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用于执行增产作业的系统和方法

阅读：569发布：2022-01-19

专利汇可以提供用于执行增产作业的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种在井场处执行增产作业的系统和方法，所述井场具有地下地层，地下地层具有储层。该方法包括获取综合井场数据(例如，地层的岩土力学、地质学和/或地球物理学特性，和/或地层中的机械断面的几何特性)。该方法还包括使用综合井场数据生成力学地球模型，并且识别地层中诱导的水力裂缝和至少一个断面之间的交叉行为。该方法还包括优化增产规划，以实现优化的交叉行为。增产规划包括压裂液的流体粘度、注入速率以及失水剂的浓度中的至少一个。优化可以进一步包括调整优化规划以实现地层中诱导的水力裂缝和断面之间的优化的交叉行为。，下面是用于执行增产作业的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种在穿透地下地层的井眼周围执行压裂作业的方法，所述地下地层周围具有机械断面，所述方法包括：
获取综合的井场数据，所述综合的井场数据包括所述地下地层的岩土力学特性以及所述机械断面的几何特性；
使用所述综合的井场数据生成力学地球模型；
在所述力学地球模型中识别所述地层中的至少一个诱导的水力裂缝与至少一个断面之间的交叉行为；
使用所述力学地球模型生成增产规划，所述增产规划包括压裂液的流体粘度和注入速率；以及
调整所述增产规划的所述注入速率和所述流体粘度中的至少一个，以实现所述地层中的至少一个诱导的水力压裂与至少一个断面之间的优化的交叉行为。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用所述增产规划来执行所述压裂作业以生成包括所述优化的交叉行为的所述地层中的压裂网络。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述综合的井场数据进一步包括所述地下地层的地质学特性和地球物理学特性，以及所述至少一个断面的力学特性中的一个或多个特性。
4.如权利要求3所述的方法，进一步包括测量所述地下地层的岩土力学特性、地质学特性和地球物理学特性以及所述至少一个断面的力学特性的组合中的至少一部分。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述调整包括选择性地影响所述诱导的水力裂缝与所述至少一个断面之间的所述交叉行为。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述调整进一步包括调整所述压裂液中的失水剂的浓度，以实现所述优化的交叉行为。
7.一种针对具有位于地下地层中的储层的井场执行增产作业的方法，所述方法包括：
基于综合的井场数据，使用力学地球模型执行增产作业；
使用所述力学地球模型生成增产规划，所述增产规划包括压裂液的流体粘度和注入速率；以及
调整所述流体粘度和所述注入速率中的至少一个，以实现优化的增产作业。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述综合的井场数据包括所述地下地层的岩土力学特性、地质学特性和地球物理学特性以及至少一个断面的力学特性和几何特性中的至少部分、一个或多个特性。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述力学地球模型包括所述地下地层中的诱导的水力裂缝和机械断面之间的交叉行为。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述调整包括选择性地影响所述诱导的水力裂缝和所述机械断面之间的所述交叉行为。
11.如权利要求10所述的方法，其中，选择性地影响所述交叉行为包括选择性地影响所述诱导的水力裂缝是否穿过所述机械断面，所述诱导的水力裂缝是否沿所述机械断面传播，以及所述诱导的水力裂缝是否沿所述机械断面传播并穿过所述机械断面。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述地下地层中的所述机械断面是自然裂缝、层平面、断层以及弱面中的一个。
13.如权利要求7所述的方法，其中，所述增产规划进一步包括失水剂，并且所述调整进一步包括调整所述压裂液中的所述失水剂的浓度以实现优化的压裂作业。
14.一种针对具有位于地下地层中的储层的井场执行增产作业的方法，包括：
