热点资讯_小夹角水平井压裂分簇优化方法、装置及介质与流程

1.本发明涉及水平井分段分簇压裂技术领域，具体来讲，涉及一种小夹角水平井压裂分簇优化方法、一种小夹角水平井压裂分簇优化装置、一种计算机设备和一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。

背景技术：

2.我国非常规油气资源非常丰富，该类资源的高效开发能为国家能源安全提供重要保障。由于非常规油气资源具有低渗、低孔、强非均质性特征，通过水力压裂方式建立地下高渗流通道是有效开采该类资源的必要技术手段。现阶段水平井分段分簇压裂已成为高效开发低渗致密储层的主要方式，而其中，簇间距的优化是压裂设计的关键环节，该参数对于多簇裂缝间诱导应力干扰、裂缝扩展轨迹都具有重要影响。而在非常规油气资源中，以曲流河道、辫状河道沉积类型的致密砂岩油气储层广泛分布，平面上多条河道砂组交错分布，为了保证水平井在优质砂体内获得足够的水平段长，获得较高的优质砂体钻遇率，水平井井眼轨迹一般沿着河道砂体走向钻进，从而导致水平井井轨迹与最大水平主应力方向之间的夹角(下文简称“夹角”)变化较大。对于这类小夹角水平井，存在多簇裂缝向外扩展难度较大的问题，导致远井带砂体无法有效动用，严重制约了该类储层的有效开发。

3.因此，针对小夹角水平井，如何精细优化簇间距，确保压裂裂缝有效外扩延伸，将是压裂设计中的关键环节。目前水平井分簇优化主要采用裂缝扩展数值模拟方法，评价簇间应力干扰和裂缝扩展情况，但一般假设井轨迹与最大水平主应力方向之间的夹角为90

°

，从而导致无法准确评价和优化小夹角井簇间距对裂缝扩展的影响，进而无法准确优化簇间距。

4.例如，于2021年6月1日公开的发明名称为一种致密储层水平井多簇压裂射孔簇间距优化方法、公开号为cn112878977a的专利文献记载了一种致密储层水平井多簇压裂射孔簇间距优化方法，包括以下步骤：s1获取目标储层平均原地应力参数；s2依据储层平均两向水平地应力差异，将储层划分为高应力差异储层和低应力差异储层；s3获取储段内射孔簇位置的岩石力学参数及压裂施工参数；s4建立目标储层射孔簇间距优化目标；s5模拟不同簇间距下裂缝扩展情况，计算对应的多簇射孔簇间距优化目标值；s6对比不同裂缝间距下对应优化目标的大小，获取最优射孔簇间距大小。

5.于2021年5月25日公开的发明名称为一种致密储层水平井分簇限流布孔优化设计方法、公开号为cn112836446a的专利文献记载了一种致密储层水平井分簇限流布孔优化设计方法，包括以下步骤：s1采集基础岩石力学参数、最小水平地应力参数及压裂施工工程参数值；s2建立多射孔簇位置压裂裂缝扩展模型，模拟均匀布孔多簇裂缝扩展裂缝形态；s3模拟多簇裂缝扩展形态下的诱导应力场分布和多簇裂缝扩展均匀程度指标定量表征；s4建立段内多簇压力和流量分配关系及无磨蚀条件分簇限流布孔数优化模型；s5设计射孔孔眼磨蚀情况下的分簇限流布孔数；s6验证分簇限流布孔优化后裂缝扩展效果。本发明能有效避免无效射孔簇的产生，提高多簇压裂井的射孔簇效率。

6.因此，有必要形成一种针对小夹角水平井压裂分簇的数值模拟方法，以确定优化小夹角水平井的分簇参数，从而能够有效提高小夹角井的改造效果。

技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于针对上述现有河道致密砂岩小夹角水平井簇间距优化评价方法的未能充分考虑的问题，提供一种能够准确评价不同夹角情况下多簇裂缝诱导应力和扩展状态的小夹角水平井压裂分簇优化方法，以指导为水平井簇间距的精细优化。

