RU2787144C2 - Method for determination of exposure time for well after hydraulic fracture, using distribution of creep of hydraulic fracture cracks - Google Patents
Method for determination of exposure time for well after hydraulic fracture, using distribution of creep of hydraulic fracture cracks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787144C2 RU2787144C2 RU2021102814A RU2021102814A RU2787144C2 RU 2787144 C2 RU2787144 C2 RU 2787144C2 RU 2021102814 A RU2021102814 A RU 2021102814A RU 2021102814 A RU2021102814 A RU 2021102814A RU 2787144 C2 RU2787144 C2 RU 2787144C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crack
- fracture
- time
- creep
- width
- Prior art date
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title abstract description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 3
- 238000005500 petroleum industry Methods 0.000 description 3
- 229920002907 Guar gum Polymers 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229960002154 guar gum Drugs 0.000 description 2
- 235000010417 guar gum Nutrition 0.000 description 2
- 239000000665 guar gum Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к области разработки нефтегазовых месторождений и, в частности, относится к способу оптимизации времени выдержки скважины после гидроразрыва за счет использования расширения ползучести трещины гидроразрыва.The invention relates to the field of oil and gas field development and, in particular, relates to a method for optimizing the soak time of a well after hydraulic fracturing by using the creep expansion of a hydraulic fracture.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
В связи с непрерывным развитием нефтегазовых ресурсов, разведка людьми нетрадиционных коллекторов, таких как сланцы, стала горячей точкой в области нефти. В настоящее время гидроразрыв пласта является одним из важных технических средств разработки нетрадиционных нефтегазовых месторождений. С популяризацией технологии гидроразрыва пласта многие опыты строительства гидроразрыва показали, что при разработке мягких пластов породы, таких как сланцевый газ, выдержка скважины после гидроразрыва может еще больше расширить трещины и увеличить расстояние проникновения трещин, выдержка скважины после гидроразрыва в течение определенного периода времени может эффективно улучшить производительность нефтяных скважин. Время выдержки скважины оказывает важное влияние на эффект выдержки скважины после гидроразрыва. Если время выдержки скважины слишком мало, расширение трещины будет прекращено заранее, и лучший эффект увеличения производства не будет достигнут; если время выдержки скважины слишком длительно, это вызовет более серьезное нарушение чувствительности, что снижает продуктивность нефтяных скважин. Таким образом, оптимизация времени выдержки скважины после гидроразрыва имеет большое значение для разработки нетрадиционных ресурсов нефти и газа.Due to the continuous development of oil and gas resources, human exploration of unconventional reservoirs such as shale has become a hotspot in the oil field. Currently, hydraulic fracturing is one of the important technical means of developing unconventional oil and gas fields. With the popularization of hydraulic fracturing technology, many hydraulic fracturing construction experiences have shown that in the development of soft rock formations such as shale gas, holding the well after hydraulic fracturing can further expand fractures and increase the penetration distance of fractures, holding the well after hydraulic fracturing for a certain period of time can effectively improve productivity of oil wells. Well soak time has an important influence on the effect of well soak after hydraulic fracturing. If the well soak time is too short, the fracture expansion will be stopped in advance, and the best production increase effect will not be achieved; if the well soak time is too long, it will cause a more severe disturbance of sensitivity, which reduces the productivity of oil wells. Thus, optimization of the well soak time after hydraulic fracturing is of great importance for the development of unconventional oil and gas resources.
В настоящее время существует множество способов определения времени выдержки скважины после гидроразрыва. Некоторые используют соответствующую взаимосвязь между временем выдержки скважины сланцевого газа и дебитом жидкости для гидроразрыва и начальной продуктивностью газовой скважины для оптимизации диапазона времени выдержки скважины при наилучшей производительности (Чжан Инь, Ли Шиен. Анализ взаимосвязи между временем выдержки скважины сланцевого газа и продуктивностью в скважинах сланцевого газа Фулин) [J]. Journal of Jianghan Petroleum University of Staff and Workers, 2017, 30 (5): 49-51); некоторые объединяют время точки перегиба падения давления после выдержки скважины и взаимосвязь между полной производительностью и временем выдержки скважины, чтобы определить время выдержки скважины (Хуан Сяоцин, Хань Юншэн, Ян Цин и др. Закон обратного потока при испытании горизонтальной скважины неглубоких сланцевых газов на блоке Zhaotong Sun Block [J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2020, (4): 457-463, 470); а еще некоторые методы используют пороговое давление гидратации и растрескивания сланца, чтобы оценить время выдержки скважины для достижения наилучшего эффекта стимуляции (Хань Хуэфэнь, Ян Бинь, пэн Цзуньлян. Исследование поглощения воды сланцами и распространения трещин во время выдержки скважины после гидроразрыва пласта взятие платформы формации Longmaxi в блоке Changning в бассейне Сычуань в качестве примера [J]. Natural Gas Industry, 2019,39(1): 74-80; Tao, L., Guo, J., Shan, J. A New Shut in Time Optimization Method for Multi-Fractured Horizontal Wells in Shale Gas Reservoirs [J]. American Rock Mechanics Association, 2020))Currently, there are many ways to determine the time of exposure of the well after hydraulic fracturing. Some use the appropriate relationship between shale gas well soak time and fracturing fluid rate and initial gas well productivity to optimize the well soak time range at