一种煤层气藏整体体积压裂优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种煤层气藏整体体积压裂优化设计方法，该方法结合了煤层气藏开发井网，通过煤层气藏井组单元产能模拟，考虑煤层压裂体积裂缝的三维分布特征，建立体积裂缝参数与压裂施工参数的函数关系，最后以井组单元3年生产净现值最高为目标优化体积裂缝参数(体积裂缝的体积V和平均渗透率)和压裂施工参数(支撑剂量Vf、压裂液量VL、排量Q)。本发明专利技术以井网下的压裂井的体积裂缝和储层达到最佳匹配关系为目的，使得优化结果更具有可靠性，同时采用技术参数与经济优化相结合的方式，使得优化结果更具有经济性和实用性，能够为煤层气藏压裂参数的优化设计提供有效指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油领域煤层气藏开发中整体体积压裂优化设计方法。
技术介绍
煤层气属于非常规天然气，是一种重要的优质清洁能源。根据全国新一轮油气资源评估结果，我国煤层气资源十分丰富，埋深2000m以浅的煤层气地质资源量达36.81×1012m3，技术可采资源量为20.48×1012m3。我国目前虽已初步实现煤层气地面工业生产，但总产量仍不理想，急需开展相关技术攻关与研究。由于煤层中的煤层气(甲烷)绝大多数以吸附态存于煤层孔隙的表面，要开采就必须使被吸附的甲烷从煤层中解吸出来。只有当地层压力下降到低于煤层的临界解吸压力以下时甲烷才会得到释放。因此开采煤层气首要的就是排出煤层中的地层水，降低地层压力，进而使得煤层气通过解吸、扩散、渗流到井筒而产出。我国煤层普遍存在低压、低渗、低含气饱和度的“三低”特征，因此为获得煤层气经济产量必须实施水力压裂等增产措施。水力压裂通过人工将高压液体注入地层，在储层中形成众多且延伸很远的裂缝，并沟通地层割理，增加煤层气的降压解吸面积和地层到井筒的渗流能力，从而大幅改善生产效果。结合水力压裂，通过井网排水，扩大地层煤层流体整体降压范围，实现煤层气藏的整体动用和解吸开采。对于低渗致密煤层气藏，规则井网+整体压裂+整体排采成为了目前煤层气开发最主要的经济有效模式。整体压裂的优化设计是其中需要解决的关键技术之一。整体压裂是把整个储层作为一个工作单元，在固定的开发井网下优化压裂参数，使整个油气藏达到最佳经济效益。在固定的开发井网中，沿井排方向生产井之间的距离为井距，沿垂直井排方向生产井之间的距离为排距。传统砂岩压裂主要形成双翼裂缝，因此整体压裂的设计参数主要包括双翼裂缝的长度和导流能力(郭建春，唐海，李海涛.油气藏开发与开采技术[M].北京：石油工业出版社，2013，685-687)。水力压裂的参数优化设计常使用压裂的净现值(NPV)为指标优化裂缝的长度和导流能力。NPV为水力压裂后生产收入的现值减去水力压裂前生产收入的现值，再减去所有与水力压裂施工有关成本的现值(现值指资金折算至基准年的数值)(李颖川.采油工程[M].北京:石油工业出版社,2009,238)。体积压裂是指采用较低粘度的压裂液，通常采用较大的规模，大范围沟通地层天然裂缝或割理，形成形态复杂的体积裂缝(网络裂缝)，增加改造体积和渗流能力，从而提高单井生产效果的压裂技术(苟波,郭建春.页岩水平井体积压裂设计的一种新方法[J].现代地质,2013,27(1):217-222)。体积压裂在渗透率很低的页岩气储层和致密气藏中有大规模应用，但压裂设计通常以单井为对象，缺乏油气藏的整体考虑。煤层通常具有以下特征：力学强度低，脆性大，易破碎；割理发育，分布复杂；整体埋藏深度浅，地应力不高，地应力差较小。目前煤层压裂以成本较低、粘度较低的清水为主。在地层因素和工艺因素共同作用下，煤层中压裂容易形成形态复杂的体积裂缝，不再是传统砂岩地层中形成的双翼裂缝，煤层气藏的压裂实际上属于体积压裂的范畴。因此，从煤层整体排水降压需求和客观上体积裂缝形态考虑，煤层气藏压裂应该采取整体压裂与体积压裂的结合，即整体体积压裂。待设计的裂缝参数包括体积裂缝的体积V和平均渗透率在此基础上需确定现场能够操作的压裂施工参数(支撑剂量Vf、压裂液量VL、排量Q)。目前煤层气的压裂优化设计主要采用传统砂岩地层基于双翼缝形态的整体压裂设计方法，无法满足煤层气藏形态复杂的体积裂缝表征。