СПОСОБ ПРИВЯЗКИ ГЕОМЕТРИИ ГИДРОРАЗРЫВА К МИКРОСЕЙСМИЧЕСКИМ СОБЫТИЯМ
METHOD OF TYING GEOMETRY OF HYDRAULIC FRACTURING TO MICROSEISMIC EVENTS

Уровень техники
[0001] Настоящее описание относится в целом к способам и системам для выполнения операций на буровой площадке. Данное описание относится, в частности, к способам и системам для выполнения операции гидроразрыва, таким как исследование подземных пластов и определение характеристик сетей гидроразрывов в подземном пласте.
[0002] С целью повышения добычи углеводородов из нефтегазовых скважин возможно применение гидроразрыва подземных пластов, окружающих такие скважины. Гидроразрыв пласта может использоваться для создания трещин в подземных пластах для обеспечения притока нефти и газа в скважину. Пласт разрывается посредством закачки специально подготовленной текучей (называемой как «текучая среда гидроразрыва» или «состав для гидроразрыва») под высоким давлением и при высоком расходе в пласт через один или несколько стволов скважины. Трещины гидроразрыва пласта могут уходить от ствола скважины на сотни футов в двух противоположных направлениях соответственно естественным напряжениям в пределах пласта. При определенных обстоятельствах, они могут образовывать сложную сеть трещин. Сложные сети трещин могут включать в себя искусственно образованные трещины гидроразрыва и естественные трещины, которые могут пересекаться или нет, вдоль множественных азимутов, во многих плоскостях и направлениях, и во многих областях.
[0003] Существующие способы и системы мониторинга трещин гидроразрыва пласта могут определять координаты возникновения и величину трещин. Некоторые способы и системы микросейсмического мониторинга могут обрабатывать данные о местоположении сейсмических волн посредством отображения времени вступления сейсмической волны и информации о поляризации в трехмерном пространстве путем использования смоделированного времени вступления и/или лучей траектории. Данные способы и системы могут использоваться для прогнозирования распространения трещин гидроразрыва пласта с течением времени.
[0004] Схемы трещин гидроразрыва трещин гидроразрыва пласта, созданные посредством стимулирования трещин, могут быть сложными и образовывать сеть в соответствии с распределением соответствующих микросейсмических событий. Для представления созданных трещин гидроразрыва пласта разработаны сложные сети трещин гидроразрыва пласта. Примеры способов гидроразрыва пласта представлены в Патентах/Заявках на патент США №№ 6101447, 7363162, 7788074, 20080133186, 20100138196 и 20100250215.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] По меньшей мере согласно одному аспекту настоящее описание относится к способам выполнения гидроразрыва пласта на буровой площадке. Буровая площадка располагается около подземного пласта со стволом скважины и сетью трещин в нем. Сеть трещин имеет естественные трещины. Приток в скважину может интенсифицироваться закачкой нагнетаемой текучей среды с пропантом в сеть трещин. Способ заключается в получении данных буровой площадки, составляющих параметры естественных трещин и получении механической модели геологической среды подземного пласта и создании схемы развития трещин гидроразрыва по сети трещин с течением времени. Создание схемы включает в себя распространение трещин гидроразрыва от ствола скважины до сети трещин подземного пласта для получения сети трещин гидроразрыва, включая естественные трещины и трещины гидроразрыва пласта, определение параметров гидроразрыва после развития трещин, определение параметров транспорта для прохождения пропанта через сеть трещин гидроразрыва, и определение габаритных размеров трещин при гидроразрыве из определенных параметров гидроразрыва, определенных параметров транспорта и механической модели геологической среды. Способ также включает в себя выполнение затенения напряжения по трещинам после гидроразрыва для определения взаимного влияния напряжения между трещинами гидроразрыва и повторением генерирования на основании определенного взаимного влияния напряжения.
[0006] Если трещина после гидроразрыва пласта сталкивается с естественной трещиноватостью, то способ может также включать в себя определение схемы пересечения между трещинами гидроразрыва и встречающимися трещинами на основании определенного взаимного влияния напряжения, а повторение может включать в себя повторение генерирования на основании определенного взаимного влияния напряжения и схемы пересечения. Способ может также включать в себя интенсификацию притока в скважину посредством закачки нагнетаемой текучей среды с пропантом в сеть трещин.
[0007] Способ может также включать в себя, если трещина после гидроразрыва сталкивается с естественной трещиноватостью, определение схемы пересечения при возникшей естественной трещиноватости. В этом случае, повторение заключается в повторении генерирования на основании определенного взаимного влияния напряжения и схемы пересечения. Схема развития трещин может изменяться или не изменяться схемой пересечения. Давление гидроразрыва в сети трещин гидроразрыва пласта может быть большим, чем напряжение, воздействующее на появляющиеся трещины, а схема развития трещин может распространяться вдоль возникающей трещины. Схема развития трещин может продолжать распространяться вдоль возникшей трещины до окончания естественной трещиноватости. Схема развития трещин может изменять направление в конце естественной трещиноватости, и схема развития трещин может распространяться в направлении, перпендикулярном к минимальному напряжению в конце естественной трещиноватости. Схема развития трещин может распространяться перпендикулярно к местному основному напряжению согласно затенению напряжения.
[0008] Затенение напряжения может включать в себя выполнение разрывного смещения по каждому из гидравлических разрывов. Затенение напряжения может включать в себя выполнение затенения напряжения по множественным стволам скважины на буровой площадке и повторение генерирования с использованием затенения напряжения, выполняемого на множественных стволах скважины. Затенение напряжения может включать в себя выполнение затенения напряжения на нескольких этапах интенсификации притока в стволе скважины.
[0009] Способ может также включать в себя проверку схемы развития трещин. Проверка может включать в себя сравнение схемы развития трещин по меньшей мере с одной моделью стимулирования сети трещин.
[0010] Распространение может также включать в себя распространение трещин гидроразрыва пласта вдоль схемы развития трещин на основании параметров естественной трещиноватости, а также минимального и максимального напряжения на подземном пласте. Определение габаритных размеров трещины может включать в себя одно из оценочных сейсмических измерений, а также траекторные, акустические измерения, геологические измерения, и их сочетание. Данные по скважине могут включать в себя по меньшей мере одно из геологических, петрофизических, геомеханических измерений в скважинах, статистические данные и сочетание этих измерений. Параметры естественной трещины могут генерироваться одним из: исследование скважинным сканером;, оценка габаритных размеров трещин на основании измерений ствола скважины, получение микросейсмических картин, и их сочетанием.
[0011] Согласно другому аспекту описание относится к способу выполнения гидроразрыва на буровой площадке, располагающейся возле подземного пласта со стволом скважины и сетью трещин в нем, с сетью трещин, составляющей естественную трещину, и буровой площадки интенсифицируемой посредством закачки нагнетаемой текучей среды с пропантом в сеть трещин. Способ включает в себя получение данных буровой площадки, составляющих параметры естественной трещины и получение механической модели геологической среды подземного пласта, формирование схемы развития гидроразрыва для сети трещин с течением времени, выполнение интерпретации микросейсмичности на гидроразрывах пласта для определения взаимного влияния напряжения между гидроразрывами, и повторение генерирования на основании определенного взаимного влияния напряжения. Создание схемы включает в себя распространение гидроразрыва от ствола скважины до сети трещин подземного пласта для получения сети гидроразрыва, составляющую естественную трещину и гидроразрыв пласта, определение параметров гидроразрыва после развития трещин, определение параметров транспорта для прохождения пропанта через сеть трещин гидроразрыва, и определение габаритных размеров трещин при гидроразрыве из определенных параметров гидроразрыва, определенных параметров транспорта и механической модели геологической среды.
[0012] Согласно другому аспекту в патенте предлагается способ выполнения гидроразрыва на буровой площадке, расположенной около подземного пласта и со стволом скважины и сетью трещин. Сеть трещин включает в себя естественные трещины, а приток в скважину интенсифицируется посредством закачки нагнетаемой текучей среды с пропантом в сеть трещин. Способ заключается в отработке данных буровой площадки, составляющих параметры естественной трещины и получении измерений микросейсмических событий подземного пласта, моделирование гидроразрывов системы трещин на основании данных буровой площадки и, определении геометрии гидроразрывов, создании поля напряжений гидроразрывов при помощи геомеханической модели на основании данных буровой площадки, определении параметров разрушения сдвига, составляющего огибающие зоны разрушения и состояние напряжения вокруг системы трещин, определении местоположения разрушения сдвига в системе трещин из огибающих зон разрушения и состояния напряжения, а также привязки геометрии гидроразрыва посредством сравнения смоделированных трещин гидроразрыва и местоположений разрушения сдвига с измеренными микросейсмическими событиями. Способ может также заключаться в измерении данных буровой площадки и микросейсмических событий на буровой площадке, корректировке параметров естественной трещины на основании привязки, выполнения операций по интенсификации притока, представляющей собой интенсификацию притока на буровой площадке посредством закачки нагнетаемой текучей среды в сеть трещин, и/или корректировки операций по интенсификации притока на основании привязки.
[0013] В данном разделе о сущности изобретения представляется отбор концепций, подробное описание которых представляется далее. Раздел о сущности изобретения не предназначен для определения ключевых или основных характеристик заявленного предмета, и не предназначен для использования в качестве средства, ограничивающего применение заявленного предмета.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Варианты реализации системы и способа для характеристики напряжений ствола скважины описаны с учетом следующих показателей. Аналогичные цифры используются во всех показателях для обозначения характеристик и компонентов.
[0015] Фиг. 1.1 - схематическое изображение объекта гидроразрыва пласта, с отображением операции гидроразрыва;
[0016] Фиг. 1.2 - схематическое изображение объекта гидроразрыва пласта с отображением микросейсмических событий на нем;
[0017] Фиг. 2 - схематическое изображение двухмерного разрыва;
[0018] Фиг. 3 - схематическое изображение эффекта затенения напряжения;
[0019] Фиг. 4 - схематическое изображение для сравнения двухмерного способа разрывных смещений (2D DDM) и способа Flac3D для двух параллельных прямых трещин;
[0020] Фиг. 5.1-5.3 - графики, отображающие способ 2D DDM и Flac3D расширенных трещин для напряжений в различных точках;
[0021] Фиг. 6.1-6.2 - графики, отображающие траектории распространения для двух изначально параллельных трещин в изотропных и анизотропных полях напряжения, соответственно;
[0022] Фиг. 7.1-7.2 - графики, отображающие траектории распространения для двух изначально перпендикулярных трещин в изотропных и анизотропных полях напряжения, соответственно;
[0023] Фиг. 8 - схематическое изображение поперечных параллельных трещин вдоль горизонтальной скважины;
[0024] Фиг. 9 - график, отображающий длину пяти параллельных трещин;
[0025] Фиг. 10 - схематическое представление геометрии модели нетрадиционного разрыва и ширины для параллельных трещин из Фигуры 9;
[0026] Фиг. 11.1-11.2 - схематические представления, отображающие геометрию трещин гидроразрыва в случае высокого перепада давления на перфорированной поверхности и в случае большого расстояния между параллельными трещинами, соответственно;
[0027] Фиг. 12 - график, отображающий микросейсмические данные;
[0028] Фиг. 13.1-13.4 - схематические представления, отображающие смоделированную сеть трещин, в сравнении с микросейсмическими измерениями для стадий 1-4, соответственно;
[0029] Фиг. 14.1-14.4 схематические представления, отображающие распределенную сеть трещин на различных стадиях;
[0030] Фиг. 15- блок-схема, отображающая способ выполнения гидроразрыва;
[0031] Фиг. 16.1-16.4 - схематические изображения, отображающие распространение трещин по стволу скважины в ходе гидроразрыва пласта;
[0032] Фиг. 17 - схематическое представление, отображающие напряжения, применяемые к гидравлическому разрыву;
[0033] Фиг. 18 - график, отображающий предельную прямую Мора-Кулона и круг Мора для среды горных пород;
[0034] Фиг. 19.1 и 19.2 - схематические представления, отображающие поперечную и горизонтальную проекцию, соответственно, напряжений, применяемых к гидравлическому разрыву;
[0035] Фиг. 20 - схематическая временная шкала, отображающая взаимодействие трещин гидроразрыва и естественных трещин с сейсмическими событиями;
[0036] Фиг. 21 - схематическое представление, отображающие развитие взаимодействия трещин гидроразрыва и естественных трещин;
[0037] Фиг. 22.1 и 22.2 - схематические представления, отображающие дискретную сеть трещин и сеть трещин со смоделированными гидравлическими разрывами пласта, соответственно;
[0038] Фиг. 23.1 и 23.2 - блок-схемы, отображающие способы выполнения гидроразрыва; и
[0039] Фиг. 24 - схематическое представление, отображающее плоскость трещин вдоль оси координат.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0040] Представленное далее описание охватывает образцы устройств, способов, техники и последовательности инструкций, которые реализуют методику изобретения. Тем не менее, при этом описанные варианты могут реализовываться без данных конкретных деталей.
I. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТИ
[0041] Для понимания подземных сетей трещин были разработаны модели. В моделях могут учитываться различные факторы и/или данные, но они не могут ограничиваться либо учетом количества перекачиваемой жидкости или механическими взаимодействиями между трещинами и нагнетаемой текучей средой и среди трещин. Модели с ограничениями могут предоставляться для обеспечения глубокого понимания задействованных механизмов, но могут быть сложными для математического предоставления и/или требовать ресурсов компьютерной обработки и времени с целью обеспечения точного моделирования распространения трещин после гидравлического разрыва. Модель с ограничениями может иметь конфигурацию для выполнения моделирования, учитывающего такие факторы, как взаимодействие между трещинами, с течением времени и при необходимых условиях.
[0042] Модель нетрадиционного разрыва (МНР) (или сложная модель) может использоваться для моделирования распространения сложной сети трещин в пласте с предварительно имеющимися естественными трещинами. Множественные ветви трещин могут распространяться одновременно и пересекаться друг с другом. Каждая открытая трещина может оказывать дополнительные напряжения на окружающие горные породы и смежные трещины, которые могут называться эффектом затенения напряжения. Затенение напряжения может привести к ограничению параметров трещин (например, ширины), что в свою очередь может привести, например, к большему риску выпадения пропанта. Затенение напряжения может также изменить траекторию распространения трещин и повлиять на схемы сетей трещин. Затенение напряжения может повлиять на моделирование взаимодействия трещин в сложной модели трещин.
[0043] Представлен способ для расчета затенения напряжения в сложной сети трещин гидроразрыва пласта. Способ может реализовываться на основании усиленного двухмерного способа разрывных смещений (2D DDM) с поправкой на определенную высоту трещины или трехмерного способа разрывных смещений (3D DDM). Рассчитываемое поле напряжения на основании способа 2D DDM можно сравнить с трехмерным численным моделированием (3D DDM или flac3D) ввиду определения приближенной поправки для проблемы трехмерной трещины. Данный расчет затенения напряжения может включаться в МНР. Результаты для наиболее простых случаев из двух трещин показывают, что трещины могут либо притягивать, либо исключать друг друга в зависимости, к примеру, от их изначального относительного положения, и могут сравниваться с независимой двухмерной неплоской моделью трещин гидроразрыва пласта.