the best performance (Zhang Yin, Li Shien. Analysis of the relationship between shale gas soak time and productivity in shale gas wells Fulin) [J]. Journal of Jianghan Petroleum University of Staff and Workers, 2017, 30 (5): 49-51); some combine the pressure drop inflection point time after a well soak and the relationship between total production and the soak time to determine the soak time (Huang Xiaoqing, Han Yongsheng, Yang Qing et al. Reverse flow law in horizontal well testing of shallow shale gas at the Zhaotong Block Sun Block [J], Xinjiang Petroleum Geology, 2020, (4): 457-463, 470); and some methods use the threshold pressure of hydration and shale fracturing to estimate the soak time of the well to achieve the best stimulation effect (Han Huefen, Yang Bin, Peng Zunliang. Study of water absorption by shale and fracture propagation during well soak after hydraulic fracturing taking Longmaxi formation platform in the Changning Block in the Sichuan Basin as an example [J]. Natural Gas Industry, 2019,39(1): 74-80; Tao, L., Guo, J., Shan, J. A New Shut in Time Optimization Method for Multi-Fractured Horizontal Wells in Shale Gas Reservoirs [J], American Rock Mechanics Association, 2020))
Однако ни один из вышеперечисленных методов определения времени выдержки скважины после гидроразрыва не учитывает распространение ползучести искусственных трещин в сланцевых коллекторах. Это делает время выдержки скважины после гидроразрыва в сланцах и других мягких породах менее адаптируемым, а эффекты мер по выдержке скважины неравномерны. Следовательно, для получения более разумного времени выдержки скважины после гидроразрыва в сланцевых коллекторах необходим способ оценки верхнего и нижнего пределов времени выдержки скважины на основе распространения ползучести трещин гидроразрыва.However, none of the above methods for determining the well soak time after hydraulic fracturing does not take into account the propagation of artificial fracture creep in shale reservoirs. This makes the well soak time after fracturing in shale and other soft rock less adaptable and the effects of well soak measures are uneven. Therefore, in order to obtain a more reasonable soak time after hydraulic fracturing in shale reservoirs, a method is needed to estimate the upper and lower limits of the soak time based on the creep propagation of hydraulic fractures.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Цель настоящего изобретения предоставить способ определения времени выдержки скважины после гидроразрыва с использованием расширения ползучести трещины гидроразрыва, который используется для оптимизации времени выдержки нефтяных и газовых скважин после гидроразрыва, расширения объема гидроразрыва, эффективного повышения производительности, он преодолевает недостатки и дефекты существующей технологии и имеет широкие перспективы применения на рынке.The purpose of the present invention is to provide a method for determining the dwell time of a well after hydraulic fracturing using fracture creep extension, which is used to optimize the dwell time of oil and gas wells after hydraulic fracturing, expand the volume of hydraulic fracturing, effectively improve productivity, it overcomes the shortcomings and defects of the existing technology, and has broad prospects. market applications.
Для достижения вышеуказанных технических целей в настоящем изобретении используются следующие технические решения.To achieve the above technical goals, the present invention uses the following technical solutions.
В настоящем изобретении в качестве критерия распространения ползучести трещины используют J-интеграл и С*-интеграл. При изучении связанных вопросов распространения ползучести трещин важную роль играют J-интеграл и С*-интеграл. J-интеграл зависит от времени и является критерием отсроченного возникновения трещин ползучести. С течением времени J-интеграл будет кумулятивно увеличиваться, а трещины ползучести будут инициировать образование трещин после периода бездействия. С* обычно используется для характеризации распределения напряжения и деформации в вершине трещины ползучести. Он имеет сильную корреляцию со скоростью распространения вершины трещины и является основой для оценки мощности распространения трещины ползучести.In the present invention, the J-integral and the C*-integral are used as the crack propagation criterion. The J-integral and the C*-integral play an important role in studying the related issues of crack propagation of creep. The J-integral is time dependent and is a criterion for the delayed initiation of creep cracks. Over time, the J-integral will increase cumulatively and creep cracks will initiate crack formation after a period of inactivity. C* is commonly used to characterize the distribution of stress and strain at the tip of a creep crack. It has a strong correlation with the crack tip propagation rate and is the basis for evaluating the strength of creep crack propagation.
Метод определения времени выдержки скважины после гидроразрыва с использованием распространения ползучести трещин гидроразрыва включает в себя последовательно следующие этапы.The method for determining the well soak time after hydraulic fracturing using the creep propagation of hydraulic fractures includes the following steps in succession.
(1) Получают смещение строительства гидроразрыва Q, высоту трещины Н, коэффициент потерь жидкости для гидроразрыва С, вязкость жидкости для гидроразрыва μ, реологический индекс жидкости для гидроразрыва n', коэффициент вязкости жидкости для гидроразрыва K', модуль Юнга E образца породы на целевом горизонте, коэффициент Пуассона v, модуль упругости G, объемный модуль K и постоянную материала горной породы Dm, Фm.(1) Fracture construction displacement Q, fracture height H, fracturing fluid loss coefficient C, fracturing fluid viscosity μ, fracturing fluid rheological index n', fracturing fluid viscosity coefficient K', Young's modulus E of the rock sample at the target horizon are obtained , Poisson's ratio v, modulus of elasticity G, bulk modulus K and constant of the rock material D m , Ф m .
