復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中水力壓裂裂縫的相互作用的建模的制作方法
【專利摘要】提供一種在具有裂縫網(wǎng)絡(luò)的井場執(zhí)行壓裂操作的方法。該方法包括獲得井場數(shù)據(jù)和地質(zhì)力學(xué)模型，并且生成裂縫網(wǎng)絡(luò)隨著時間變化的水力壓裂裂縫生長模式。所述生成包括：使水力壓裂裂縫從井眼延伸并進(jìn)入地下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成水力壓裂網(wǎng)絡(luò)；在延伸后確定水力壓裂參數(shù)；確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及從水力壓裂參數(shù)、傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型確定水力壓裂裂縫的裂縫尺寸。該方法還包括在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影，以確定不同深度處的裂縫之間的應(yīng)力干涉，并且基于所確定的應(yīng)力干涉重復(fù)所述生成。該方法還可以包括確定交叉特性。
【專利說明】
復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中水力壓裂裂縫的相互作用的建模
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年11月6日提交的美國臨時申請第61/900479號的優(yōu)先權(quán)，其全 部內(nèi)容在此通過參引方式納入本文。本申請是于2012年11月2日提交的美國申請第11/ 356369號的部分繼續(xù)申請，其全部內(nèi)容由此通過參引方式納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開總體涉及用于執(zhí)行井場操作的方法和系統(tǒng)。更具體地，本公開針對的是用 于執(zhí)行壓裂操作的方法和系統(tǒng)，例如勘測地下地層以及在地下地層中表征水力壓裂網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0004] 為了便于從油井和氣井中回收碳?xì)浠衔?，包圍這些井的地下地層可被水力壓 裂。水力壓裂可以用于在地下地層中產(chǎn)生裂縫以允許油或氣朝向井移動。通過將特別設(shè)計 的高壓和高速流體(這里被稱作"壓裂流體"或"壓裂漿體"）通過一個或多個井眼引入地層 而使地層被壓裂。根據(jù)地層內(nèi)部的固有應(yīng)力，水力壓裂裂縫可以從井眼開始沿兩個相反的 方向延伸出幾百英尺。在特定環(huán)境下，它們可以形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)可以 包括誘發(fā)的水力壓裂裂縫和天然裂縫，它們可以沿著多個方位角在多個平面和方向、以及 多個區(qū)域中交叉或者不交叉。
[0005] 當(dāng)前的水力壓裂監(jiān)控方法和系統(tǒng)可以繪制出裂縫發(fā)生的位置和裂縫的范圍。一些 微地震監(jiān)控的方法和系統(tǒng)可以通過使用模型化的到達(dá)時間和/或射線路徑將地震到達(dá)時間 和極化信息繪制到三維空間中而處理地震事件位置。這些方法和系統(tǒng)可以用于推測水力壓 裂裂縫隨著時間的擴(kuò)展。
[0006] 通過壓裂增產(chǎn)所產(chǎn)生的水力壓裂裂縫的模式可以是復(fù)雜的并且可以形成采用相 關(guān)的微地震事件分布進(jìn)行標(biāo)記的裂縫網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成可以表現(xiàn)產(chǎn)生 的水力壓裂裂縫。在美國專利/申請Ν〇·6101447、Ν〇·7363162、Ν〇·7788074、 No ·20080133186、Ν〇· 20100138196 和 No .20100250215 中公開了壓裂模型的例子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在至少一個方面，本公開涉及在井場執(zhí)行壓裂操作的方法。井場位于地下地層附 近，井眼貫穿地下地層，裂縫網(wǎng)絡(luò)位于地下地層中。所述裂縫網(wǎng)絡(luò)具有天然裂縫。井場可通 過將具有支撐劑的注入流體注入到裂縫網(wǎng)絡(luò)中而被增產(chǎn)。所述方法包括:獲得包括天然裂 縫的天然裂縫參數(shù)的井場數(shù)據(jù)以及獲得地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型;生成裂縫網(wǎng)絡(luò)的隨著時 間變化的水力壓裂裂縫生長模式。所述生成包括:使水力壓裂裂縫從井眼延伸并進(jìn)入地下 地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成包括天然裂縫和水力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò);在所述延伸之 后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù);確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及從 所確定的水力壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型確定水力壓裂裂縫的裂縫尺 寸。所述方法還包括在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影，以確定不同深度處的水力壓裂裂縫 之間的應(yīng)力干涉，在水力壓裂裂縫上執(zhí)行額外的應(yīng)力投影，以確定不同深度處的水力壓裂 裂縫之間的應(yīng)力干涉，并且基于所確定的應(yīng)力干涉重復(fù)上述生成。該方法還可以包括分析 所述水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干涉，以評估每個裂縫的高度生長。
[0008] 所述執(zhí)行應(yīng)力投影可以包括執(zhí)行第一應(yīng)力投影以確定所述水力壓裂裂縫之間的 干涉，和/或執(zhí)行第二應(yīng)力投影以確定不同深度處的水力壓裂裂縫之間的干涉。所述執(zhí)行應(yīng) 力投影可以包括執(zhí)行二維位移不連續(xù)法和/或執(zhí)行三維位移不連續(xù)法。
[0009] 如果水力壓裂裂縫遇到天然裂縫，該方法還可包括基于所確定的應(yīng)力干涉確定水 力壓裂裂縫和相遇的裂縫之間的交叉特性，并且該重復(fù)可以基于所確定的應(yīng)力干涉和交叉 特性重復(fù)該生成。該方法還可包括通過將具有支撐劑的注入流體注入到壓裂網(wǎng)絡(luò)中而使井 場增產(chǎn)。
[0010] 該方法還可以包括，如果水力壓裂裂縫遇到天然裂縫，則確定在遇到的天然裂縫 處的交叉特性，并且所述重復(fù)包括基于所確定的應(yīng)力干涉和所述交叉特性來重復(fù)所述生 成。裂縫生長模式可以被交叉特性改變或不改變。水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的壓裂壓力可以比作用在 遇到的裂縫上的應(yīng)力更大，并且裂縫生長模式可以沿著遇到的裂縫擴(kuò)展。裂縫生長模式可 以沿著遇到的裂縫持續(xù)擴(kuò)展直到到達(dá)天然裂縫的端部。裂縫生長模式可以在天然裂縫的端 部改變方向，并且裂縫生長模式可以在天然裂縫的端部處沿垂直于最小應(yīng)力的方向延伸。 裂縫生長模式可根據(jù)應(yīng)力投影垂直于局部主應(yīng)力擴(kuò)展。
[0011]應(yīng)力投影可包括對每個水力壓裂裂縫執(zhí)行位移不連續(xù)法。應(yīng)力投影可包括圍繞井 場的多個井眼執(zhí)行應(yīng)力投影并且使用在多個井眼上執(zhí)行的應(yīng)力投影重復(fù)該生成。應(yīng)力投影 可包括在井眼中以多個增產(chǎn)級執(zhí)行應(yīng)力投影。
[0012] 該方法還可包括驗證裂縫生長模式。該驗證可包括將裂縫生長模式與壓裂網(wǎng)絡(luò)的 增產(chǎn)的至少一種模擬結(jié)果進(jìn)行對比。該方法還可包括基于所述應(yīng)力投影調(diào)整所述增產(chǎn)（例 如栗送速率和/或流體粘性）。
[0013] 該延伸可包括基于天然裂縫參數(shù)和地下地層上的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力沿著裂縫 生長模式延伸水力壓裂裂縫。確定裂縫尺寸可包括評估地震測量、螞蟻追蹤、聲波測量、地 質(zhì)測量及它們的組合中的一種。井場數(shù)據(jù)可包括地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)、巖石物理數(shù)據(jù)、地質(zhì)力學(xué)數(shù) 據(jù)、測井測量數(shù)據(jù)、完井?dāng)?shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及它們的組合中的至少一種。天然裂縫參數(shù)可以通 過觀測井眼成像記錄、從井眼測量估算裂縫尺寸、獲得微地震圖像及它們的組合中之一而 生成。
【附圖說明】
[0014] 用于表征井眼應(yīng)力的系統(tǒng)和方法的實施例參照后面的圖進(jìn)行描述。在全部附圖中 相同的附圖標(biāo)記用于標(biāo)記相同的特征和部件。
[0015] 圖1.1為描繪壓裂操作的水力壓裂現(xiàn)場的示意圖；
[0016] 圖1.2為在其上描繪有微地震事件的水力壓裂現(xiàn)場的示意圖；
[0017] 圖2為2D壓裂的示意圖；
[0018]圖3.1和3.2為應(yīng)力陰影效應(yīng)的示意圖；
[0019]圖4為將兩個平行的直裂縫的2D DDM和Flac3D進(jìn)行比較的示意圖；
[0020]圖5.1-5.3為描繪延伸的裂縫在各個位置的應(yīng)力的2D DDM和Flac3D曲線圖；
[0021] 圖6.1-6.2為描繪兩個初始平行的裂縫分別在各向同性和各向異性的應(yīng)力場中的 擴(kuò)展路徑的曲線圖；
[0022] 圖7.1-7.2為描繪兩個初始偏移的裂縫分別在各向同性和各向異性的應(yīng)力場中的 擴(kuò)展路徑的曲線圖；
[0023] 圖8為沿著水平井的橫向平行裂縫的示意圖；
[0024] 圖9為描繪五個平行裂縫的長度的曲線圖；
[0025] 圖10為描繪圖9的平行裂縫的UFM裂縫幾何特征和寬度的示意圖；
[0026] 圖11.1-11.2為分別描繪高射孔摩擦情況和大裂縫間隔情況下裂縫幾何特征的示 意圖；
[0027]圖12為描繪微地震繪制的圖；
[0028] 圖13.1-13.4分別為與級1-4的微地震測量相比較的模擬壓裂網(wǎng)絡(luò)的示意圖；
[0029] 圖14.1-14.4為描繪各個級分布的壓裂網(wǎng)絡(luò)的示意圖；
[0030]圖15為描繪執(zhí)行壓裂操作的方法的流程圖；
[0031]圖16.1-16.4為描繪在壓裂操作過程中圍繞井眼的壓裂生長的示意圖；
[0032] 圖17為顯示附加于矩形3D DDM單元的坐標(biāo)系的示意圖；
[0033] 圖18-20為顯示在不同深度處的兩個垂直裂縫以及由于應(yīng)力投影而影響各個裂縫 的尚度生長的不意圖；
[0034] 圖21為描繪執(zhí)行壓裂操作的另一個方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0035] 后面的描述包括體現(xiàn)了本發(fā)明主題的技術(shù)的示例性的設(shè)備、方法、技術(shù)以及指令 序列。然而，可以理解的是描述的實施例在沒有這些具體的細(xì)節(jié)時也可以實施。