8.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种小夹角水平井压裂分簇优化方法，所述压裂分簇优化方法包括以下步骤：s100、针对目标水平井，模拟不同裂缝平行间距s

p

下的多簇裂缝扩展状态，以确定最优裂缝平行间距s

p*

，其中，目标水平井井眼轨迹与最大水平主应力方向的夹角α为[0

°

，90

°

]，所述裂缝平行间距s

p

为射孔簇在最小水平主应力方向上的投影距离；s200、基于所述最优裂缝平行间距s

p*

，确定最优裂缝簇间距s

c*

；s300、根据所述最优裂缝簇间距s

c*

，优化压裂分簇方案。

[0009]

在本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例中，所述步骤s100可包括以下子步骤：s101、获取目标水平井目标改造段的井轨迹方位角a1；s102、获取目标水平井目标改造段所在砂体的三向地应力参数，所述三向地应力参数包括最大水平主应力、最小水平主应力、垂向应力和最大水平主应力方向a2；s103、确定井眼轨迹与最大水平主应力方向之间的夹角α；s104、确定目标水平井目标改造段的裂缝平行间距优化目标区间[s

p-min

，s

p-max

]；s105、获取目标水平井目标改造段所在砂体的岩石力学参数和物性参数，建立岩体应力场数学模型和目标水平井动态应力场-岩石力学-多裂缝扩展模型；s106、基于所述裂缝平行间距优化目标区间，模拟计算不同裂缝平行间距下的裂缝扩展诱导应力场和多簇裂缝扩展轨迹；s107、对比不同裂缝平行间距下的模拟计算结果，以多簇裂缝独立扩展为判断依据，从所述裂缝平行间距优化目标区间中确定最优裂缝平行间距s

p*

。

[0010]

在本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例中，所述岩石力学参数可包括杨氏模量和泊松比，所述物性参数可包括孔隙度、渗透率和地层压力。

[0011]

在本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例中，所述子步骤s102中，可根据交叉偶极测井，获取最大水平主应力方向a2；或者，可根据井眼成像测井，获取钻进过程中井壁崩塌方向，并将井壁崩塌方向确定为最大水平主应力方向a2。

[0012]

在本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例中，目标水平井簇间距sc与裂缝平行间距s

p

之间的量化关系可为：s

p

＝sin(

ɑ

)

×

sc。

[0013]

在本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例中，所述子步骤s104中，裂缝平行间距优化目标区间下限值s

p-min

可大于等于储层参数相近的大夹角井的裂缝平行间距，大夹角井的所述夹角大于目标水平井的所述夹角。

[0014]

本发明另一方面提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的小夹角水平井压裂分簇优化方法。

[0015]

本发明再一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的小夹角水平井压裂分簇优化方法。

[0016]

本发明再一方面提供了一种小夹角水平井压裂分簇优化装置，所述压裂分簇优化装置可包括计算模块、第一确定模块、第二确定模块和分簇方案设计模块，其中，所述计算模块，用于模拟计算不同裂缝平行间距s

p

下的多簇裂缝扩展状态；所述第一确定模块与所述计算模块连接，用于对比不同裂缝平行间距下的模拟计算结果，以确定最优裂缝平行间距s

p*

；所述第二确定模块与所述第一确定模块连接，用于根据最优裂缝平行间距s

p*

确定最优裂缝簇间距s

c*

；所述分簇方案设计模块与所述第二确定模块连接，用于根据最优裂缝簇间距s

c*

形成压裂分簇设计方案。

[0017]

在本发明的小夹角水平井压裂分簇优化装置的一个示例性实施例中，所述计算模块可包括第一参数获取子模块、第二参数获取子模块、夹角确定子模块、优化目标区间确定子模块和数值模拟子模块，其中，所述第一参数获取子模块，用于获取目标水平井目标改造段的井轨迹方位角a1和三向地应力参数；所述第二参数获取子模块，用于获取目标水平井目标改造段所在砂体的岩石力学参数和物性参数；所述夹角确定子模块与所述第一参数获取子模块连接，用于确定井眼轨迹与最大水平主应力方向之间的夹角α；所述优化目标区间确定子模块与所述夹角确定子模块连接，用于确定目标水平井目标改造段的裂缝平行间距优化目标区间[s

p-min

，s

p-max

]；所述数值模拟子模块与所述优化目标区间确定子模块和所述第二参数获取子模块连接，用于建立目标水平井动态应力场-岩石力学-多裂缝扩展模型，并模拟计算不同裂缝平行间距下的诱导应力场和多簇裂缝扩展轨迹。