(2) Вычисляют длину трещины, ширину трещины и давление в различных местах трещины в конце образования трещины ГРП, способ выглядит следующим образом: используя двумерную модель распространения трещины PKN, вычисляют длину трещины L в конце образования трещины ГРП по следующей формуле (Ван Хунсунь, Чжан Шичэн. Метод численного расчета конструкции гидроразрыва пласта [М]. Пекин: Petroleum Industry Press, 1998);(2) Calculate the fracture length, fracture width and pressure at different locations of the fracture at the end of hydraulic fracture formation, the method is as follows: using the two-dimensional PKN fracture propagation model, calculate the fracture length L at the end of hydraulic fracture formation by the following formula (Wang Hongsun, Zhang Shicheng, Numerical Design Method for Hydraulic Fracturing [M], Beijing: Petroleum Industry Press, 1998);
где L - длина трещины в конце образования трещины ГРП, м;where L - fracture length at the end of hydraulic fracture formation, m;
Q - смещение строительства, м3/мин;Q - construction displacement, m 3 /min;
H - высота трещины, м;H - fracture height, m;
С - коэффициент потерь жидкости ГРП, м/мин0,5;C - hydraulic fracturing fluid loss factor, m/min 0.5 ;
t - время от начала строительства ГРП до окончания образования трещин ГРП, мин.t - time from the beginning of hydraulic fracturing construction to the end of formation of hydraulic fracturing fractures, min.
Следующую формулу используют для расчета ширины трещины wx=0 в отверстии трещины в конце образования трещин ГРП (Ли Инчуань. Oil Production Engineering [М]. Petroleum Industry Press, 2009):The following formula is used to calculate the fracture width w x=0 at the fracture opening at the end of hydraulic fracturing (Li Yingchuan, Oil Production Engineering [M]. Petroleum Industry Press, 2009):
где - ширина трещины в отверстии трещины в конце образования трещины ГРП, м;where - width of the fracture in the fracture opening at the end of the formation of the hydraulic fracture, m;
x - координаты различных положений по длине трещины, м, если принять отверстие трещины за начало координат;x - coordinates of various positions along the length of the crack, m, if we take the opening of the crack as the origin of coordinates;
μ - вязкость жидкости для гидроразрыва, мПа⋅c;μ is the viscosity of the fracturing fluid, mPa⋅s;
E - модуль Юнга образца породы на целевом горизонте, мПа;E - Young's modulus of the rock sample on the target horizon, MPa;
ν - коэффициент Пуассона образца породы на целевом горизонте, безразмерный.ν - Poisson's ratio of the rock sample at the target horizon, dimensionless.
Следующую формулу используют для вычисления ширины трещины wx в различных положениях в направлении длины трещины в конце образования трещины ГРП (Ван Хунсюнь, Чжан Шичэн. Метод численного вычисления конструкции гидроразрыва пласта [М]. Пекин: Petroleum Industry Press, 1998):The following formula is used to calculate the fracture width w x at various positions in the fracture length direction at the end of hydraulic fracture formation (Wang Hongxun, Zhang Shicheng. Numerical calculation method for hydraulic fracturing design [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1998):
На основе получения длины трещины и ширины трещины в конце образования трещины ГРП вычисляют градиент давления в трещине , чтобы получить давление Рх в различных положениях по длине трещины:Based on obtaining the fracture length and fracture width at the end of the fracture formation, hydraulic fracturing calculates the pressure gradient in the fracture to get the pressure Px at various positions along the length of the crack:
где n' - реологический индекс жидкости гидроразрыва, число меньше 1, в жидкости гидроразрыва из сшитой гуаровой камеди n'=0,5;where n' is the rheological index of the fracturing fluid, a number less than 1, in a fracturing fluid made from cross-linked guar gum n'=0.5;
K' - коэффициент вязкости жидкости гидроразрыва, мПа⋅с, в жидкости гидроразрыва из сшитой гуаровой камеди K'=0,55;K' - viscosity coefficient of the fracturing fluid, mPa⋅s, in the fracturing fluid made of cross-linked guar gum K'=0.55;
q(x) - расход в разных положениях по длине трещины в трещине, м3/с;q(x) - flow rate in different positions along the length of the crack in the crack, m 3 /s;
σh - минимальное горизонтальное главное напряжение, Па.σ h - minimum horizontal principal stress, Pa.