使用储层表征模型来执行储层表征，以基于综合的井场数据生成力学地球模型；
通过基于所述力学地球模型执行井规划、阶段设计、增产设计以及产量预测来生成增产规划；
在所述力学地球模型中识别所述地层中的至少一个诱导的水力裂缝与至少一个断面之间的交叉行为；以及
通过在反馈回路中重复所述增产设计和所述产量预测来优化所述增产规划，直到在所述地层中的所述至少一个诱导的水力裂缝和所述至少一个断面之间生成优化的交叉行为。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述综合的井场数据包括所述地下地层的岩土力学特性、地质学特性和地球物理学特性以及所述至少一个断面的力学特性和几何特性中的至少部分、一个或多个特性。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括测量所述地下地层的岩土力学特性、地质学特性和地球物理学特性以及所述地下地层中的所述至少一个断面的力学特性和几何特性中的至少一部分。
17.如权利要求14所述的方法，其中，优化所述增产规划包括在反馈回路中重复井规划、阶段设计、增产设计以及产量预测，直到生成所述优化的交叉行为。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述井规划、阶段设计、增产设计以及产量预测中的至少一个包括压裂液的流体粘度、注入速率，以及所述压裂液中的失水剂的浓度；并且其中，优化所述增产规划进一步包括调整所述压裂液的所述流体粘度、注入速率以及所述压裂液中的失水剂的浓度中的至少一个，直到生成所述优化的交叉行为。
19.如权利要求14所述的方法，进一步包括在所述井场处执行所述优化的增产规划。
20.如权利要求19所述的方法，进一步在所述执行所述优化的增产规划期间从所述井场测量实时数据。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括基于所测量的实时数据执行实时解析。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包括基于所述实时解析来执行实时增产设计和产量预测。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包括通过在反馈回路中重复实时所述增产设计以及所述产量预测，来实时优化所述优化的增产规划，直至生成实时优化的增产规划。
24.如权利要求23所述的方法，进一步包括基于所述实时优化的增产规划来控制所述增产作业。
25.如权利要求19所述的方法，进一步包括在执行所述优化的增产规划之后评估所述井场。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包括基于所述评估来更新所述储层表征模型和所述力学地球模型中的至少一个模型。
27.如权利要求14所述的方法，进一步包括基于对在执行所述优化的增产规划期间收集的实时数据的评估，来更新所述储层表征模型和所述力学地球模型中的至少一个模型。
28.如权利要求14所述的方法，其中，使用压裂模型执行所述增产设计。
29.如权利要求14所述的方法，其中，使用财务输入执行所述产量预测。
30.如权利要求14所述的方法，其中，所述储层包括至少一个致密气砂岩储层和页岩储层中的一个。
31.一种用于执行针对具有穿透地下地层的井眼的井场的增产作业的系统，所述地下地层周围具有机械断面，所述系统包括：
增产工具，包括：
储层表征单元，其使用储层表征模型执行储层表征，以基于综合的井场数据生成力学地球模型；
增产规划单元，其使用所述力学地球模型生成增产规划，所述增产规划包括压裂液的流体粘度和注入速率；以及
优化器，其通过调整所述流体粘度和所述注入速率中的至少一个来优化所述增产规划，以实现优化的增产规划，所述优化的增产规划具有在所述地层中的至少一个诱导的水力压裂和至少一个断面之间的优化的交叉行为。
32.如权利要求31所述的系统，进一步包括能够操作性地连接到所述增产工具的井场设备单元。
33.如权利要求32所述的系统，进一步包括位于所述井场处的所述井眼中的至少一个井下工具，所述至少一个井下工具能够操作性地连接到所述增产工具。
34.如权利要求33所述的系统，其中，所述至少一个井下工具包括测井电缆工具、钻井工具、射孔工具、注入工具及其组合中的至少一个。
35.如权利要求31所述的系统，其中，所述综合的井场数据包括所述地下地层的岩土力学特性、地质学特性和地球物理学特性，以及所述地下地层中的所述至少一个断面的力学特性和几何特性。