[0018]

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

[0019]

(1)本发明针对河道致密砂岩等非常规油气储层，从理论和工程角度分析水平井井眼轨迹与最大水平主应力方向的夹角对水平井分段多簇裂缝扩展的影响，通过建立射孔簇间距和裂缝平行间距的量化关系，精细识别裂缝平行间距对多簇裂缝扩展的重要影响；

[0020]

(2)本发明针对不同夹角水平井，以裂缝平行间距为优化目标，确保精细评价应力阴影对多簇裂缝的影响，能够合理制定簇间距；

[0021]

(3)本发明可有效指导小夹角水平井压裂改造分簇优化，确保多簇水力裂缝有效外扩延伸，提升压裂增产效果。

附图说明

[0022]

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

[0023]

图1示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的小夹角井单段多簇平面示意图。

[0024]

图2a示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的夹角为30度条件下的多簇裂缝展布范围；图2b示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的夹角为60度条件下的多簇裂缝展布范围；图2c示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的夹角为90度条件下的多簇裂缝展布范围。

[0025]

图3示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的夹角-裂缝长度-裂缝展布范围关系示意图。

[0026]

图4示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的不同

射孔簇间距条件下的夹角与裂缝平行间距的关系示意图。

[0027]

图5示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的压裂分簇优化方法的流程示意图。

[0028]

图6a示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的a井的流体压力分布模拟结果示意图；图6b示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的对照井的流体压力分布模拟结果示意图。

[0029]

图7示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的b井设计射孔簇间距-实际裂缝平行间距关系示意图。

[0030]

图8a示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的b井的诱导应力场分布示意图；图8b示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的一个示例性实施例的b井的压后流体压力分布示意图。

[0031]

图9示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化装置的一个示例性实施例的优化装置结构示意图。

[0032]

图10示出了本发明的小夹角水平井压裂分簇优化装置的一个示例性实施例的计算机设备结构示意图。

[0033]

附图标记说明：

[0034]

100-压裂分簇优化装置，110-计算模块，120-第一确定模块，130-第二确定模块，140-分簇方案设计模块，111-第一参数获取子模块，112-第二参数获取子模块，113-夹角确定子模块，114-优化目标区间确定子模块，115-数值模拟子模块，200-计算机设备，210-存储器，220-处理器。

具体实施方式

[0035]

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法、装置及介质。

[0036]

需要说明的是，“第一”、“第二”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域普通技术人员而言，本文中的部分术语“压力”相当于压强。

[0037]

目前，在非常规油气资源中，以曲流河道、辫状河道沉积类型的致密砂岩油气储层广泛分布。为了保证水平井在优质砂体内获得足够的水平段长，获得较高的优质砂体钻遇率，水平井井眼轨迹一般沿着河道砂体走向钻进，导致水平井井眼轨迹与最大水平主应力方向的夹角(下文简称“夹角”)变化较大，范围分布在17

°

～90

°

。研究表明，水平井分段多簇压裂工艺在大夹角井中能够取得较好的改造效果，但在小夹角井中适应性较差。

[0038]

为此，针对复杂河道致密砂岩等非常规油气储层水平井开发过程中，小夹角水平井簇间距评价优化难度大的问题，本发明从小夹角水平井多簇裂缝扩展机理出发，通过建立射孔簇间距和裂缝平行间距的量化关系，以裂缝平行间距为优化目标，模拟不同平行间距下多簇裂缝扩展状态，从而获取最优裂缝平行间距，进而获得最优裂缝簇间距。该方法可有效指导小夹角水平井压裂改造分簇优化，确保多簇水力裂缝有效外扩延伸，提升压裂增产效果。

[0039]