[0036] 已經(jīng)開發(fā)出用于獲悉地下裂縫網(wǎng)絡(luò)的模型。該模型可考慮各種因素和/或數(shù)據(jù)，但 是可以不必考慮栗送的流體量或裂縫與注入的流體之間以及裂縫之間的機(jī)械相互作用。限 定的模型可提供對涉及的機(jī)理的基本理解，但是在數(shù)學(xué)描述上可能是復(fù)雜的和/或需要計 算機(jī)處理資源和時間以提供對水力壓裂擴(kuò)展的準(zhǔn)確模擬。限定的模型可以配置成執(zhí)行模擬 以考慮隨著時間變化并且在期望條件下的因素，例如裂縫之間的相互作用。
[0037] -種非傳統(tǒng)的壓裂模型(UFM)(或者復(fù)雜模型)可以用于模擬具有預(yù)先存在的天然 裂縫的地層中的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。多個裂縫分支可以同時擴(kuò)展并且彼此交叉/交錯。每個 開放的裂縫可以對周圍的巖石和相鄰的裂縫施加額外的應(yīng)力，這可以被稱作"應(yīng)力陰影"效 應(yīng)。應(yīng)力陰影可能引起對裂縫參數(shù)(例如，寬度)的限制，這例如可能導(dǎo)致很大的支撐劑脫砂 的風(fēng)險。該應(yīng)力陰影還可能改變裂縫擴(kuò)展路徑并且影響裂縫網(wǎng)絡(luò)模式。該應(yīng)力陰影可影響 復(fù)雜壓裂模型中對裂縫之間相互作用的建模。
[0038]提出了一種計算復(fù)雜水力壓裂網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)力陰影的方法。該方法可以基于具有對有 限的裂縫高度進(jìn)行修正的增強(qiáng)的2D位移不連續(xù)法(2D DDM)或3D位移不連續(xù)法(3D DDM)執(zhí) 行。通過2D DDM計算出的應(yīng)力場可以與3D數(shù)值模擬(3D DDM或者flac3D)進(jìn)行比較，以確定 3D裂縫問題的近似值。這種應(yīng)力陰影計算可以集成在UFM中。兩個裂縫的簡單情況的結(jié)果顯 示，裂縫例如根據(jù)它們的初始相對位置可以彼此吸引或排斥，并且可以與獨立的2D非平面 水力壓裂模型進(jìn)行比較。還可以提供應(yīng)力陰影，例如使用3D DDM，來考慮在不同深度的裂縫 間的相互作用。
[0039] 提供了從多射孔簇擴(kuò)展的平面和復(fù)雜裂縫的附加例子，顯示出裂縫相互作用可以 控制裂縫的尺寸和擴(kuò)展模式。在具有小的應(yīng)力各向異性的地層中，由于裂縫可能趨于彼此 排斥而使得裂縫相互作用可能導(dǎo)致裂縫發(fā)生巨大的背離。然而，即使當(dāng)應(yīng)力各向異性很大 并且由于裂縫相互作用引起的裂縫轉(zhuǎn)向受限時，應(yīng)力陰影對裂縫寬度仍然可能具有影響， 這可能影響到分配進(jìn)入多射孔簇的注入速率，以及由此影響整個裂縫網(wǎng)絡(luò)幾何特征和支撐 劑放置。
[0040] 圖1.1和1.2描繪了井場100周圍的裂縫擴(kuò)展。井場具有從在地面位置的井口裝置 108延伸并且穿過位于其下的地下地層102的井眼104。裂縫網(wǎng)絡(luò)106圍繞井眼104延伸。栗系 統(tǒng)129定位在井口裝置108附近，用于使流體通過管道142。
[0041] 栗系統(tǒng)129被描繪為通過用于記錄維護(hù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)和/或根據(jù)規(guī)定的栗送安排執(zhí) 行操作的現(xiàn)場操作者127控制。栗系統(tǒng)129在壓裂操作中將流體從地面栗送到井眼104。
[0042] 栗系統(tǒng)129可包括水源，例如多個水罐131，其向凝膠水合單元133提供水。凝膠水 合單元133將來自罐131的水與凝膠劑混合形成凝膠。凝膠接著被送入攪拌機(jī)135,在那里與 來自支撐劑運(yùn)送裝置137的支撐劑混合，形成壓裂流體。凝膠劑可以用于提高壓裂流體的粘 性，并且使支撐劑可懸浮在壓裂流體中。它還可以充當(dāng)摩擦減小劑，使得在具有較小摩擦壓 力的情況下可具有較高的栗送速率。
[0043]壓裂流體接著從攪拌機(jī)135通過柱塞栗被栗送到處理車120,如實線143所示。每個 處理車120接收低壓壓裂流體并且將其在高壓下排放到共用集管139(有時被稱作發(fā)射拖車 或發(fā)射器），如虛線141所示。發(fā)射器139接著將壓裂流體從處理車120引導(dǎo)到井眼104中，如 實線115所示?？梢允褂靡粋€或多個處理車120來以期望速率供給壓裂流體。
[0044] 每個處理車120通?？梢砸匀我獾乃俾蔬\(yùn)行，例如在其最大運(yùn)行容量下很好地運(yùn) 行。在運(yùn)行容量以下運(yùn)行所述處理車120可以允許其中一個失效并且其余的在較高的速度 下運(yùn)行以彌補(bǔ)失效栗的缺席?？梢圆捎糜嬎銠C(jī)化的控制系統(tǒng)149在壓裂操作過程中管理整 個栗系統(tǒng)129。
[0045] 各種流體，例如傳統(tǒng)的具有支撐劑的增產(chǎn)流體，都可以用于產(chǎn)生裂縫。其它流體， 例如粘性凝膠、"滑溜水"（slick water，其可以具有摩擦減少物(聚合物)和水)也可以用于 水力壓裂頁巖氣井。這種"滑溜水"可以是稀薄流體形式(例如，接近于水的粘性)并且可以 用于產(chǎn)生更復(fù)雜的裂縫，例如可通過監(jiān)測探測到的多微震裂縫。
[0046] 還如圖1.1和1.2所示，裂縫網(wǎng)絡(luò)包括位于井眼104周圍的各個位置上的裂縫。這些 裂縫可以是在流體注入之前具有的天然裂縫144,或者在注入過程中地層102周圍產(chǎn)生的水 力壓裂裂縫146。圖1.2示出基于使用傳統(tǒng)方法聚集的微震活動148的裂縫網(wǎng)絡(luò)106。
[0047] 多級增產(chǎn)可以是非傳統(tǒng)儲層開發(fā)的規(guī)范。然而，對頁巖儲層中的完井進(jìn)行優(yōu)化的 障礙可能包括缺少能夠正確地模擬在這些地層中經(jīng)常能觀察到的復(fù)雜裂縫擴(kuò)展的水力壓 裂模型。已經(jīng)開發(fā)出了復(fù)雜的壓裂網(wǎng)絡(luò)模型（或者UFM)(例如參見Weng，X.，Kre SSe，0.，Wu， R.和Gu，H.，Modeling of Hydraulic Fracture Propagation in a Naturally Fractured Formation. 2011年1月24-26日美國德克薩斯州伍德蘭茲市的SPE水力壓裂會議和展覽上提 供的論文SPE 140253(此后稱作"Weng 2011"）；Kresse，0·，Cohen，C，Weng，X，Wu，R.，和Gu, Η· 2011 (此后稱作 "Kresse 2011"）·Numerical Modeling of Hydraulic Fracturing in Naturally Fractured Formations.45th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, San Francisco，CA，June 26-29,它們的全部內(nèi)容由此被包含于此）。
[0048] 現(xiàn)有的模型可以用于模擬裂縫擴(kuò)展、巖石變形以及流體在處理過程中產(chǎn)生的復(fù)雜 裂縫網(wǎng)絡(luò)中的流動。該模型還可以被用于解決在裂縫網(wǎng)絡(luò)中流動的流體以及裂縫的彈性變 形的完全耦合問題，其與傳統(tǒng)的虛擬3D壓裂模型可具有相似的假設(shè)和控制方程。栗送的流 體和支撐劑的每種組分的迀移方程都可以被求解。
[0049] 傳統(tǒng)的平面壓裂模型可以對裂縫網(wǎng)絡(luò)的各個方面進(jìn)行建模。提供的UFM還可以包 括模擬水力壓裂裂縫與預(yù)先存在的天然裂縫間的相互作用的能力，即確定當(dāng)它們交叉并且 隨后沿著天然裂縫擴(kuò)展時水力壓裂裂縫擴(kuò)展穿過天然裂縫還是被天然裂縫捕獲。水力壓裂 裂縫在與天然裂縫的交叉點上的離向可促進(jìn)復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
[0050] 交叉模型可以從Renshaw和Po 1 lard (例如參見Renshaw，C E ·和Po 1 lard， D.D.1995,An Experimentally Verified Criterion for Propagation across Unbounded Frictional Interfaces in Brittle,Linear Elastic Materials · Int · J.Rock Mech.Min· Sci .&Geomech.Abst;r ·，32:237-249( 1995)，其全部內(nèi)容 由此被包含于此)界面交叉標(biāo)準(zhǔn)延伸，應(yīng)用于任意的交叉角度，并且可以被發(fā)展（例如參見 Gu，H.和Weng，X.Criterion for Fractures Crossing Frictional Interfaces at Non-orthogonal Angles.44th US Rock symposium,Salt Lake City,Utah,June 27-30,2010 (此后被稱作"Gu和Weng 2010"），其全部內(nèi)容由此通過參引方式被包含于此)并且經(jīng)過實驗 數(shù)據(jù)的查驗（例如參見，Gu，H.，Weng，X.，Lund，J.，Mack，M.，Ganguly，U.和Suarez-Rivera R.2011.Hydraulic Fracture Crossing Natural Fracture at Non-〇rthogonal Angles, A Criterion，Its Validation and Applications.2011年 1 月24-26日美國德克薩斯州伍 德蘭茲市的SPE水力壓裂會議和展覽上提供的論文SPE 139984(此后被稱作"Gu et al. 201Γ )，其全部內(nèi)容由此通過參引方式被包含于此），而且整合在UFM中。
[0051]為了正確地模擬多條或復(fù)雜的裂縫的擴(kuò)展，壓裂模型可以考慮相鄰的水力壓裂裂 縫分支之間的相互作用，其通常被稱作"應(yīng)力陰影"效應(yīng)。當(dāng)單個平面水力壓裂裂縫在有限 的流體凈壓力下被打開時，其可以在周圍巖石上施加與凈壓力成比例的應(yīng)力場。
[0052]在具有恒定有限高度的無限長垂直裂縫的極限情況中，可以提供由開放的裂縫所 施加的應(yīng)力場的解析表達(dá)式。例如參見Warpinski，N.F·和Teufel，L.W.，Influence of Geologic Discontinuities on Hydraulic Fracture Propagation,JPT,Feb.,209-220 (1987)(此后稱為 "Warp inski 和Teufel"）以及Warp inski，N · R ·，和Branagan，P · T ·， Altered-Stress Fracturing. SPE JPT，September，1989,990-997( 1989)，其全部內(nèi)容由此 通過參引方式被包含于此。凈壓力(或者更準(zhǔn)確地為產(chǎn)生指定裂縫開口度的壓力)可以在垂 直于裂縫的方向上在最小的局部應(yīng)力上方施加壓應(yīng)力，其在壓裂面上等于凈壓力，但是隨 著與裂縫的距離的增大而快速減少。
[0053]在超過一個裂縫高度的距離處，誘導(dǎo)應(yīng)力可能只是凈壓力的一小部分。因此，術(shù)語 "應(yīng)力陰影"可以用于描述圍繞裂縫的區(qū)域中應(yīng)力的增加。如果第二水力壓裂裂縫被產(chǎn)生為 平行于已有的開放裂縫，并且如果第二水力壓裂裂縫落在"應(yīng)力陰影"內(nèi)（即與已有裂縫的 距離小于裂縫高度），則第二裂縫實際上可能經(jīng)受大于初始原處應(yīng)力的閉合應(yīng)力。因此，可 能需要更高的壓力來擴(kuò)展裂縫，和/或裂縫與相應(yīng)的單個裂縫相比具有更窄的寬度。