说明书全文

用于执行增产作业的系统和方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2011年10月11日提交的美国临时申请No.61/545935，题为"METHOD OF CONTROLLING HYDRAULIC FRACTURING ACROSS PRE-EXISTING PERMEABLE DISCONTINUITIES"，通过引用将上述申请的全部内容合并于此。

技术领域

[0003] 本公开大体上涉及用于执行油田作业的方法和系统。更具体地，本公开涉及用于执行增产(stimulation)作业的方法和系统，例如勘测地下地层，表征地下地层中的水力裂缝网络，以及生成增产规划。

[0004] 本文中所做的陈述仅仅提供与本公开有关的信息，而不构成现有技术，并且可能描述示出本发明的一些实施例。

背景技术

[0005] 为了便于从油气井中恢复油气，可以水力压裂环绕这些井的地下地层。水力压裂已经成为在地下地层中产生允许油气进入井中的裂缝的有价值的技术。水力裂缝可以根据地层内的固有应力从井眼向两个相反的方向延伸数百英尺。在特定的环境中，它们可以形成复杂的裂缝网络。复杂的裂缝网络可以包括诱导的水力裂缝和自然裂缝，它们可能或可能不，沿多个方位、在多个平面和方向以及在多个区域交叉。

[0006] 通过以高压和高流量把特别设计的流体(被称作“压裂液”或“压裂泥浆”)经过一个或多个井眼引入到地层中来压裂地层。油田服务公司开发了多种不同的油基和水基流体和处理液，以更有效率地诱导和保持可渗透和高产的压裂。这些流体的组成变化很大，从简单的水和沙到具有很多添加剂的复杂的聚合物。每种类型的压裂液都具有独特的特性，并且每一种都具有其各自的积极和消极的性能特点。期望选择性地修改压裂液的特定的性质以及泵入特性，以达到压裂网络的期望的复杂度。

[0007] 例如，具有弯曲的裂缝、多个纽结以及压裂方向变化的高度复杂的压裂网络几何结构可能使裂缝开口过窄，或者产生阻碍油气或颗粒通过的夹点。为了实现更好地产生裂缝性型储集层，期望制造相对直且开阔的水力裂缝。

[0008] 在一些情况下，可以对地层中出现裂缝以及裂缝的范围进行数字建模，以推断水力裂缝随时间的传播。传统的水力裂缝模型通常假设双翼型诱导的裂缝。这些双翼型裂缝在表示具有预先存在的断面(例如自然裂缝(NF))的一些非传统的储集层中的诱导的裂缝的复杂性质时可能会短。另外，尽管一些商业上可得的裂缝模型可能考虑地层中预先存在的自然裂缝，而许多公开的模型过于简化，并且忽视考虑诱导的裂缝和自然裂缝之间交叉的严格的弹性解。进一步地，绝大多数公开的模型没明确地考虑流体的泵入特性，流体的泵入特性可能包括注入速率、流体的粘稠特性以及流体添加剂的浓度。

发明内容

[0009] 提供这个发明内容部分是为了介绍下面在详细的描述中将进一步描述的概念的选择。此发明内容部分并不意图标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图用来帮助限定所要求保护的主题的范围。

[0010] 本文中公开的技术涉及油田作业，油田作业包括获取综合井场数据(例如，地层的岩土力学、地质学和/或地球物理特性和/或地层中机械断面的机械和几何特性)。油田作业还可以包括使用综合井场数据生成力学地球模型，以及识别地层中诱导的水力裂缝和至少一个断面之间的交叉行为。可以通过使用力学地球模型以生成增产规划来优化油田作业，增产规划包括压裂液的流体粘度和注入速率。优化可以进一步包括调整增产规划以实现地层中诱导的水力裂缝和断面之间的优化的交叉行为。附图说明

[0011] 参考附图描述用于执行井下增产作业的方法和系统的实施例。为了一致性，相同的附图标记意图表示类似的元件。为了清楚的目的，没有在每一个附图中对每一个部件进行标注。

[0012] 图1A-1D是图解井场处的各种油田作业的示意图。

[0013] 图2A-2D是通过图1A-1D的作业收集的数据的示意图。

[0014] 图3A是图解各种井下增产作业的井场的示意图。

[0015] 图3B-3D是图3A的井场的各种裂缝的示意图。

[0016] 图4A是描绘井下增产作业的示意流程图。

[0017] 图4B是描绘井下增产作业的部分的示意图。

[0018] 图5是诱导的裂缝和自然裂缝之间的可能的交叉行为的示意图；

[0019] 图6A-6C是断面和诱导的水力裂缝之间的正交交叉行为的示意图。

[0020] 图7A-7C是由诱导的水力裂缝对断面的倾斜的交叉行为的示意图。

[0021] 图8A-8B是在建模地层中传播的诱导的水力压裂与预先存在的自然裂缝的相互作用的示意图。

[0022] 图9A-9H是交叉行为中变化的流体特性的潜在影响的示意图；以及

[0023] 图10是示出执行增产作业的方法的流程图。

具体实施方式

[0024] 下面的描述包括体现这里的主题的技术的示例性系统、装置、方法和指令序列。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施所描述的实施例。