[0044] Представлены дополнительные примеры как плоского, так и сложного распространения трещин из множественных кластеров перфорации, показывающие, что взаимодействие трещин может регулировать размеры трещин и диаграмму распространения. В пласте с небольшой анизотропией напряжения, взаимодействие трещин может приводить к резкому расхождению трещин, поскольку они могут иметь тенденцию к отталкиванию друг друга. Тем не менее, даже если анизотропия напряжения большая, а изменение направления трещины из-за взаимодействия трещин ограничено, затенение напряжения может оказывать сильное воздействие на ширину трещин, которая может влиять на распределение скорости закачки во множественные кластеры перфорации, и, соответственно, на общую геометрию сети трещин и размещение пропанта.
[0045] На фигурах 1.1 и 1.2 отображено распространение трещин гидроразрыва вокруг буровой площадки 100. На буровой площадке есть ствол 104 скважины, исходящий из устья 108 в позиции на поверхности скважины и до подземного пласта 102, указанного ниже. Сеть 106 трещин проходит около ствола 104 скважины. Насосная система 129 располагается по устью 108 скважины для подачи жидкости через насосно-компрессорные трубы 142.
[0046] Насосная система 129 отображается как управляемая полевым оператором 127 для фиксации данных по обслуживанию и эксплуатации и/или выполнения работ в соответствии с установленным графиком насосной эксплуатации. Насосная система 129 перекачивает жидкость из поверхности в ствол 104 скважины во время гидроразрыва пласта.
[0047] Насосная система 129 может включать в себя источник воды, такой как ряд емкостей 131 для воды, которые подают воду на гелевую гидратационную установку 133. Гелевая гидратационная установка 133 смешивает воду из резервуаров 131 с гелеобразующим веществом для получения геля. Затем гель направляется на смесительную установку 135, где он смешивается с пропантом из устройства 137 для переноса пропанта для получения жидкости гидроразрыва. Гелеобразующее вещество может использоваться для повышения вязкости жидкости гидроразрыва, и для обеспечения взвеси пропанта в жидкости гидроразрыва. Он также может выступать в качестве понизителя трения, чтобы обеспечить более высокие скорости нагнетания с меньшим фрикционным давлением.
[0048] Затем жидкость гидроразрыва перекачивается из смесительного устройства 135 в платформы для обработки 120 с плунжерными насосами, как показано сплошными линиями 143. Каждая платформа для обработки 120 принимает жидкость гидроразрыва при низком давлении и отправляет ее в общий коллектор 139 (который иногда называется ракетным тягачом или снарядом) при высоком давлении, как показано пунктирными линиями 141. Затем снаряд 139 направляет жидкость гидроразрыва из платформ 120 для обработки в ствол 104 скважины, как показано сплошной линией 115. Для подачи жидкости гидроразрыва с необходимой скоростью может использоваться одна и более платформ 120 для обработки.
[0049] Каждая платформа 120 для обработки может нормально функционировать при любой скорости подачи, достигающей максимального значения ее рабочей мощности. При эксплуатации платформ 120 для обработки на их рабочей мощности может учитываться возможность отказа одной платформы с увеличением скорости остальных для восполнения мощности отказавшего насоса. Для управления всей насосной системой 129 во время операций по гидроразрыву может использоваться автоматизированная система управления.
[0050] Для создания трещин могут использоваться различные жидкости, такие как традиционные жидкости для воздействия на пласт с пропантами. Для гидравлического разрыва пласта в скважинах со сланцевым газом могут также использоваться и другие жидкости, такие как вязкие гели, реагенты на водной основе (которые могут содержать понизитель трения (полимер). Такой реагент на водной основе может иметь форму легкоподвижной жидкости (например, почти с той же вязкостью, что и вода) и может использоваться для создания более сложных трещин, таких как множественные микросейсмические трещины, выявляемые в ходе мониторинга.
[0051] Как показано на фигурах 1.1 и 1.2, сеть трещин включает в себя трещины, расположенные в различных точках по стволу 104 скважины. Различные трещины могут быть естественными трещинами 144, присутствующими до закачки жидкостей, или трещинами 146 гидроразрыва пласта, образованными в пласте 102 в процессе закачки. На Фигуре 1.2 показана сеть 106трещин на основании микросейсмических событий 148, собранных при помощи традиционных средств.
[0052] Многоступенчатое моделирование может быть нормой для разработки нетрадиционной залежи. Тем не менее, препятствием при оптимизации вскрытия сланцевых залежей может оказаться недостаток моделей трещин гидроразрыва пласта, которые способны надлежащим образом смоделировать распространение сложных трещин, часто наблюдаемое в данных пластах. Разработана сложная модель сети трещин (или МНР) (см., например, Венг К., Крессе О, Ву Р. и Гу Х. Моделирование распространения гидроразрыва в пласте с естественной трещиноватостью (Weng, X., Kresse, О., Wu, R., and Gu, H, Modeling of Hydraulic Fracture Propagation in a Naturally Fractured Formation). Работа SPE 140253, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE, Вудлендс, Техас, США, 24-26 января (2011 г.) (далее - «Венг 2011»); Кресс О., Коэн К., Венг К., Ву Р. и Гу Х. (Kresse, О., Cohen, С, Weng, X, Wu, R., and Gu, H 2011) (далее - «Крессе 2011»). Численное моделирование гидроразрыва в пластах с естественной трещиноватостью (Numerical Modeling of Hydraulic Fracturing in Naturally Fractured Formations). 45-й Симпозиум США по механика/геомеханике горных пород, Сан-Франциско, Калифорния, 26-29 июня, полное содержание которых представлено здесь).
[0053] Существующие модели могут использоваться для моделирования распространения трещин, деформации горных пород, и потока жидкости в сложной сети трещин, созданных во время обработки. Модель может также использоваться для решения полностью связанной задачи потока жидкости в сети трещин и упругой деформации трещин, которые могут иметь аналогичные допущения и определяющие уравнения в качестве традиционных псевдотрехмерных моделей трещин. Уравнения переноса могут решаться по каждому компоненту перекачиваемых жидкостей и пропантов.
[0054] Традиционные модели ударных трещин могут моделировать различные аспекты сети трещин. Представленная МНР может также включать в себя способность моделировать взаимодействие трещин гидроразрыва с существующими естественными трещинами, т.е. определять, распространяется трещина после гидроразрыва пласта или задерживается естественной трещиной, когда они пересекаются, и впоследствии распространяется вдоль естественной трещины. Разветвление трещин гидроразрыва пласта при пересечении с естественной трещиноватостью может привести к развитию сложной сети трещин.
[0055] Модель пересечения можно найти в работе Реншо и Полларда {см., например, Реншо С.Э. и Поллард Д.Д. 1995, Критерий, проверяемый опытным путем, для распространения по несвязанным поверхностям трения в хрупких, линейно-упругих материалах. Международный журнал по механике горных пород и горному делу 32, 237-249 (Renshaw, С Е. and Pollard, D. D. 1995, An Experimentally Verified Criterion for Propagation across Unbounded Frictional Interfaces in Brittle, Linear Elastic Materials. Int. J. Rock Mech. Min. Sei. & Geomech. Abstr., 32: 237-249 (1995)), полное содержание которой представлено здесь), где указывается критерий поверхности пересечения, который применяется к любому углу пересечения, и данную модель можно разработать (см., например, Гу Х. и Венг К. Критерий для поверхностей трения при пересечении трещин под неортогональными углами. 44-й Симпозиум США по горным породам, Солт-Лейк-Сити, Юта, 27-30 июня 2010 г. (далее «Гу и Венг 2010) (Gu, H. and Weng, X. Criterion for Fractures Crossing Frictional Interfaces at Non-orthogonal Angles. 44th US Rock symposium, Salt Lake City, Utah, June 27-30, 2010), полное содержание которой представлено здесь виде ссылки) и проверить на основании экспериментальных данных (см., например, Гу Х., Венг К., Ланд Дж. Мэк М., Гангули Ю. и Суарез-Ривера Р. 2011 г. Пересечение трещин гидроразрыва пласта с естественными трещинами под неортогональными углами. Критерий, его проверка и применение (Gu, H, Weng, X, Lund, J., Mack, M., Ganguly, U and Suarez-Rivera R. 2011. Hydraulic Fracture Crossing Natural Fracture at Non-Orthogonal Angles, A Criterion, Its Validation and Applications.) Работа SPE 139984, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE, Вудлендс, Техас, США, 24-26 января (2011 г.) (далее - «Гу и др. 2011»), полное содержание которой представлено здесь), и реализовать в модели МНР.
[0056] Для надлежащего моделирования распространения множественных или сложных трещин, в модели трещин может учитываться взаимодействие между смежными ветвями трещин гидроразрыва пласта, которое часто называется эффектом «затенения напряжения». При раскрытии одиночной плоской трещины гидроразрыва пласта при конечной величине эффективного давления жидкости, она может создавать поле напряжения на окружающие горные породы, которое пропорционально эффективному давлению.
[0057] В предельном случае неограниченно длинной вертикальной трещины с постоянной определенной высотой может быть представлено аналитическое выражение поля напряжения по раскрытой трещине. См., например, Варпински Н.Ф. и Тойфель Л.В. Влияние геологической прерывистости на распространение трещин по гидроразрыву пласта. Журнал технологий нефтедобычи. Фев., 209-200 (1987 г.) (Warpinski, N.F. and Teufel, L. W., Influence of Geologic Discontinuities on Hydraulic Fracture Propagation, JPT, Feb., 209-220 (1987)) (далее - «Варпински и Тойфель») и Варпински Н.Р. и Бранаган П.Т. Образование трещин под воздействием измененного напряжения. Журнал технологий нефтедобычи. Сентябрь 1989 г. 990-997 (Warpinski, N.R., and Branagan, P.T., Altered-Stress Fracturing. SPE JPT, September, 1989, 990-997 (1989)), полное содержание которой представлено здесь виде ссылки. Эффективное давление (или точнее, давление, которое приводит к данному раскрытию трещины) может вызывать сжимающее напряжение в направлении, перпендикулярном к трещине в дополнение к минимальному напряжению в пласте, которое может быть равно эффективному давлению на поверхности трещины, но быстро уменьшается при удалении от трещины.
[0058] На расстоянии за пределами высоты одной трещины, напряжение, вызываемое выработкой, может составлять только малую часть эффективного давления. Таким образом, термин «затенение напряжения» может использоваться для описания данного увеличения напряжения в области, окружающей трещину. Если параллельно существующей раскрытой трещине образуется вторая трещина гидроразрыва, и если она приходится на «затенение напряжения» (т.е. расстояние к существующей трещине меньше, чем высота трещины), то вторая трещина может фактически столкнуться с напряжением, вызывающим смыкание трещины, которое больше, чем исходное напряжение в пласте. В результате, для распространения трещины может потребоваться более высокое давление, и/или же трещина может быть более узкой по сравнению с соответствующей одиночной трещиной.
[0059] Одно применение исследования затенения напряжения может включать в себя проектирование или оптимизацию расстояния между множественными трещинами, распространяющимися одновременно из горизонтального ствола скважины. В сланцевых пластах с ультранизкой проницаемостью, трещины могут располагаться близко друг к другу для эффективного дренирования коллектора. Тем не менее, эффект затенения напряжения может предотвращать распространение трещин в непосредственной близости к другим трещинам (см., например, Фишер М.К., Хайнце Дж.Р., Харрис Ц.Д., Дэвидсон Б.М., Райт К.А. и Данн К.П. Оптимизация технологий горизонтального вскрытия пласта в месторождении Барнетт при помощи микросейсмического картирования трещин. (Fisher, M.K., J.R. Heinze, CD. Harris, B.M. Davidson, C.A. Wright, and K.P. Dunn, Optimizing horizontal completion techniques in the Barnett Shale using microseismic fracture mapping). Работа SPE 90051, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Хьюстон, 26-29 сентября 2004 года, полное содержание которой представлено здесь в виде ссылки).
[0060] Препятствия между параллельными трещинами исследовались ранее (см., например, Варпински и Тойфель; Бритт Л.К. и Смит М.Б. Заканчивание горизонтальной скважины, оптимизация интенсификации притока и снижение рисков (Warpinski and Teufel; Britt, L.K. and Smith, M.B., Horizontal Well Completion, Stimulation Optimization, and Risk Mitigation). Работа SPE 125526, представленная на Восточном региональном совещании SPE в 2009 году, 23-25 сентября; Ченг Й. 2009 г. Расчет способом граничных элементов распределения напряжения по множественным трещинам: последствия для расположения кластеров перфорации в горизонтальных скважинах с гидроразрывами. (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). Работа SPE 125769, представленная на Восточном региональном совещании SPE в Чарлстоне в 2009 году, 23-25 сентября; Мейер Б.Р. и Базан Л.В. Дискретная модель сети трещин для трещин, образуемых после гидроразрыва пласта: теория, параметрическое и целевое исследование ( Meyer, B.R. and Bazan, L. W., A Discrete Fracture Network Model for Hydraulically Induced Fractures: Theory, Parametric and Case Studies). Работа SPE 140514, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE, Вудлендс, Техас, США, 24-26 января 2011 г.; Руссель Н.П. и Шарма М.М. Оптимизация расстояния между трещинами и определение последовательности с образованием трещин в горизонтальной скважине, SPEPE, май 2011 г., стр. 173-184. (Roussel, N.P. and Sharma, M.M, Optimizing Fracture Spacing and Sequencing in Horizontal-Well Fracturing, SPEPE, May, 2011, pp. 173-184), полное содержание которой представлено здесь в виде ссылки). Исследования могут охватывать параллельные трещины при статических условиях.
[0061] Эффект затенения напряжения может быть таким, что трещины, находящиеся посреди области множественных параллельных трещин, могут иметь меньшую ширину из-за повышенного напряжения сжатия из-за соседних трещин (см., например, Германович Л.Н. и Астахов Д. Закрытие трещин в трещинах растяжения и механическое взаимодействие параллельных трещин. Журнал Геофизических исследований, 109, B02208, идентификатор 10.1029/2002 JB002131 (2004) (Germanovich, L.N., and Astakhov D., Fracture Closure in Extension and Mechanical Interaction of Parallel Joints. J. Geophys. Res., 109, B02208, doi: 10.1029/2002 JB002131 (2004)); Олсон Дж.Е. Моделирование распространения множественных трещин: применение гидроразрыва в сланцевых пластах и плотных песках. (Olson, J.E., Multi-Fracture Propagation Modeling: Applications to Hydraulic Fracturing in Shales and Tight Sands). 42-й Симпозиум США по механике горных пород и 2-й Симпозиум США-Канада по механике горных пород, Сан-Франциско, Калифорния, 29 июня - 2 июля 2008 г., полное содержание которой представлено здесь). При одновременном распространении множественных факторов, распределение расхода жидкости на трещины может представлять собой динамический процесс, на который может влиять эффективное давление трещин. Эффективное давление может в значительной мере зависеть от ширины трещин, и соответственно, эффект затенения напряжения на распределение расхода жидкости и габаритные размеры трещин предусматривает дальнейшее исследование.