[0054] 應(yīng)力陰影研究的一個應(yīng)用可以涉及設(shè)計及優(yōu)化從水平井眼開始同時擴(kuò)展的多個 裂縫之間的裂縫間隔。在極低滲透的頁巖地層中，裂縫可以密集間隔分布用于儲層的有效 泄油。然而，應(yīng)力陰影效應(yīng)可防止裂縫在其它裂縫的近鄰中擴(kuò)展（例如參見Fisher，M.K.， J.R.Heinze，C.D.Harris，B.M.Davidson，C.A.Wright和K.P.Dunn，0ptimizing horizontal completion techniques in the Barnett Shale using microseismic fracture mapping. 2004年9月26-29日在休斯頓SPE技術(shù)年會和展覽上提供的SPE90051，其全部內(nèi)容 由此通過參引方式被整體地包含于此）。
[0055] 過去已經(jīng)對平行的裂縫之間的干擾進(jìn)行了研究（例如參見Warpinskiand Teufel; Britt，L.K.和Smith，M.B.，Horizontal Well Completion,Stimulation Optimization, and Risk Mitigation. 2009年9月23-25日查爾斯頓市SPE東區(qū)會議提供的論文SPE 125526；Cheng,Y.2009.Boundary Element Analysis of the Stress Distribution around Multiple Fractures: Implications for the Spacing of Perforation Clusters of Hydraulically Fractured Horizontal Wells.2009年9月23-25日查爾斯頓 市SPE東區(qū)會議提供的論文SPE 125769;Meyer，B.R.和Bazan，L.W.，A Discrete Fracture Network Model for Hydraulically Induced Fractures:Theory，Parametric and Case Studies. 2011年1月24-26日美國德克薩斯州伍德蘭茲市的SPE水力壓裂會議和展覽上提供 的論文SPE140514; Roussel，Ν· P ·和Sharma，Μ·Μ，Optimizing Fracture Spacing and Sequencing in Horizontal-Well Fracturing，SPEPE，May，2011，pp. 173-184,其全部內(nèi)容 由此通過參引方式被包含于此）。這些研究可以包括靜態(tài)條件下的平行裂縫。
[0056] 應(yīng)力陰影的一種效應(yīng)可以是在多個平行裂縫的中間區(qū)域中的裂縫可以具有更小 的寬度，這是由于來自鄰近裂縫的增強(qiáng)的壓應(yīng)力（例如參見Germanovich，L.N.，和Astakhov D.,Fracture Closure in Extension and Mechanical Interaction of Parallel Joints·J.Geophys·Res·，109，B02208，doi:10·1029/2002JB002131(2004);01son，J·Ε·， Multi-Fracture Propagation Modeling:Applications to Hydraulic Fracturing in Shales and Tight Sands.42nd US Rock Mechanics Symposium and2nd US-Canada Rock Mechanics Symposium，San Francisco，CA，June 29-July 2,2008,其全部內(nèi)容通過參引方 式被包含于此）。當(dāng)多個裂縫同時擴(kuò)展時，進(jìn)入裂縫的流率分配可能是動態(tài)過程并且可能受 到裂縫的凈壓力的影響。凈壓力可以高度依賴于裂縫的寬度，并且由此，應(yīng)力陰影效應(yīng)對流 率分布和裂縫尺寸的影響需要進(jìn)一步的研究。
[0057]同時擴(kuò)展的多個裂縫的動力學(xué)特性也可能依賴于初始裂縫的相對位置。如果裂縫 是平行的，例如在多個裂縫與水平井眼垂直的情況中，裂縫可彼此排斥，導(dǎo)致裂縫向外彎 曲。然而，如果多個裂縫以雁列的樣式分布時，例如對于從不垂直于裂縫平面的水平井眼起 始的裂縫，相鄰裂縫之間的相互作用可使得它們的端部彼此吸引并且甚至連接(例如參見 Olson,J.E.Fracture Mechanics Analysis of Joints and Veins.PhD dissertation, Stanford University,San Francisco,California(1990)；Yew,C.H.,Mear,M.E.,Chang, CC，和Zhang，X.C.0n Perforating and Fracturing of Deviated Cased Wellbores.1993 年10月3-6日德克薩斯州休斯頓第68屆SPE技術(shù)年會和展覽上提供的論文SPE 26514;Weng， X.,Fracture Initiation and Propagation from Deviated Wellbores·1993年10月3-6 日德克薩斯州休斯頓第68屆SPE技術(shù)年會和展覽上提供的論文SPE 26597,其全部內(nèi)容由此 通過參引方式被包含于此）。
[0058]當(dāng)水力壓裂裂縫與朝向不同方向的次生裂縫相交叉時，其可在次生裂縫上施加與 凈壓力成比例的附加閉合應(yīng)力。該應(yīng)力可以被得到并且被考慮到在對開裂地層的壓力依賴 漏失進(jìn)行分析的裂縫開啟壓力的計算中（例如參見Nolte，K.，F(xiàn)racturing Pressure Analysis for nonideal behavior.JPT，F(xiàn)eb. 1991，210-218(SPE 20704) (1991)(此后被稱 作"Noltel991"），其全部內(nèi)容由此通過參引方式被包含于此）。
[0059]對于更加復(fù)雜的裂縫，可以存在上面討論的各種裂縫的相互作用的組合。為了正 確地說明這些相互作用并且保持計算效率使其能夠結(jié)合到復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)模型中，可以構(gòu)建 合適的建?？蚣??；谠鰪?qiáng)的2D位移不連續(xù)法(2D DDM)的方法可以用于計算在指定裂縫上 以及在其余的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的巖石中的誘發(fā)應(yīng)力（例如參見018〇11，1^.，？^(1；[(31：；[1^ Fracture Swarms-The Influence of Sub critical Crack Growth and the Crack-Tip Process Zone on Joints Spacing in Rock. In The Initiation,Propagation and Arrest of Joints and Other Fractures，ed.J.W.Cosgrove和T.Engelder,Geological Soc · Special Publications，London，231，73-87(2004)(此后被稱作 "01son2004"），其全部 內(nèi)容由此通過參引方式被包含于此）。裂縫轉(zhuǎn)向還可以基于由于應(yīng)力陰影效應(yīng)而在擴(kuò)展的 裂縫端部之前的改變的局部應(yīng)力方向建立模型。給出了來自結(jié)合有裂縫相互作用建模的 UFM模型的模擬結(jié)果。
[0060] UFM模型描述
[0061] 為了模擬由多個相互交叉的裂縫組成的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，可以使用控制壓裂 過程的基礎(chǔ)物理過程的方程。基本控制方程例如可以包括，控制裂縫網(wǎng)絡(luò)中的流體流動的 方程、控制裂縫變形的方程、以及裂縫擴(kuò)展/相互作用標(biāo)準(zhǔn)。
[0062] 連續(xù)方程假定流體流動沿著裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，具有以下質(zhì)量守恒：
[0063] ⑴
[0064] 其中，q為水力壓裂裂縫內(nèi)沿著長度的局部流率，W為裂縫在位置S = s(X，y)處的 橫截面的平均寬度或開口度，Hn為裂縫中流體的高度，qL為穿過水力壓裂裂縫壁進(jìn)入基質(zhì) 的每單位高度的漏失體積率(壓裂流體滲透進(jìn)入周圍的可滲透介質(zhì)的速度），其通過Carter 漏失模型進(jìn)行表達(dá)。裂縫端部作為尖端擴(kuò)展，并且水力壓裂裂縫在任意給定時刻t的長度被 定義為l(t)。
[0065] 驅(qū)動流體的特性可以由冪律指數(shù)η'（流體流性指數(shù))和稠度指數(shù)K'限定。流體流動 可以是層流、湍流或者透過支撐劑填充區(qū)的達(dá)西流，并且相應(yīng)地可以采用不同的定律描述。 對于任意給定裂縫分支中的冪律流體的1D層流這種普遍的情況而言，可以使用泊肅葉定律 (例如參見Nolte，l"l) :
[0066]
[0067] 其中 (2)
[0068]
[0069] 這里，w(z)表示裂縫寬度，其為當(dāng)前位置s的深度的函數(shù)，α為系數(shù)，η'為冪律指數(shù) (流體稠度指數(shù)），Φ為形函數(shù)，dz為公式中沿裂縫高度的積分增量。
[0070] 裂縫寬度可以通過彈性方程與流體壓力關(guān)聯(lián)。巖石的彈性(其可以被認(rèn)為是均質(zhì)、 各向同性、線性的彈性材料)可以通過楊氏模量E和泊松比v限定。對于位于具有可變的最小 水平應(yīng)力〇 11(1，7,2)和流體壓力p的層狀介質(zhì)中的垂直裂縫來說，寬度特性(w)可以通過給 出的解析解法確定：
[0071] w(x,y,z)=w(p(x,y) ,Η,ζ) (4)
[0072 ]其中，W是在具有空間坐標(biāo)χ、y、ζ (裂縫單元的中心的坐標(biāo)）的點處的裂縫寬度;ρ (X，y)為流體壓力，Η為裂縫單元高度，ζ為沿著裂縫單元在點(X，y)處的垂直坐標(biāo)。
[0073]由于裂縫的高度可以變化，控制方程組還可以包括例如在KreSSe2011中描述的高 度增長計算。
[0074] 除了上面描述的方程，整體體積平衡條件也可以得到滿足：
[0075] (5)
[0076] 其中，gL為流體漏失速度，Q( t)為與時間相關(guān)的注入速率，H( s，t)為裂縫在空間點 s(x，y)處并且在時間t的高度，ds為沿著裂縫長度用于積分的長度增量，dt為時間增量，din 為漏失高度的增量，扯為漏失高度，so為初濾失系數(shù)。方程(5)表示在時間t之內(nèi)栗送的流體 的總體積等于裂縫網(wǎng)絡(luò)中的流體體積和直到時間t從裂縫滲漏的體積。這里的L(t)表示HFN 在時間t的總長度并且So為初濾失系數(shù)。邊界條件可能需要流率、凈壓力以及裂縫寬度在所 有裂縫端部處為零。
[0077] 方程組1-5與初始和邊界條件一起可以用于表述一組控制方程。將這些方程組合 并且將裂縫網(wǎng)絡(luò)離散成小單元就可以形成每個單元的流體壓力P的非線性方程組，簡化為f (P)=〇,其可以使用阻尼牛頓-拉夫遜方法進(jìn)行解析。
[0078] 在對水力壓裂在天然開裂的儲層中的擴(kuò)展進(jìn)行建模時可以考慮裂縫的相互作用。 這例如包括，水力壓裂裂縫和天然裂縫之間的相互作用，還有水力壓裂裂縫之間的相互作 用。對于水力壓裂裂縫和天然裂縫之間的相互作用，可以在UFM中執(zhí)行半解析交叉準(zhǔn)則，例 如使用在Gu和Weng2010以及Gu et al.2011中描述的方法。