[0025] 本公开涉及在井场执行的增产作业的设计、实现和反馈。可以使用储层中心、综合方案来执行增产作业。这些增产作业可以包含基于多学科信息(例如由岩石物理学家、地质学家、地质力学家、地球物理学家和储层工程师使用的)、多井应用、和/或多级油田作业(例如完井、增产和开采)的综合增产设计。一些应用可以被调整以适用于非常规井场应用(例如致密气、页岩、碳酸盐、煤等)、复杂井场应用(例如多井)、以及各种裂缝模型(例如，针对砂岩储层的常规平面双翼裂缝模型或针对自然裂缝的低渗透率储层的复杂网络裂缝模型)等。如这里所使用的，非常规储层包含诸如致密气(tightgas)、砂层、页岩、碳酸盐、煤等的储层，其中地层不均匀，或者被自然裂缝贯穿(所有其它储层被视为常规储层)。

[0026] 也可以使用针对特定类型的储层(例如致密气、页岩、碳酸盐、煤等)的优化、调整，综合评估标准(例如储层和完井标准)，以及综合来自多个源的数据，来执行增产作业。可以使用常规技术独立分析数据流来手动执行增产作业，其中独立分析被断开，和/或包含操作人员使用多种软件应用和工具来手动移动数据和综合数据。也可以综合这些增产作业，例如通过以自动或半自动方式使多学科数据最大化来流线型化这些增产作业。

[0027] 油田作业

[0028] 图1A-1D图示了可以在井场执行的各种油田作业，图2A-2D图示了可以在井场收集的各种信息。图1A-1D图示了代表性油田或井场100的简化示意图，该代表性油田或井场100具有地下地层102，地下地层102中包含例如储层104，并且还图示了对井场100执行的各种油田作业。图1A图示了由诸如地震车106.1之类的勘探工具执行以测量地下地层的属性的勘探作业。勘探作业可以是用于产生声振动的地震勘探作业。在图1A中，由源110生成的一种这样的声振动112在地球地层116中的多个断面114处反射开。可以由位于地球表面的诸如地震检波器—接收器118的传感器来接收声振动112，并且地震检波器
118产生电输出信号，电输出信号在图1A中称为所接收的数据120。

[0029] 响应于代表声振动112的不同参数(诸如幅度和/或频率)的所接收的声振动112，地震检波器118可以产生包含有关地下地层的数据的电输出信号。可以提供所接收的数据120作为对地震车106.1的计算机122.1的输入数据，并且响应于输入数据，计算机
122.1可以生成地震和微震数据输出124。可以对地震数据输出124进行存储、发送、或根据期望进行诸如数据简化的进一步处理。

[0030] 图1B图示了由钻井工具106.2执行的钻井作业，其中钻井工具106.2由钻井架128悬挂，并且被推进到地下地层102中，以形成井眼136或其它通道。可以使用泥浆坑130将钻井泥浆经由管线132抽吸到钻井工具中，以使钻井泥浆循环通过钻井工具，上到井眼
136并返回地面。钻井泥浆可以被过滤，然后返回泥浆坑。可以使用循环系统来存储、控制或过滤流动的钻井泥浆。在这个图示中，钻井工具被推进到地下地层以到达储层104。每一个井可以靶向一个或多个储层。钻井工具可以适于使用随钻测井工具来测量井下属性。随钻测井工具还可以适于如图1B和2B所示地获得岩心样本133，或者被移除以便可以使用其它工具来获取岩心样本133。

[0031] 可以使用地面单元134来与钻井工具106.2和/或场外作业进行通信。地面单元134可以与钻井工具106.2通信，以向钻井工具106.2发送命令，并从钻井工具106.2接收数据。地面单元134可以设置有计算机设备，以接收、存储、处理和/或分析来自作业的数据。地面单元134可以收集钻井作业期间生成的数据，并产生可以被存储或发送的数据输出135。计算机设备，例如地面单元134中的那些计算机设备，可以位于井场周围各种位置处和/或位于远程位置处。