[0062] Динамика одновременного распространяющихся множественных трещин может также зависеть от относительного положения первоначальных трещин. Если трещины параллельные, например, в случае множественных трещин, которые взаимно перпендикулярны к горизонтальному стволу скважины, трещины могут отталкивать друг друга, приводя к отклонению трещин в стороны. Тем не менее, если множественные трещины располагаются по шахматной схеме, например для трещин, начинающихся в горизонтальном стволе скважины, который не перпендикулярен к плоскости трещины, то взаимодействие между смежными трещинами может быть таким, что их концы притягиваются друг к другу и даже соединяются (см., например, Олсон Дж.Э. Анализ механики разрушения трещин и жил. Докторская диссертация, Стэнфордский университет, Сан-Франциско, Калифорния (1990 г.) (Olson, J. E. Fracture Mechanics Analysis of Joints and Veins. PhD dissertation, Stanford University, San Francisco, California (1990)); Ю Ч.Х., Миэр М.Э., Чанг.К.К. и Джан К.Ц. О перфорации и гидроразрыве искривленных обсаженных стволов скважин. (Yew, C.H., Mear, M.E., Chang, C.C., and Zhang, X.C On Perforating and Fracturing of Deviated Cased Wellbores). Работа SPE 26514, представленная на 68-й Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Хьюстона, Техас, 3-6 октября 1993 г.; Венг К. Возникновение и распространение трещин от искривленных стволов скважин. (Weng, X., Fracture Initiation and Propagation from Deviated Wellbores). Работа SPE 26597, представленная на 68-й Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Хьюстон, Техас, 3-6 октября 1993 г., полное содержание которых включено здесь в качестве ссылки).
[0063] Когда трещина после гидроразрыва пласта пересекается со вторичной трещиной, ориентированной в другом направлении, она может оказывать дополнительное напряжение на вторичную трещину, вызывающее смыкание трещины, и которое пропорционально эффективному давлению. Данное напряжение можно вывести и учитывать при расчете давления раскрытия трещины в анализе утечек в пласте трещиноватых пород, зависящих от давления (см., например, Нольте К. Анализ давления гидроразрыва в реальных условиях. Журнал технологий нефтедобычи. февраль 1991 г., с. 210-218 (Nolte, K., Fracturing Pressure Analysis for nonideal behavior. JPT, Feb. 1991, 210-218 (работа SPE 20704) (1991)) (далее - «Нольте 1991»), полное содержание которой включено здесь в качестве ссылки).
[0064] В более сложных трещинах может присутствовать сочетание пересечения различных трещин, как отмечалось выше. Чтобы надлежащим образом учесть данные пересечения и обеспечить расчетную эффективность для включения модель сети сложных трещин, можно создать надлежащую структуру моделирования. Способ, основанный на усовершенствованном двухмерном способе разрывных смещений (2D DDM), может использоваться для расчета индуцированных напряжений на данную трещину и горной породе от остальной сети сложных трещин (см., например, Олсон Дж.Э. Прогноз серии трещин. - Влияние докритического роста трещин и зоны возникновения вершины трещины на расстояние между трещинами в горной породе. Появление, распространение и ограничение распространения разломов и прочих трещин. под ред. Дж.В. Косгроув и Т. Энгельдер, журнал «Geological Soc. Special Publications», Лондон, 231, с. 73-87 (2004 г.) (Olson, J.E., Predicting 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 and T.Engelder, Geological Soc. Special Publications, London, 231, 73-87 (2004) (далее - «Олсон 2004»), полное содержание данной работы включено здесь в качестве ссылки). Изменение направления распространения трещин можно также смоделировать на основании измененного направления местного напряжения перед распространяющейся вершиной трещины из-за эффекта затенения напряжения. Имеются результаты моделирования на основании модели МНР, которая включает в себя моделирование взаимодействия трещин.
Описание модели МНР
[0065] Для моделирования распространения сети сложных трещин, которая состоит из многих пересекающихся трещин можно использовать уравнения, определяющие основополагающие физические параметры процесса образования трещин. К основным определяющим уравнениям могут относиться, к примеру, уравнения, определяющие поток жидкости в сети трещин, уравнение, определяющее деформацию трещин, и критерии распространения/взаимодействия трещин.
[0066] Уравнение неразрывности предусматривает, что поток жидкости распространяется вдоль сети трещин со следующим сохранением массы:
fl
L
где q - это местная скорость потока внутри трещины гидроразрыва по длине, w - это средняя ширина или отверстие в сечении трещины в точках s=s(x, y), H - это высота подъема жидкости в трещине, и q - это объемный расход утечки через стенку трещины гидроразрыва в матрицу на единицу высоты (скорость, при которой жидкость гидроразрыва попадает в окружающую пористую среду), которая выражается через модель утечки Картера. Вершины трещин распространяются в качестве резкого фронта вытеснения, а длина трещины гидроразрыва при данном времени t определяется как l(t).
[0067] Свойства рабочей жидкости могут определяться по экспоненту степенной зависимости n' (индекс текучести) и показателю консистенции K'. Поток жидкости может быть ламинарным, турбулентным или потоком, подчиняющимся закону Дарси, через пачку расклинивающего агента, и может, соответственно, описываться разными законами. В общем случае 1D ламинарного движения степенной жидкости в любой данной ветви трещин может использоваться закон Пуазейля (см., например, Нольте 1991(Nolte, 1991)):
где
Здесь w(z) обозначает ширину трещины в качестве функции глубины в текущей точке s, α - коэффициент, n' - экспонент степенного закона (показатель консистенции жидкости), ϕ - функция формы, а dz - это интервал интегрирования вдоль высоты трещины в формуле.
h
[0068] Ширина трещины может быть связана с давлением жидкости через уравнение упругости. Свойства упругости горной породы (которая может рассматриваться в качестве наиболее однородного, изотропного, линейно-упругого материала) могут определяться по модулю Юнга E и коэффициенту Пуассона v. Для вертикальных трещин в слоистой среде с переменным минимальным горизонтальным напряжением σ(х, у, z) и давлением жидкости p, профиль ширины (w) можно определить на основании аналитического решения, представленного следующим образом:
где W - это ширина трещины в точке с пространственными координатами x, y, z (координаты центра элемента трещины); p(x, y) - это давление жидкости, H - высота элемента трещины, а z - вертикальная координата вдоль элемента трещины в точке (x, y).
[0069] Поскольку высота трещины может меняться, система определяющих уравнений может также включать в себя расчет прироста в высоту согласно, к примеру, Крессе 2011 (Kresse 2011).
[0070] В дополнение к описанным выше уравнениям может быть выполнение условие баланса общего объема:
L
t
1
L
0
0
где g - это скорость фильтрации в пласт жидкости разрыва, Q(t) - динамическая скорость закачки, H(s, t) - высота трещины в пространственной точке s(x, y) и при времени t, ds - прирост длины для интеграции по длине трещины, d - приращение времени, dh - прирост высоты фильтрации, H - высота фильтрации, s - коэффициент поглощения фильтрата пластом. Уравнение (5) обеспечивает условие, согласно которому общий объем перекачиваемой жидкости в течение времени t равен объему жидкости в сети трещин и объему, вытекающему из трещины до времени t. Здесь L(t) обозначает общую длину HFN при времени t и S - это коэффициент поглощения фильтрата пластом. Граничные условия могут требовать, чтобы расход жидкости, эффективное давление и ширина трещины были равны нулю во всех вершинах трещины.
[0071] Систему определяющих уравнений может представлять система уравнений 1-5, вместе с первоначальными и граничными условиями. Сочетание данных уравнений и дискретизация сети трещин на небольшие элементы может привести к нелинейной системе уравнений в части давления жидкости p в каждом элементе, приведенном к простейшему виду f(p)=0, которые можно решить с использованием смягченного способа Ньютона-Рафсона.
[0072] Взаимодействие трещин может учитываться при моделировании распространения трещин гидроразрыва пласта с естественной трещиноватостью. Сюда относится, к примеру, взаимодействие между трещинами гидроразрыва пласта и естественными трещинами, а также взаимодействие между трещинами гидроразрыва пласта. Для взаимодействия между трещинами гидроразрыва и естественными трещинами в модель МНР может внедряться полуаналитический критерий пересечения, с использованием, к примеру, подхода, описанного в Гу и Венг 2010 (Gu and Weng 2010), и Гу и др. 2011 (Gu et al. 2011).
Моделирование затенения напряжения
1
2
[0073] Для параллельных трещин затенение напряжения может быть представлено наложением напряжений с соседних трещин. Фигура 2 - это схематическое изображение двухмерной трещины 200 на системе координат с осью х и осью y. Различные точки вдоль двухмерных трещин, такие как первый конец в h/2, второй конец в -h/2 и средняя точка простираются до точки наблюдения (x, y). Каждая линия L проходит под углами ,  из точек вдоль двухмерной трещины до точки наблюдения.
[0074] Поле напряжения вокруг двухмерной трещины с внутренним давлением p может быть рассчитано с использованием, к примеру, техник, описанных в Варпински и Тойфель (Warpinski and Teufel). Напряжение, которое воздействует на ширину трещины - и может быть рассчитано по формуле:
где
x
и где σ - напряжение в направлении x, p - внутренне давление,  координаты и расстояния на Фигуре 2 стандартизированные по полувысоте трещины h/2. Поскольку  изменяется в направлении у, а также в направлении х, среднее напряжение по высоте трещины может использоваться при расчете затенения напряжения.
[0075] Аналитическое уравнение, данное выше, может быть использовано для вычисления среднего эффективного напряжения одной трещины на прилегающую параллельную трещину и может быть включено в эффективное напряжение смыкания на эту трещину.
[0076] В сетях более сложных трещин трещины могут быть ориентированы в разных направлениях и пересекаться друг с другом. На фигуре 3 показана сеть сложных трещин 300 с отображением эффекта затенения напряжения. Сеть трещин 300 включает в себя трещины гидроразрыва 303, которые начинаются у ствола скважины 304 и взаимодействуют с другими трещинами 305 в сети трещин 300.
[0077] Для расчета эффективного напряжения на любом заданном ответвлении трещины от остальной сети трещин может использоваться более общий подход. В МНР, механическое взаимодействие между трещинами может быть смоделировано на основе усовершенствованного двухмерного способа разрывных смещений (DDM) (Олсон 2004) (Olson 2004)) для расчета индуцированных напряжений (см. пример на Фигуре 3).
n
s
n
s
[0078] В двухмерной плоскости, решение разрывного смещения с плоской деформацией, (см., например, Крауч С.Л. и Старфилд А.М. Способы граничных элементов в механике твердых тел (Crouch, S.L. and Starfield, A.M., Boundary Element Methods in Solid Mechanics), издательство «George Allen & Unwin Ltd», Лондон, Фишер, М.К. (1983) (далее - Крауч и Старфилд 1983), полное содержание данной работы включено здесь в качестве ссылки) может использоваться для описания нормального и касательного напряжения (σи σ), воздействующего на один элемент трещины, индуцированный открывающимися и касательными разрывными смещениями (D и D) от всех элементов трещин. Для объяснения 3D -эффекта, обусловленного конечной величиной высоты трещины, можно воспользоваться данными Олсон 2004 (Olson 2004), чтобы обеспечить 3D-фактор корректировки для коэффициентов влияния в сочетании с модифицированными уравнениями упругости по способу 2D DDM, как указано далее:
где A - матрица коэффициентов влияния, описанных в уравнении (9), N - это общее количество элементов в сети, взаимодействие которых рассматривается, i - рассматриваемый элемент, и j=l, N - другие элементы в сети, влияние которых рассчитывается на напряжение на элемент i; и, где  - коэффициенты двухмерного, плоско-деформирующегося эластичного влияния. Эти выражения можно найти в Крауч и Старфилд 1983 (Crouch and Starfield 1983).
s
n
s
n
[0079] Элементы i и j Фигуры 3 схематично показывают переменные i и j в уравнениях (8.1, 8.2). Смещения D и D, применяемые к Элементу j, также изображены на Фигуре 3. Dn может быть таким же, как ширина трещины, а касательное напряжение s может быть равно 0, как это показано на фигуре. Разрывное смещение от элемента j создает напряжение на элемент i, как показано σ и σ.
[0080] 3D -фактор корректировки, предложенный Олсон 2004 (Olson 2004), может быть представлен следующим образом:
ij
где h - высота трещины, d - расстояние между элементами i и j, α и β - подгоняемые параметры. Уравнение 9 показывает, что 3D-фактор корректировки может привести к ослабеванию взаимодействия между любыми двумя элементами трещины при увеличении расстояния.
n
s
n
j
[0081] В модели МНР, на каждом временном этапе можно рассчитать дополнительное индуцированное напряжение в зависимости от эффектов затенения напряжения. Можно предположить, что в любое время ширина трещины равна нормальным разрывным смещениям (D), а касательное напряжение на поверхности трещины равно нулю, т.е., D. Заменяя эти два условия в уравнениях 8.1 и 8.2, можно найти разрывные смещения касания (D) и нормальное напряжение, индуцированное на каждом элементе трещины (σ).
[0082] Эффекты индуцированного напряжения при затенении напряжения на модель распространения сети трещин можно описать двумя способами. Первый, в ходе итерации давления и ширины, исходное напряжение в пласте на каждый элемент трещины можно изменить посредством добавления дополнительного нормального давления через эффект затенения напряжения. Это может влиять непосредственно на давление гидроразрыва и увеличение трещины по ширине, что может привести к изменению роста трещины. Второй, включая индуцированное напряжение при затенении напряжения (нормальное и касательное напряжение), можно также изменить поля местного напряжения перед распространяющимися вершинами трещин, что может вызвать отклонение направления местного основного напряжения от исходного направления напряжения в пласте. Это измененное направление местного основного напряжения может привести к изменению направления трещины от исходной плоскости распространения, а затем может повлиять на модель распространения сети трещин.
Проверка модели затенения напряжения
[0083] Проверку модели МНР для случаев с двухкрыльными трещинами можно выполнить используя, к примеру, работы Венг 2011 (Weng 2011) или Крессе 2011 (Kresse 2011). Проверку также можно выполнить, используя подход с моделированием затенения напряжения. В качестве примера, результаты можно сравнить, используя способ 2D DDM или Flac 3D, как представлено в Itasca Consulting Group Inc., 2002, FLAC3D (трехмерная модель непрерывных сред), Версия 2.1, Миннеаполис: ICG (2002) (далее - Itasca, 2002).
Сравнение усовершенствованного способа 2D DDM с Flac3D
[0084] 3D поправочные коэффициенты, предложенные в работе Олсон 2004 (Olson 2004), содержат две эмпирические постоянные, α и β. Значения α и β можно привязать посредством сравнения напряжений, полученных в численных решениях (усовершенствованный способ 2D DDM) с аналитическим решением для трещины при плоской деформации с неопределенной длиной и определенной высотой. Модель можно дополнительно проверить посредством сравнения результатов 2D DDM с полными трехмерными численными решениями, используя, к примеру, FLAC3D, для параллельных прямых трещин с определенной длиной и высотой.
x
y
xf
1
2
[0085] Проблема проверки показана на Фигуре 4. На фигуре 4 дается схематическое представление 400, в котором сравнивается усовершенствованный способ 2D DDM с Flac3D для параллельных прямых трещин. Как показано на Фигуре 400, две параллельные трещины 407.1, 407.2 подвергаются напряжению σ, σ вдоль оси координат x, y. Длина трещин составляет 2L, а давление в трещине находится на уровне p p, соответственно. Трещины находятся на расстоянии s друг от друга.
x
y
[0086] Трещину можно смоделировать в Flac3D в качестве двух поверхностей в одном местоположении, но с не присоединенными точками сетки. В качестве нормального напряжения на сетки может применяться постоянное внутреннее давление жидкости. На трещины также может воздействовать удаленное напряжение, σ и σ. Две трещины могут иметь аналогичную длину и высоту с отношением высота/половина длины =0,3.