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种小夹角水平井压裂分簇优化方法。

[0040]

在本发明的一个示例性实施例中，为了分析矿场尺度下小夹角水平井多簇裂缝扩展机理，本发明建立了小夹角井单段多簇平面示意图(如图1所示)。图1中的符号σ1表示最大水平主应力，符号σ2表示最小水平主应力，符号sc表示射孔簇间距，符号s

p

表示裂缝平行间距，符号a表示压裂水平段，符号b表示射孔簇，符号α表示井眼轨迹与最大水平主应力方向的夹角。该示意图作出如下简化：(1)不考虑垂向应力的作用，单个压裂水平段内的各个射孔簇仅在水平主应力的作用下发生裂缝扩展；(2)最大水平主应力平行于x轴方向，最小水平主应力平行于y轴方向；(3)各个射孔簇以相同的簇间距均匀设置在压裂水平段上；(4)每个射孔簇仅产生一条水力裂缝，各簇裂缝初始起裂方向与最大水平主应力方向保持一致。

[0041]

由小夹角井单段多簇平面示意图(图1)可以看出，由于存在夹角，各个射孔簇在最小水平主应力方向上的投影距离变短。裂缝平行间距s

p

为各个射孔簇在最小水平主应力方向上的投影距离，裂缝平行间距等于射孔簇间距乘上夹角正弦值。也就是说，目标水平井簇间距sc与裂缝平行间距s

p

之间的量化关系可为：s

p

＝sin(

ɑ

)

×

sc。

[0042]

射孔簇间距对各簇裂缝扩展形态影响显著。射孔簇间距越小，各簇裂缝周围的诱导应力场作用越明显，缝间干扰作用越强，各簇裂缝越容易发生偏转，裂缝尖端与水平井筒之间的平行距离变短，裂缝控制范围变小。若存在夹角，尽管射孔簇间距保持不变，但是各条初始裂缝在最小水平主应力方向上的平行距离变短，缝间实际距离缩短，各簇裂缝尖端受诱导应力场影响显著，加剧了各簇裂缝偏转程度，使得近井裂缝扩展迂曲度较大，同时也缩短了裂缝尖端与水平井筒之间的平行距离，裂缝控制范围变小。

[0043]

图2a、图2b和图2c示出了不同夹角条件下的多簇裂缝展布范围，其中图2a表示夹角为30度时的多簇裂缝展布范围，图2b表示夹角为60度时的多簇裂缝展布范围，图2c表示夹角为90度时的多簇裂缝展布范围。图3示出了夹角-裂缝长度-裂缝展布范围关系，其中，横坐标表示井眼轨迹与最大水平主应力的夹角，单位为度，纵坐标表示单段裂缝展布范围，单位为m2。图3中的曲线1表示裂缝长度为250m时夹角与单段裂缝展布范围的关系，曲线2表示裂缝长度为200m时夹角与单段裂缝展布范围的关系，曲线3表示裂缝长度为150m时夹角与单段裂缝展布范围的关系，曲线4表示裂缝长度为100m时夹角与单段裂缝展布范围的关系。

[0044]

从图2a、图2b和图2c可以看出，在相同射孔簇间距条件下，假如各簇裂缝不发生偏转，均能够获得充分有效的扩展，最终各簇裂缝缝长完全一致。裂缝展布范围可简化等于单个压裂段长

×

裂缝缝长

×

夹角正弦值。假设单个压裂段长为80m，作出不同夹角、不同裂缝缝长条件下的多簇裂缝展布范围(既图2a～图2c中第一条裂缝尖端和最后一条裂缝尖端围成的虚线方框面积)。通过图3的计算分析可以发现，随着夹角从90

°

减小至0

°

，裂缝展布面积减小，且减小速度逐渐增加。以裂缝缝长100m为例，20

°

小夹角井的裂缝展布范围为2736m2，仅为90

°

夹角条件下8000m2的三分之一。

[0045]

也就是说，相同射孔簇间距条件下，小夹角井的裂缝展布范围始终小于大夹角井的裂缝展布范围。若需要达到相同的裂缝展布范围，小夹角井需要设计更大的射孔簇间距。

[0046]