[0032] 可以在油田周围安置诸如计量器的传感器(S)，以收集与先前描述的各种作业有关的数据。如所示，传感器(S)可以安置在钻井工具106.2中的一个或多个位置处和/或位于钻井架处，以测量钻井参数，例如钻压、钻头扭矩、压力、温度、流率、成分、旋转速率和/或其它作业参数。传感器(S)还可以位于循环系统中的一个或多个位置中。

[0033] 可以由地面单元134和/或其它数据收集源来收集由传感器采集的数据，以进行分析或其它处理。可以单独使用或与其它数据结合使用由传感器收集的数据。可以将数据收集在一个或多个数据库中和/或对其进行场内或场外发送。可以选择性地使用数据的全部或选择的部分来对当前和/或其它井眼的操作进行分析和/或预测。数据可以是历史数据、实时数据或其组合。可以实时使用实时数据，或将其存储以备以后使用。还可以将数据与历史数据或其它输入组合以进行进一步的分析。可以将数据存储在不同的数据库中，或者组合到单个数据库中。

[0034] 可以使用所收集的数据来执行分析，诸如建模操作。例如，可以使用地震数据输出来执行地质学、地球物理学、和/或储层工程分析。可以使用储层数据、井眼数据、地面数据和/或处理后的数据来执行储层模拟、井眼模拟、地质学模拟、以及地球物理学模拟或其它模拟。可以从传感器直接生成，或在一些预处理或建模之后生成来自作业的数据输出。这些数据输出可以用作其它分析的输入。

[0035] 数据可以被收集并存储在地面单元134处。一个或多个地面单元134可以位于井场处或者远程地连接到井场。地面单元134可以是单个单元或多个单元的复杂网络，用于执行整个油田必要的数据管理功能。地面单元134可以是手动或自动系统。地面单元134可以由用户操作和/或调整。

[0036] 地面单元134可以设置有收发器137，以使得能够在地面单元134与当前油井的各个部分或其它位置之间进行通信。地面单元134还可以设置有或者功能性地连接到一个或多个控制器，用于致动井场100处的机械装置。然后地面单元134可以响应于所接收的数据向油田发送命令信号。地面单元134可以经由收发器接收命令，或者可以自己实行给控制器的命令。可以提供处理器以分析数据(本地地或远程地)，做出决定和/或致动控制器。以这种方式，可以基于所收集的数据选择性地调整作业。可以基于该信息来优化部分作业，诸如控制钻井、钻压、泵送速率或其它参数。这些调整可以基于计算机协议自动进行，和/或由操作员手动进行。在一些情况下，可以调整井规划以选择最佳作业条件，或者避免问题。

[0037] 图1C图示了由钻井架128悬挂并进入图1B的井眼136的电缆测井(wireline)工具106.3执行的电缆测井作业。电缆测井工具106.3可以适于部署到井眼136中，用来产生测井曲线，执行井下测试和/或收集样本。电缆测井工具106.3可以用来提供另一种执行地震勘探作业的方法和设备。图1C的电缆测井工具106.3可以例如具有爆炸性、放射性、电学或声学能量源144，该能量源144向周围的地下地层102及其中的流体发送电信号和/或从周围的地下地层102及其中的流体接收电信号。

[0038] 电缆测井工具106.3可以可操作地连接到例如图1A的地震车106.1的地震检波器118和计算机122.1。电缆测井工具106.3还可以向地面单元134提供数据。地面单元134可以收集在电缆测井作业期间生成的数据，并产生可以被存储或发送的数据输出135。
电缆测井工具106.3可以位于井眼136中各种深度处，以提供勘探结果或与地下地层有关的其它信息。

[0039] 可以在井场100周围安置诸如计量器的传感器(S)，以收集与先前描述的各种作业有关的数据。如所示，传感器(S)安置在电缆测井工具106.3中，以测量包含例如孔隙率、渗透率、流体成分的井下参数和/或作业的其它参数。