煤层气藏需要一种在整体井网基础上，考虑煤层复杂形态的体积裂缝特征、准确预测产能及经济优化的整体体积压裂优化设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤层气藏整体体积压裂优化设计方法，能够为煤层气藏压裂参数的优化设计提供有效指导。为达到以上技术目的，本专利技术提供以下技术方案：基于煤层气藏井组单元产能模拟，考虑煤层压裂体积裂缝的三维分布特征，建立体积裂缝参数与压裂施工参数的函数关系，最后以井组单元3年生产净现值最高为目标优化体积裂缝参数(体积裂缝的体积V和平均渗透率)和压裂施工参数(支撑剂量Vf、压裂液量VL、排量Q)。一种煤层气藏整体体积压裂优化设计方法，依次包括以下步骤：(1)、取煤层气藏中相邻4口井、外延0.5倍井距和排距的井组单元，输入该煤层气藏的储层地质参数和气藏参数，建立煤层气藏井组单元地质模型(整体体积压裂的研究对象)。该过程通过目前常用的煤层气数值模拟商业软件(如Eclipse、CMG等)即可实现。(2)、根据同工区前期压裂井的微地震监测数据点的空间分布，采用公式(1)计算压裂后的体积裂缝形状参数(横向复杂性指数Fh和纵向复杂性指数Fv)(郭建春,苟波,任山,等.川西页岩-砂岩交互水平井压裂参数优化设计[J].石油学报,2014,35(03):511-518)。{Fh=W0/L0Fv=H/L0---(1)]]>式中：L0、W0、H0分别为已压裂井的微地震监测数据点空间分布带的长、宽、高，m。(3)、基于步骤(2)中计算的体积裂缝形状参数，采用公式(2)、(3)建立待压裂井的体积裂缝的体积V、平均渗透率的计算模型。可以看出，公式(3)即是V、与支撑剂量Vf的关系模型。V反映水力压裂后体积裂缝的大小，反映水力压裂后体积裂缝的平均渗流能力(苟波,郭建春.页岩水平井体积压裂设计的一种新方法[J].现代地质,2013,27(1):217-222)。V＝L·W·H＝(FhL)·(FvL)·L＝FhFvL3(2)K‾=KmV-VfV+KfVfV=KmFhFvL3-VfFhFvL3+KfVfFhFvL3---(3)]]>式中：L、W、H分别为待压裂井预期设计的体积裂缝的长度、宽度、高度，m；Km为煤层基质渗透率(通过室内岩心渗透率测试或现场井下测井获取)，mD；Kf为支撑剂渗透率(通过室内支撑剂导流能力测试获取)，mD；Vf为支撑剂量，m3。(4)、采用Meyer软件，输入井组单元的储层参数、井身参数、压裂材料参数，模拟达到步骤(3)中体积裂缝的体积V所需压裂液量VL和排量Q，V与VL、Q之间满足函数关系式(4)。V＝f0(VL,Q)(4)该函数关系可以通过绘制成V与VL、Q的关系图版进行表示和使用。通过公式(3)(4)可知，是Vf、VL、Q的函数。体积裂缝的体积V、平均渗透率为待优化的中间参数，支撑剂量Vf、压裂液量VL、排量Q为待最终优化的施工参数。(5)、将步骤(3)中的体积裂缝的体积V、平均渗透率加载到步骤(1)中建立的煤层气藏井组单元地质模型，模拟得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤层气藏整体体积压裂优化设计方法，依次包括以下步骤：(1)、取煤层气藏中相邻4口井、外延0.5倍井距和排距的井组单元，输入该煤层气藏的储层地质参数和气藏参数，建立煤层气藏井组单元地质模型；(2)、根据同工区前期压裂井的微地震监测数据点的空间分布，采用下式计算压裂后的体积裂缝形状参数，即横向复杂性指数Fh和纵向复杂性指数Fv：Fh=W0/L0Fv=H0/L0]]>式中：L0、W0、H0分别为已压裂井的微地震监测数据点空间分布带的长、宽、高，m；(3)、基于步骤(2)中计算的体积裂缝形状参数，根据下式建立待压裂井的体积裂缝的体积V、平均渗透率的计算模型：V＝L·W·H＝(FhL)·(FvL)·L＝FhFvL3K‾=KmV-VfV+KfVfV=KmFhFvL3-VfFhFvL3+KfVfFhFvL3]]>式中：L、W、H分别为待压裂井预期设计的体积裂缝的长度、宽度、高度，m，Km为煤层基质渗透率，mD，Kf为支撑剂渗透率，mD，Vf为支撑剂量，m3；(4)、采用Meyer软件，输入井组单元的储层参数、井身参数、压裂材料参数，模拟达到体积裂缝