[0079]對應(yīng)力陰影的建模
[0080]對于平行裂縫，應(yīng)力陰影可以通過相鄰裂縫的應(yīng)力疊加來表示。圖2為2D裂縫200 關(guān)于具有X-軸和y-軸的坐標(biāo)系的示意圖。沿著2D裂縫的各個點，例如位于h/2處的第一端、 位于-h/2處的第二端以及中間點被延伸到觀察點(x，y)。每條線L從沿著2D裂縫的各個點以 角度伸到觀察點。
[0081 ]具有內(nèi)部壓力P的2D裂縫周圍的應(yīng)力場例如可以使用在Warpinski和Teufel中描 述的技術(shù)來計算。影響裂縫寬度的應(yīng)力為σχ，并且可以通過下面的公式計算得出：
[0087] 其中，σχ為χ方向上的應(yīng)力，p為內(nèi)部壓力，燈丄山，!^為圖2中的通過裂縫一半高度 h/2規(guī)范化的坐標(biāo)和距離。由于〇x在y方向以及X方向上都變化，因此在裂縫高度上的平均應(yīng) 力可以用在應(yīng)力陰影的計算中。
[0088] 上面給出的解析方程可以用于計算其中一條裂縫作用在相鄰的平行裂縫上的平 均有效應(yīng)力并且可以被包括在作用在該裂縫上的有效閉合應(yīng)力中。
[0089] 對于更復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，裂縫可能朝向不同的方向并且彼此相互交叉。圖3示出描 繪應(yīng)力陰影效應(yīng)的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)300。該裂縫網(wǎng)絡(luò)300包括從井眼304延伸并且與裂縫網(wǎng)絡(luò) 300中的其它裂縫305交叉的水力壓裂裂縫303。
[0090] -種更加通用的方法可以被用于計算裂縫網(wǎng)絡(luò)的其余部分中的任意指定的裂縫 分支上的有效應(yīng)力。在UFM中，裂縫之間的機(jī)械相互作用可以基于增強(qiáng)的2D位移不連續(xù)法 (DDM)進(jìn)行建模(Olson 2004)，用于計算誘導(dǎo)應(yīng)力（例如參見圖3)。
[0091] 在2D中，平面應(yīng)變、位移不連續(xù)方法（例如參見Crouch，S.L.和Starfield，A.M.， Boundary Element Methods in Solid Mechanics,George A11en&Unwin Ltd, London·Fisher，Μ·Κ· (1983)(此后被稱作Crouch和Starfield 1983)，其全部內(nèi)容由此通過 參引方式被包含于此），可以被用于描述作用在一個裂縫單元上的由所有裂縫單元的張開 和剪切位移不連續(xù)(D#PD S)誘發(fā)的法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力（〇"和〇8)。為了說明由于有限裂縫 高度而產(chǎn)生的3D效應(yīng)，可以使用Olson 2004來與如下的2D DDM的修正彈性方程相結(jié)合地為 影響系數(shù)CU提供3D修正因子：
[0092]
[0093]
[0094] 其中，A為在方程(9)中描述的影響系數(shù)的矩陣，N為考慮了其相互作用的網(wǎng)絡(luò)中的 單元總數(shù)，i為所考慮的單元，j = 1，N為網(wǎng)絡(luò)中的其它單元，它們對于單元i上的應(yīng)力的影響 也被計算；其中<^為20、平面應(yīng)變彈性影響系數(shù)。這些表達(dá)式可以在Crouch和Starfield 1983中找到。
[0095]圖3.1的Elem i和j示意性地描繪了方程(8)中的變量i和j。應(yīng)用于Elem j的不連 續(xù)08和0"也在圖3.1中進(jìn)行描繪。Dn^以和裂縫寬度一樣大，并且剪切應(yīng)力〇8如圖所示可以 是(LElem j的位移不連續(xù)在Elem i上產(chǎn)生應(yīng)力，如〇"和(^所描繪的。
[0096] Olson 2004所給出的3D修正因子可以表述如下： _
(9)
[0098]其中，h為裂縫高度，du為單元i和j之間的距離，α和β為擬合參數(shù)。方程9示出3D修 正因子可能導(dǎo)致當(dāng)任意兩個裂縫單元之間的距離增加時，彼此之間的相互作用發(fā)生衰減。 [0099]在UFM模型中，在每個時間步長，可以計算出由于應(yīng)力陰影效應(yīng)所引起的附加誘導(dǎo) 應(yīng)力?？梢约僭O(shè)在任意時間，裂縫寬度等于法向位移不連續(xù)量(D n)并且在裂縫表面處的剪 切應(yīng)力為零，即Dn^WjAbO。將這兩個條件代入方程8,可以得出剪切位移不連續(xù)量(D s) 和在每個裂縫單元上誘導(dǎo)的法向應(yīng)力(ση)。
[0100]應(yīng)力陰影誘導(dǎo)的應(yīng)力對裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模式的影響可分兩層來描述。首先，在壓力 和寬度迭代過程中，每個裂縫單元上的初始原處應(yīng)力可以通過增加由于應(yīng)力陰影效應(yīng)而產(chǎn) 生的附加法向應(yīng)力而被修改。這可能直接影響裂縫壓力和寬度分布，從而可導(dǎo)致裂縫生長 發(fā)生改變。其次，通過包含應(yīng)力陰影誘導(dǎo)的應(yīng)力(法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力），位于擴(kuò)展端部前方 的局部應(yīng)力場也可以被改變，這可能使得局部主應(yīng)力方向從初始的原處應(yīng)力方向偏離。該 改變后的局部主應(yīng)力方向可以導(dǎo)致裂縫從其初始擴(kuò)展平面發(fā)生轉(zhuǎn)向并且可能進(jìn)一步影響 裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模式。
[0101] 3D位移不連續(xù)方法（3D DDM)
[0102]除了本文公開的增強(qiáng)的2D DDM方法外，一種基于3D DDM的方法可以用于各種應(yīng) 用。對于被離散成相連的小矩形單元的給定的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)來說，任何給定的矩形單元可 以承受所述由Dx、Dy和Dz表示的矩形單元的兩個面之間的位移不連續(xù)，并且在巖石中任意 一點(x，y，z)的誘導(dǎo)應(yīng)力可以使用本文提出的3D DDM方法進(jìn)行計算。
[0103]圖17示出了在一個x-y平面內(nèi)的矩形單元1740的局部x，y，z坐標(biāo)系的示意圖1700。 該圖示出了一個繞坐標(biāo)軸的裂縫平面。所述誘導(dǎo)位移和應(yīng)力場可以表示如下：
[0104] Ux= [2(l-v)f,z-zf,xx]Dx-zf,xyDy-[ (l-2v)f,x+zf,xz]Dz (10)
[0105] Uy = -Zf,xyDx+[2(l-v)f,z-Zf,yy]Dy-[ (l-2v)f,y+Zf,yz]Dz (11)
[0106] uz= [ (l-2v)f,x-zf,xz]Dx+[ (l-2v)f,y-zf,yz]Dy+[2(l-v)f,z-zf,zz]Dz (12)
[0107] 〇XX=2G{ [2f ,xz_zf ,XXx]DX+[2vf,yZ-Zf,XXy]Dy+[f ,ZZ+( l_2v)f ,yy-zf ,XXz]Dz} (13)
[0108] Oyy=2G{[2vf,xz-zf,xyy]Dx+[2f,yz-Zf,yyy]Dy+[f,zz+(l-2v)f, xx-zf,yyz]Dz} (14)
[0109] 〇zz = 2G{-zf,xZZDx-zf,yZZ]Dy+[f,zz-zf,xx Z]Dz} (15)
[0110] Txy = 2G{[(l-v)f,yz-zf,xxy]Dx+[(l-v)f,xz-zf,xyy]Dy-[(l-2v)f, xy+zf,xyz]Dz} (16)
[0111] xyz = 2G { -[ vf, xy+zf, xyz ]Dx+ [ f, zz+Vf, xx~Zf, yyz ] Dy~Zf, yzzDz } (17)
[01 12] TXZ=2G{ [ (f,ζζ+vf,yy-Zf,xxz]Dx-[vf,xy+zf,xyz]Dy-Zf,xzzDz} (18)
[0113]其中，a和b是矩形邊長的一半長度，誘導(dǎo)位移和應(yīng)力場可以如下表示： (19)[m 141
[0115] 其中，A是矩的面積，（x，y，z)是以所述單元為原點的坐標(biāo)系，（ξ，ι?，0)是點在P處的 坐標(biāo)，并且v是泊松比。
[0116] 對于三維空間中的任意給定的觀察點P(X，y，z)，具有生產(chǎn)率Q(ξ，η，〇)的點P(X，y， z)處的誘導(dǎo)應(yīng)力可以通過疊加來自所有裂縫單元的應(yīng)力并施加一個坐標(biāo)變換來計算。涉及 3D DDM的不例性技術(shù)被提供在Crouch，S.L.和Starfield，A.M. (1990)，Boundary Element Methods in Solid Mechanics,Unwin Hyman,London中，其全部內(nèi)容由此通過參引方式被 包含于此。
[0117]多個擴(kuò)展的水力裂縫之間的相互作用或在此所稱的應(yīng)力陰影效應(yīng)，可以影響同一 深度層或在不同深度層中擴(kuò)展的裂縫的裂縫高度生長，這可能對于裂縫處理的成功具有影 響。
[0118] 在本文所述的水力壓裂模型中的至少一個實施例中，所述模型可以另外集成3D DDM用于計算包圍擴(kuò)展的水力裂縫的誘導(dǎo)3D應(yīng)力場，并且可以將沿著垂直深度的誘導(dǎo)應(yīng)力 變化包含到壓裂模型的裂縫高度計算中。
[0119] 例如，對于如圖18中的示意圖1800所示出的兩個平行裂縫1811.1、1811.2,取決于 相對裂縫的高度，所述高度生長可能會被促進(jìn)或抑制。對于從不同深度起裂的裂縫，由于垂 直應(yīng)力陰影效應(yīng)，相鄰裂縫的存在可以幫助避免一個裂縫生長到被其他裂縫所占用的層 中。例如，由于在不同深度處的裂縫1811.1、1811.2之間的相互作用，裂縫1811.1可以在向 上的方向上生長而裂縫1811.2可以在向下的方向上生長，如箭頭所示。
[0120]應(yīng)力陰影模型的驗證
[0121] 對于雙翼裂縫情形的UFM模型的驗證例如可以使用Weng 2011或者Kresse 2011進(jìn) 行。還可以使用應(yīng)力陰影建模方法進(jìn)行驗證。例如，可以將使用2D DDM的結(jié)果與Itasca Consulting Group Inc.,2002,FLAC3D(FastLagrangian Analysis of Continua in3Dimensions)，Version2 · 1，Minneapolis: ICG(2002)(此后被稱作 "Itasca，2002"）中給 出的Flac3D的進(jìn)行比較。
[0122] 增強(qiáng)的2D DDM與Flac3D的對比
[0123] Olson 2004提出的3D修正因子包括兩個經(jīng)驗常數(shù)α和β?？梢酝ㄟ^將對具有無限長 度和有限高度的平面應(yīng)變裂縫的由數(shù)值方法(增強(qiáng)的2D DDM)獲得的應(yīng)力與由解析方法獲 得的應(yīng)力進(jìn)行對比而對α和β的值進(jìn)行校準(zhǔn)?？梢赃M(jìn)一步通過將對具有有限長度和高度的兩 個平行直裂縫的2DDDM結(jié)果與例如使用FLAC3D進(jìn)行完整的三維數(shù)值方法獲得的結(jié)果進(jìn)行對 比而對該模型進(jìn)行驗證。
