一種用于通道壓裂導流能力的預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及油氣田開采技術領域，尤其涉及一種用于通道壓裂導流能力的預測方 法。
【背景技術】
[0002] 在油氣田勘探開發過程中，尤其是低滲、特低滲油氣田勘探和開發以及老油氣井 的改造中，壓裂方法已經成為增產與提高采收率的主要手段。在壓裂增產改造過程中，支撐 劑嵌入會降低裂縫導流能力，而在疏松砂巖儲層端部脫砂壓裂后，裂縫形態不穩定。
[0003]為提高壓裂效果，現有技術中向裂縫中嵌入例如樹脂覆膜砂和裂縫穩定劑的覆膜 支撐劑。由于支撐劑性能的好壞直接影響裂縫長期導流性能，因此需要對嵌入支撐劑后的 裂縫的導流能力進行預測。
[0004]目前，現有技術中沒有關于通道壓裂常規支撐劑和覆膜支撐劑導流能力的解析解 及理論分析，也缺乏根據支撐劑和儲層巖石力學參數確定常規支撐劑和覆膜支撐劑導流能 力來指導現場應用的系統性方法。對通道壓裂后常規支撐劑和覆膜支撐劑導流能力的研究 主要著重于導流能力實驗和巖板嵌入實驗。但是導流能力實驗評價繁瑣、費時費力，且嵌入 評價實驗需要大量的地層巖石，實驗時某些儲層不易取得地層巖石，從而影響到實驗結果 的準確性。另外，在考慮到覆膜支撐劑或者較松軟地層巖石極其緩慢（數月或數年）塑性 形變的情況下，實驗評價方法周期過長，可能影響增產改造的評估。

【發明內容】

[0005] 本發明的其中一個目的在于提供一種用于通道壓裂導流能力的預測方法，以解決 現有技術中對支撐劑導流能力預測時存在差別以及導流能力實驗與巖板嵌入實驗周期長 的問題。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明實施例提供了一種用于通道壓裂導流能力的預測方 法，包括：
[0007] 建立通道壓裂的力學模型；
[0008]測定所述通道壓裂的力學模型所需的擬合系數與等效滲透率；
[0009] 根據測定的擬合系數與等效滲透率對所述通道壓裂的力學模型進行優化，以獲取 預測結果與實測結果的絕對差值小于預設值的最優力學模型；
[0010] 根據所述最優力學模型對覆膜支撐劑的導流能力進行預測。
[0011] 可選地，所述最優力學模型采用以下公式表示：
[0012]
[0013]式中，FRCD為裂縫導流能力，c。為擬合系數，keq為等效滲透率，w為閉合壓力下的裂 縫寬度，D為初始裂縫寬度，r。為沒有閉合壓力時的孔道半徑，a為裂縫寬度的變化量，0 為支撐劑的變形量，為無閉合壓力時的孔隙度，t。為無閉合壓力時的孔道迂曲度。
[0014] 可選地，當液體流動方向垂直于支撐通道和非支撐通道時，所述通道壓裂的最優 力學模型的第一等效滲透率滿足以下公式：
[0015]
[0016] 式中，a為支撐劑支撐通道的寬度，b為非支撐通道的寬度，kb為非支撐通道的滲 透率，匕為支撐通道的滲透率，巾3為支撐面積所占比例，（i)bS非支撐面積所占比例，且 <^+<1^= 1。
[0017] 可選地，當流體的流動通道平行于支撐通道和非支撐通道時，所述通道壓裂的最 優力學模型的第二等效滲透率采用以下公式：
[0018]
[0019] 可選地，若流動通道是迂曲的，則所述通道壓裂的最優力學模型的第三等效滲透 率采用以下公式：
[0020]
[0021] 式中，kb為非支撐通道滲透率，且kb=w2/12,w為閉合壓力下的裂縫寬度，\為 無量綱迂曲系數，且
[0022] 可選地，當為不滲透柱狀支撐時，所述通道壓裂的最優力學模型的第四等效滲透 率為：
[0023]
[0024] 式中，w為閉合壓力下的裂縫寬度，巾。為無閉合壓力是的孔隙度，kb為支撐通道的 滲透率，（J>b為非支撐面積所占比例。
[0025] 可選地，當支撐通道、非支撐通道與閉合區域串聯時，所述通道壓裂的最優力學模 型的第五等效滲透率keq5為：
[0026 '' a '[>
' c
[0027] 可選地，當支撐通道、非支撐通道與閉合區域并聯時，所述通道壓裂的最優力學模 型的第六等效滲透率:
[0028]
[0029] 式中，A,為對應柱狀通道壓裂的系數。
[0030] 本發明實施例通過建立通道壓裂的力學模型，并對該模型進行優化以獲取最優力 學模型；然后利用該測定的支撐劑參數、覆膜參數和巖石參數結合該最優力學模型進行覆 膜支撐劑的導流能力進行預測。本發明實施例通過考慮覆膜支撐劑和地層的彈塑性對通道 壓裂導流能力的影響，可以快速準確的預測通道壓裂中不同屬性覆膜支撐劑的導流能力及 其動態變化，從而節省測量導流能力時實驗成本。
【附圖說明】