[0087] Можно сравнить напряжения вдоль оси x (y=0) и оси y (x=0). Две близко расположенные трещины (s/h=0,5) можно смоделировать, как показано в сравнении на фигурах 5.1-5.3. На данных фигурах представлено сравнение усовершенствованного способа 2D DDM с Flac3D: Напряжения вдоль оси x (y=0) и оси y (x=0).
f
[0088] На данных фигурах содержатся графики 500.1, 500.2, 500.3, соответственно. Они иллюстрируют способ 2D DDM и Flac3D, применительно к распространяющимся трещинам для σy вдоль оси y, σx вдоль оси y, и σy вдоль оси x, соответственно. На фигуре 5.1 изображено σy/p (ось y) по сравнению с нормализованным расстоянием от трещины (ось x), с использованием способа 2D DDM и Flac3D. На фигуре 5.2 изображено σx/p (ось y) по сравнению с нормализованным расстоянием от трещины (ось x), с использованием способа 2D DDM и Flac3D. На фигуре 5.3 изображено σy/p (ось y) по сравнению с нормализованным расстоянием от трещины (ось x), с использованием способа 2D DDM и Flac3D. Местоположение L вершины трещины изображено вдоль линии x/h.
[0089] Как показано на фигурах 5.1-5.3, напряжения, смоделированные на основании усовершенствованного способа 2D DDM с 3D поправочным коэффициентом, прекрасно соответствуют взятым из результатов полного трехмерного моделирования, которые указывают на то, что поправочный коэффициент позволяет учесть 3D-эффект по высоте трещины на поле напряжения.
Сравнение с моделью CSIRO
[0090] Модель МНР, которая включает в себя усовершенствованный подход 2DDM, можно проверить по полному имитатору 2D DDM от CSIRO (см., например. Джан К., Джефри Р.Г. и Тьерселин М. 2007, Отклонение и распространение трещин, вызываемых потоком жидкости на фрикционных границах раздела слоев: численное исследование. Журнал структурной геологии, 29:396-410 (Zhang, X., Jeffrey, R.G., and Thiercelin, M. 2007, Deflection and Propagation of Fluid-Driven Fractures at Frictional Bedding Interfaces: A Numerical Investigation. Journal of Structural Geology, 29: 396-410) (далее - Джан 2007) полное содержание данной работы включено здесь в качестве ссылки). Этот подход можно использовать к примеру в граничном случае очень большой высоты трещины, когда в подходах 2D DDM не учитываются 3D-эффекты высоты трещин.
[0091] Можно применить сравнение влияния двух близко распространяющихся трещин по каждой траектории распространения. Распространение двух трещин гидроразрыва пласта, которые возникли параллельно друг к другу (распространение вдоль направления местного максимального напряжения), можно смоделировать для таких конфигураций как: 1) точки возникновения наверху каждой из них и смещение от каждой из них для изотропных, и 2) анизотропных напряжений дальней зоны. Траектория распространения трещин и давление внутри каждой трещины можно сравнить для МНР и кода CSIRO по данным ввода, приведенным в Таблице 1.
Таблица 1
Данные ввода для проверки по модели CSIRO
Скорость закачки
0,106м3/с
40 баррель/мин
Анизотропия напряжения
0,9МПа
130 фунт/кв.дюйм
Модуль Юнга
3×10^10Па
4,35e+6 фунт/кв.дюйм
Коэффициент Пуассона
0,35
0,35
Вязкость жидкости
0,001Па-с
1 сантипуаз
Удельный вес жидкости
1,0
1,0
Мин. горизонтальное напряжение
46,7МПа
6773 фунт/кв.дюйм
Макс. горизонтальное напряжение
47,6МПа
6903 фунт/кв.дюйм
Сопротивление развитию трещины
1МПа-м<sup>0.5</sup>
1000 фунт/кв.дюйм/дюйм<sup>0.5</sup>
Высота трещины
120м
394 фута
[0092] Если две трещины возникают параллельно друг к другу с начальными точками, разделенными dx=0, dy=33 фута (10,1 м) (поле максимального горизонтального напряжения ориентировано в направлении оси x), то они могут отклоняться друг от друга из-за эффекта затенения напряжения.
[0093] Траектории распространения для изотропных и анизотропных полей напряжения показаны на фигурах 6.1 и 6.2. Данные показатели представлены на графиках 600.1, 600.2, отображающих траектории распространения для двух изначально параллельных трещин 609.1, 609.2 в изотропных и анизотропных полях напряжения соответственно. Трещины 609.1 и 609.2 изначально параллельны возле точек закачки 615.1, 615.2, но отклоняются при удалении от них. Если сравнивать с изотропными условиями, искривления трещин в случае анизотропии напряжения изображаются меньшими. Это может быть из-за чередования между эффектом затенения напряжения, которое приводит к отклонению трещин друг от друга, и напряжениям дальней зоны, которые вызывает движение трещин в направлении максимально горизонтального напряжения (направление вдоль оси x). Влияние напряжения дальней зоны становится основным при увеличении расстояния между трещинами. В этом случае трещины могут обрести тенденцию к распространению параллельно направлению максимального горизонтального направления.
[0094] На фигурах 7.1 и 7.2 представлены графики 700.1, 7002, которые показывают пару трещин, возникших из двух разных точек 711.1, 711.2 закачки, соответственно. Данные фигуры показывают сравнение для случая, когда трещины возникают в точках, разделенных расстоянием dx=dy=(10,1м) для изотропного и анизотропного поля напряжения, соответственно. На данных фигурах, трещины 709.1, 709.2 проявляют тенденцию к распространению друг к другу. Примеры аналогичного типа поведения наблюдались в лабораторных экспериментах (см., например, работу Джан 2007 (Zhang 2007)).
[0095] Как указано выше, усовершенствованный подход 2D DDM, реализованный в модели МНР, также может учитывать 3D-эффекты определенной высоты трещины на схему взаимодействия и распространения трещин, при этом обеспечивая расчетную эффективность. Можно выполнить хорошую оценку поля напряжения для сети вертикальных трещин гидроразрыва пласта и направления (схемы) распространения трещин.
Примеры
Пример №1 Параллельные трещины в горизонтальных скважинах
1
2
3
t
0
[0096] Фигура 8 - это схематическая диаграмма 800 параллельных секущих трещин 811.1, 811.2, 811.3, распространяющихся одновременно из множественных кластеров 815.1, 815.2, 815.3, перфорации соответственно, вокруг горизонтального ствола скважины 804. Каждая из трещин 811.1, 811.2, 811.3 обеспечивает разную скорость потока q, q, q, которая составляет общий поток q при давлении p.
[0097] Когда пластовые условия и перфорации аналогичны для всех трещин, трещины могут иметь почти одинаковые габаритные размеры, если потери давления при трении в стволе скважины между кластерами перфорации пропорционально небольшие. Данное допущение можно сделать, если трещины отдалены на достаточное расстояние, а эффекты затенения напряжения весьма незначительны. Когда расстояние между трещинами находится в пределах влияния затенения напряжения, трещины могут подвергаться воздействию не только по ширине, но также и по другим габаритам трещин. В качестве иллюстрации можно рассмотреть простой пример из пяти параллельных трещин.
[0098] Например, принято, что трещины имеют постоянную высоту 100 футов (30,5 м). Расстояние между трещинами составляет 65 футов (19,8м). Другие вводные параметры даны в Таблице 2.
[0099]
Таблица 2
Вводные параметры для Примера №1
Модуль Юнга
6,6xl0<sup>6 </sup>фунт/кв.дюйм=4,55e+10Па
Коэффициент Пуассона
0,35
Интенсивность
12.2 баррель/мин=0,032м3/с
Вязкость
300 сантипуаз=0,3Па-с
Высота
100 футов=30,5м
Коэффициент фильтрации
3,9xl0<sup>-2</sup>м/с<sup>1/2</sup>
Анизотропия напряжения
200фунт/кв.дюйм=1,4МПа
Расстояние между трещинами
65 футов=19,8м
Кол-во перф. на трещ.
100
Для данного простого примера, традиционная модель Перкинса-Керна-Нордгрена (PKN) (см., например, Мак М.Г. и Варпински Н.Р. Механика гидроразрыва пласта. Глава 6. Воздействие на коллектор. 3-е издание. Редакция Экономид М.Дж. и Нолте К.Г. Издательство «John Wiley & Sons» (Mack, M. G. and Warpinski, N.R., Mechanics of Hydraulic Fracturing. Chapter 6, Reservoir Stimulation, 3rd Ed., eds. Economides, M.J. andNolte, K.G. John Wiley & Sons (2000)) для множественных трещин может быть изменена посредством включения расчета затенения напряжения согласно Уравнению 6. Увеличение в напряжении смыкания можно получить усреднением рассчитываемого напряжения из Уравнения 6 по всей трещине. Обратите внимание, что эта упрощенная модель PKN может и не приводить к развороту трещины из-за эффекта затенения напряжения. Результаты данной простой модели можно сравнить с результатами из модели МНР, в которую включен последовательный расчет затенения напряжения вдоль всех траекторий распространения трещин, а также поворота трещин.
[00100] На фигуре 9 показаны результаты моделирования длины пяти трещин, рассчитанных по обеим моделям. Фиг. 9 - это график 900, отображающий длину (ось y) по времени (t) пяти параллельных трещин во время закачки. Линии 917.1-917.5 созданы на основании модели МНР. Линии 919.1-919.5 созданы на основании упрощенноймодели PKN.
[00101] Геометрия трещины и контур ширины из модели МНР для пяти трещин на Фигуре 9 показаны на Фигуре 10. Фигура 10 - это схематическое представление 1000, отображающее трещины 1021.1-1021.5 вокруг ствола 1004 скважины.
[00102] Трещина 1021.3 - это одна из пяти трещин, которая находится посредине, а трещины 1021.1 и 1021.5 - это крайние трещины. Поскольку трещины 1021.2, 1021.3, и 1021.4 имеют меньшую ширину, чем наружные из-за эффекта затенения напряжения, они могут иметь большее сопротивление потоку, получить меньший расход жидкости, и иметь более короткую длину. Следовательно, эффектами затенения напряжения могут быть не только ширина трещины, но также длина трещины при динамических условиях.
[00103] На эффект затенения напряжения на геометрию трещин может повлиять много параметров. Для иллюстрации влияния некоторых из этих параметров, рассчитываемые значения длины трещин для вариантов с переменными интервалами между трещинами, перепадом давления на перфорированной поверхности и анизотропией напряжения представлены в Таблице 3.
[00104] На фигурах 11.1 и 11.2 показана геометрия трещин, прогнозируемая по модели МНР для варианта с большим перепадом давления на перфорированной поверхности и вариантом с большими интервалами между трещинами (например, около 120 футов (36,6 м)). Фигуры 11.1 и 11.2 - это схематические представления 1100.1 и 1100.2, отображающие пять трещин 1123.1-1123.5 вокруг ствола 1104 скважины. Когда перепад давления на перфорированной поверхности большой, то может обеспечиваться большая сила отклонения, которая равномерно распределяет расход жидкости по всем кластерам перфорации. Следовательно, затенение напряжения можно преодолеть и получаемые значения длины трещин могут стать приближенно равными, как показано на Фигуре 11.1. Когда расстояние между трещинами большое, эффект затенения напряжения может рассеиваться, а трещины могут иметь приблизительно те же габаритные размеры, как показано на Фигуре 11.2.
Таблица 3
Влияние различных параметров на геометрию трещин
Трещ.
Базовый вариант
Расстояние 120 футов (36,6 м)
Кол-во перф.=2
Анизотропия=50 фунт/кв.дюйм (345000Па)
1
133
113
105
111
2
93
104
104
95
3
83
96
104
99
4
93
104
100
95
5
123
113
109
102
Вариант №2 Сложные трещины
3
[00105] В примере на Фигуре 12, модель МНР может использоваться для моделирования 4-ступенчатой обработки трещин гидроразрыва пласта в горизонтальной скважине в сланцевом пласте. См., например, Киполла. К. Венг К., Мэк М., Гангулы Ю., Крессе О., Гу Х., Коэн К и Ву Р. Интегрирование микросейсмических данных и моделирования сложных трещин для определения сложности трещин (Cipolla, C, Weng, X., Mack, M., Ganguly, U., Kresse, О., Gu, H., Cohen, С and Wu, R., Integrating Microseismic Mapping and Complex Fracture Modeling to Characterize Fracture Complexity). Работа SPE 140185, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE, Вудлендс, Техас, США, 24-26 января (2011 г.) (далее - «Киполла 2011») полное содержание которой включено здесь в качестве ссылки. Скважина может быть обсаженной и забитой цементом, а каждая ступень прокачиваться через три или четыре кластера перфорации. Каждая из четырех ступеней может состоять приблизительно из 25 000 баррелей (4000 м) жидкости и 440 000 фунтов (2e+6кг) пропанта. По скважине могут быть доступны исчерпывающие данные, включая детальные диаграммы акустического каротажа, которые обеспечивают оценку минимального и максимального горизонтального напряжения. Данные микросейсмического картирования могут быть доступны по всем ступеням. См., например, Даниэльз Дж. Вотерз Г., ЛеКальвес Дж., Лассек Дж. и Бентли Д. Контактирование больше с пластом в месторождении Барнетт через внедрение микросейсмического мониторинга в реальном масштабе времени, физика пласта и проектирование гидроразрыва пласта.(Daniels, J., Waters, G., LeCalvez, J., Lassek, J., and Bentley, D., Contacting More of the Barnett Shale Through an Integration of Real-Time Microseismic Monitoring, Petrophysics, and Hydraulic Fracture Design). Работа SPE 110562, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE в 2007 г., Анахайм, Калифорния, США, 12-14 октября 2007 г. Данный пример представлен на Фигуре 12. Фиг. 12 - это график, отображающий микросейсмические данные микросейсмических событий 1223 на различных ступенях вокруг ствола скважины 1204.
[00106] Анизотропия напряжения из детальной диаграммы акустического каротажа указывает на анизотропию повышенного напряжения в призабойной зоне скважины по сравнению с приствольным участком. Детальная трехмерная сейсмическая интерпретация может указывать на то, что превалирующая тенденция естественной трещины изменятся с северо-восточного и юго-западного направления в призабойной зоне на северо-западное и юго-восточное в приствольном участке горизонтальной скважины. См., например, Рич Дж.П. и Аммерман М. Нетрадиционная геофизика для нетрадиционных нефтегазовых комплексов (Rich, J.P. and Ammerman, M., Unconventional Geophysics for Unconventional Plays). Работа SPE 131779, представленная на Конференции по нетрадиционному газовому комплексу, Питтсбург, Пенсильвания, США, 23-25 февраля 2010 г., полное содержание которой включено здесь в качестве ссылки.