[0040] 图1D图示了由从开采单元或采油树129部署并进入图1C的完成的井眼136中的开采工具106.4执行的开采作业，用于将流体从井下储层抽吸到地面设施142。流体从储层104流过套管(未示出)中的射孔并进入井眼136中的开采工具106.4，并经由采集网络146流到地面设施142。

[0041] 可以在油田周围安置诸如计量器的传感器(S)，以收集与先前描述的各种作业有关数据。如所示，传感器(S)可以安置在开采工具106.4或相关设备中，诸如采油树129、采集网络、地面设施和/或开采设施中，以测量流体参数，例如流体成分、流率、压力、温度和/或开采作业的其它参数。

[0042] 尽管仅示出了简化的井场配置，但是应当认识到油田或井场100可以覆盖具有一个或多个井场的陆地、海洋和/或水域的部分。为了增加的采收率或存储例如油气、二氧化碳或水，开采也可以包括注入井(未示出)。一个或多个采集设备可以操作性地连接到一个或多个井场，以从井场选择性地收集井下流体。

[0043] 应当认识到，图1B-1D图示了不但可以用于测量油田属性而且可以测量非油田作业(诸如矿藏、含水层、储藏以及其它地下设施)的属性的工具。而且，尽管图示了特定的数据获取工具，但是应当认识到，可以使用能够感测诸如地下地层和/或其地质建造的地震双向行进时间、密度、电阻率、开采率等的参数的各种测量工具(例如电缆测井、随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)、岩心样本等)。可以在沿着井眼和/或监测工具的各种位置处设置各种传感器(S)，以收集和/或监测所期望的数据。还可以从场外位置处提供其它数据源。

[0044] 图1A-1D的油田配置图示了井场100和利用这里提供的技术可以使用的各种作业的示例。油田的部分或全部可以在陆地上、水上和/或海上。而且尽管图示了在单个位置处测量单个油田的情况，但是可以以一个或多个油田、一个或多个处理设施、以及一个或多个井场的任何组合来利用储层工程。

[0045] 图2A-2D分别是由图1A-1D的工具收集的数据的示例的图形表示。图2A表示由地震车106.1取得的图1A的地下地层的地震道202。地震道202可以用于提供诸如在一段时间中的双向响应之类的数据。图2B图示了由钻井工具106.2收取的岩心样本133。岩心样本可以用于提供诸如沿着岩心的长度的岩心样本的密度、孔隙率、渗透率或其它物理属性的图表之类的数据。可以在变化的压力和温度下对岩心中的流体执行密度和粘度的测试。图2C图示了由电缆测井工具106.3取得的图1C的地下地层的测井曲线204。测井曲线204可以提供各种深度处地层的电阻率或其它测量结果。图2D图示了在地面设施142处测量的流过图1D的地下地层的流体的产量递减曲线或图表206。产量递减曲线可以提供作为时间t的函数的开采率Q。

[0046] 图2A、2C和2D的各个图表图示了可以描述或提供有关地层和其中所包含的储层的物理特性的信息的静态测量的示例。可以分析这些测量结果以限定地层的属性，确定测量结果的精确度和/或检查错误。可以将各个测量结果中每一个的图进行对齐(align)和缩放(scale)，以进行属性的比较与核实。

[0047] 图2D图示了通过井眼对流体属性的动态测量的示例。随着流体流过井眼，对流体属性，诸如流率、压力、成分等，进行测量。如下面所描述的，可以对静态和动态测量结果进行分析，并使用它们来生成地下地层的模型，以确定其特性。也可以使用类似的测量来测量地层方面随时间的变化。

[0048] 增产作业

[0049] 图3A图示了在井场300.1和300.2处执行的增产作业。井场300.1包括钻井架308.1，钻井架308.1具有延伸进入地层302.1的竖直井眼336.1。井场300.2包括钻井架
308.2和钻井架308.3，钻井架308.2具有井眼336.2，钻井架308.3具有井眼336.3，井眼分别在钻井架下面延伸进入地下地层302.2。尽管示出了井场300.1和300.2包含具有井眼的钻井架的特定配置，但是应当理解，具有一个或多个井眼的一个或多个钻井架可以安置在一个或多个井场处。