图4示出了不同射孔簇间距条件下的夹角与裂缝平行间距的关系，其中，横坐标表示井眼轨迹与最大水平主应力的夹角，单位为度，纵坐标表示裂缝平行间距，单位为m。图4中的曲线1表示射孔簇间距为40m时夹角与裂缝平行间距的关系，曲线2表示射孔簇间距为

35m时夹角与裂缝平行间距的关系，曲线3表示射孔簇间距为30m时夹角与裂缝平行间距的关系，曲线4表示射孔簇间距为25m时夹角与裂缝平行间距的关系，曲线5表示射孔簇间距为20m时夹角与裂缝平行间距的关系，曲线6表示射孔簇间距为15m时夹角与裂缝平行间距的关系，曲线7表示射孔簇间距为10m时夹角与裂缝平行间距的关系，曲线8表示射孔簇间距为5m时夹角与裂缝平行间距的关系。从图4中可以发现：当射孔簇间距保持不变，随着夹角不断减小，裂缝平行间距快速减小；相同簇间距条件下小夹角井的裂缝平行间距始终小于大夹角井；若需要达到与大夹角井相同的裂缝平行间距，小夹角井需要设计更大的射孔簇间距。

[0047]

由此可见，随着水平井井轨迹与最大水平主应力方向之间的夹角不断减小，射孔簇间距保持不变，但是各条初始裂缝在最小水平主应力方向上的平行距离变短，各簇裂缝平行间距快速减小，每个射孔簇的裂缝尖端更容易受到邻近射孔簇裂缝诱导应力场的影响；同时，相同段长和相同裂缝长度下的单段裂缝控制范围也快速减小。

[0048]

因此，裂缝平行间距的影响裂缝展布范围的重要因素，也是影响小夹角井改造效果的重要因素。小夹角井的射孔簇间距设计需要首先考虑选择合理的裂缝平行间距。本发明的方法思路是：小夹角井应该以裂缝平行间距为目标优化分簇方案，即通过模拟不同平行间距下多簇裂缝扩展状态，从而获取最优裂缝平行间距，进而获得最优裂缝簇间距，以减弱簇间应力干扰作用，确保各簇缝长外扩延伸。同时小夹角井的簇间距设计大小应大于储层参数相近的大夹角井。

[0049]

具体来讲，一种小夹角水平井压裂分簇优化方法可通过以下步骤实现。

[0050]

步骤s100、针对目标水平井，模拟不同裂缝平行间距s

p

下的多簇裂缝扩展状态，以确定最优裂缝平行间距s

p*

。其中，目标水平井井眼轨迹与最大水平主应力方向的夹角α为[0

°

，90

°

]。

[0051]

其中，步骤s100可通过以下子步骤实现：

[0052]

子步骤s101、获取目标水平井目标改造段的井轨迹方位角a1。

[0053]

子步骤s102、获取目标水平井目标改造段所在砂体的三向地应力参数，三向地应力参数包括最大水平主应力、最小水平主应力、垂向应力和最大水平主应力方向a2。

[0054]

其中，可根据交叉偶极测井，获取最大水平主应力方向a2；或者，可根据井眼成像测井，获取钻进过程中井壁崩塌方向，并将井壁崩塌方向确定为最大水平主应力方向a2。

[0055]

子步骤s103、确定井眼轨迹与最大水平主应力方向之间的夹角α。

[0056]

子步骤s104、确定目标水平井目标改造段的裂缝平行间距优化目标区间[s

p-min

，s

p-max

]。

[0057]

其中，裂缝平行间距优化目标区间的上下限值可以根据目标水平井的现场施工情况自行设置。或者，参考储层参数相近的大夹角井的裂缝平行间距进行设置，例如，裂缝平行间距优化目标区间下限值s

p-min

可大于等于储层参数相近的大夹角井的裂缝平行间距，大夹角井的夹角大于目标水平井的夹角。

[0058]