[00107] Результаты моделирования могут основываться на модели МНР без включения полного расчета затенения напряжения (см., например, Киполла 2011 (Cipolla 2011)), включая касательное напряжение и поворот направления трещин (см., например, Венг 2011(Weng 2011)). Моделирование может актуализироваться полной моделью напряжения, представленной здесь. На фигурах 13.1-13.4 представлена горизонтальная проекция смоделированной сети трещин 1306 вокруг ствола скважины 1304 для всех четырех ступеней, соответственно, и их сравнение с микросейсмическими измерениями 1323.1-1323.4, соответственно.
[00108] На основании результатов моделирования, представленных на фигурах 13.1-13.4, можно увидеть, что для Ступеней 1 и 2, близко расположенные трещины значительно не отклонялись. Это может быть из-за высокой анизотропии напряжения в призабойной зоне ствола скважины. Для ступени 3 и 4, где анизотропия напряжения меньше, в результате эффекта затенения напряжения можно наблюдать большее отклонение трещин.
Пример №3 Многоступенчатый пример
[00109] Пример №3 - это пример, показывающий, как затенение напряжения от предыдущих ступеней может влиять на схему распространения сетей трещин гидроразрыва для следующих этапов обработки, приводя к изменению общей картины образованной сети трещин гидроразрыва для четырехступенчатого варианта обработки.
[00110] Данный вариант включает в себя четыре ступени обработки трещин гидроразрыва пласта. Скважина обсаживается и забивается цементом. Ступени 1 и 2 прокачиваются через три перфорированных кластера, а Ступени 3 и 4 прокачиваются через четыре перфорированных кластера. Строение горной породы изотропное. Вводные параметры представлены в Таблице 4 ниже. Горизонтальная проекция общей сети трещин гидроразрыва с учетом или без учета затенения напряжения от предыдущих ступеней представлена на Фигурах 13.1-13.4.
Таблица 4
Вводные параметры для Примера №3
Модуль Юнга
4,5×l0<sup>6 </sup>фунт/кв.дюйм=3.1e+10Па
Коэффициент Пуассона
0,35
Интенсивность
30,9 баррелей в мин=0,082м3/с
Вязкость
0,5 сантипуаз=0,0005Па-с
Высота
330 футов=101м
Время закачки
70 мин
[00111] Фигуры 14.1-14.4 - это схематические представления 1400.1-1400-4, отображающие сеть 1429 трещин на различных ступенях в ходе гидравлического разрыва пласта. На Фигуре 14.1 показана дискретная сеть 1429 трещин (ДСТ) перед обработкой. На Фигуре 14.2 изображена смоделированная ДСТ 1429 после первой ступени обработки. ДСТ 1429 увеличила сеть 1431 трещин гидроразрыва пласта (СТГ), образовавшуюся после первой ступени обработки. На Фигуре 14.3 показана ДСТ, отображающая смоделированные СТГ 1431.1-1431.4, распространившиеся во время четырех ступеней, соответственно, но без учета воздействия предыдущих ступеней. На Фигуре 14.4 показана ДСТ, отображающая СТГ 1431.1, 1431.2'-1431.4' распространившиеся во время четырех ступеней, но с учетом трещин, затенений напряжения и СТГ из предыдущих ступеней.
[00112] Когда ступени образуются раздельно, они могут и не обнаруживать друг друга, как это показано на Фигуре 14.3. Если учитывается затенение напряжения и СТГ из предыдущих ступеней, как это показано на Фигуре 14.4, то схема распространения может изменяться. Трещины 1431.1 гидроразрыва пласта, образующиеся по первой ступени, аналогичны для обоих сценариев, как это показано на фигурах 14.3 и 14.4. На схему распространения по второй ступени 1431.2 может повлиять первая ступень посредством затенения напряжения, а также посредством новой ДСТ (включая СТГ 1431.1 из Ступени 1), приводя к изменению схемы распространения на СТГ 1431.2'. СТГ 1431.1' может начаться после СТГ 1431.1, возникшей на ступени 1 при ее пересечении. Третья ступень 1431.3 может следовать после трещины гидроразрыва пласта, созданной в ходе обработки на второй ступени 1431.2, 1431.2', и может не распространяться слишком далеко из-за эффекта затенения напряжения из Ступени 2, как указано 1431.3 по сравнению с 1431.3'. Ступень 4 (1431.4) может отклоняться от третьей ступени, при ее затенении, но может следовать СТГ 1431.3' из предыдущих ступеней, когда сталкивается с ней и отображается как СТГ 1431.4' на Фигуре 14.4.
[00113] Представлен способ для расчета затенения напряжения в сложной сети трещин гидроразрыва пласта. Способ может включать в себя усиленный двухмерный или трехмерный способ разрывных смещений с поправкой на определенную высоту трещины. Способ может использоваться для аппроксимации взаимодействия между разными ветвями трещин в сеть сложных трещин для фундаментального 3D-решения проблемы образования трещин. Данный расчет затенения напряжения может включаться в МНР, модель сети сложных трещин. Результаты для наиболее простых случаев из двух трещин показывают, что трещины могут либо притягивать, либо исключать друг друга в зависимости от их изначального относительного положения, и могут сравниваться благоприятно с независимой двухмерной неплоской моделью трещин гидроразрыва пласта.
[00114] Моделирование множественных параллельных трещин из горизонтальной скважины может использоваться для подтверждения поведения двух крайних трещин, которые могут быть более превалирующими, в то время как внутренние трещины сокращают свою длину и ширину из-за эффекта затенения напряжения. Данное поведение может также зависеть от других параметров, таких как перепад давления на перфорированной поверхности и расстояние между трещинами. Если расстояние между трещинами больше, чем высота трещины, то эффект затенения напряжения может уменьшаться и могут возникать незначительные различия между множественными трещинами. Если давление на перфорированной поверхности высокое, то для равномерного распределения потока между кластерами перфорации может обеспечиваться соответствующее изменение его направления, а габаритные размеры трещин могут становиться приблизительно равными несмотря на эффект затенения напряжения.
[00115] При создании сложных трещин, если в пласте есть небольшая анизотропия напряжения, взаимодействие трещин может приводить к резкому расхождению трещин, поскольку они обретают тенденцию к отталкиванию друг друга. С другой стороны, при большей анизотропии напряжения может быть ограниченное отклонение трещин, когда анизотропия напряжения поглощает эффект изменения направления трещин посредством затенения напряжения, и трещина может направляться в сторону максимального напряжения. Независимо от количества отклонений трещины, затенение напряжения может оказывать воздействие на ширину трещин, которая может влиять на распределение скорости закачки во множественные кластеры перфорации, и на общую площадь сети трещин и размещение пропанта.
[00116] Фигура 15 - это блок-схема, отображающая способ 1500 выполнения операции гидроразрыва пласта на буровой площадке, такой как буровая площадка 100 на Фигуре 1.1. Буровая площадка располагается возле подземного пласта со стволом скважины и сетью трещин в нем. Сеть трещин имеет естественную трещину, как показано на фигурах 1.1 и 1.2. Способ (1500) может включать в себя выполнение операции (1580) по интенсификации притока посредством интенсификации буровой площадки при закачке жидкости гидроразрыва с пропантом в сеть трещин для образования сети трещин гидроразрыва пласта. В некоторых случаях, интенсификация притока может выполняться на буровой площадке или посредством моделирования.
[00117] Способ включает в себя получение (1582) данных по буровой площадке и механическую модель геологической среды в подземном пласте. Данные по буровой площадке включать в себя любые данные по буровой площадке, которые могут быть полезны для интенсификации притока, такие как параметры естественной трещиноватости, изображения сети трещин и т.д. К параметрам естественной трещины могут относиться, к примеру, ориентация плотности, распределение и механические свойства (например, коэффициенты трения, сцепления, сопротивления развитию трещины и т.д.). Параметры трещин можно получить на основании непосредственных наблюдений при исследовании скважинным сканером, оценить на основании трехмерной сейсморазведки, траекторных измерений, анизотропии звуковой волны, искривления слоев в геологическом разрезе, микросейсмических событий или изображений и т.д. Примеры методик для получения параметров трещины представлены в патенте PCT/US2012/059774, полное содержание которого включено здесь в качестве ссылки.
[00118] Изображения можно получить, к примеру, посредством исследований скважинным сканером, оценкой габаритных размеров трещин на основании измерений ствола скважины, получением микросейсмических картин, и/или аналогичными способами. Габаритные размеры трещины можно определить посредством оценки сейсмических измерений, траекторных, акустических измерений, геологических и/или аналогичных измерений. Другие данные по буровой площадке можно также получить из различных источников, таких как скважинные измерения, статистические промысловые данные, допущения и т.д. К таким данным могут относиться, к примеру, данные по вскрытию пласта, геологическая структура, петрофизические, геомеханические данные, каротаж и другие формы данных. Механическую модель геологической среды можно получить, используя традиционные методики.
1
2
[00119] Способ (1500) также включает в себя создание (1584) схемы роста трещин гидроразрыва с течением времени, таких как в ходе работ по интенсификации притока. На Фигурах 16.1-16.4 представлен пример создания (1584) схемы роста трещин гидроразрыва. Как показано на Фигуре 16.1, в своем исходном состоянии, сеть 1606.1 трещин с естественной трещиной 1623 располагается по подземному пласту 1602 со стволом 1604 скважины, проходящему в нем. При закачке пропанта в подземный пласт 1602 из ствола 1604 скважины, давление пропанта создает трещины 1691 гидроразрыва по стволу 1604 скважины. Трещины 1691 гидроразрыва пласта распространяются в подземный пласт вдоль L и L (Фигура 16.2), сталкиваются с другими трещинами в сети 1606.1 трещин с течением времени, как показано на Фигурах 16.2-16.3. Точками контакта с другими трещинами являются пересечения 1625.
[00120] Формирование (1584) может включать в себя распространение (1586) трещин гидроразрыва от ствола скважины и до сети трещин подземного пласта для образования сети трещин гидроразрыва, включая естественную трещину и трещины гидроразрыва, как показано на Фигуре 16.2. Схема развития трещин основывается на параметрах естественной трещиноватости, а также минимального и максимального напряжения на подземном пласте. Формирование может также включать в себя определение (1588) параметров трещин гидроразрыва (например, давление p, ширина w, расход жидкости q и т.д.) для трещин гидроразрыва, определение (1590) параметров переноса для прохождения пропанта через сеть трещин гидроразрыва и определение (1592) габаритных размеров (например, высоты) трещин гидроразрыва, к примеру, от определенных параметров трещин гидроразрыва, определенных параметров переноса и механической модели геологической среды. Параметры трещины гидроразрыва можно определять после ее распространения. Определение (1592) может также выполняться по параметрам переноса пропанта, параметрам буровой площадки и прочим параметрам.
[00121] Формирование (1584) может включать в себя моделирование свойств горной породы на основании механической модели геологической среды согласно описанию, представленному, к примеру, в работе Кутсабелули и Джан. Трехмерное моделирование геомеханики коллектора при разработке нефтегазового месторождения (Koutsabeloulis and Zhang, 3D Reservoir Geomechanics Modeling in Oil/Gas Field Production), Работа SPE 126095, представленная на Техническом симпозиуме и выставке 2009 SPE в Саудовской Аравии, проводимой в Аль-Хобаре, Саудовская Аравия, 9-11 мая 2009 года (далее - «Кутсабелули 2009»), полное содержание которой включено здесь в качестве ссылки. Формирование может также включать в себя моделирование гидроразрыва пласта с использованием данных по буровой площадке, параметров трещины и/или изображений в качестве вводных данных для программного обеспечения моделирования, такого как МНР, для генерирования последовательных изображений трещин, образованных посредством гидроразрыва пласта в сети трещин.
[00122] Способ (1500) также включает в себя выполнение (1594) затенения напряжения на трещины гидроразрыва для определения поверхности напряжения между трещинами гидроразрыва (или с другими трещинами), и повторение (1598) генерирования (1584) на основании затенения напряжения и/или определенного взаимного влияния напряжения между трещинами гидроразрыва. Повторение может осуществляться для учета взаимного влияния трещин, которое может воздействовать на рост трещин. Затенение напряжения может включать в себя выполнение, к примеру, моделирования 2D или 3D DDM по каждой из трещин гидроразрыва и актуализации схемы развития трещин с течением времени. Схема развития трещин может распространяться перпендикулярно к направлению местного основного напряжения согласно затенению напряжения. Схема развития трещин может включать в себя влияние естественной трещины и трещин гидроразрыва на сеть трещин (см. Фиг. 16.3).
[00123] Затенение напряжения может осуществляться для множественных стволов скважины буровой площадки. Затенение напряжения из различных стволов скважины может сочетаться для определения взаимодействия трещин согласно данным, определенным по каждому из стволов скважины. Формирование можно повторять для каждого из затенений напряжения, выполненного для одного и более из множественных стволов скважины. Формирование можно также выполнять для затенения напряжения, где интенсификация притока обеспечивается из множественных стволов скважины. Множественное моделирование можно также выполнять по одному и тому же стволу скважины с различными комбинациями данных, и сравнивать сообразно необходимости. Для генерирования можно также вводить статистические и прочие данные с целью обеспечения множественных источников информации для их учета в конечных результатах.
[00124] Способ также включает в себя определение (1596) схемы пересечения между трещинами гидроразрыва и встречающимися трещинами, в случае если трещина после гидроразрыва наталкивается на другую трещину и повторение (1598) генерирования (1584), основанное на схеме пересечения, если трещина после гидроразрыва наталкивается на другую трещину (см., например, Фигура 16.3). Схему пересечения можно определить, к примеру, по методикам патента PCT/US2012/059774, полное содержание которого представлено здесь в качестве ссылки.
1
2
[00125] Определение схемы пересечения может включать в себя выполнение затенения напряжения. В зависимости от скважинных условий, схема развития трещин может не изменяться или изменяться, когда трещина после гидроразрыва наталкивается на другую трещину. Когда давление гидроразрыва больше, чем напряжение, воздействующее на появляющиеся трещины, схема развития трещин может распространяться вдоль возникающей трещины. Схема развития трещин может продолжать распространяться вдоль возникшей трещины до окончания естественной трещиноватости. Схема развития трещин может изменять направление в конце естественной трещиноватости, со схемой развития трещин, распространяющейся в направлении, перпендикулярном к минимальному напряжению в конце естественной трещиноватости, как показано на Фигуре 16.4. Как показано на Фигуре 16.4, трещина после гидроразрыва переходит на новую кривую 1627 согласно местным напряжениям σ и σ.
[00126] В некоторых случаях, способ (1500) может также включать в себя проверку (1599) схемы развития трещин. Проверка может осуществляться посредством сравнения получаемой схемы развития с другими данными, такими как микросейсмические изображения, как показано, к примеру, на фигурах 7.1 и 7.2.