(3) Получают общую ширину трещины, общий объем трещины и ширину ползучести трещины и объем ползучести трещины, и процесс выглядит следующим образом:(3) The total crack width, total crack volume and crack creep width and crack creep volume are obtained, and the process is as follows:
Дискретизируют давление в трещине в пространстве, разделяют трещину на n сегментов по длине трещины и обозначить давление на k-м сегменте как pk; затем выполняют дискретизацию по времени, и давление в трещине будет эквивалентно серии прямоугольных импульсов давления с равными временными интервалами. Давление k-го сегмента трещины в момент времени j равно pk,j, а ширина wk,j k-го сегмента трещины в момент времени j вычисляют по следующей формуле: (Palmer, I.D. A Model of the Hydraulic Fracturing Process for Elongated Vertical Fractures and Comparisons of Results With Other Models [С]. SPE/DOE Low Permeability Gas Reservoirs Symposium, 1985)The pressure in the fracture is discretized in space, the fracture is divided into n segments along the length of the fracture, and the pressure on the k-th segment is designated as p k ; then time discretization is performed, and the pressure in the fracture will be equivalent to a series of rectangular pressure pulses with equal time intervals. The pressure of the kth fracture segment at time j is equal to p k,j , and the width w k,j of the kth fracture segment at time j is calculated by the following formula: (Palmer, ID A Model of the Hydraulic Fracturing Process for Elongated Vertical Fractures and Comparisons of Results With Other Models [C] SPE/DOE Low Permeability Gas Reservoirs Symposium, 1985)
где pk,j - давление k-го сегмента трещины в момент времени], МПа;where p k,j is the pressure of the k-th segment of the crack at the time], MPa;
В, D - промежуточная функция;B, D - intermediate function;
N - постоянная инверсии Лапласа, как правило, равна 10;N is the Laplace inversion constant, usually equal to 10;
l - постоянная инверсии Лапласа, значение которой определяется N;l is the Laplace inversion constant, the value of which is determined by N;
- коэффициент Пуассона в пространстве Лапласа; - Poisson's ratio in Laplace space;
- модуль Юнга в пространстве Лапласа, МПа; - Young's modulus in Laplace space, MPa;
tj - дискретный момент времени в момент времени j, с;t j - discrete time point at time j, s;
aj - полудлина трещины в момент времени j, м;a j - crack half-length at time j, m;
bk - расстояние от левого конца k-го сегмента трещины до отверстия трещины, м;b k - distance from the left end of the k-th fracture segment to the fracture opening, m;
ck - расстояние между правым концом k-го сегмента трещины и отверстием трещины, м,c k - distance between the right end of the k-th fracture segment and the fracture opening, m,
s - переменная Лапласа, , безразмерная,s - Laplace variable, , dimensionless,
z - переменная аналитической функции, м.z - variable of the analytical function, m.
Принимая давление px в различных положениях трещины в конце образования трещины ГРП как давление pk,1 k-го сегмента трещины в момент 1, подставляют его в формулы (5)-(7), тогда вычисленное при представляет собой общую ширину трещины. Полагают поперечное сечение трещины как эллипс, длину трещины L и получают общий объем трещины Vt; для момента времени j, если pk,1 известно, вычисленное при - ширина ползучести трещины, и объем ползучести трещины Vc получают тем же методом.Taking the pressure p x in different positions of the fracture at the end of the hydraulic fracture formation as the pressure p k,1 of the k-th fracture segment at time 1, substitute it into formulas (5)-(7), then calculated at is the total crack width. Assume the cross section of the crack as an ellipse, the length of the crack L and get the total volume of the crack V t ; for time j, if p k,1 is known, the computed at is the width of the crack creep, and the creep volume of the crack V c is obtained by the same method.
(4) Вычисляют J-интеграл и С*-интеграл вершины трещины в момент времени j, процесс выглядит следующим образом:(4) Calculate the J-integral and C*-integral of the crack tip at time j, the process is as follows:
Общий объем трещины равен сумме упругого объема трещины и объема ползучести трещины. Упругую ширину трещины we вычисляют на основе упругого объема трещины Ve=Vt-Vc, а давление ре при условиях упругой ширины трещины вычисляется по следующей формуле: (Гао Цин. Инженерная механика разрушения [М]. Издательство Чунцинского университета, 1986)The total crack volume is equal to the sum of the elastic crack volume and the crack creep volume. The elastic crack width w e is calculated based on the elastic crack volume V e =V t -V c , and the pressure p e under conditions of elastic crack width is calculated by the following formula: (Gao Qing. Fracture Mechanics Engineering [M]. Chongqing University Press, 1986 )
где bn - расстояние между левым концом вершины трещины и отверстием трещины, м.where b n is the distance between the left end of the crack tip and the crack opening, m.
Если поместить ре в следующую формулу, то можно получить коэффициент интенсивности напряжения KI на вершине трещины в момент времени j (то есть положение самого дальнего расстояния между трещиной и отверстием трещины):By putting p e in the following formula, the stress intensity factor K I at the crack tip at time j (i.e., the position of the farthest distance between the crack and the crack opening) can be obtained:
Включают KI в следующую формулу, чтобы получить напряжение и смещение вершины трещины в момент времени j:Include K I in the following formula to obtain the stress and displacement of the crack tip at time j:
где σxx - напряжение в направлении x (по длине трещины) вершины трещины, МПа;where σ xx is the stress in the x direction (along the crack length) of the crack tip, MPa;
σyy - напряжение в направлении у (перпендикулярно длине трещины) вершины трещины, МПа;σ yy - stress in the y direction (perpendicular to the crack length) of the crack tip, MPa;
σxy - напряжение сдвига в вершине трещины, МПа;σ xy - shear stress at the crack tip, MPa;
X - смещение вершины трещины в направлении x (по длине трещины), м;X - displacement of the crack tip in the x direction (along the length of the crack), m;
Y - смещение вершины трещины в направлении у (перпендикулярно длине трещины), м;Y - displacement of the crack tip in the y direction (perpendicular to the crack length), m;
θ - полярный угол полярной системы координат, установленной в вершине трещины, рад;θ - polar angle of the polar coordinate system installed at the crack tip, rad;
r - полярный диаметр полярной системы координат, установленной в вершине трещины, м.r is the polar diameter of the polar coordinate system installed at the crack tip, m.