子步骤s105、获取目标水平井目标改造段所在砂体的岩石力学参数和物性参数，基于最大张应力准则，建立目标水平井动态应力场-岩石力学-多裂缝扩展模型，以及，基于广义胡克定律建立岩体应力场数学模型。

[0059]

例如，岩石力学参数可包括杨氏模量和泊松比，物性参数可包括孔隙度、渗透率和

地层压力。

[0060]

子步骤s106、耦合应力场与裂缝扩展准则，并基于裂缝平行间距优化目标区间，模拟计算不同裂缝平行间距下的裂缝扩展诱导应力场和多簇裂缝扩展轨迹。

[0061]

子步骤s107、对比不同裂缝平行间距下的模拟计算结果，以多簇裂缝独立扩展为判断依据，从裂缝平行间距优化目标区间中确定最优裂缝平行间距s

p*

。即当裂缝平行间距小于该值时，簇间诱导应力显著增大，多簇裂缝扩展独立性显著减弱，多簇裂缝转向扩展后汇聚在一起，导致裂缝无法有效外扩。

[0062]

步骤s200、基于最优裂缝平行间距s

p*

，确定最优裂缝簇间距s

c*

。

[0063]

步骤s300、根据最优裂缝簇间距s

c*

，优化压裂分簇方案。

[0064]

根据本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法可以被编程为计算机程序并且相应的程序代码或指令可以被存储在计算机可读存储介质中，当程序代码或指令被处理器执行时使得处理器执行上述小夹角水平井压裂分簇优化方法，上述处理器和存储器可以被包括在计算机设备中。

[0065]

根据本发明又一方面的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。

[0066]

根据本发明又一方面的示例性实施例还提供一种计算机设备。该计算机设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的小夹角水平井压裂分簇优化方法的计算机程序。

[0067]

本发明再一方面提供了一种小夹角水平井压裂分簇优化装置。

[0068]

在本发明的另一个示例性实施例中，小夹角水平井压裂分簇优化装置可包括计算模块、第一确定模块、第二确定模块和分簇方案设计模块。

[0069]

其中，计算模块，用于模拟计算不同裂缝平行间距s

p

下的多簇裂缝扩展状态。

[0070]

第一确定模块与计算模块连接，用于对比不同裂缝平行间距下的模拟计算结果，以确定最优裂缝平行间距s

p*

。

[0071]

第二确定模块与第一确定模块连接，用于根据最优裂缝平行间距s

p*

确定最优裂缝簇间距s

c*

。

[0072]

分簇方案设计模块与第二确定模块连接，用于根据最优裂缝簇间距s

c*

形成压裂分簇设计方案。

[0073]

在本实施例中，计算模块可包括第一参数获取子模块、第二参数获取子模块、夹角确定子模块、优化目标区间确定子模块和数值模拟子模块。

[0074]

其中，第一参数获取子模块，用于获取目标水平井目标改造段的井轨迹方位角a1和三向地应力参数。

[0075]

第二参数获取子模块，用于获取目标水平井目标改造段所在砂体的岩石力学参数和物性参数。

[0076]

夹角确定子模块与第一参数获取子模块连接，用于确定井眼轨迹与最大水平主应

力方向之间的夹角α。

[0077]

优化目标区间确定子模块与夹角确定子模块连接，用于确定目标水平井目标改造段的裂缝平行间距优化目标区间[s

p-min

，s

p-max

]。

[0078]

数值模拟子模块与优化目标区间确定子模块和第二参数获取子模块连接，用于建立目标水平井动态应力场-岩石力学-多裂缝扩展模型，并模拟计算不同裂缝平行间距下的诱导应力场和多簇裂缝扩展轨迹。

[0079]

为了更好地理解本发明，以下结合附图和示例进一步阐明本发明内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

[0080]

示例1

[0081]

以分别位于6号河道的a井和位于4号河道的b井为例，以增大裂缝平行间距为核心优化分簇参数，针对小夹角井b井进行压裂改造工艺技术优化。

[0082]

6号河道与4号河道的砂体厚度(10～20m)和压力系数相近(1.0～1.1)。地震预测6号河道的振幅能量约为4号河道的2.2倍，但6号河道面积相对较小。b井的夹角为23