[0124] 驗證問題在圖4中示出。圖4的示意圖400將用于兩個平行直裂縫的增強(qiáng)2D DDM和 Flac3D進(jìn)行對比。如圖400所示，兩個平行的裂縫407.1、407.2經(jīng)受沿著x、y坐標(biāo)軸的應(yīng)力 〇x、 〇y。裂縫分別具有長度2Lxf以及壓裂壓力Pl、p2。裂縫的間隔距離為s。
[0125] 裂縫在Flac3D中可以被模擬成處于相同位置但是具有未連接的網(wǎng)格點的兩個表 面。恒定的內(nèi)部流體壓力可作為法向應(yīng)力被施加到網(wǎng)格上。裂縫還可以經(jīng)受遠(yuǎn)場應(yīng)力σ χ和 〇y。兩個裂縫可以具有相同的長度和高度，其中高度/ 一半長度的比值為0.3。
[0126] 可以比較沿著x-軸(y = 0)和y-軸(x = 0)的應(yīng)力。兩條相距很近的裂縫(s/h = 0.5) 可以被模擬成如圖5.1 -5.3所示的對比。這些圖給出了拓展的2D DDM和FIac3D的對比:沿著 X-軸(y=〇)和y-軸(χ=〇)的應(yīng)力對比。
[0127] 這些圖分別包括曲線圖500.1、500.2、500.3，分別示出延伸的裂縫的20 001和 Flac3D的沿著y-軸的〇y，沿著y-軸的σχ，以及沿著X-軸的〇y。圖5.1使用2D DDM和Flac3D繪制 出％如(7-軸）與距離裂縫的規(guī)范化距離&-軸)之間的曲線圖。圖5.2使用20 001和？1&(：30 繪制出〇x/p(y_軸）與距離裂縫的規(guī)范化距離（X-軸）之間的曲線圖。圖5.3使用2D DDM和 Flac3D繪制出〇y/p(y_軸)與距離裂縫的規(guī)范化距離(X-軸)之間的曲線圖。裂縫端部的位置 Lf被描繪成沿著線x/h。
[0128] 如圖5.1-5.3所示，采用3D修正因子的增強(qiáng)的2D DDM方法所模擬出的應(yīng)力與采用 完全3D模擬得出的結(jié)果非常吻合，這意味著修正因子能夠在應(yīng)力場的裂縫高度上獲得3D效 果。
[0129] 與CSIR0模型的對比
[0130] 結(jié)合有增強(qiáng)的2D DDM方法的UFM模型可以通過CSIR0相對于完全2D DDM模擬器進(jìn) 行驗證（例如參見Zhang，X.，Jeffrey，R.G.，和Thiercelin，M.2007.Deflection and Propagation of Fluid-Driven Fractures at Frictional Bedding Interfaces: A Numerical Investigation.Journal of Structural Geology,29:396-410(此后被稱作 ，1^1^2007"），其全部內(nèi)容由此通過參引方式被包含于此）。這種方法例如可以用于裂縫非 常高、2D DDM方法無法考慮裂縫高度的3D效果的這種受限的情況中。
[0131] 可以對兩個鄰近擴(kuò)展的裂縫對彼此擴(kuò)展路徑的影響進(jìn)行比較。兩個初始彼此平行 的水力壓裂裂縫的擴(kuò)展(沿著局部最大應(yīng)力方向的擴(kuò)展）可以針對如下結(jié)構(gòu)形式模擬，例 如：1)起始點位于彼此的頂部并且彼此各向同性地偏移；以及2)各向異性的遠(yuǎn)場應(yīng)力。裂縫 擴(kuò)展路徑和每個裂縫內(nèi)部的壓力可以關(guān)于UFM和CSIR0編碼對表1給出的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行對 比。
[0132]
兩條初始平行的裂縫609.1、609.2在各向同性和各向異性應(yīng)力場中的擴(kuò)展路徑的曲線圖 600.1、 600.2。裂縫609.1和609.2初始平行地接近于注入點615.1、615.2，但是隨著它們從 那里延伸出去而離向。與各向同性的情況相比，裂縫在應(yīng)力各向異性情況下的曲率被描繪 成更小。這可能是由于趨于使裂縫彼此分離的應(yīng)力陰影效應(yīng)與推動裂縫在最大水平應(yīng)力 (X-方向）上擴(kuò)展的遠(yuǎn)場應(yīng)力之間的競爭引起的。遠(yuǎn)場應(yīng)力的影響隨著裂縫之間距離的增加 而變得顯著，在這種情況下，裂縫可能趨于平行于最大水平應(yīng)力方向擴(kuò)展。
[0136] 圖7 . 1和7.2描繪了曲線圖700.1、700.2，示出一對分別從兩個不同的注入點 711.1、 711.2開始的裂縫。這些圖示出當(dāng)裂縫從間隔距離為dx = dy= (10.1m)的點開始時在 各向同性和各向異性應(yīng)力場中的對比。在這些圖中，裂縫709.1、709.2趨于朝向彼此擴(kuò)展。 相似類型表現(xiàn)的例子已經(jīng)在實驗室研究中被發(fā)現(xiàn)(例如參見Zhang 2007)。
[0137] 如上面所指出的，在UFM模型中采用的增強(qiáng)的2D DDM方法能夠獲得有限裂縫高度 在裂縫相互作用和擴(kuò)展模式上的3D效應(yīng)，同時在計算上也是高效的。能夠提供用于垂直水 力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)和裂縫擴(kuò)展方向（模式)的應(yīng)力場的良好評估。
[0138] 案例
[0139] 案例#1水平井中的平行裂縫
[0140]圖8為示意圖800,示出平行的橫斷裂縫811.1、811.2、811.3分別從圍繞水平井眼 804的多個射孔簇815.1、815.2、815.3同時地擴(kuò)展。裂縫811.1、811.2、811.3中的每一個提 供不同的流率qi、q2、q3，其為在壓力ρο下的總流量qt的一部分。
[0141] 當(dāng)對于所有的裂縫來說地層條件和射孔都相同時，如果在射孔簇之間的井眼中的 摩擦壓力占比很小，那么裂縫可能具有大致相同的尺寸。這可以假定成裂縫被分隔開足夠 遠(yuǎn)并且應(yīng)力陰影效應(yīng)可被忽略。當(dāng)裂縫之間的間隔位于應(yīng)力陰影影響的區(qū)域內(nèi)時，裂縫可 能不僅在寬度上受影響，而且還在其它裂縫尺寸上受影響。為了對此進(jìn)行描述，可以考慮具 有五條平行裂縫的簡單情況。
[0142] 在該例子中，裂縫被假定為具有恒定的高度100ft(30.5m)。裂縫之間的間隔為 65ft (19.8m)。其它輸入?yún)?shù)在表2中給出。
[0143]
[0144] 表2案例#1的輸入?yún)?shù)
[0145] 對于這種簡單情況，傳統(tǒng)的用于多條裂縫的Perkins-Kern-Nordgren(PKN)模型 (例如參見 Mack, M.G.和 Warpinski，N.R·，Mechanics of Hydraulic Fracturing. Chapter6,Reservoir Stimulation，3rd Ed.,eds.Economides,M.J.and Nolte，K.G. John Wiley&Sons(2000))可以通過結(jié)合方程6給出的應(yīng)力陰影計算而被修正。 閉合應(yīng)力的增加可以通過將方程6計算的應(yīng)力在整個裂縫上進(jìn)行平均來近似。注意到這種 簡化的PKN模型由于應(yīng)力陰影效應(yīng)而不能模擬裂縫轉(zhuǎn)向。這種簡單模型的結(jié)果可以與結(jié)合 有沿著整個裂縫路徑還有裂縫轉(zhuǎn)向逐點進(jìn)行的應(yīng)力陰影計算的UFM模型進(jìn)行比較。
[0146] 圖9示出從兩種模型計算出的五條裂縫的裂縫長度的模擬結(jié)果。圖9為描繪五條平 行裂縫在注入過程中長度(y-軸)隨著時間（t)變化的曲線圖900。線917.1-917.5是UFM模型 產(chǎn)生的。線919.1-919.5是簡化的PKN模型產(chǎn)生的。
[0147] 圖9中UFM模型得到的五條裂縫的裂縫幾何特征和寬度的輪廓在圖10中示出。圖10 為描繪圍繞井眼1004的裂縫1021.1-1021.5的示意圖1000。
[0148] 裂縫1021.3為五條裂縫中間的一條，并且裂縫1021.1和1021.5為最邊上的兩條。 由于裂縫1021.2、1021.3以及1021.4由于應(yīng)力陰影效應(yīng)而比外邊的兩條裂縫具有更小的寬 度，因此它們可能具有更大的流阻，容納更少的流率，并且具有更短的長度。因此，應(yīng)力陰影 效應(yīng)在動態(tài)條件下不僅僅影響裂縫寬度而且還影響裂縫長度。
[0149] 應(yīng)力陰影效應(yīng)可以通過許多參數(shù)對裂縫的幾何特征產(chǎn)生影響。為了示出這些參數(shù) 中的一些的影響，對于變化的裂縫間隔、射孔摩擦以及應(yīng)力各向異性的情況下計算出的裂 縫長度在表3中不出。
[0150] 圖11.1和11.2示出由UFM預(yù)測的在大射孔摩擦和大裂縫間隔（例如，大約120ft (36.6m))情況下的裂縫幾何特征。圖11.1和11.2為描繪圍繞井眼1104的五條裂縫1123.1_ 1123.5的示意圖1100.1和1100.2。當(dāng)射孔摩擦大時，能夠提供均勻地將流率分配到全部的 射孔簇里的巨大轉(zhuǎn)移力。因此，可以克服應(yīng)力陰影并且如圖11.1所示由此產(chǎn)生的裂縫長度 可以變得近似相等。當(dāng)裂縫間隔大時，應(yīng)力陰影效應(yīng)可以消散，并且與如圖11.2所示的裂縫 具有大致相同的尺寸。
[0151]
[0152] 表3各種參數(shù)對裂縫幾何特征的影響
[0153] 案例#2復(fù)雜裂縫
[0154] 在圖12的例子中，UFM模型可以被用于模擬頁巖地層中水平井的4-級水力壓裂處 理。例如參見Cipolla，C，Weng，X.，Mack，M.，Ganguly，U.，Kresse，0.，Gu，H.，Cohen，C和Wu， R., Integrating Microseismic Mapping and Complex Fracture Modeling to Characterize Fracture Complexity · 2011年1月24-26日美國德克薩斯州伍德蘭茲市的 SPE水力壓裂會議和展覽上提供的論文SPE 140185(此后被稱作"Cip〇lla2011"），其全部內(nèi) 容由此通過參引方式被包含于此。該井可以被下套管并且固井，并且每一級栗送通過三或 四個射孔簇。四個級中的每一個級可以包括大約25,000bbls(4000m 3)的流體和440,0001bs (2e+6kg)的支撐劑。大量數(shù)據(jù)可在井上獲得，包括提供最小和最大水平應(yīng)力的估測的先進(jìn) 的聲波測井。微地震測繪數(shù)據(jù)對于各個級都是可用的。例如參見〇 &11以18，入，1&以^，6.， LeCalvez，J·，Lassek，J·，和Bentley，D·，Contacting More of the Barnett Shale Through an Integration of Real-Time Microseismic Monitoring,Petrophysics,and Hydraulic Fracture Design · 2007年10月12-14日美國加利福尼亞的阿納海姆市的 2007SPE技術(shù)年會和展覽上提供的論文SPE 110562。該例子在圖12中示出。圖12為描繪圍繞 井眼1204的各級微震事件1223的微震測繪圖。
[0155] 由先進(jìn)的聲波測井得到的應(yīng)力各向異性表明井的前段比尾段具有更高的應(yīng)力各 向異性。先進(jìn)的3D地震分析可以表明占優(yōu)勢的天然裂縫走向從前段的NE-SW向橫向的尾段 的NW-SE改變。例如參見Rich, J.P.和Ammerman，M· ,Unconventional Geophysics for Unconventional Plays.2010年2月23-25日美國賓夕法尼亞州匹茲堡市非傳統(tǒng)氣體會議提 供的論文SPE131779，其全部內(nèi)容由此通過參引方式整體被包含于此。