Вычисляют J-интеграл Jj в вершине трещины в момент времени j:(Lee, H.S. et al. General time-dependent C(t) and J(t) estimation equations for elastic-plastic-creep fracture mechanics analysis[J]. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2016,39(9): 1092-1104):Calculate the J-integral J j at the crack tip at time j:(Lee, HS et al. General time-dependent C(t) and J(t) estimation equations for elastic-plastic-creep fracture mechanics analysis[J]. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2016.39(9): 1092-1104):
где Jj - J-интеграл в вершине трещины в момент времени j, МДж/м2 (или МПа.м);where J j - J-integral at the crack tip at time j, MJ/m 2 (or MPa.m);
W - плотность энергии деформации в вершине трещины, МДж/м3 (или МПа);W is the strain energy density at the crack tip, MJ/m 3 (or MPa);
εij - деформация на вершине трещины, где все индексы ij представляют три типа хх, уу и ху;ε ij - deformation at the crack tip, where all indices ij represent three types xx, yy and xy;
σij - напряжение в вершине трещины, МПа;σ ij - stress at the crack tip, MPa;
Tij - сила тяги в вершине трещины, МПа;T ij - thrust force at the crack tip, MPa;
Г - любая петля от нижней поверхности вершины трещины до верхней поверхности, м;Г - any loop from the lower surface of the crack tip to the upper surface, m;
n - единичный вектор нормали, перпендикулярный интегральной петле в вершине трещины, безразмерный.n - unit normal vector perpendicular to the integral loop at the crack tip, dimensionless.
JIC является пороговым значением распространения ползучести породы, оно может быть измерено экспериментально.J IC is the threshold value of rock creep propagation, it can be measured experimentally.
Если Jj<JIC, то это не удовлетворяет условию распространения ползучести, и длина трещины в это время остается неизменной, aj+1=aj, pk,j-1=pe, этапы (3), (4) повторяют, чтобы получить J-интеграл Jj+1; в вершине трещины в момент времени j+1;If J j <J IC , then this does not satisfy the creep propagation condition, and the crack length at this time remains unchanged, a j+1 =a j , p k,j-1 = pe , steps (3), (4) repeat to get the J-integral J j+1 ; at the crack tip at time j+1;
Если Jj≥JIC, условие распространения ползучести достигается, и вычисляется С*-интеграл вершины трещины в момент времени j:If J j ≥J IC , the creep propagation condition is reached, and the С*-integral is calculated crack tip at time j:
где - С*-интеграл вершины трещины в момент времени j, МДж/(м2⋅с);where - C*-integral of the crack tip at time j, MJ/(m 2 s);
- скорость изменения плотности энергии деформации в вершине трещины, МДж/(м3⋅с), - the rate of change in the strain energy density at the crack tip, MJ / (m 3 s),
- скорость изменения смещения вершины трещины в направлении х, м/с; - rate of change in the displacement of the crack tip in the x direction, m/s;
Вычисляют полудлину трещины aj+1 в момент времени j+1 по скорости распространения ползучести вершины трещины :Calculate the half-length of the crack a j+1 at time j+1 from the propagation velocity of the crack tip creep :
где - скорость распространения ползучести вершины трещины, м/с;where - velocity of propagation of crack tip creep, m/s;
Dm - постоянная материала горной породы, м3/МДж;D m - rock material constant, m 3 /MJ;
фm - постоянная материала горной породы, безразмерная.f m - rock material constant, dimensionless.
Получают упругую ширину трещины при условиях полудлины трещины на основе упругого объема трещины Ve, таким образом, получают давление в трещине при условиях упругой ширины трещины; так как ползучесть породы не влияет напрямую на давление в трещине, поэтому давление pk,j+1 в k-ом сегменте трещины в момент времени j+1 вычисляют по следующей формуле:Get the elastic crack width under crack half-length conditions based on the elastic fracture volume V e , the pressure in the fracture is thus obtained under the conditions of the elastic fracture width; since the creep of the rock does not directly affect the pressure in the fracture, therefore, the pressure p k,j+1 in the k-th segment of the fracture at time j+1 is calculated using the following formula:
После получения и этапы (3) и (4) повторяют, чтобы вычислить J-интеграл Jj+1 и С*-интеграл вершины трещины в момент времени j+1.After receiving and steps (3) and (4) are repeated to calculate the J-integral of J j+1 and the C*-integral crack tip at time j+1.
(5) Создают график dJj/dtj-tj и график и оценивают верхний и нижний пределы времени выдержки скважины, процесс выглядит следующим образом:(5) Create plot dJ j /dt j -t j and plot and estimate the upper and lower limits of the well soak time, the process is as follows:
Когда кривая dJj/dtj-tj постепенно становится пологой и скорость изменения J-интеграла остается стабильной в течение более 7 часов, можно сделать вывод что это вошло в стадию установившейся ползучести, и данное значение является нижним пределом времени выдержки скважины; когда значение С*-интеграла ниже 0,015, мощность распространения ползучести трещины недостаточна, и распространение трещины прекращается, это верхний предел времени выдержки скважины.When the curve dJ j /dt j -t j gradually becomes flat and the rate of change of the J-integral remains stable for more than 7 hours, it can be concluded that it has entered the steady state creep stage, and this value is the lower limit of the well soak time; when the C*-integral value is lower than 0.015, the fracture creep propagation power is insufficient and the fracture propagation stops, this is the upper limit of the well soak time.