[00127] Способ может реализовываться в любом порядке и повторяться по мере необходимости. Например, этапы генерирования (1584) - (1599) могут повторяться с течением времени посредством итерации при изменении сети трещин. Формирование (1584) может осуществляться для актуализации повторного моделирования, выполненного в ходе генерирования для учета взаимодействия и эффектов множественных трещин по мере интенсификации притока в сеть трещин с течением времени.
II. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ МИКРОСЕЙСМИЧНОСТИ
[00128] В части настоящего описания, по меньшей мере один вариант реализации относится к методикам выполнения нефтепромысловых работ, таких как гидроразрыва пласта и/или интенсификация притока. В частности, по меньшей мере один вариант реализации, указанный в настоящем описании, относится к способу интерпретации микросейсмических данных с использованием модели геомеханики для расчета поля напряжения, окружающего созданную сеть трещин и потенциального разрушения сдвига в естественной трещине. Это может привести к использованию средств привязки и уточнения геометрии сети трещин.
[00129] Описание также относится к интерпретации данных по гидроразрыву пласта на основании анализа микросейсмичности и напряжения. Способ используется для изучения микросейсмичности, вызванной взаимодействием между трещинами гидроразрыва и естественными трещинами. Геомеханические модели могут использоваться для определения полей напряжения, окружающих сеть трещин и потенциального разрушения сдвигав естественной трещине сети трещин. Геометрия трещин гидроразрыва может определяться на основании геомеханических моделей.
[00130] Интерпретация трещин гидроразрыва может осуществляться с использованием способов 2D и 3D DDM для описания индуцированного напряжения на данной трещине со стороны других трещин, как описано выше. Интерпретация данных по трещинам после гидроразрыва может осуществляться с использованием способов поля напряжений 2D DDM и 3D DDM для расчета поля напряжения для коллекции трещин с известными граничными сдвигами. В способах поля напряжений, при прогнозировании микросейсмичности используется способ DDM для расчета напряжения в горной породе и/или на закрытых естественных трещинах, расположенных вдали от трещин гидроразрыва. Способ DDM может использоваться для генерирования индуцированных напряжений на трещине другими трещинами с использованием способов 2D, 3D DDM и/или для генерирования напряжений на удаленных трещинах с использованием расширенного способа DDM.
[00131] Существующие способы и системы мониторинга трещин гидроразрыва пласта могут определять координаты возникновения и величину трещин. Некоторые способы и системы микросейсмического мониторинга могут обрабатывать данные о местоположении сейсмических событий посредством отображения времени прихода сейсмической волны и информации о поляризации в трехмерном пространстве (3D) посредством использования смоделированного времени распространения и/или траектории лучей. Данные способы и системы могут использоваться для прогнозирования распространения трещин гидроразрыва пласта с течением времени.
[00132] Понимание характера и степени сложности трещин гидроразрыва может быть полезным для экономической разработки нетрадиционных ресурсов. Примеры методик гидроразрыва пласта описаны в следующих работах: Мейхофер и др. Интегрирование результатов микросейсмического картирования трещин с численным моделированием образования сети трещин в сланцевом месторождении Барнетт. Общество инженеров-нефтяников (Mayerhofer et al, Integrating of Microseismic Fracture Mapping Results with Numerical Fracture Network Production Modeling in the Barnett Shale, Society of Petroleum Engineers). Работа SPE 102103, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Сан-Антонио, Техас, 24-24 сентября 2006 года; Мейхофер и др. Что такое Объем пласта, затронутый ГРП? (Mayerhofer et al., What is Stimulated Reservoir Volume (SRV)?), работа SPE 119890, представленная на Конференции SPE по добыче сланцевого газа, Форт-Уорт, Техас, 16-18 ноября 2008 года; Варпински и др. Интенсификация притока в нетрадиционных коллекторах: максимизация роста сети при оптимизации проводимости трещин (Warpinski et al, Stimulating Unconventional Reservoirs: Maximizing Network Growth while Optimizing Fracture Conductivity, работа SPE 114173, представленная на Конференции SPE по нетрадиционным коллекторам, Кистоун, Колорадо, 10-12 февраля 2008 года; и Киполла и др. Соотношение между сложностью трещин, свойствами коллектора и схемой обработки трещин (Cipolla et al, The Relationship between Fracture Complexity, Reservoir Properties, and Fracture Treatment Design), работа SPE 115769, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Денвер, Колорадо, 21-24 сентября 2008 года, полное содержание которых включено здесь в качестве ссылки.
[00133] Распространение сложных трещин гидроразрыва можно интерпретировать на основании микросейсмических измерений, к примеру, на основании данных по нетрадиционным коллекторам и плотным газовым коллекторам. Примеры методик по сложным трещинам после гидроразрыва представлены в следующих статьях: Максвелл и др. Микросейсмическая визуализация сложности трещин гидроразрыва в сланцевом месторождении Барнетт (Maxwell et al., Microseismic Imaging of Hydraulic Fracture Complexity in the Barnett Shale), работа SPE 77440, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Сан-Антонио, Техас, 29 сентября - 2 октября 2002 года; Фишер и др. Интегрирование технологий картирования трещин для оптимизации интенсификации притока в сланцевом месторождении Барнетт (Fisher et al, Integrating Fracture Mapping Technologies to Optimize Stimulations in the Barnett Shale), работа 77411, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Сан-Антонио, Техас, 29 сентября - 2 октября 2002 года; Киполла и др. Влияние размещения скважины на схему добычи и образования трещин в зрелом плотном газовом месторождении (Cipolla et al., Effect of Well Placement on Production and Frac Design in a Mature Tight Gas Field), работа 95337, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Даллас, Техас, 9-12 октября 2005 года; и Варпински и др. Интенсификация притока в нетрадиционных коллекторах: максимизация роста сети при оптимизации проводимости трещин (Warpinski et al., Stimulating Unconventional Reservoirs: Maximizing Network Growth while Optimizing Fracture Conductivity), работа SPE 114173, представленная на Конференции SPE по нетрадиционным коллекторам, Кистоун, Колорадо, 10-12 февраля 2008 года, полное содержание которых включено здесь в качестве ссылки.
[00134] Дополнительные методики, связанные с образованием трещин, представлены в работах Чжао К.П. и Юнг Р.П, 2009. Численное моделирование сейсмичности, вызванной гидроразрывом пласта в коллекторах с естественной трещиноватостью (Zhao, X.P. and Young, R.P. 2009, Numerical Simulation of Seismicity Induced by Hydraulic Fracturing in Naturally Fractured Reservoirs), Работа SPE 124690, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке, Новый Орлеан, Луизиана, США, 4-7 октября; Майер Б.Р. и Базан Л.В. (2011) Дискретная модель сети трещин для трещин, образуемых после гидроразрыва пласта: теория, параметрическое и целевое исследование (Meyer, B.R. and Bazan, L.W. (2011) "A Discrete Fracture Network Model for Hydraulically-Induced Fractures: Theory, Parametric and Case Studies), Работа SPE 140514, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE, Вудлендс, Техас, США, 24-26 января; Джефри Р.Г., Джан К. и Тьерселин М. Ответвление трещин гидроразрыва в коллекторах с естественной трещиноватостью: расчет длительно распознаваемого процесса (Jeffery, R.G., Zhang, X., and Thiercelin, M. 2009, Hydraulic Fracture Offsetting in Naturally Fractured Reservoirs: Quantifying a Long-Recognized Process), Работа SPE 119351, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE 2009, Вудлендс, Техас, 19-21 января; и Ву Р. Крессе О. Венг К. Коэн К. и Гу Х. Моделирование взаимодействия трещин гидроразрыва в сетях сложных трещин (Wu, R., Kresse, О., Weng, X., Cohen, C, and Gu, H. 2012, Modeling of Interaction of Hydraulic Fractures in Complex Fracture Networks), Работа SPE 152052, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта в Вудлендс, Техас, США, 6-8 февраля (далее - «Ву 2012»), полное содержание которых включено здесь в качестве ссылки.
[00135] На Фигурах 17-19.2 отображены напряжения, применяемые к трещинам после гидроразрыва и естественным трещинам среды горных пород, таким как пласт вокруг ствола скважины, как показано, к примеру, на Фигурах 1.1 и 1.2. Как продемонстрировано на данных фигурах, микросейсмические события могут возникать благодаря взаимодействию между геометрией трещин и свойствами напряжения, связанными с трещинами. Микросейсмические события, фиксируемые в ходе работ по гидроразрыву пласта, могут использоваться для интерпретации геометрии индуцированных трещин. Каждая микросейсмическая событие может быть результатом внезапного выхода местной энергии упругости, содержащейся в горной породе, связанной с распространением трещины, к примеру, при сдвиговой деформации.
[00136] Примеры методик оценки микросейсмических событий представлены в работах Варпински Н.Р., Бранган П.Т., Петерсон Р.Э., Волхарт С.Л. и Уль Дж.Э. 1998. Картирование развития трещин гидроразрыва и геометрии с использованием микросейсмических событий, выявляемых датчиком акселерометра, извлекаемого канатом (Warpinski, N.R., Branagan, P.T., Peterson, R.E., Wolhart, S.L., and Uhl, J.E. 1998, Mapping Hydraulic Fracture Growth and Geometry Using Microseismic Events Detected by a Wireline Retrievable Accelerometer Array), Работа SPE 40014, представленная на Симпозиуме по газовым технологиям 1998, Калгари, Альберта, Канада, 15-18 марта; Киполла К.Л., Петерман Ф., Криган Т., МакКарли Д., Невеис Х. 2005. Влияние размещения скважины на схему добычи и образования трещин в зрелом плотном газовом месторождении (Cipolla, C.L., Peterman, F., Creegan, T., McCarley, D. and Nevéis, H. 2005, Effect of Well Placement on Production and Frac Design in a Mature Tight Gas Field), Работа SPE 95337, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Даллас, Техас, 9-12 октября 2005 года; Максвел С.К., Урбанчич Т.И., Штайнсбергер Н.П. и Зинно Р. 2002. Микросейсмическая визуализация сложности трещин гидроразрыва в сланцевом месторождении Барнетт (Maxwell, S.C., Urbancic, T.I., Steinsberger, N.P., and Zinno, R. 2002, Microseismic Imaging of Hydraulic Fracture Complexity in the Barnett Shale), Работа SPE 77440, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Сан-Антонио, Техас, 29 сентября - 2 октября 2002 года; и Фишер М.К., Дэвидсон Б.М., Гудвин А.К., Филдер Э.О., Буклер В.С. и Штайнбергер Н.П. 2002. Интегрирование технологий картирования трещин для оптимизации интенсификации притока в сланцевом месторождении Барнетт (Fisher, M.K., Davidson, B.M., Goodwin, A.K., Fielder, E.O., Buckler, W.S., and Steinberger, N.P. 2002, Integrating Fracture Mapping Technologies to Optimize Stimulations in the Barnett Shale), Работа SPE 77411, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Сан-Антонио, Техас, 29 сентября - 2 октября, полное содержание которых включено здесь в качестве ссылки.
[00137] Фигура 17 - это схематическое представление 1700, отображающее плоскую трещину после гидроразрыва пласта 1701, распространяющуюся в среде горных пород 1704, содержащая предварительно имеющиеся естественные трещины 1702. Отображенная трещина после гидроразрыва 1701 может быть трещиной, образованной, к примеру, в пласте 102 Фигуры 1.1. Участок 1706, окружающий трещину после гидроразрыва 1701, указывает на фильтрацию жидкости в скелет горных пород в среде горных пород 1704.
min
max
min
max
min
max,
[00138] Однородный скелет горных пород в среде горных пород 1704 может изначально подвергаться напряжениям в пласте (например, минимальное горизонтальное напряжение σ, максимальное горизонтальное напряжение σ) в земле. Поверхности естественных трещин 1702 могут соприкасаться друг с другом, поскольку среда горных пород 1704 подвергается сжимающему напряжению в пласте σ, σ, как обозначено стрелками. Если естественные трещины 1702 не согласуются с направлениями главных напряжений σ, σ то поверхности естественных трещин 1702 могут подвергаться сопротивлениям сдвигу, в дополнение к нормальным силам сжатия. Если касательное напряжение на поверхности превышает предельное значение, которое можно определить в качестве суммы когезии и нормального напряжения, умноженного на коэффициент кулоновского трения (ККТ), поверхность горной породы может скользить, приводя к распространению трещины и микросейсмического события, которое можно выявить по геофону (не отображенную) на некотором расстоянии.
сдвиг
[00139] Разрушение сдвига можно интерпретировать на основании параметров разрушения, таких как огибающая зона разрушения (например, огибающая зона разрушения Мора-Кулона) и состояние напряжения (например, круг Мора). Фигура 18 - это график 1800, отображающий огибающую зону разрушения Мора-Кулона 1808 и круг Мора 1810. Огибающая зона разрушения Мора-Кулона 1808 может применяться к поверхности естественных трещин для среды горных пород 1704 на Фигуре 17. Данная огибающая зона разрушения 1808 может использоваться в качестве модели, описывающей реакцию среды горной породы на касательные напряжения. Огибающая зона разрушения Мора-Кулона 1808 - это участок сопротивления сдвигу среды горной породы (ось y) по отношению к применяемым нормальным напряжением (ось x). Ось y означает σ.
общее
p
normal
[00140] Горизонтальная ось (ось x) графика 1800 отображает эффективное напряжение, определенные в качестве общего напряжения σ в горной породе за вычетом противодавления пласта P. Огибающая зона 1808 разрушения проходит указанное выше расстояние от точки вдоль отрицательной оси x до σ на положительной оси x. Линия 1812 растяжения огибающей зоны 1808 разрушения, проходящая от оси x до оси y, обеспечивает разрыв среды горной породы. Линия сдвига 1814, проходящая от оси y вдоль верхней стороны огибающей зоны разрушения 1808, может указывать на разрушение сдвига. Линия уплотнения 1816, проходящая от разрушения сдвига до оси x может указывать на уплотнение.
min
max
[00141] Круг 1810 Мора естественной трещины может использоваться для указания на исходное состояние напряжения в среде 1704 горной породы. Круг 1810Мора проходит расстояние между σ' и σ' над осью x. Круг 1810 Мора представляет собой нормальное и касательное напряжение на поверхности горной породы при любой ориентации . Круг 1810 Мора может использоваться для графического определения элемента напряжения, воздействующего на вращающуюся систему координат. Иными словами, круг 1810 Мора может использоваться для определения элементов напряжения, воздействующих на отлично ориентированную поверхность, проходящую через определенную материальную точку. Поскольку противодавление пласта повышается, круг 1810 Мора может смещаться влево, и может вызывать проскальзывание естественной трещины 1701, даже если общее напряжение остается постоянным.
[00142] Огибающая зона 1808 разрушения может отличаться от огибающей зоны разрушения для скелета горных пород в среде 1704 горных пород, который может иметь разную когезию 1811 (когезия - это пересечение склона разрушения сдвига с осью y) и разный уклон. Если исходное состояние напряжения в среде 1704 горной породы такое, что соответствующий круг 1810 Мора соприкасается с огибающей зоной разрушения 1808сдвига, естественная трещина, ориентированная под углом 6, которая соответствует точке, соприкасающейся с огибающей зоной разрушения, может разрушиться под воздействием скалывающего усилия. Хотя в данном примере отображены зоны разрушения Мора-Кулона и круга Мора, для анализа разрушений могут использоваться другие огибающие зоны разрушения или состояния напряжения.