[0156] 模擬結(jié)果可能基于UFM模型而不結(jié)合完全的應(yīng)力陰影計算（例如參見Cipol la 2011)，包括剪切應(yīng)力和裂縫轉(zhuǎn)向（例如參見Weng 2011)。該模擬可以以本文提供的完全應(yīng) 力模型升級。圖13.1-13.4分別示出模擬的圍繞井眼1304的裂縫網(wǎng)絡(luò)1306在全部四級上的 平面視圖，以及它們分別與微地震測量結(jié)果1323.1-1323.4的對比。
[0157] 從圖13.1-13.4中的模擬結(jié)果可以看出，對于級1和2,緊密間隔的裂縫沒有顯著地 離向。這可能是因為在井眼的前段具有高的應(yīng)力各向異性。對于級3和4,應(yīng)力各向異性較 低，能夠看到由于應(yīng)力陰影效應(yīng)而具有更大的裂縫離向。
[0158] 案例#3多級例子
[0159]案例#3是一個例子，示出前級的應(yīng)力陰影如何能夠影響下個處理級的水力壓裂網(wǎng) 絡(luò)的擴(kuò)展模式，導(dǎo)致四級處理情況的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的全部圖像發(fā)生變化。
[0160]該案例包括四個水力壓裂處理級。井被下套管并固井。級1和2被栗送通過三個射 孔簇，級3和4被栗送通過四個射孔簇。巖石組構(gòu)為各向同性的。輸入?yún)?shù)在下面的表4中列 出。沒有考慮或考慮了來自前級的應(yīng)力陰影的整個水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的頂視圖在圖13.1-13.4 中示出。
[0161]
[0162] 表4案例#3的輸入?yún)?shù)
[0163] 圖14.1-14.4為描繪壓裂操作過程中在各個級的裂縫網(wǎng)絡(luò)1429的示意圖1400.1-1400.4。圖14.1示出處理之前的離散的裂縫網(wǎng)絡(luò)(DFN) 1429。圖14.2描繪出第一處理級之后 的模擬DFN 142LDFN 1429具有由于第一處理級而從其開始擴(kuò)展的水力壓裂裂縫(HFN) 1431。圖14.3示出描繪有分別在四個級擴(kuò)展、但是沒有考慮前級影響的模擬HFN1431.1-1431.4的DFN。圖14.4示出描繪有在四個級擴(kuò)展但是考慮了前級的壓裂、應(yīng)力陰影和HFN的 HFN1431.1、1431.2'-1431.419DFN。
[0164] 當(dāng)各個級單獨地生成時，它們可能如圖14.3所示無法看到彼此。當(dāng)前級的應(yīng)力陰 影和HFN都如圖14.4所示被考慮進(jìn)去時，擴(kuò)展模式可能改變。如圖14.3和14.4所示，第一級 產(chǎn)生的水力壓裂裂縫1431.1對于各種情況都是相同的。第二級1431.2擴(kuò)展模式可能受第一 級的應(yīng)力陰影以及新的DFN (包括級1的HFN 14 31 . 1)的影響，導(dǎo)致擴(kuò)展模式變化成HFN 1431.2' AFN1431. Γ可以開始跟隨在級1產(chǎn)生的HFN 1431.1同時兩者相互依賴。第三級 1431.3可以跟隨在第二級處理1431.2、1431.2'產(chǎn)生的水力壓裂，并且由于如1431.3與 1431.3'的對比所指示的級2的應(yīng)力陰影效應(yīng)而不會擴(kuò)展很遠(yuǎn)。當(dāng)級4(1431.4)可能時，其可 能趨于從級3轉(zhuǎn)向離開，但是當(dāng)其與前級的HFN 1431.3'相遇時可能跟隨前級的HFN 1431.3'并且被描繪為圖14.4中的HFN 1431.4'。
[0165] 提出一種用于計算復(fù)雜水力壓裂網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)力陰影的方法。該方法可包括具有對 有限裂縫高度進(jìn)行修正的增強(qiáng)2D或3D位移不連續(xù)法。該方法可以用于估算復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中 不同裂縫分支之間的相互作用以用于解決基本的3D裂縫問題。這種應(yīng)力陰影計算可以結(jié)合 到UFM-一一種復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中。兩條裂縫的簡單情況的結(jié)果顯示裂縫彼此之間既可能吸 引也可能排斥，取決于它們初始的相對位置，并且可以與獨立的2D非平面水力壓裂模型相 媲美。
[0166] 水平井的多條平行裂縫的模擬可以用于確認(rèn)兩條最外邊的裂縫可更加顯著，而由 于應(yīng)力陰影效應(yīng)，內(nèi)部的裂縫具有減小的裂縫長度和寬度的特性。這種特性還可能取決于 其他參數(shù)，例如射孔摩擦和裂縫間隔。當(dāng)裂縫間隔大于裂縫高度時，應(yīng)力陰影效應(yīng)可能消散 并且在多條裂縫之間具有不明顯的差別。當(dāng)射孔摩擦大時，可以提供足夠的離向以在射孔 簇之間均勻地分配流量，并且盡管有應(yīng)力陰影效應(yīng)，裂縫尺寸仍然可以變得大致相同。
[0167] 當(dāng)創(chuàng)建復(fù)雜裂縫時，如果地層具有小的應(yīng)力各向異性，裂縫相互作用可能導(dǎo)致裂 縫發(fā)生顯著的離向，它們趨向于彼此排斥。另一方面，對于大的應(yīng)力各向異性，可能具有有 限的裂縫離向，其中，應(yīng)力各向異性抵消由于應(yīng)力陰影產(chǎn)生的裂縫轉(zhuǎn)向效應(yīng)，并且裂縫被迫 使向著最大應(yīng)力的方向前進(jìn)。不考慮裂縫離向的量，應(yīng)力陰影對裂縫寬度可具有影響，其可 能影響分配到多個射孔簇中的注入速率，以及整個裂縫網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域和支撐劑放置。
[0168] 圖15為描繪在井場執(zhí)行壓裂操作的方法1500的流程圖，井場例如是圖1.1的井場 100。井場地下地層周圍設(shè)置，地層具有貫穿它的井眼和位于其中的裂縫網(wǎng)絡(luò)。裂縫網(wǎng)絡(luò)具 有如圖1.1和1.2所示的天然裂縫。該方法（1500)可以包括（1580)通過將具有支撐劑的注入 流體注入裂縫網(wǎng)絡(luò)以形成水力壓裂網(wǎng)絡(luò)來增產(chǎn)所述井場而執(zhí)行增產(chǎn)操作。在某些情況下， 這種增產(chǎn)可以在井場或通過模擬進(jìn)行。
[0169] 該方法包括（1582)獲得井場數(shù)據(jù)和地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型。井場數(shù)據(jù)可以包括 對模擬有用的關(guān)于井場的任何數(shù)據(jù)，例如天然裂縫的天然裂縫參數(shù)、裂縫網(wǎng)絡(luò)的圖像等等。 天然裂縫參數(shù)例如可以包括密度定向、分布以及力學(xué)特性(例如摩擦系數(shù)、粘結(jié)力、裂縫韌 度等等）。裂縫參數(shù)可以通過對井眼成像記錄直接觀察獲得、通過3D微地震估算、螞蟻追蹤、 聲波各向異性、地質(zhì)層曲率、微地震事件或圖像等等獲得。獲得裂縫參數(shù)的技術(shù)的例子在 PCT/US2012/48871和US2008/0183451中給出，它們的全部內(nèi)容在此通過參引方式被包含于 此。
[0170] 圖像例如可以通過觀察井眼成像記錄、通過井眼測量結(jié)果估計裂縫尺寸、獲得微 地震圖像和/或類似方法來獲得。裂縫尺寸可以通過評估地震測量、螞蟻追蹤、聲波測量、地 質(zhì)測量和/或類似方法估測。其他井場數(shù)據(jù)還可以通過各種來源(例如井場測量、歷史數(shù)據(jù)、 假設(shè))等生成。這種數(shù)據(jù)例如可以包括完井?dāng)?shù)據(jù)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、巖石物性數(shù)據(jù)、地質(zhì)力學(xué)數(shù) 據(jù)、測井測量數(shù)據(jù)和其它形式的數(shù)據(jù)。地球力學(xué)模型可以通過使用傳統(tǒng)技術(shù)獲得。
[0171] 該方法（1500)還包括（1584)生成隨著時間變化的水力壓裂裂縫生長模式，例如在 增產(chǎn)操作過程中。圖16.1-16.4描繪了一種生成水力壓裂裂縫生長模式的例子（1584)。如圖 16.1所示，在其初始狀態(tài)，具有天然裂縫1623的裂縫網(wǎng)絡(luò)1606.1圍繞地下地層1602設(shè)置，地 下地層1602具有貫穿它的井眼1604。隨著支撐劑從井眼1604被注入到地下地層1602,來自 支撐劑的壓力產(chǎn)生圍繞井眼1604的水力壓裂裂縫1691。該水力壓裂裂縫1691沿著LjPL 2延 伸進(jìn)入地下地層（圖16.2)，并且隨著時間變化遇到裂縫網(wǎng)絡(luò)1606.1中的其它裂縫，如圖 16.2-16.3所示。與其它裂縫接觸的點為交叉點1625。
[0172] 該生成（1584)可以包括（1586)使水力壓裂裂縫從井眼延伸并且進(jìn)入地下地層的 裂縫網(wǎng)絡(luò)以形成包括天然裂縫和水力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)，如圖16.2所示。裂縫生長 模式基于天然裂縫參數(shù)和地下地層上的最小應(yīng)力和最大應(yīng)力。該生成還包括：（1588)確定 水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù)(例如，壓力P、寬度w、流率q等）；（1590)確定支撐劑通過水力 壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及（1592)例如通過所確定的水力壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和 地質(zhì)力學(xué)模型來確定水力壓裂的裂縫尺寸(例如，高度）。水力壓裂參數(shù)可以在所述延伸之 后確定。該確定(1592)還可以通過支撐劑傳輸參數(shù)、井場參數(shù)和其它參數(shù)進(jìn)行。
[0173] 該生成（1584)可包括基于例如在Koutsabeloulis 和 Zhang，3DReservoir Geomechanics Modeling in Oil/Gas Field Production,2009年5月9-11 日在沙特阿拉伯 的阿爾科巴爾市舉辦的薩特阿拉伯地區(qū)的技術(shù)研討會和展覽上提供的論文SPE 126095， 2009SPE中描述的地質(zhì)力學(xué)模型對巖石特性進(jìn)行建模。該生成還可包括通過使用作為諸如 UFM的輸入建模軟件的井場數(shù)據(jù)、裂縫參數(shù)和/或圖像建立壓裂操作的模型，以在裂縫網(wǎng)絡(luò) 中生成連續(xù)的誘導(dǎo)水力壓裂裂縫圖像。
[0174] 該方法（1500)還包括：（1594)在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影以確定水力壓裂裂 縫之間（或與其它裂縫)之間的應(yīng)力干涉，和（1598)基于應(yīng)力投影和/或所確定的水力壓裂 裂縫之間的應(yīng)力干涉而重復(fù)該生成（1584)?？梢詧?zhí)行該重復(fù)以考慮可影響裂縫生長的裂縫 干涉。應(yīng)力投影可包括執(zhí)行例如用于每條水力壓裂裂縫的2D或3D DDM以及隨著時間更新裂 縫生長模式。裂縫生長模式可以根據(jù)應(yīng)力投影垂直于局部主應(yīng)力方向擴(kuò)展。裂縫生長模式 可包括天然和水力壓裂裂縫對裂縫網(wǎng)絡(luò)的影響(見圖16.3)。
