一種煤層氣藏整體體積壓裂優(yōu)化設計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及石油領(lǐng)域煤層氣藏開發(fā)中整體體積壓裂優(yōu)化設計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤層氣屬于非常規(guī)天然氣，是一種重要的優(yōu)質(zhì)清潔能源。根據(jù)全國新一輪油氣資 源評估結(jié)果，我國煤層氣資源十分豐富，埋深2000m以淺的煤層氣地質(zhì)資源量達36.81 X l〇12m3，技術(shù)可采資源量為20.48 X 1012m3。我國目前雖已初步實現(xiàn)煤層氣地面工業(yè)生產(chǎn)，但 總產(chǎn)量仍不理想，急需開展相關(guān)技術(shù)攻關(guān)與研究。
[0003] 由于煤層中的煤層氣（甲烷)絕大多數(shù)以吸附態(tài)存于煤層孔隙的表面，要開采就必 須使被吸附的甲烷從煤層中解吸出來。只有當?shù)貙訅毫ο陆档降陀诿簩拥呐R界解吸壓力以 下時甲烷才會得到釋放。因此開采煤層氣首要的就是排出煤層中的地層水，降低地層壓力， 進而使得煤層氣通過解吸、擴散、滲流到井筒而產(chǎn)出。
[0004] 我國煤層普遍存在低壓、低滲、低含氣飽和度的"三低"特征，因此為獲得煤層氣經(jīng) 濟產(chǎn)量必須實施水力壓裂等增產(chǎn)措施。水力壓裂通過人工將高壓液體注入地層，在儲層中 形成眾多且延伸很遠的裂縫，并溝通地層割理，增加煤層氣的降壓解吸面積和地層到井筒 的滲流能力，從而大幅改善生產(chǎn)效果。結(jié)合水力壓裂，通過井網(wǎng)排水，擴大地層煤層流體整 體降壓范圍，實現(xiàn)煤層氣藏的整體動用和解吸開采。對于低滲致密煤層氣藏，規(guī)則井網(wǎng)+整 體壓裂+整體排采成為了目前煤層氣開發(fā)最主要的經(jīng)濟有效模式。整體壓裂的優(yōu)化設計是 其中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0005] 整體壓裂是把整個儲層作為一個工作單元，在固定的開發(fā)井網(wǎng)下優(yōu)化壓裂參數(shù)， 使整個油氣藏達到最佳經(jīng)濟效益。在固定的開發(fā)井網(wǎng)中，沿井排方向生產(chǎn)井之間的距離為 井距，沿垂直井排方向生產(chǎn)井之間的距離為排距。傳統(tǒng)砂巖壓裂主要形成雙翼裂縫，因此整 體壓裂的設計參數(shù)主要包括雙翼裂縫的長度和導流能力（郭建春，唐海，李海濤.油氣藏開 發(fā)與開采技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2013,685-687)。
[0006] 水力壓裂的參數(shù)優(yōu)化設計常使用壓裂的凈現(xiàn)值(NPV)為指標優(yōu)化裂縫的長度和導 流能力。NPV為水力壓裂后生產(chǎn)收入的現(xiàn)值減去水力壓裂前生產(chǎn)收入的現(xiàn)值，再減去所有與 水力壓裂施工有關(guān)成本的現(xiàn)值(現(xiàn)值指資金折算至基準年的數(shù)值）（李穎川.采油工程[M]. 北京:石油工業(yè)出版社，2009，238)。
[0007] 體積壓裂是指采用較低粘度的壓裂液，通常采用較大的規(guī)模，大范圍溝通地層天 然裂縫或割理，形成形態(tài)復雜的體積裂縫(網(wǎng)絡裂縫），增加改造體積和滲流能力，從而提高 單井生產(chǎn)效果的壓裂技術(shù)(茍波，郭建春.頁巖水平井體積壓裂設計的一種新方法[J].現(xiàn)代 地質(zhì)，2013,27(1): 217-222)。體積壓裂在滲透率很低的頁巖氣儲層和致密氣藏中有大規(guī)模 應用，但壓裂設計通常以單井為對象，缺乏油氣藏的整體考慮。
[0008] 煤層通常具有以下特征：力學強度低，脆性大，易破碎；割理發(fā)育，分布復雜;整體 埋藏深度淺，地應力不高，地應力差較小。目前煤層壓裂以成本較低、粘度較低的清水為主。 在地層因素和工藝因素共同作用下，煤層中壓裂容易形成形態(tài)復雜的體積裂縫，不再是傳 統(tǒng)砂巖地層中形成的雙翼裂縫，煤層氣藏的壓裂實際上屬于體積壓裂的范疇。