[0031] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特征和優點，附圖是示意性的而不應理 解為對本發明進行任何限制，在附圖中：
[0032] 圖1是本發明實施例提供的一種用于覆膜支撐劑導流能力的預測方法框圖；
[0033] 圖2-a~圖2-d示出了支撐劑，支撐裂縫的力學模型示意圖；
[0034] 圖3-a~圖3-e示出了通道壓裂支撐劑布置形式示意圖；
[0035]圖4是本發明實施例提供的模型導流能力擬合結果示意圖；
[0036]圖5是本發明實施例提供的不同類型覆膜支撐劑導流能力的預測示意圖；
[0037]圖6是本發明實施例提供的覆膜支撐劑粘度對導流能力的影響結果示意圖；
[0038]圖7是本發明實施例提供的考慮彈塑性的導流能力隨閉合壓力變化示意圖；
[0039] 圖8是本發明實施例提供的交替串聯導流能力的變化示意圖；
[0040] 圖9是本發明實施例提供的平行并聯流動導流能力的變化示意圖；
[0041]圖10是本發明實施例提供的柱狀支撐導流能力的變化示意圖；
[0042] 圖11是本發明實施例提供的通道壓裂中覆膜支撐劑粘度對導流能力的影響結果 示意圖；
[0043]圖12是本發明實施例提供的通道壓裂中考慮彈塑性時導流能力隨閉合壓力變化 示意圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0045] 本發明實施例提供了一種用于通道壓裂導流能力的預測方法，如圖1所示，包括：
[0046] 建立通道壓裂的力學模型；
[0047]測定所述通道壓裂的力學模型所需的擬合系數與等效滲透率；
[0048] 根據測定的擬合系數與等效滲透率對所述通道壓裂的力學模型進行優化，以獲取 預測結果與實測結果的絕對差值小于預設值的最優力學模型；
[0049] 根據所述最優力學模型對覆膜支撐劑的導流能力進行預測。
[0050] 可選地，本發明實施例中，最優力學模型采用以下公式表示：
[0051]
[0052] 式中，FRCD為裂縫導流能力，c。為擬合系數，keq為等效滲透率，w為閉合壓力下的裂 縫寬度，D為初始裂縫寬度，r。為沒有閉合壓力時的孔道半徑，a為裂縫寬度的變化量，0 為支撐劑的變形量，為無閉合壓力時的孔隙度，t。為無閉合壓力時的孔道迂曲度。
[0053] 實際應用中，在些覆膜材料屬于彈塑性流變材料，壓裂完成后，在閉合壓力作用 下，支撐裂縫會發生塑性變形。為此，本發明一實施例中采用如下模型來分析支撐裂縫的塑 形變形性能，總應力分為彈性和塑性兩部分，如式（2)所示：
[0054]
[0055] 因此，應變以指數形式隨著時間變化。
[0056] 支撐劑嵌入地層厚度及其變形遵循如下形式：
[0063] 式⑵~式⑶中，h為嵌入厚度，D為初始裂縫寬度，Di為支撐劑直徑，D2為巖石 厚度，Ei為支撐劑彈性模量，E2為儲層巖石彈性模量，K為滲透率，p為閉合壓力，r為孔道 半徑，r。為沒有閉合壓力時的孔道半徑，w為閉合壓力下的裂縫寬度，a為裂縫寬度的變化 量，0為支撐劑的變形量，巾為孔隙度，為無閉合壓力時的孔隙度，v:為支撐劑泊松 比，v2為儲層巖石泊松比，y為流體粘度，t為孔道迂曲度，t。為無閉合壓力時的孔道迂 曲度，sh、S{!、sa、S(t)、sT為對應厚度、變形量、裂縫寬度、孔隙度、孔隙半徑、迂曲度的調 節系數。
[0064] 結合實際情況，假定覆膜支撐劑為近似球體的支撐劑。單層覆膜支撐劑和多層覆 膜支撐劑的受力、嵌入以及變形模型如圖2-a~圖2-d所示。
[0065] 圖3-a~圖3-e分別示出了通道壓裂支撐劑布置形式示意圖，圖中陰影部分為支 撐劑支撐帶，而空白部分為沒有支撐劑充填的流動通道。
[0066] 根據達西定律：
[0067]
[0068] 式（9)中，y是流體粘度，k是滲透率，u為表觀流速，q為流量，A為滲流面積^
[0069] 1)當流體流動方向垂直于支撐通道和非支撐通道時，如圖3_a所示，流體壓力的 變化量A?1為：
[0070]
[0071] 式（10)中，Pi為流體壓力，a為支撐劑支撐通道的寬度，b為非支撐通道的寬度， y是流體粘度，ka、kb分別為支撐劑支撐通道與非支撐通道的滲透率，U為表觀流速。
[0072]
[0073]
[0074]
[0075] 2)當流體流動通道平行于支撐通道和非支撐通道時，流體壓力梯度為：
[0076]
[0077] 式中，Pl為流體壓力，x為流體流動方向坐標。從而，第二等效滲透率如式（14) 所示。
[0078]
[0079] 當流動通道呈現迂曲狀時，第三等效滲透率keq