[0175] 可以對井場的多個井眼執(zhí)行應(yīng)力投影。各個井眼的應(yīng)力投影可以被組合以確定裂 縫的相互作用，如從每個井眼所確定的那樣。該生成對為多個井眼中的一個或多個所執(zhí)行 的每個應(yīng)力投影都可以重復(fù)。該生成對從多個井眼提供的增產(chǎn)所執(zhí)行的應(yīng)力投影也可以重 復(fù)。還可以以各種數(shù)據(jù)組合在相同的井眼上執(zhí)行多種模擬，并且如期望地進(jìn)行比較。歷史數(shù) 據(jù)或其它數(shù)據(jù)也可以被輸入到該生成中，以為最終結(jié)果中的考慮提供多個信息源。
[0176] 該方法還包括：（1596)如果水力壓裂裂縫遇到另一條裂縫，則確定在水力壓裂裂 縫和遇到的裂縫之間的交叉特性，和（1598)如果水力壓裂裂縫遇到一條裂縫，則基于交叉 特性重復(fù)該生成（1584)(例如參見圖16.3)。交叉特性例如可以使用?〇71^2012/059774的 技術(shù)確定，其全部內(nèi)容在此被整體包含于此。
[0177] 確定交叉特性可包括執(zhí)行應(yīng)力投影。當(dāng)水力壓裂裂縫遇到裂縫時，根據(jù)井下條件， 裂縫生長模式可不變或發(fā)生改變。當(dāng)壓裂壓力大于作用在遇到的裂縫上的應(yīng)力時，裂縫生 長模式可沿著遇到的裂縫擴(kuò)展。該裂縫生長模式可沿著遇到的裂縫持續(xù)擴(kuò)展直到到達(dá)天然 裂縫的端部。該裂縫生長模式在天然裂縫的端部可改變方向，且裂縫生長模式在天然裂縫 的端部上沿垂直于最小應(yīng)力的方向延伸，如圖16.4所示。如圖16.4所示，水力壓裂裂縫依據(jù) 局部應(yīng)力σ#Ρσ 2在新的路徑1627上延伸。
[0178] 可選地，該方法（1500)還可包括（1599)驗證裂縫生長模式。該驗證可通過將得到 的生長模式與其它數(shù)據(jù)、例如如圖7.1和7.2所示的微地震圖像進(jìn)行對比而實現(xiàn)。
[0179] 該方法可以以任意的順序執(zhí)行并且按照期望進(jìn)行重復(fù)。例如，生成步驟（1584)-(1599)可以隨時間重復(fù)，例如通過隨著裂縫網(wǎng)絡(luò)變化而進(jìn)行迭代?？梢詧?zhí)行該生成（1584) 以更新在該生成過程中執(zhí)行的迭代模擬來考慮多個裂縫的相互作用和影響，因為裂縫網(wǎng)絡(luò) 隨著時間而被激發(fā)。
[0180] 該方法1500可以被用于具有射孔和裂縫(例如如圖8所示的裂縫811.1-811.3)的 各種井場條件。在圖8的例子中，裂縫811.1-811.3可定位于地層中大約相同的深度處。在一 些情況下，裂縫可在不同的深度處，例如如圖18-20所示。
[0181] 圖18-20示出了平行的橫斷裂縫1811.1、1811.2的各種示例性示意圖1800、1900、 2000,所述平行的橫斷裂縫1811.1、1811.2分別從圍繞地層1802中的傾斜井眼1804的多個 射孔簇1815.1、1815.2同時地擴(kuò)展。每個裂縫1811.1、1811.2沿著地層1802分別在不同的深 度 D1-D6 處橫貫地層 1817.1、1817.2、1817.3、1817.4、1817.5、1817.6。地層 1802 可具有各種 組成的一個或多個地層，例如頁巖、砂、巖石等。該地層1802具有總體應(yīng)力of，并且每個地層 1817.1-1817.6分別具有相應(yīng)的應(yīng)力of l-of6。
[0182] 圖18和19可以使用如上所述的應(yīng)力投影產(chǎn)生。在圖18的例子中，裂縫1811.1延伸 通過地層1817.2-1817.4,而裂縫1811.2延伸通過地層1817.3-1817.5。在圖19的例子中，裂 縫1811.2'延伸通過地層1817.2-1817.5。如圖19所示，裂縫可以具有給定的垂直長度并延 伸給定的距離通過一個或多個地層，并從其接收相應(yīng)的應(yīng)力效應(yīng)。
[0183] 在圖19的例子中，裂縫1811.1、1811.2'是在不考慮壓力投影的影響時得到的。在 這種情況下，裂縫1811.1和1811.2'的高度生長受圍繞裂縫的相應(yīng)地層的應(yīng)力時的垂直原 處應(yīng)力分布的影響。裂縫1811.1具有在射孔簇1815.1上方的垂直長度L1，和射孔簇1815.1 下方的垂直長度L2。裂縫1811.2 '具有在射孔簇1815.2上方的垂直長度L3，和射孔簇1815.2 下方的垂直長度L4。
[0184] 圖20可以通過如上所述的使用3D DDM的應(yīng)力投影產(chǎn)生。在圖20的例子中，裂縫 1811. Γ延伸通過地層1817.1-1817.4,而裂縫1811.2"延伸通過地層1817.3-1817.6。圖20 示出了一旦考慮了垂直應(yīng)力投影的影響時圖19的裂縫的截面圖。裂縫1811.1更多向上生 長，裂縫1811.2由于應(yīng)力投影的影響而更多向下生長。
[0185] 在這種情況下，該裂縫的高度生長受垂直原處應(yīng)力分布加上相鄰裂縫的應(yīng)力陰影 的影響。裂縫1811. Γ在射孔簇1815.1上方具有延長的垂直長度L1'并在射孔簇1815.1下方 具有減小的垂直長度L2'。裂縫1811.2"在射孔簇1815.2上方具有減小的垂直長度L3'并在 射孔簇1815.2下方具有延長的垂直長度L4'。圖20中所示的生長反映出由于裂縫間的相互 作用產(chǎn)生的離向生長，如圖18中的箭頭示意性的描繪。
[0186] 如圖19-20,其中裂縫在不同的深度并受到不同的應(yīng)力，裂縫的高度生長可以隨著 相對裂縫高度而變化。裂縫是從不同的地層起裂的，并且由于垂直應(yīng)力投影效應(yīng)，相鄰裂縫 的存在可以幫助避免一個裂縫生長到被另一個裂縫所占據(jù)的地層中。
[0187] 本文所述的壓力投影可以考慮相同或不同深度的裂縫之間的相互作用。例如在圖 8中，中間裂縫可能由其任一側(cè)的裂縫壓縮并如參考圖10所描述的變得更小和更窄。本文提 供的UFM模型可以用于描述這些相互作用。在另一實例中，如圖18-20所示，兩個裂縫可以彼 此相互壓縮，并將裂縫分開。在這個例子中，裂縫1811.1向上延伸，并且在右側(cè)的裂縫由于 井眼的傾斜而向下生長。
[0188] 圖21示出方法2100的另一個版本，其可考慮在不同深度的裂縫的影響。該方法 2100可以考慮無論在相同或不同深度處的水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干涉，來評估每個裂縫 的高度生長。該方法2100可以用于在具有如所示(例如在圖18-20)的具有圍繞其的裂縫網(wǎng) 絡(luò)的井眼的井場執(zhí)行壓裂操作。在這個版本中，該方法2100可以根據(jù)先前參考圖15所描述 的方法1500的一部分或全部來執(zhí)行，但具有額外的應(yīng)力投影2195、修改的確定1596'、和修 改的重復(fù)1598'。
[0189] 可以基于水力壓裂裂縫的垂直生長來執(zhí)行額外的應(yīng)力投影2195,以考慮在不同深 度的水力壓裂裂縫的影響。當(dāng)裂縫在不同深度(例如參見圖18-20)時，額外的應(yīng)力投影2195 可以使用3D DDM來執(zhí)行。該額外的應(yīng)力投影2195可以在執(zhí)行1594之后并在修改的確定 1596'之前執(zhí)行。在一些情況下，額外的應(yīng)力投影2195可以與執(zhí)行應(yīng)力投影1594同時執(zhí)行。 例如，在所述執(zhí)行1594是使用3D DDM完成時，可以在沒有額外的應(yīng)力投影2195的情況下考 慮深度。在一些情況下時，執(zhí)行1594可以使用另外的技術(shù)完成，例如2D DDM，并使用3D DDM 在有額外的應(yīng)力投影2195的情況下考慮裂縫的深度。3D DDM可以考慮相鄰裂縫和相關(guān)的垂 直應(yīng)力的影響，并產(chǎn)生調(diào)整后的垂直生長和/或長度。
[0190] 確定1596'和重復(fù)1598'可以被修改以考慮額外的應(yīng)力投影2195(如果已執(zhí)行）。修 改的確定1596'包括，根據(jù)所述執(zhí)行1594和額外的應(yīng)力投影2195來確定水力壓裂裂縫和所 遇到的裂縫之間的交叉特性。修改的重復(fù)1598'包括基于1594確定應(yīng)力干涉、2195額外的應(yīng) 力投影以及1596'確定交叉特性來重復(fù)所述裂縫生長模式。
[0191] 額外的調(diào)節(jié)2197可以基于應(yīng)力投影1594和/或2195執(zhí)行。例如，通過在注入期間 (或壓裂期間）調(diào)節(jié)至少一個增產(chǎn)參數(shù)，例如栗送壓力，流體粘性等，可以偏移裂縫生長。裂 縫生長可以使用針對調(diào)節(jié)的栗送參數(shù)修改的UFM模型來模擬。
[0192] 該方法的一個或多個部分，基于1594-1599的一部分或全部可以重復(fù)例如執(zhí)行增 產(chǎn)操作1580。例如，基于應(yīng)力投影1594和/或2195,和/或所得的裂縫生長，所述增產(chǎn)可以被 調(diào)節(jié)以獲得所需的裂縫生長(例如參見圖20)。所述增產(chǎn)可以被修改，例如，通過調(diào)節(jié)栗送壓 力、流體粘性和/或其它注入?yún)?shù)，以獲得所需的井場操作和/或所需的裂縫生長。
[0193] 圖15和/或21的方法的一部分或全部的各種組合可以以各種順序執(zhí)行。
[0194]
[0195] 盡管本公開已經(jīng)參照示例性實施例和其執(zhí)行方式進(jìn)行了描述，但是本公開不限于 或者不限定于這些示例性實施例和/或執(zhí)行方式。相反，本公開的系統(tǒng)和方法容許在不脫離 本公開的精神或范圍的情況下的各種修改、變化和/或增強(qiáng)。因此，本公開明顯地將全部的 這些修改、變化和增強(qiáng)包括在其范圍之內(nèi)。
[0196] 應(yīng)該注意到在任何這種實際實施例或者多種執(zhí)行方式的研發(fā)中，可以做出具體的 判定以實現(xiàn)研發(fā)者的具體目標(biāo)，例如符合系統(tǒng)相關(guān)且商業(yè)關(guān)聯(lián)的要求，其將在一種執(zhí)行方 式到另一種之間變化。此外，應(yīng)當(dāng)意識到這種研發(fā)努力可能是復(fù)雜并且耗時的，但是對于享 有本公開的利益的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是常規(guī)的工作。此外，這里使用/公開的實施 例還包括引用之外的一些要素。
[0197] 在該說明書中，每個數(shù)值都應(yīng)當(dāng)以被術(shù)語"大約"修飾來讀一次（除非已經(jīng)明顯地 如此修飾），然后按沒有如此修飾地再次讀，除非在上下文中另有說明。同樣，在本說明書 中，應(yīng)該理解的是，被列出或描述成有用的、合適的任何范圍或類似物意味著位于該范圍之 內(nèi)的任何和每個值、包括端點都被認(rèn)為是已經(jīng)作出了聲明。例如，"從1到10的范圍"被理解 為表示沿著大約1和大約10之間的連續(xù)區(qū)間的可能的數(shù)。因此，即使位于范圍內(nèi)的具體數(shù)據(jù) 點，或者甚至在范圍內(nèi)沒有數(shù)據(jù)點，都是明確確定的或者僅指代一些具體的點，可以理解為
【發(fā)明人】意識和理解到該范圍內(nèi)的任何和全部數(shù)據(jù)點都被認(rèn)為是具體指明，并且
【發(fā)明人】掌握 整個范圍以及位于該范圍內(nèi)的全部點的知識。
[0198] 本文做出的說明僅僅提供與本公開相關(guān)的信息并且不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)，并且可以描 述說明本發(fā)明的一些實施例。本文引用的全部參考文件通過參引方式整體被納入到當(dāng)前的 申請中。