Существующие способы определения времени выдержки скважин в основном основаны на опыте эксплуатации на месте и параметрах строительства соседних скважин, поэтому они плохо применимы и имеют большую разницу при применении в различных блоках и различных скважинах. Способ определения времени выдержки скважины в настоящем изобретении основан на основных параметрах породы и параметрах конструкции гидроразрыва для получения J-интеграла и С*-интеграла посредством расчета, тем самым оценивая верхний и нижний пределы времени выдержки скважины после гидроразрыва. По сравнению с существующими технологиями настоящее изобретение рассматривает геологию и параметры гидроразрыва скважины, а также позволяет рассчитать и спроектировать оптимальное время выдержки скважины после гидроразрыва для различных скважин.Existing methods for determining well dwell time are mainly based on field experience and construction parameters of adjacent wells, so they are poorly applicable and have a big difference when applied in different blocks and different wells. The method of determining the well soak time in the present invention is based on the basic rock parameters and fracture design parameters to obtain the J-integral and C*-integral by calculation, thereby estimating the upper and lower limits of the well soak time after hydraulic fracturing. Compared with existing technologies, the present invention considers the geology and fracturing parameters of the well, and also allows you to calculate and design the optimal well soak time after hydraulic fracturing for various wells.
ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВDESCRIPTION OF GRAPHICS
На фиг. 1 показан график dJj/dtj-tj для скважин Y1, Y2 и Y3 посредством расчета.In FIG. 1 shows a plot of dJ j /dt j -t j for wells Y1, Y2 and Y3 by calculation.
На фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 представлены графики для скважин Y1, Y2 и Y3 посредством расчета соответственно.In FIG. 2, fig. 3, fig. 4 presented graphs for wells Y1, Y2 and Y3 by calculation respectively.
На фиг. 5 показано сравнение мгновенной добычи газа в скважинах Y1, Y2 и Y3.In FIG. 5 shows a comparison of instantaneous gas production in wells Y1, Y2 and Y3.
КОНКРЕТНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯSPECIFIC IMPLEMENTATION OPTIONS
Настоящее изобретение будет дополнительно объяснено ниже на основе фигур и примеров, чтобы специалисты в данной области техники могли понять настоящее изобретение. Однако должно быть ясно, что настоящее изобретение не ограничивается объемом конкретных вариантов реализации. Для специалистов в данной области техники, пока различные изменения находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения, все они защищены.The present invention will be further explained below based on figures and examples so that those skilled in the art can understand the present invention. However, it should be clear that the present invention is not limited to the scope of specific implementation options. For those skilled in the art, as long as various changes are within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims, all of them are reserved.
ПримерExample
Взяв в качестве примера три соседние скважины сланцевого газа (Y1, Y2 и Y3) в блоке сланцевого газа на юге Сычуани, метод, описанный в настоящем изобретении, используется для определения верхнего и нижнего пределов времени выдержки скважины после гидроразрыва каждой скважины и сравнения их с фактическим временем строительства для анализа влияния времени выдержки скважины на производительность.Taking as an example three adjacent shale gas wells (Y1, Y2 and Y3) in a shale gas block in southern Sichuan, the method described in the present invention is used to determine the upper and lower limits of the well soak time after fracturing each well and compare them with the actual construction time to analyze the effect of well soak time on productivity.
Этап 1. Получают смещение Q строительства гидроразрыва, высоту трещины Н, коэффициент потерь жидкости для гидроразрыва С, вязкость жидкости для гидроразрыва μ, реологический индекс жидкости для гидроразрыва n', коэффициента вязкости жидкости для гидроразрыва K', модуль Юнга Е, коэффициент Пуассона v, модуль упругости G, модуль объемной K и константы материала горной породы Dm и фm.Step 1. Fracture construction displacement Q, fracture height H, fracturing fluid loss coefficient C, fracturing fluid viscosity μ, fracturing fluid rheological index n', fracturing fluid viscosity coefficient K', Young's modulus E, Poisson's ratio v are obtained, modulus of elasticity G, bulk modulus K and rock material constants D m and f m .
Этап 2. В сочетании с параметром этапа 1 с использованием формул (1)~(4) вычисляют длину трещины L, ширину трещины wx и давление px в каждом положении трещины в конце образования трещины ГРП.Step 2. In combination with the step 1 parameter, using formulas (1)~(4), calculate the fracture length L, fracture width w x and pressure p x at each fracture position at the end of hydraulic fracture formation.
Этап 3. Выполняют пространственно-временную дисперсия давления px в различных положениях трещины в конце образования трещины ГРП и получают давление pk,1 k-го сегмента трещины в первый момент, которое подставляют в формулу (5)-(7), чтобы получить полную ширину трещины и общий объем трещины Vt. В то же время можно получить ширину ползучести трещины и объем ползучести трещины Vc в первый момент. Поскольку значение Vt остается неизменным в каждый момент времени, после того, как Vt вычисляют в первый момент, общий объем трещины Vt не вычисляют в другие моменты времени.Step 3. Spatio-temporal pressure dispersion p x is performed at different fracture positions at the end of hydraulic fracture formation and pressure p k , 1 of the k-th fracture segment at the first moment is obtained, which is substituted into formula (5)-(7) to obtain full crack width and total fracture volume V t . At the same time, it is possible to obtain the width of the crack creep and the crack volume V c at the first moment. Since the value of V t remains the same at each time point, after V t is calculated at the first moment, the total fracture volume V t is not calculated at other times.
Этап 4. Используя общий объем трещины Vt и объем ползучести трещины Vc, вычисляют объем упругой трещины Ve и упругую ширину трещины we в первый момент. Ре может быть вычислен по формуле (8), а затем напряжение и смещение в вершине трещины могут быть вычислены по формулам (9)-(11).