[00143] С учетом Фигур 17 и 18, в ходе обработки трещин гидроразрыва (например, как показано на Фигуре 1.1), жидкость может попасть в скелет горной породы, окружающий трещины 1701 гидроразрыва. В результате, противодавление пласта в скелете горной породы может повыситься, и привести к смещению круга 1810 Мора влево, как описано выше. Смещение может быть первичным механизмом микросейсмичности во время гидроразрыва пласта в проницаемой породе. Другим механизмом, который может быть превалирующим механизмом для горных пород со сверхнизкой проницаемостью, может быть концентрация напряжений вокруг трещин 1701 гидроразрыва согласно схематическому изображению на Фигуре 19.
min
vertical
[00144] На Фигурах 19.1 и 19.2 схематически представлена концентрация напряжений 1900 для напряжений σ, σ, применяемых к трещинам 1701гидроразрыва. Данные концентрации напряжений могут вызывать смещение существующих естественных трещин 1702, если свойства и исходное состояние напряжения такие, что естественная трещина 1702 близка к состоянию разрушения сдвига. Малая концентрация напряжения, как та, которая индуцирована в горной среде, окружающей трещины 1701гидроразрыва, может подталкивать круг 1810 Мора к разрушению сдвига, и создает микросейсмические события.
[00145] Как показано в поперечном разрезе на Фигуре 19.1, может возникнуть область, нарушенная напряжением 1918 пропорционально высоте трещины 1701. Сдвиговая деформация 1920 может возникнуть вокруг области, нарушенной напряжением, как обозначено двойными стрелками. Как показано в горизонтальной проекции на Фигуре 19.1, деформация T растяжения может применяться к трещинам гидроразрыва, как обозначено противоположными стрелками.
[00146] Аналогично естественным трещинам 1702, если состояние напряжения такое, что достигнута огибающая зона 1808 сдвига скелета горной породы, в скелете горной породы может возникнуть сдвиговая трещина, которая может также привести к микросейсмическим событием. Может быть легче получить состояние разрушения, по меньшей мере, для некоторых из существующих естественных трещин 1702, чем для скелета горной породы.
[00147] Гидроразрыв пласта может использоваться для извлечения углеводородов, к примеру, в сверхплотных нетрадиционных коллекторах, таких как сланцевый газ. Как и в традиционных коллекторах, микросейсмический мониторинг может использоваться при определении геометрии созданной трещины. Микросейсмический мониторинг может выявить множество распространяющихся событий, которое может указывать на то, что в ходе гидроразрыва пласта создаются схемы или сети сложных трещин. При создании схемы сложных трещин, возможность использовать микросейсмическое облако для установления очертания подробной структуры сети трещин может быть сложной, к примеру из-за того, что микросейсмические события могут не располагаться на плоскостях трещин гидроразрыва и/или могут быть в естественных трещинах, окружающих трещины гидроразрыва, и/или из-за недостоверности, связанной с расположением микросейсмических событий.
[00148] Примеры недостоверности микросейсмического положения приведены в работах Максвел С.К. 2009. Недостоверность микросейсмического положения. Журнал «CSEG RECORDER», апрель 2009 г.стр. 41-46 (Maxwell, S.C. 2009, Microseismic Location Uncertainty, CSEG RECORDER, April 2009, pp. 41-46; и Максвел С.К. Андерхил Б., Беннетт Л. Ворпел К. и Мартинес А. 2010. Ключевые критерии для успешного микросейсмического проекта (Maxwell, S.C, Underhill, В., Bennett, L., Woerpel, С and Martinez, A. 2010, Key Criteria for a Successful Microseismic Project), Работа SPE 134695, предоставленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Флоренция, Италия, 19-22 сентября 2010 г., полное содержание которых включено здесь в качестве ссылки.
[00149] Фигура 20 - это схематическое представление 2000, которое иллюстрирует как микросейсмичность может возникать в результате взаимодействия между трещиной 2001гидроразрыва и естественной трещиной 2002. Временная шкала 2022 приводится с отображением микросейсмических событий 2028, возникающих вдоль трещины 2001гидроразрыва и естественной 2002 трещины. Примеры микросейсмичности приводятся в работах Максвел С.К. и Киполла К. 2011. Что микросейсмичность может рассказать нам о гидроразрыве пласта (Maxwell, S.C. and Cipolla, C. 2011, What Does Microseismicity Tell Us About Hydraulic Fracturing). Работа SPE 146932, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE 2011, Денвер, Колорадо, 30 октября - 2 ноября, полное содержание которой включено здесь в качестве ссылки.
[00150] При времени t1, трещина 2001 гидроразрыва находится достаточно далеко от естественной трещины 2002, чтобы концентрация напряжений вокруг трещины 2001 гидроразрыва была достаточной для проскальзывания поверхностей естественных трещин 2002. В этом случае, из естественной трещины может выходить никакая микросейсмичность. При времени t2, трещина 2001 гидроразрыва находится достаточно близко к естественной трещине 2002, таким образом, что концентрация трещин вызывает касательное проскальзывание на естественной трещине 2002, приводя к микросейсмическому событию 2028.
[00151] При времени t3, трещина 2001гидроразрыва пересекается с естественной трещиной 2002 и может распространяться вдоль естественной трещины 2002 или ответвляться от естественной трещины 2002. В некоторых случаях, естественная трещина 2002, которая уже пересекается с трещиной 2001 гидроразрыва, может все еще иметь «залипающую» поверхность в результате деформации горных пород или колебания давления. В более поздний отрезок времени t4, граница контакта может снова проскальзывать и формировать новое микросейсмическое событие 2028.
[00152] Значения плоскости/поверхности трещин гидроразрыва можно получить непосредственно из микросейсмических данных. Примеры способов для получения микросейсмических данных приводятся в работах Фишера и др. Интегрирование технологий картирования трещин для оптимизации интенсификации притока в сланцевом месторождении Барнетт (Fisher et al., Integrating Fracture Mapping Technologies to Optimize Stimulations in the Barnett Shale), Работа SPE 77411, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Сан-Антонио, Техас, США, 29 сентября - 2 октября 2002 года; Крэг Д.П. и Буркарт Р. (Использование карт микросейсмических событий для определения разрывов в коллекторах (Craig, D.P. and Burkhart, R., Using Maps of Microseismic Events to Define Reservoir Discontinuities), Работа SPE 135290, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Флоренция, Италия, 19-22 сентября 2010 года; Вильямс и др. Количественная интерпретация основных плоскостей на основании расположения микросейсмических событий с применением в прогнозировании добычи (Williams et al., Quantitative Interpretation of Major Planes From Microseismic Event Locations With Application in Production Prediction), представлена на Ежегодном совещании SEG (2010), и Заявка на патент США № 2011/0029291, полное содержание которых включено здесь в качестве ссылки.
[00153] По меньшей мере, в некоторых случаях, поверхности трещин, полученные непосредственно из множества микросейсмических событий, используя определенные способы, может иметь большие недостоверности, к примеру, поскольку события не обязательно будут представлять фактические поверхности трещин гидроразрыва, как указано выше. В данных способах не может использоваться другая информация, такая как свойства пласта и объем перекачиваемой жидкости. В ходе интерпретации микросейсмических акустических сигналов можно получить информацию о тензоре момента микросейсмического источника, уменьшении напряжения и эффективной площади проскальзывания. Такая информация может не полностью использоваться для согласования геометрии трещин гидроразрыва.
[00154] Для включения характеристики пласта и информации о перекачке были разработаны модели трещин гидроразрыва для моделирования распространения сложных трещин в естественной трещины в пластах с естественной трещиноватостью. Примеры моделей трещин гидроразрыва приводятся в работах Венг и др. Моделирование распространения сети трещин гидроразрыва в пласте с естественной трещиноватостью (Weng et al, Modeling of Hydraulic Fracture Network Propagation in a Naturally Fractured Formation), Работа SPE 140253, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE в Вудлендсе, Техас, США, 24-26 января 2011 года (далее - «Венг 2011»; Киполла и др. Интегрирование микросейсмических данных и моделирования сложных трещин для определения сложности трещин (Cipolla et al, Integrating Microseismic Mapping and Complex Fracture Modeling to Characterize Hydraulic Fracture Complexity), Работа SPE 140185, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE в Вудлендсе, Техас, США, 24-26 января 2011 года; и Гу и др. Пересечение трещин гидроразрыва пласта с естественными трещинами под неортогональными углами. Критерий, его проверка и применение (Gu et al, "Hydraulic Fracture Crossing Natural Fracture at Non-Orthogonal Angles, A Criterion, Its Validation and Applications") Работа SPE 139984, представленная на Конференции и выставке по гидравлическому разрыву пласта SPE, Вудлендс, Техас, США, 24-26 января 2011 года, полное содержание которых включено здесь в качестве ссылки.
[00155] В моделях может учитываться взаимодействие трещин гидроразрыва с естественными трещинами и/или щелями, и прогнозируемая подробная структура генерируемых сетей трещин. В моделях может использоваться моделирующее устройство, такое как МНР, которое может предварительно потребовать заранее заданного множества естественных трещин в пласте. Данные естественные трещины могут генерироваться на основании информации, полученной из трехмерных сейсмических данных, данных исследования скважинным сканером, и/или характеристики ядра складки. Сгенерированные естественные трещины могут иметь большие недостоверности, которые могут приводить к неточному прогнозу, получаемому из моделирующего устройства сложных трещин. Микросейсмические данные могут обеспечивать средство для проверки и/или привязки результатов моделирования.
[00156] Поскольку микросейсмические данные не могут обеспечить точную плоскость трещины, как указано выше, то прогнозируемый «отпечаток» общей сети трещин в модели трещин можно сравнить с общим микросейсмическим множеством. Параметры модели можно корректировать, пока результаты моделирования приблизительно не согласуются с наблюдаемым микросейсмическим множеством. Данный подход к привязке может иметь некоторую степень недостоверности, к примеру, там, где точный отпечаток сети трещины не может быть аналогичным участку, очертание которого представлено микросейсмическим множеством. Это может произойти, к примеру, когда события разрушения сдвига возникают на некотором расстоянии от фактических трещин.
[00157] Фигура 21 - это схематическое представление 2100, отображающая пример прогрессивного распространения трещин 2101a-f гидроразрыва и естественных трещин 2102a-f. Подробные модели сложных трещин гидроразрыва могут использоваться для прогнозирования прогрессивного распространения множественных ветвей трещин в сети сложных трещин. Пласт изначально может состоять из многих естественных трещин 2102a-f.
[00158] Как показано на Фигуре 21, между трещинами 2101a-f гидроразрыва и естественными трещинами 2102a-f могут происходить различные взаимодействия 2130a-f. Взаимодействие 2130a не показывает никакого пересечения между трещиной 2101a гидроразрыва и естественной трещиной 2102a. Взаимодействие 2130b показывает ограничение и/или проскальзывание между трещиной 2101a гидроразрыва и естественной трещиной 2102a. Взаимодействие 2130c показывает трещину 2101c гидроразрыва, распространяющуюся вдоль естественной трещины 2102c и расширение естественной трещины 2102c. Взаимодействие 2130d показывает трещину 2101d гидроразрыва, пересекающуюся с естественной трещиной 2102c. Взаимодействие 2130e показывает взаимное пересечение между трещиной 2101e гидроразрыва и естественной трещиной 2102e. При этом, естественная трещина 2102e остается закрытой. Взаимодействие 2130f показывает взаимное пересечение между трещиной 2101f гидроразрыва и естественной трещиной 2102f, с естественной трещиной 2102e, имеющей раскрытость 2103 щели, увеличивающейся после пересечения между трещиной 2101f гидроразрыва и естественной трещиной 2102f.
[00159] В некоторых случаях, такие взаимодействия 2130b-2130f, трещины 2101a-f гидроразрыва и естественные трещины 2102a-f могут пересекаться. Взаимодействие трещин 2101a-f гидроразрыва и естественных трещин 2102a-f может приводить к ответвлению трещин, при котором пересекаются трещины 2101a-f гидроразрыва и естественные трещины 2102a-f. Взаимодействия 2130a-f могут приводить к раскрытию и распространению трещин 2101a-f гидроразрыва вдоль естественных трещин 2102a-f и вызывать ответвление и сложность трещин.
[00160] Определение точных характеристик естественных трещин под землей может оказаться сложным, или даже невозможным в некоторых случаях. Исходная численность естественных трещин дискретной сети трещин (ДСТ) может создаваться стохастически. Стохастическая численность ДСТ может ограничиваться по информации, полученной из сейсмических данных и измерений, полученных скважинным сканером, и/или с использованием геологических и геостатических моделей.
[00161] На Фигуре 22.1 показано схематическое представление 2200.1, отображающее ДСТ 2232 вокруг ствола 2236 скважины. Следы статистически генерированной ДСТ отображаются возле ствола 2236 скважины, со следами статистически созданной ДСТ, равномерно распределенной по пласту 2234. Следы указывают на естественные трещины 2202, расположенные по пласту 2234.
[00162] Фигура 22.2 - это схематическое представление 2200.2, показывающее прогнозируемую сеть 2236 трещин гидроразрыва (СТГ), смоделированную на основании равномерно распределенной ДСТ 2232. Трещины 2201 гидроразрыва генерируются на основании модели сложных трещин для соответствующей ДСТ 2232. На Фигуре 22.2 также показаны микросейсмические события 2238 (обозначение в виде шаров на графике 2200.2), собранные в ходе обработки трещин.
[00163] В примере, изображенном на Фигуре 22.2, прогнозируемый отпечаток 2236 СТГ не соответствует микросейсмическому множеству 2240 микросейсмических событий 2238. Попытки найти соответствие можно предпринять посредством изменения свойств горной породы и/или исходного распределения естественных трещин, чтобы они соответствовали микросейсмическим событием 2238. Доподлинно неизвестно, представляют ли микросейсмические события 2238 фактические плоскости трещин гидроразрыва, поскольку они могут представлять проскальзывание естественных трещин 2202 от трещин гидроразрыва 2203, вызванное сдвигом, как уже было указано выше.
[00164] Приведение модели сложной трещины в соответствие с микросейсмическим множеством 2240 может привести к ошибкам. Другим способом может быть прогнозирование поля индуцированного напряжения вокруг созданной СТГ 2236, и определение состояния разрушения сдвига в естественных трещинах и скелете горной породы таким образом, чтобы «отпечаток» разрушения приблизительно соответствовал микросейсмическим данным. Кроме того, на основании рассчитанного поля напряжения, естественные трещины, которые подвергаются проскальзыванию и можно определить их ориентацию, которые можно сравнить с ориентацией скольжения, определенной на основании тензора микросейсмического момента для получения более надежной интерпретации.