[0199] 盡管上面已經(jīng)詳細(xì)描述了少量示例性實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地意識到 示例性實施例可以進(jìn)行許多修改而不會實質(zhì)上脫離執(zhí)行井眼增產(chǎn)操作的系統(tǒng)和方法。因 此，全部的這些改變都是被包括在如后面的權(quán)利要求限定的本公開的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求 書中，功能性限定表述用于覆蓋這里描述的執(zhí)行列舉的功能的結(jié)構(gòu)并且不僅僅是結(jié)構(gòu)性等 價物，而且還是等價性結(jié)構(gòu)。因此，盡管釘子和螺絲可能不是結(jié)構(gòu)性等價物，因為釘子采用 柱面將木質(zhì)部件固定到一起，而螺絲采用螺旋面，但是在固定木質(zhì)部件的條件下，釘子和螺 絲可以是等價性結(jié)構(gòu)。本申請的明確目的在于不援引35U.S.C.§112第6段對這里的權(quán)利要 求作任何限定，除非在權(quán)利要求中明確地將詞語"用于…的裝置"和相關(guān)的功能一起使用。
【主權(quán)項】
1. 一種在井場執(zhí)行壓裂操作的方法，井場位于地下地層附近，井眼貫穿地下地層，裂縫 網(wǎng)絡(luò)位于地下地層中，所述裂縫網(wǎng)絡(luò)包括天然裂縫，井場通過將具有支撐劑的注入流體注 入到裂縫網(wǎng)絡(luò)中而被增產(chǎn)，所述方法包括： 獲得包括天然裂縫的天然裂縫參數(shù)的井場數(shù)據(jù)以及獲得地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型； 生成裂縫網(wǎng)絡(luò)的隨著時間變化的水力壓裂裂縫生長模式，所述生成包括： 使水力壓裂裂縫從井眼延伸并進(jìn)入地下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成包括天然裂縫和水 力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)； 在所述延伸之后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù)； 確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及 從所確定的水力壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型確定水力壓裂裂縫的裂 縫尺寸；以及 在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影，以確定不同深度處的水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干 涉；以及 基于所確定的應(yīng)力干涉重復(fù)所述生成。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行應(yīng)力投影包括執(zhí)行三維位移不連續(xù)方法。3·如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行應(yīng)力投影包括:執(zhí)行第一應(yīng)力投影以確定水力 壓裂裂縫之間的干涉以及執(zhí)行第二應(yīng)力投影以確定不同深度處的水力壓裂裂縫之間的干 涉。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行應(yīng)力投影包括:執(zhí)行二維位移不連續(xù)方法并且 執(zhí)行三維位移不連續(xù)方法。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括：如果所述水力壓裂裂縫遇到另一個裂縫，則確定 在所遇到的另一個裂縫處的交叉特性，其中，所述重復(fù)包括基于所確定的應(yīng)力干涉和交叉 特性重復(fù)所述生成。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，水力壓裂裂縫生長模式是不被所述交叉特性改變和 被所述交叉特性改變中的一種。7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的壓裂壓力比作用在遇到的裂縫上的 應(yīng)力更大，所述裂縫生長模式沿著遇到的裂縫擴(kuò)展。8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述裂縫生長模式沿著遇到的裂縫持續(xù)擴(kuò)展，直到 達(dá)到天然裂縫的端部。9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述裂縫生長模式在天然裂縫的端部改變方向，裂 縫生長模式在天然裂縫的端部處沿垂直于最小應(yīng)力的方向延伸。10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述裂縫生長模式根據(jù)應(yīng)力投影垂直于局部主應(yīng) 力擴(kuò)展。11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述應(yīng)力投影包括對每個水力壓裂裂縫執(zhí)行位移 不連續(xù)法。12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，應(yīng)力投影包括圍繞井場的多個井眼執(zhí)行應(yīng)力投影 并且使用在所述多個井眼上執(zhí)行的應(yīng)力投影而重復(fù)所述生成。13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述應(yīng)力投影包括在井眼中以多個增產(chǎn)級執(zhí)行應(yīng) 力投影。14. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括:通過將裂縫生長模式與裂縫網(wǎng)絡(luò)的增產(chǎn)的至少 一種模擬進(jìn)行對比來驗證裂縫生長模式。15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述延伸包括:基于天然裂縫參數(shù)和地下地層上的 最小應(yīng)力和最大應(yīng)力使水力壓裂裂縫沿著水力壓裂裂縫生長模式延伸。16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定裂縫尺寸包括:評估地震測量、螞蟻追蹤、聲波 測量、地質(zhì)測量及它們的組合中的一種。17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述井場數(shù)據(jù)還包括:地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)、巖石物理數(shù)據(jù)、 地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)、測井測量數(shù)據(jù)、完井?dāng)?shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及它們的組合中的至少一種。18. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述天然裂縫參數(shù)通過觀測井眼成像記錄、從井眼 測量估算裂縫尺寸、獲得微地震圖像及它們的組合中之一而生成。19. 一種在井場執(zhí)行壓裂操作的方法，井場位于地下地層附近，井眼貫穿地下地層，裂 縫網(wǎng)絡(luò)位于地下地層中，所述裂縫網(wǎng)絡(luò)包括天然裂縫，井場通過將具有支撐劑的注入流體 注入到裂縫網(wǎng)絡(luò)中而被增產(chǎn)，所述方法包括： 獲得包括天然裂縫的天然裂縫參數(shù)的井場數(shù)據(jù)以及獲得地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型； 生成裂縫網(wǎng)絡(luò)的隨著時間變化的水力壓裂裂縫生長模式，所述生成包括： 使水力壓裂裂縫從井眼延伸并進(jìn)入地下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成包括天然裂縫和水 力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)； 在所述延伸之后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù)； 確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及 從所確定的水力壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型確定水力壓裂裂縫的裂 縫尺寸；以及 在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影，以確定水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干涉； 在水力壓裂裂縫上執(zhí)行額外的應(yīng)力投影，以確定不同深度處的水力壓裂裂縫之間的應(yīng) 力干涉； 如果水力壓裂裂縫遇到另一個裂縫，則基于所確定的應(yīng)力干涉確定水力壓裂裂縫和遇 到的裂縫之間的交叉特性；以及 基于所確定的應(yīng)力干涉和交叉特性重復(fù)所述生成。20. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括驗證裂縫生長模式。21. -種在井場執(zhí)行壓裂操作的方法，井場位于地下地層附近，井眼貫穿地下地層，裂 縫網(wǎng)絡(luò)位于地下地層中，所述裂縫網(wǎng)絡(luò)包括天然裂縫，所述方法包括： 通過將具有支撐劑的注入流體注入到裂縫網(wǎng)絡(luò)中而增產(chǎn)井場； 獲得包括天然裂縫的天然裂縫參數(shù)的井場數(shù)據(jù)以及獲得地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型； 生成裂縫網(wǎng)絡(luò)的隨著時間變化的水力壓裂裂縫生長模式，所述生成包括： 使水力壓裂裂縫從井眼延伸并進(jìn)入地下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)中，以形成包括天然裂縫和水 力壓裂裂縫的水力壓裂網(wǎng)絡(luò)； 在所述延伸之后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數(shù)； 確定支撐劑通過水力壓裂網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)；以及 從所確定的水力壓裂參數(shù)、所確定的傳輸參數(shù)和地質(zhì)力學(xué)模型確定水力壓裂裂縫的裂 縫尺寸；以及 在水力壓裂裂縫上執(zhí)行應(yīng)力投影，以確定不同深度處的水力壓裂裂縫之間的應(yīng)力干 涉；以及 基于所確定的應(yīng)力干涉重復(fù)所述生成；以及 基于所述應(yīng)力投影調(diào)節(jié)所述增產(chǎn)。22. 如權(quán)利要求20所述的方法，還包括:驗證所述水力壓裂裂縫生長模式。23. 如權(quán)利要求20所述的方法，還包括:如果水力壓裂裂縫遇到另一個裂縫，則確定水 力壓裂裂縫和遇到的另一個裂縫之間的交叉特性，其中，所述重復(fù)包括基于所確定的應(yīng)力 干涉和交叉特性重復(fù)所述生成。24. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)包括:改變包括栗送速率和流體粘性的 至少一個增產(chǎn)參數(shù)。
【文檔編號】E21B43/26GK105874158SQ201480072188
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年11月6日
【發(fā)明人】X·翁, O·克雷斯
【申請人】普拉德研究及開發(fā)股份有限公司