Подставляют напряжение и смещение вершины трещины в формулы (12)-(15) и вычисляют J-интеграл J1 в первый момент.Substitute the stress and displacement of the crack tip into formulas (12)-(15) and calculate the J-integral J1 at the first moment.
При J1<JIC (для сланцевого коллектора JIC=0,325) трещина не ползет и не распространяется, и получается полудлина трещины а2=а1 во второй момент, а давление в трещине во второй момент pk,2=ре, повторить этапы (3) и (4), вычислить J-интеграл в вершине трещины в следующий момент.When J 1 <J IC (for shale reservoir J IC =0.325) the fracture does not creep and does not propagate, and the fracture half-length a 2 = a 1 at the second moment is obtained, and the pressure in the fracture at the second moment p k,2 = p e , repeat steps (3) and (4), calculate the J-integral at the crack tip at the next moment.
При J≥JIC (JIC=0,325 для сланцевых коллекторов), трещина ползет и расширяется, и С*-интеграл в первый момент вычисляют по формуле (16). Используют формулу (17), чтобы получить длину трещины а2 во второй момент. Упругую ширину трещины wa2 при условиях полудлины трещины а2 вычисляют по упругому объему Ve, а затем подставляют в формулу (18) для расчета давления pk,2 во втором моменте. После получения а2 и pk,2 повторяют этапы (3) и (4), чтобы вычислить J-интеграл и С*-интеграл вершины трещины в следующий момент.At J≥J IC (J IC =0.325 for shale reservoirs), the fracture creeps and expands, and the С*-integral at the first moment is calculated by formula (16). Formula (17) is used to obtain the crack length a 2 at the second moment. The elastic width of the crack w a2 under the conditions of the half-length of the crack a 2 is calculated from the elastic volume V e , and then substituted into formula (18) to calculate the pressure p k,2 in the second moment. After obtaining a 2 and p k,2 , steps (3) and (4) are repeated to calculate the J-integral and C*-integral of the crack tip at the next moment.
Этап 5. Создают график dJj/dtj-tj (фиг. 1) и график (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4). Когда кривая dJj/dtj-tj постепенно становится пологой и скорость изменения J-интеграла остается стабильной в течение более 7 часов, можно сделать вывод, что это вошло в стадию установившейся ползучести, и данное значение является нижним пределом времени выдержки скважины; когда значение С*-интеграла ниже 0,015, мощность распространения ползучести трещины недостаточна, и распространение трещины прекращается, это верхний предел времени выдержки скважины.
Из фиг. 1 видно, что скважина Y1 вошла в режим установившейся ползучести после 73 часов выдержки скважины, а нижний предел времени выдержки для этой скважины составил 73 часа, скважина Y2 перешла в режим установившейся ползучести после 68 часов выдержки, нижний предел времени для этой скважины составил 68 часов, скважина Y3 перешла в состояние установившейся ползучести после 85 часов выдержки скважины, нижний предел времени выдержки для этой скважины составил 85 часов.From FIG. Figure 1 shows that well Y1 entered steady state creep mode after 73 hours of well soaking, and the lower soak time limit for this well was 73 hours, well Y2 went into steady state creep mode after 68 hours soak time, the lower soak time limit for this well was 68 hours , well Y3 entered steady state creep after 85 hours of well soak time, the lower soak time limit for this well was 85 hours.
На фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 представлены кривые для скважин Y1, Y2 и Y3 соответственно. Когда значение С* падает до 0,015, соответствующее время для скважин Y1, Y2 и Y3 составило 173,83 ч, 193,50 ч и 185,00 ч, соответственно. Это верхние пределы времени выдержки для трех скважин.In FIG. 2, fig. 3, fig. 4 shows the curves for wells Y1, Y2 and Y3, respectively. When the C* value drops to 0.015, the corresponding times for wells Y1, Y2, and Y3 were 173.83 hours, 193.50 hours, and 185.00 hours, respectively. These are the upper soak time limits for the three wells.
Согласно параметрам строительства выдержки скважины и обратного потока, время выдержки скважин Y1, Y2 и Y3 составило 144 часа, 48 часов и 264 часа соответственно. Путем сравнения можно сделать вывод, что фактическое время выдержки скважин Y2 и Y3 не находится в пределах верхнего и нижнего пределов рассчитанного времени выдержки скважины, и только время строительства выдержки скважины Y1 находится в пределах верхнего и нижнего пределов времени выдержки, рассчитанного согласно настоящему изобретению.According to the construction parameters of the well soak and reverse flow, the soak time of wells Y1, Y2 and Y3 was 144 hours, 48 hours and 264 hours, respectively. By comparison, it can be concluded that the actual soak time of wells Y2 and Y3 is not within the upper and lower limits of the calculated soak time of the well, and only the construction time of the soak well Y1 is within the upper and lower limits of the soak time calculated according to the present invention.