[0009] 因此，從煤層整體排水降壓需求和客觀上體積裂縫形態(tài)考慮，煤層氣藏壓裂應該 采取整體壓裂與體積壓裂的結(jié)合，即整體體積壓裂。待設計的裂縫參數(shù)包括體積裂縫的體 積V和平均滲透率在此基礎上需確定現(xiàn)場能夠操作的壓裂施工參數(shù)(支撐劑量V f、壓裂 液量I、排量Q)。目前煤層氣的壓裂優(yōu)化設計主要采用傳統(tǒng)砂巖地層基于雙翼縫形態(tài)的整 體壓裂設計方法，無法滿足煤層氣藏形態(tài)復雜的體積裂縫表征。煤層氣藏需要一種在整體 井網(wǎng)基礎上，考慮煤層復雜形態(tài)的體積裂縫特征、準確預測產(chǎn)能及經(jīng)濟優(yōu)化的整體體積壓 裂優(yōu)化設計方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種煤層氣藏整體體積壓裂優(yōu)化設計方法，能夠為煤層氣 藏壓裂參數(shù)的優(yōu)化設計提供有效指導。
[0011 ]為達到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0012] 基于煤層氣藏井組單元產(chǎn)能模擬，考慮煤層壓裂體積裂縫的三維分布特征，建立 體積裂縫參數(shù)與壓裂施工參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，最后以井組單元3年生產(chǎn)凈現(xiàn)值最高為目標優(yōu) 化體積裂縫參數(shù)(體積裂縫的體積V和平均滲透率Z )和壓裂施工參數(shù)(支撐劑量Vf、壓裂液 量Vh排量Q )。
[0013] -種煤層氣藏整體體積壓裂優(yōu)化設計方法，依次包括以下步驟：
[0014] (1 )、取煤層氣藏中相鄰4 口井、外延0.5倍井距和排距的井組單元，輸入該煤層氣 藏的儲層地質(zhì)參數(shù)和氣藏參數(shù)，建立煤層氣藏井組單元地質(zhì)模型(整體體積壓裂的研究對 象）。該過程通過目前常用的煤層氣數(shù)值模擬商業(yè)軟件(如EclipseXMG等）即可實現(xiàn)。
[0015] (2)、根據(jù)同工區(qū)前期壓裂井的微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)點的空間分布，采用公式（1)計算 壓裂后的體積裂縫形狀參數(shù)(橫向復雜性指數(shù)F h和縱向復雜性指數(shù)Fv)(郭建春，茍波，任山， 等.川西頁巖-砂巖交互水平井壓裂參數(shù)優(yōu)化設計[J].石油學報，2014,35(03) :511-518)。
[0016]
(1)
[0017]式中：UkMq分別為已壓裂井的微地震監(jiān)須擻據(jù)點空間分布帶的長、寬、高，m。
[0018] (3)、基于步驟(2)中計算的體積裂縫形狀參數(shù)，采用公式(2)、（3)建立待壓裂井的 體積裂縫的體積V、平均滲透率Z的計算模型?？梢钥闯觯?3)即是V、Z與支撐劑量Vf的 關(guān)系模型。V反映水力壓裂后體積裂縫的大小，f反映水力壓裂后體積裂縫的平均滲流能力 (茍波，郭建春.頁巖水平井體積壓裂設計的一種新方法[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2013,27(1) :217-222) 〇
[0021] 式中：L、W、H分別為待壓裂井預期設計的體積裂縫的長度、寬度、高度，m;Km為煤層 基質(zhì)滲透率(通過室內(nèi)巖心滲透率測試或現(xiàn)場井下測井獲?。?，mD;K f為支撐劑滲透率(通過
[0019]
[0020] (3) 室內(nèi)支撐劑導流能力測試獲取），mD; Vf為支撐劑量，m3。
[0022] (4)、采用Meyer軟件，輸入井組單元的儲層參數(shù)、井身參數(shù)、壓裂材料參數(shù)，模擬達 到步驟(3)中體積裂縫的體積V所需壓裂液量I和排量Q，V與VL、Q之間滿足函數(shù)關(guān)系式(4)。
[0023] V = fo(VL,Q) (4)
[0024] 該函數(shù)關(guān)系可以通過繪制成V與Vl、Q的關(guān)系圖版進行表示和使用。通過公式（3) (4)可知，X是Vf、VL、Q的函數(shù)。
[0025] 體積裂縫的體積V、平均滲透率C為待優(yōu)化的中間參數(shù)，支撐劑量Vf、壓裂液量Vl、 排量Q為待最終優(yōu)化的施工參數(shù)。
[0026] (5)、將步驟(3)中的體積裂縫的體積V、平均滲透率Z加載到步驟（1)中建立的煤 層氣藏井組單元地質(zhì)模型，模擬得到現(xiàn)場工作制度下不同V、無方案時整個井組單元第1年、 第2年、第3年的產(chǎn)氣量分別為丹、內(nèi)、？ 3。該過程是在步驟(1)的基礎上，考慮了壓裂體積裂縫 的影響，通過設置現(xiàn)場工作制度，得到整個井組的生產(chǎn)動態(tài)(包括產(chǎn)氣量）。該過程的實現(xiàn)手 段和步驟(1)相同，通過常用的煤層氣數(shù)值模擬商業(yè)軟件(如EclipseXMG等）即可實現(xiàn)。
[0027] 采用公式(5)計算該井組單元3年生產(chǎn)收入的現(xiàn)值R。同時可以看出， 是V、Z的函數(shù)，同時也是Vf、