缝半高(下部)。图15为垂直生长的裂缝与弱水平界面的双面接触(左部)、界面活化，以及与界面接触所导致的裂缝尖端钝化(右部)。图16提供与两个无粘聚性界面接触的垂直裂缝开口的分布(左部)和标准化裂缝体积对应力比(右部)。图17包括无粘聚性(左部)和粘聚性界面(具有κIIC＝1)(右部本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使由井筒横贯的地下地层水力压裂的方法，其包括：使用所述地层的被测量特性来表征所述地层，所述被测量特性包括地质界面的机械特性；识别地层裂缝高度，其中所述识别包括计算水力裂缝表面与地质界面的接触；以及使所述地层压裂，其中使用所述计算对流体粘度或流体流动速率或其两者进行选择。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.05 US 62/008,0821.一种使由井筒横贯的地下地层水力压裂的方法，其包括：使用所述地层的被测量特性来表征所述地层，所述被测量特性包括地质界面的机械特性；识别地层裂缝高度，其中所述识别包括计算水力裂缝表面与地质界面的接触；以及使所述地层压裂，其中使用所述计算对流体粘度或流体流动速率或其两者进行选择。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别包括相邻岩性层之间的弱机械界面。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述弱界面包括弹性相互作用、穿越准则以及重新开始越过界面。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述弱界面包括压裂液到所述界面中的增强渗漏。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别包括作为深度的函数的最小水平应力变化。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别包括相邻的不同岩性层之间的弹性模量对比。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述表征使用岩石层的垂直边界、垂直坐标、应力方向、应力大小、弹性、断裂韧性、抗张强度、摩擦系数、断裂韧性、水力传导率或其组合。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述表征还包括使用操作水力参数。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述参数包...
【专利技术属性】
技术研发人员：D丘普拉科夫，RCA普里奥尔，X翁，
申请(专利权)人：吉奥奎斯特系统公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL
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