的体积V所需压裂液量VL和排量Q，建立V与VL、Q之间的函数关系式：V＝f0(VL,Q)；(5)、将步骤(3)中的体积裂缝的体积V、平均渗透率加载到步骤(1)中建立的煤层气藏井组单元地质模型，模拟得到现场工作制度下不同V、方案时整个井组单元第1年、第2年、第3年的产气量P1、P2、P3，采用下式计算该井组单元3年生产收入的现值R：R=Σi=13Fi(1+r)i=P1M11+r+P2M2(1+r)2+P3M3(1+r)3]]>式中：i为生产年份，年，Fi为整个井组单元第i年的收入，元，Pi为整个井组单元第i年的产气量，m3，Mi为煤层气在第i年时的价格，元/m3，r为贴现率，无因次；(6)、根据下式计算V、对应的支撑剂量Vf：Vf=(K‾-Km)VKf-Km]]>再以步骤(4)中建立的V与VL、Q的函数关系式查询V对应所需的压裂液量VL、排量Q，从而计算不同V、方案时相应压裂经济成本的现值C：C＝Cf+CL+CQ+C0＝VfMf+VLML+QMQ+C0式中：Cf、CL、CQ分别为与支撑剂量Vf、压裂液量VL、排量Q相关的费用成本，元，C0为其它固定费用，元，Mf、ML分别为支撑剂量Vf和压裂液量VL的费用单价，元/m3，MQ为排量Q的费用单价，元/m3；(7)、采用下式计算井组单元压裂后3年生产净现值NPV：NPV=R-R0-C=P1M11+r+P2M2(1+r)2+P3M3(1+r)3-(VfMf+VLML+QMQ+C0)]]>式中：R0为压裂井组单元压裂前生产收入的现值，绘制3年生产净现值NPV与体积裂缝的体积V、平均渗透率的关系曲线，以NPV值最高确定体积裂缝的最优体积V'、最优平均渗透率(8)、基于步骤(7)中确定的体积裂缝的最优体积V'、最优平均渗透率计算V'、对应的最优支撑剂量Vf'，根据V与VL、Q的函数关系式得到V'对应的最优压裂液量VL'、最优排量Q'。...

【技术特征摘要】
1.一种煤层气藏整体体积压裂优化设计方法，依次包括以下步骤：
(1)、取煤层气藏中相邻4口井、外延0.5倍井距和排距的井组单元，输入该煤层气藏
的储层地质参数和气藏参数，建立煤层气藏井组单元地质模型；
(2)、根据同工区前期压裂井的微地震监测数据点的空间分布，采用下式计算压裂后的
体积裂缝形状参数，即横向复杂性指数Fh和纵向复杂性指数Fv：
Fh=W0/L0Fv=H0/L0]]>式中：L0、W0、H0分别为已压裂井的微地震监测数据点空间分布带的长、宽、高，m；
(3)、基于步骤(2)中计算的体积裂缝形状参数，根据下式建立待压裂井的体积裂缝的
体积V、平均渗透率的计算模型：
V＝L·W·H＝(FhL)·(FvL)·L＝FhFvL3K‾=KmV-VfV+KfVfV=KmFhFvL3-VfFhFvL3+KfVfFhFvL3]]>式中：L、W、H分别为待压裂井预期设计的体积裂缝的长度、宽度、高度，m，
Km为煤层基质渗透率，mD，
Kf为支撑剂渗透率，mD，
Vf为支撑剂量，m3；
(4)、采用Meyer软件，输入井组单元的储层参数、井身参数、压裂材料参数，模拟达
到体积裂缝的体积V所需压裂液量VL和排量Q，建立V与VL、Q之间的函数关系式：
V＝f0(VL,Q)；
(5)、将步骤(3)中的体积裂缝的体积V、平均渗透率加载到步骤(1)中建立的煤
层气藏井组单元地质模型，模拟得到现场工作制度下不同V、方案时整个井组单元第1年、
第2年、第3年的产气量P1、P2、P3，采用下式计算该井组单元3年生产收入的现值R：
R=Σi=13Fi(1+r)i=P1M11+r+P2M2(1+r)2+P3M3(1+r)3]]>式中：i为生产年份，年，
Fi为整个井组单元第i年的收入，元，
Pi为整个井组单元第i年的产气量，m3，
Mi为煤层气在第i年时的价格，元/m3，
r为贴现率，无因次；
(6)、根据下式计算V、对应的支撑剂量Vf：
Vf=(K‾-K...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建春，何颂根，赵志红，张龙胜，熊炜，徐骞，赖建林，
申请(专利权)人：西南石油大学，中国石油化工股份有限公司华东油气分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51