°

，与a井夹角(17

°

)相近。b井的水平段长大于a井，但是a井的储层厚度、一类储层钻遇率、全烃显示和测井解释渗透率均优于b井，平均电阻率小于b井(表1)，说明a井储层的物性和含气性优于b井。

[0083]

表1水平段测井解释参数对比

[0084][0085]

地应力和岩石力学实验测试结果显示(表2)，两口井的水平主应力差均为8mpa左右，地应力差异系数相当；泊松比和脆性指数相近，a井的岩石杨氏模量和抗压强度均低于b井，说明b井的岩石破裂和裂缝扩展难度相对高于a井。

[0086]

表2地应力和岩石力学实验测试结果

[0087]

[0088][0089]

通过对比a井和b井的工程地质参数，可以看到b井的河道振幅能量、物性和含气性均差于a井，造缝难度相对较大。为了使得小夹角井b井获得更好的压裂改造效果，需要以增大裂缝平行间距为核心理念，重点优化b井的分簇参数。

[0090]

如图5所示，针对小夹角井b井的压裂分簇优化方法包括以下步骤：

[0091]

(1)获取目标水平井(即b井)目标改造段井轨迹方位角a1和最大水平主应力方向，计算井方位-最大水平主应力方向之间的夹角α。

[0092]

对于b井来说，其井方位-最大水平主应力方向之间的夹角α为23

°

。

[0093]

(2)建立动态应力场-岩石力学-多簇裂缝扩展模型，模拟计算不同裂缝平行间距下诱导应力场，以及，模拟计算不同裂缝平行间距下多簇裂缝扩展轨迹。

[0094]

具体来讲，根据弹性力学基本方程式，可计算二维平面内任意位置处的应力分量为：

[0095][0096]

式中，g为剪切模量，mpa；σ

xx

为x轴方向上正应力，mpa；σ

yy

为y轴方向上正应力，mpa；τ

xy

为剪切应力，mpa；d

x

为裂缝面之间的切向位移，m；dy为裂缝面之间的法向位移，m；f

xy

、f

xyy

、f

yy

和f

yyy

为式(1-3)中的各阶导数；y为y轴坐标，m。

[0097]

式(1-1)中的函数f(x,y)是由i转换而来，其表达式为：

[0098][0099]

式中，a为裂缝单元体半长，m；x为x轴方向坐标，m；y为y轴方向坐标，m；v为泊松比，无因次。

[0100]

式(1-1)中所需要f(x,y)的各阶导数分别为：

[0101][0102]

裂缝的等效应力强度因子计算公式为：

[0103][0104]

式中，ke为等效强度因子，mpa

·m0.5

；ki为ⅰ型强度因子，mpa

·m0.5

；k

ii

为ⅱ型强度因子，mpa

·m0.5

；θ0为裂缝偏离初始扩展方向的方向角，

°

。

[0105]

当应力强度因子可以由裂缝尖端单元体的法向位移和切向位移表示：

[0106][0107]

式中，为裂缝尖端单元体法向位移，m；为裂缝尖端单元体切向位移，m；e为杨氏模量，mpa。

[0108]

使用最大周向应力准则进行裂缝扩展判断，即ke≥k

ic

时，裂缝开始扩展，k

ic

是临界强度因子，单位为mpa

·m0.5

。

[0109]

(3)以多簇裂缝独立扩展为判断依据确定最优裂缝平行间距。

[0110]

(4)根据夹角建立簇间距与裂缝平行间距关系，根据最优裂缝平行间距，计算获取最优簇间距。以最优簇间距为核心设计压裂分簇方案，对b井进行压裂改造工艺。

[0111]

a井的设计射孔簇数为7，设计射孔簇间距为9m，而其裂缝平行间距只有2.6m，仅为设计射孔簇间距的三分之一。图6a和图6b分别为a井和对照井的流体压力分布模拟结果。从图6a和图6b可以看到，射孔设计簇数较高时，簇间应力阴影效应较强，抑制了中部射孔簇的裂缝扩展，中部射孔簇的裂缝长度大幅减小，有效扩展的射孔簇数量较少。因此，为了保证小夹角井b井的有效射孔簇数量，设计射孔簇簇数为3～4簇。