На фиг. 5 показано сравнение мгновенной добычи газа в обратном потоке в скважинах Y1, Y2 и Y3. Анализируя фиг. 5, можно увидеть, что скважина Y1 в обратном потоке достигла уровня добычи газа, который лучше, чем у двух других скважин, и он мог поддерживаться на уровне 36×104 м3/сут. В скважине Y2 время выдержки было слишком коротким, и выдержка скважины была остановлена до того, как закончилось расширение трещины гидроразрыва вследствие ползучести, поэтому повышение производительности не было очевидным. Поскольку время выдержки в скважине Y3 превышало верхний предел, преимущество распространения ползучести трещин было потеряно из-за повреждения чувствительности коллектора, это снизило продуктивность нефтяной скважины. Этот пример демонстрирует, что способ определения времени выдержки скважины после гидроразрыва в настоящем изобретении является разумным и может обеспечить руководство для эффективной разработки ресурсов нефти и газа в нетрадиционных коллекторах.In FIG. 5 shows a comparison of instantaneous reverse gas production in wells Y1, Y2 and Y3. Analyzing FIG. 5, it can be seen that the Y1 reflux well achieved a gas production rate that is better than the other two wells and could be maintained at 36×10 4 m 3 /day. In well Y2, the soak time was too short and the well was shut down before the creep expansion of the fracture was complete, so the increase in productivity was not apparent. Since the soak time in well Y3 exceeded the upper limit, the advantage of fracture creep propagation was lost due to damage to the reservoir sensitivity, which reduced the productivity of the oil well. This example demonstrates that the method of determining the dwell time of a well after hydraulic fracturing in the present invention is reasonable and can provide guidance for the efficient development of oil and gas resources in unconventional reservoirs.
Claims (64)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011322195.3 | 2020-11-23 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021102814A RU2021102814A (en) | 2022-08-08 |
RU2787144C2 true RU2787144C2 (en) | 2022-12-29 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2267610C2 (en) * | 2002-09-30 | 2006-01-10 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Hydraulic reservoir fracture forming method |
WO2017116261A1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | Акционерное Общество "Роспан Интернешнл" | Method of determining hydraulic fracture parameters in a well |
WO2018212387A1 (en) * | 2017-05-19 | 2018-11-22 | 중앙대학교 산학협력단 | Device and method for measuring creep crack growth properties by using small specimen having fine groove |
CN110397430A (en) * | 2019-07-08 | 2019-11-01 | 西南石油大学 | A method of prediction carbonate rock fore negative bed fracture condudtiviy distribution |
CN110210144B (en) * | 2019-06-05 | 2019-12-27 | 西南石油大学 | Optimization design method for promoting uniform expansion of horizontal well fracturing fracture by temporary plugging agent |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2267610C2 (en) * | 2002-09-30 | 2006-01-10 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Hydraulic reservoir fracture forming method |
WO2017116261A1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | Акционерное Общество "Роспан Интернешнл" | Method of determining hydraulic fracture parameters in a well |
WO2018212387A1 (en) * | 2017-05-19 | 2018-11-22 | 중앙대학교 산학협력단 | Device and method for measuring creep crack growth properties by using small specimen having fine groove |
CN110210144B (en) * | 2019-06-05 | 2019-12-27 | 西南石油大学 | Optimization design method for promoting uniform expansion of horizontal well fracturing fracture by temporary plugging agent |
CN110397430A (en) * | 2019-07-08 | 2019-11-01 | 西南石油大学 | A method of prediction carbonate rock fore negative bed fracture condudtiviy distribution |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220049591A1 (en) | Method for evaluating and preventing creep damage to conductivity of hydraulic fracture in gas reservoirs | |
CN104453804B (en) | Dynamic monitoring and evaluating method for gas-drive reservoir development | |
CN106021778B (en) | A kind of simulation CO2The determination method of displacement dynamic miscible pressure | |
RU2607667C2 (en) | Method of determining distance between fractures and formation of cracks in well using this method | |
US20150176394A1 (en) | Method for determining hydraulic fracture orientation and dimension | |
Zhang et al. | Macro-roughness model of bedrock–alluvial river morphodynamics | |
CN110017135B (en) | Method for predicting crack propagation pressure of well wall of fractured stratum | |
Lecampion et al. | Slickwater hydraulic fracture propagation: near-tip and radial geometry solutions | |
CN108627137A (en) | A kind of Landslide Deformation prediction computational methods | |
RU2717019C1 (en) | Method of bringing the well on to production mode drilled in naturally fractured formation | |
CN109033504B (en) | Oil-water well casing damage prediction method | |
Norbeck et al. | An integrated discrete fracture model for description of dynamic behavior in fractured reservoirs | |
CN110348031A (en) | The nearly pit shaft crack distorted configurations method for numerical simulation of fractured horizontal well | |
AbuAisha et al. | Hydro-mechanically coupled FDEM framework to investigate near–wellbore hydraulic fracturing in homogeneous and fractured rock formations | |
CN112360448B (en) | Method for determining post-pressure soaking time by utilizing hydraulic fracture creep expansion | |
CN110863810B (en) | Integrated simulation method for coupling shale gas reservoir hydraulic fracturing flowback production process | |
RU2787144C2 (en) | Method for determination of exposure time for well after hydraulic fracture, using distribution of creep of hydraulic fracture cracks | |
CN104695925A (en) | Method for setting electric pulse parameters acting on reservoir | |
CN115288650A (en) | Method for parallel computing and simulating hydraulic fracturing in pore elastic medium | |
RU2739287C1 (en) | Method for analysis and design of stimulation of an underground formation | |
CN113919201A (en) | Multi-scale expansion grid self-adaption method for hydraulic fracturing fracture | |
CN112177604B (en) | Quantitative evaluation method for determining interference degree between fracturing wells | |
CN110714755B (en) | Method for quickly predicting secondary enrichment speed of residual oil in water-drive reservoir | |
Penkov et al. | Simulation of a fluid influx in complex reservoirs of Western Siberia | |
CN109339760B (en) | Horizontal well section multi-cluster fracturing fracture number diagnosis method |