[00165] На Фигурах 23.1 и 23.2 отображаются способы 2300.1, 2300.2 выполнения гидроразрыва пласта на буровой площадке. По меньшей мере в одном варианте реализации, указанном в настоящем описании, способы 2300.1, 2300.2 представлены для интерпретации микросейсмичности и ее использования для привязки моделирования сложных трещин посредством объединения анализа напряжения и разрушения горной породы. Каждый из способов 2300.1, 2300.2 может включать в себя выполнение 2350 моделирования, состоящего из интенсификации притока в скважину посредством закачки жидкости гидроразрыва с пропантом в сеть трещин и/или формирование 2352 данных буровой площадки (например, параметры естественной трещиноватости, данные по перекачке, и микросейсмические измерения). Способы 2300.1, 2300.2 могут выполняться, используя все или часть способов 1500 на Фигуре 15.
[00166] В способе 2300.1 задействовано прогнозирование 2354 геометрии трещин, 2356 определение трехмерного (3D) поля напряжения, и 2358 выполнение оценки разрушения и привязки на основании микросейсмических событий.
Прогнозирование геометрии трещин
[00167] Прогнозирование геометрии 2354 трещин может выполняться, к примеру, через моделирование 2360таких трещин, как естественные, после гидроразрыва, и/или сложные, на основании данных по буровой площадке, и формирование 2362 дискретной сети трещин по данным по буровой площадке. Геометрию трещин гидроразрыва можно вначале рассчитать, используя модель трещин гидроразрыва на основании известных геологических, геомеханических данных и данных по обработке трещин. В случае сложных трещин в пласте с естественной трещиноватостью, модель можно использовать для прогнозирования плоскостей сложных трещин, а также ширины трещин, давления жидкости и других параметров, связанных с системой трещин. Примеры моделирования представлены в Заявке на патент США № 2008/0183451. Прогнозирование может осуществляться посредством моделирования, к примеру, МНР, как описано выше.
Расчет трехмерного поля напряжения
[00168] Трехмерное (3D) поле напряжения можно определить 2356 посредством моделирования. Для любой данной геометрии трещин гидроразрыва, рассчитанной по модели трещины, трехмерное поле напряжения (или область) вокруг трещин гидроразрыва (см. пример на Фигуре 19) можно рассчитать посредством моделирования 2364 с использованием, к примеру, численной геомеханической модели. Например, можно использовать числовой геомеханический код конечного элемента, и/или код метода конечных разностей. Такое численное моделирование может занимать много времени, поскольку оно требует построения сложных трехмерных мелких сеток вокруг каждой из трещин, и может потребовать большого объема вычислений. Примеры моделирования представлены в работах Кутсабелули 2009 (Koutsabeloulis 2009) и Джан 2007 (Zhang 2007), а также в инструментах Itasca 2002 и/или FLAC3D™ имеющиеся на рынке от компании ITASCA™ (см.http://www.itascacg.com/).
[00169] Трехмерное поле напряжения можно также определить 2356, используя эффективные в вычислительном отношении способы на основании способа разрывных смещений (DDM). Способ DDM можно реализовать применяя, к примеру, усовершенствованный (2D) DDM и/или 3D DDM. Примеры
1. Усовершенствованный способ 2D DDM
[00170] Способ может основываться на усовершенствованной методике 2D DDM 2366, которая приводится в настоящем описании. Способ 2D DDM использовался при моделировании сложных трещин для расчета взаимодействия между сложными трещинами гидроразрыва (также известного как эффект «затенения напряжения»), и обсуждался в настоящем описании и патенте PCT/US2012/063340. Примеры способа 2D DDM приводятся в работе Олсон 2004 (Olson 2004), а модели сложных трещин приводятся в работах Венг 2011 (Weng 2011) и Ву 2012 (Wu (2012).
[00171] На Фигуре 3 показано схематическое представление 300, отображающее горизонтальную проекцию сети 300 сложных трещин. Сеть 300 трещин дискретизирована на много соединенных малых элементов ELEM i, j. В каждом элементе ELEM i, j, давление жидкости и ширину можно определить, решив системы связанных уравнений по упругости и потоку жидкости. Примеры потока жидкости в трещинах предоставлены в работе Венг 2011 (Weng 2011. Чтобы учесть взаимодействие между трещинами, можно использовать способ 2D DDM. Примеры двухмерных способов представлены в работе Крауч и Старфилд 1983 (Crouch and Starfield1983).
n
s
n
s
[00172] Уравнения 2D DDM соотносят нормальное и касательное напряжение (σ и σ), воздействующие на один элемент трещин Elem i с участием разрывов отрывного смещения и смещения сдвига (D и D) из всех элементов трещин Elem i, j, как показано в уравнениях ниже. Чтобы учесть трехмерный эффект из-за определенной высоты трещин, вводится 3D поправочный коэффициент 2368 в дополнение к коэффициентам влияния и модифицированные уравнения упругости (8.1) и (8.2) из способа 2D DDM, как указано в настоящем описании. Способы, в которых используются трехмерные эффекты, приводятся в работе Олсон 2004 (Olson 2004).
[00173] 3D поправочный коэффициент может быть представлен следующим уравнением (12). Вводимый трехмерный поправочный коэффициент может привести к ухудшению взаимодействия между любыми двумя элементами трещин при увеличении расстояния, корректно отображая трехмерный эффект определенной высоты трещины. Усовершенствованный способ 2D DDM можно проверить 2370 на основании решений 3D метода конечных разностей в простых примерах для подтверждения хорошего приближения. Способы коррекции описаны в работе Ву 2012 (Wu 2012.).
[00174] В приведенном выше способе для расчета затенения напряжения, напряжения можно рассчитывать 2372 в центре каждого элемента сети трещин гидроразрыва. Аналогичные уравнения можно применить для расчета поля напряжения в горной породе вдали от элементов трещин гидроразрыва. Посредством расчета нормального и касательного напряжения, воздействующих на части дискретной сети трещин, таких как имеющаяся сеть естественных трещин и/или любые точки в скелете горной породы, можно оценить состояние разрушения сдвига.
2. Способ 3D DDM
[00175] В некоторых случаях, усовершенствованный способ 2D DDM может ограничиваться оценкой средних напряжений в горизонтальной плоскости (с допущением, что трещины вертикальные). Способ может также основываться на 3D DDM 2374.
x
y
z
[00176] Для данной сети трещин гидроразрыва, сеть может дискретизироваться на небольшие соединенные прямоугольные (или многоугольные) элементы. Для любого данного прямоугольного элемента, подверженного разрывному смещению между его двумя поверхностями, представленными D, D, и D, индуцированные напряжения в горной породе в любой точке (x, y, z) можно рассчитать, используя решение 3D DDM.
[00177] На Фигуре 24 показана схема 2400 локальной системы координат x, y, z для одного из прямоугольных элементов 2470, расположенных вдоль плоскости x-y. Индуцированное смещение и поле напряжения можно выразить следующим образом:
где a и b - это составляющие половину длины ребер прямоугольника, и
Для любой определенной точки наблюдения P (x, y, z) в трехмерном пространстве, посредством накладывания напряжения из всех элементов трещины и посредством применения соответствующего преобразования координат можно рассчитать 2376 индуцированное напряжение в точке P. Способы с задействованием 3D DDM представлены в работе Крауч С.Л. и Старфилд А.М. Способы граничных элементов в механике твердых тел. Издательство «Unwin Hyman», Лондон (Crouch, S.L. and Starfield, A.M. (1990), Boundary Element Methods in Solid Mechanics, Unwin Hyman, London), полное содержание которой включено здесь в качестве ссылки.
Оценка разрушения и его привязка к микросейсмическим событиям
[00178] Оценка разрушения и его привязка могут выполняться 2358 на основании микросейсмических событий. Напряжения можно рассчитывать в разных точках трехмерного пространства для разных аналитических целей. Напряжения можно генерировать посредством применения поля напряжения к фиксированным точкам в трехмерном пространстве для получения графиков 2378 компонентов напряжения, и/или генерирования напряжений 2380 вдоль наблюдаемых микросейсмических точек. Далее представлен перечень нескольких таких примеров приложения напряжения, но способ не ограничивается этими примерами.
1. Трехмерный контур напряжений
[00179] Расчет напряжений может применяться к фиксированным точкам в трехмерном пространстве для генерирования контурных графиков 2378 различных компонентов напряжения или графиков полученных параметров разрушения от напряжений. Трехмерные контурные графики указывают на местоположение концентрации напряжений или на те места, где, вероятнее всего, горная порода вызывает разрушение сдвига, которые могут соотноситься с местами микросейсмических событий или плотностью событий.
2. Напряжения при данных естественных трещинах
[00180] Напряжения можно рассчитать 2380 на естественных трещинах или вдоль естественных трещин. Можно рассчитать касательные напряжения или другие соответствующие показатели, относящиеся к условиям разрушения. По-прежнему, их можно сравнить 2382 с микросейсмическими точками и свойствами тензора момента, чтобы определить соответствуют ли принятые параметры естественной трещины микросейсмическим наблюдениям и требуются ли какие-либо корректировки для параметров трещин.
3. Напряжения в точках микросейсмических событий
[00181] Напряжения можно рассчитать 2384 в наблюдаемых точках микросейсмических событий. На основании рассчитанных напряжений можно оценить вероятность касательного проскальзывания или необходимого состояния. Поскольку в точке прохождения микросейсмической событий возникает касательное скольжение, то соответствие или несоответствие прогнозирования модели реальности может обеспечить меру правильности результатов моделирования.
[00182] Независимо от места расчета напряжений в пространстве можно выполнить сравнение 2386 прогнозируемой склонности к касательному проскальзыванию или разрушению сдвига, на основании микросейсмического наблюдения. Если прогноз модели не соответствует в полной мере микросейсмическим наблюдениям, то могут потребоваться изменения в системе естественной трещины или других параметрах горной породы, а также повторное моделирование до получения надлежащего соответствия. После корректировки 2388, данные по буровой площадке можно изменить в 2352, и повторно реализовать способ. После завершения привязки параметры трещин можно скорректировать 2388 на основании сравнения. Операцию по интенсификации 2390 можно также скорректировать на основании параметров трещин.
[00183] Способ обеспечивает непосредственную связку наблюдаемой микросейсмичности и поля напряжения, полученного на основании индуцированных трещин гидроразрыва. При этом можно учесть многие эффекты из-за первоначального распределения неоднородных напряжений в пласте горных пород, изменения естественных трещин и их свойств и распределения в коллекторе, основных разломов с разными свойствами и т.д. Это может уменьшить недостоверности при анализе и интерпретации микросейсмических событий и обеспечить определенную проверку/привязку геометрии трещин на основании модели трещин.
[00184] Процесс привязки может также обеспечить лучшее понимание механизмов формирования микросейсмического источника и ключевые параметры, которые обеспечивают основу для улучшенных микросейсмических измерений или конструктивных соображений при последующей обработке в одной и той же скважине, или при будущих обработках в смежных скважинах.
[00185] На Фиг. 23.2 представлен другой способ 2300.2 выполнения гидроразрыва пласта. В данном варианте способ включает в себя 2350 выполнение операции по интенсификации, заключающегося в интенсификации притока в скважину посредством закачки жидкости гидроразрыва с пропантом в сеть трещин и 2352 формирование данных по буровой площадке (например, параметры естественной трещиноватости, данные по перекачке, и микросейсмические измерения) как на Фигуре 23.1. Способ 2300.2 также включает в себя 2375 моделирование трещин гидроразрыва в сети трещин на основании скважинных данных и определение геометрии трещин гидроразрыва, 2377 формирование поля напряжений трещин гидроразрыва с применением геомеханической модели (например, 2D или 3D DDM), 2379 определение параметров разрушения сдвига, составляющие огибающую зону разрушения и состояние напряжения по сети трещин (например, вдоль естественных трещин, трещин гидроразрыва, и/или среды горных пород), 2381 определение места разрушения сдвигав сети трещин на основании огибающей зоны разрушения и состояния напряжения, 2383 привязка геометрии трещин гидроразрыва посредством сравнения микросейсмических измерений со смоделированной сетью трещин гидроразрыва и/или активированной дискретной сетью трещин, 2385 корректировку дискретной сети трещин на основании сравнения, и 2387 корректировку интенсификации на основании сравнения.
[00186] Часть или все способы могут реализовываться в любом порядке и повторяться по мере необходимости.
[00187] Хотя настоящее описание было дано со ссылкой на варианты осуществления и реализации изобретения, настоящее описание не ограничивается такими вариантами осуществления и/или реализации изобретения. Наоборот, системы и способы настоящего описания могут подвергаться различным модификациям, изменениям и/или усовершенствованиям, придерживаясь характера и масштаба настоящего описания. Таким образом, настоящее описание определенно охватывает все подобные модификации, изменения и усовершенствования в его рамках.
[00188] Следует отметить, что при разработке любого подобного фактического варианта осуществления или многочисленных реализаций должны приниматься определенные решения для достижения определенных целей разработчика, таких как совместимость, с соответствующей системой и коммерческие ограничения, которые могут варьироваться в зависимости от конкретного случая реализации. Более того, предпочтительно, чтобы такая разработка была сложным и затратным по времени процессом, но при этом обычной процедурой для тех, кто владеет обычными навыками изучения такого рода описания изобретения. К тому же, варианты реализации, использованные/ раскрытые в этом описании также могут включать в себя некоторые компоненты, отличные от упомянутых.
[00189] В описании каждая численная величина должна истолковываться один раз с поправкой на «приблизительность» (если не была указана другая поправка), а затем без этой поправки, если в контексте не указано иное. Также, в этом описании следует понимать, что любой диапазон, представленный или описанный как полезный, подходящий, или подобный, подразумевает, что любой и каждый показатель в пределах диапазона, включая конечные точки, считается указанным. Например, «диапазон от 1 до 10» должен истолковываться, как указывающий каждое и любое возможное число где-то посредине между около 1 и около 10. Таким образом, даже если явно были установлены определенные точки отсчета в пределах диапазона, или не были явно установлены никакие точки отсчета в пределах диапазона, или же они ссылаются только на несколько определенных точек, следует понимать, что авторы изобретения принимают во внимание и понимают, что любые и все точки отсчета в пределах диапазона считаются указанными, и что авторы изобретения располагают сведениями о полном диапазоне и всех точках в пределах данного диапазона.
[00190] Утверждения, сделанные в настоящем описании, лишь предоставляют информацию, относящуюся к настоящему описанию и, возможно, не представляют известный уровень техники и могут описывать некоторые варианты реализации, иллюстрирующие изобретение. Все упомянутые в этом документе ссылки включаются целиком посредством ссылки в текущем описании.
[00191] Несмотря на то что детально были описаны выше только несколько вариантов реализации изобретения, те лица, которые специализируются в данной области, будут принимать во внимание, что вариант реализации изобретения может иметь многочисленные модификации без существенного отклонения от системы и способа осуществления операций по интенсификации притока в ствол скважины. Соответственно, все подобные модификации предназначены для включения в масштаб данного описания, как определено в следующих пунктах формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения, пункты «средство плюс функция» предназначены для охвата конструкций, описанных в настоящем документе, как выполняющих указанную функцию, и не только конструкционные эквиваленты, но также и эквивалентные конструкции. Таким образом, хотя гвоздь и винт не являются конструкционными эквивалентами в том плане, что в гвозде используется цилиндрическая поверхность для скрепления деревянных деталей, в то время как в винте используется спиральная поверхность при скреплении деревянных деталей, гвоздь и винт могут быть эквивалентными конструкциями.