[0112]

图7为小夹角井b井在不同射孔簇间距条件下的裂缝平行间距。可见裂缝平行间距约为设计射孔簇间距的五分之二。当设计射孔簇间距小于25m时，b井的裂缝平行间距不大

于10m，缝间实际距离较短。

[0113]

为了确保b井的射孔簇均能够有效扩展，防止各簇裂缝在周围诱导应力场的作用发生过度偏转，因此设计b井的主体簇间距大于25m。

[0114]

基于动态应力场-岩石力学-多裂缝扩展模型对b井开展多簇裂缝扩展数值模拟，确定b井单个压裂段采用射孔簇数为3簇，簇间距为30m时的裂缝扩展形态。图8a展示了小夹角b井在扩展初期最小水平主应力方向上的诱导应力场分布；图8b展示了小夹角b井在扩展初期最小水平主应力方向上的压后流体压力分布。可以看出，经过分簇方案优化后，各条初始裂缝受邻近射孔簇的诱导应力场作用显著减弱，各簇裂缝偏转程度减小，中部射孔簇的裂缝长度明显大于a井，单个压裂段的裂缝控制范围也优于a井。通过数值模拟结果验证了以增大裂缝间距为核心的分簇方案设计优越性。

[0115]

小夹角井b井现场试验采用优化的分簇方案设计，主体设计簇数3-4簇，主体射孔簇间距大于25m，将裂缝平行间距提升到10m以上。相对于a井，单簇加砂量提升到原来的三倍，单段加砂量提升到原来的两倍，单簇压裂规模整体提升，保证各簇裂缝充分扩展；b井通过优化分簇方案、整体施工液量和砂量，获得了35.6

×

104m3/d的无阻测试产量，是a井的4.6倍。现场试验证明分簇优化方案有效提高了小夹角井的改造效果。

[0116]

示例2

[0117]

如图9所示，压裂分簇优化装置100包括计算模块110、第一确定模块120、第二确定模块130和分簇方案设计模块140。

[0118]

计算模块110，用于模拟计算不同裂缝平行间距s

p

下的多簇裂缝扩展状态。其中，计算模块110包括第一参数获取子模块111、第二参数获取子模块112、夹角确定子模块113、优化目标区间确定子模块114和数值模拟子模块115。第一参数获取子模块111用于获取目标水平井目标改造段的井轨迹方位角a1和三向地应力参数。第二参数获取子模块112用于获取目标水平井目标改造段所在砂体的岩石力学参数和物性参数。夹角确定子模块113与第一参数获取子模块111连接，用于确定井眼轨迹与最大水平主应力方向之间的夹角α。优化目标区间确定子模块114与夹角确定子模块113连接，用于确定目标水平井目标改造段的裂缝平行间距优化目标区间[s

p-min

，s

p-max

]。数值模拟子模块115与优化目标区间确定子模块114和第二参数获取子模块112连接，用于建立目标水平井动态应力场-岩石力学-多裂缝扩展模型，并模拟计算不同裂缝平行间距下的诱导应力场和多簇裂缝扩展轨迹。

[0119]

第一确定模块120与计算模块110连接，用于对比不同裂缝平行间距下的模拟计算结果，以确定最优裂缝平行间距s

p*

。

[0120]

第二确定模块130与第一确定模块120连接，用于根据最优裂缝平行间距s

p*

确定最优裂缝簇间距s

c*

。

[0121]

分簇方案设计模块140与第二确定模块130连接，用于根据最优裂缝簇间距s

c*

形成压裂分簇设计方案。

[0122]

示例3

[0123]

如图10所示，一种计算机设备200包括存储器210和处理器220，存储器210中存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的小夹角水平井压裂分簇优化方法。

[0124]

本发明的有益效果是：裂缝平行间距作为裂缝间最短间距，是控制簇间应力阴影

的主要因素，针对小夹角水平井，以裂缝平行间距作为关键评价参数，优化水平井簇间距问题

[0125]

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。