[0050] 井眼336.1从钻井架308.1延伸通过非常规储层304.1-304.3。井眼336.2和336.3分别从钻井架308.2和308.3延伸到非常规储层304.4。如所示，非常规储层304.1-304.3是致密气砂层储层，而非常规储层304.4是页岩储层。给定地层中可以存在一个或多个非常规储层(诸如致密气、页岩、碳酸盐、煤、重油等)和/或常规储层。

[0051] 图3A的增产作业可以单独执行或结合诸如图1A和1D的油田作业的其它油田作业来执行。例如，可以如图1A-1D中所示地来对井眼336.1-336.3进行测量、钻井、测试和开采。井眼300.1和300.2处执行的增产作业可以包含例如射孔、压裂、注入等。增产作业可以结合诸如完井和开采作业的其它油田作业(参见例如图1D)来执行。如图3A所示，井眼336.1和336.2已被完井，并且具有射孔338.1-338.5以便于开采。

[0052] 在竖直井眼336.1中邻近致密气砂层储层304.1安置井下工具306.1，以进行井下测量。在井眼336.1中安置封隔器(packer)307，以隔离其邻接邻近射孔338.2的部分。一旦在井眼周围形成射孔，就可以通过射孔注入流体到地层中，以创建和/或扩大其中的裂缝，以增进从储层的开采。

[0053] 已对地层302.2的储层304.4进行了射孔，并且已安置封隔器307以在射孔338.3-338.5周围隔离井眼336.2。如所示，在水平井眼336.2中，在井眼的级St1和St2处安置了封隔器307。如也图示的，井眼304.3可以是延伸通过地层302.2到达储层304.4的探边井(试验井)。一个或多个井眼可以位于一个或多个井场处。可以按期望设置多个井眼。

[0054] 裂缝可以延伸进入各种储层304.1-304.4，以便于从中开采流体。图3B-3D中在井眼304周围示意性地示出了可能形成的裂缝的示例。如图3B-3C所示，机械断面340(例如自然裂缝、层平面、断层以及弱面)在地层中的层中延伸。可以在井眼304周围形成射孔(或射孔簇)342，并且可以通过射孔342注入流体344和/或混合有支撑剂346的流体。如图3B-3C所示，可以通过经射孔342进行注入，沿最大应力面σhmax创建裂缝，以及打开和扩展自然裂缝来执行水力压裂。

[0055] 在如图3B所示的井场表面，泵入系统329位于井口308.4周围，以通过管道315传递流体344和/或其中混有支撑剂346的流体。

[0056] 泵入系统329图示为由场操作员327操作，以记录维护和运行数据和/或根据规定的维护规划执行维护。泵入系统329在油田作业期间从地面泵入流体344到井眼304。

[0057] 在一个示例设置中，泵入系统329可以包括多个水箱331，水箱331向凝胶水合单元333给水。凝胶水合单元333将来自水箱331的水与凝胶剂结合以形成凝胶。然后凝胶被传送到搅拌机335，凝胶在其中与来自支撑剂传输单元337的支撑剂混合以形成压裂液344。凝胶剂可以用于增加压裂液的粘度，并且允许支撑剂在压裂液中悬浮。其还可以作为减摩剂以提供具有更小摩擦压力的更高的泵入率。凝胶水合单元333可以将附加的流体添加剂与水结合以形成具有特定特性的压裂液344。

[0058] 然后如实线343所示那样压裂液344从搅拌机135被泵入到具有柱塞泵的处理车320。每个处理车320接收处于低压的压裂液，并且如虚线341所示以高压将其排放到公共歧管339中(有时被称作投射物拖车或投射物)。然后如实线315所示，投射物339引导压裂液从处理车320到井眼304。可以使用一个或多个处理车320以期望的速率提供压裂液。

[0059] 每个处理车320可以以任何速率正常运行，例如刚好以其最大运行能力运行。在其运行能力下运行处理车320可以允许一台泵失效而剩下的泵以更高的速度运转以弥补失效的泵的缺失。如图所示，可以采用计算机化的控制系统345以在压裂作业期间引导整个泵系统329。

[0060] 图3D示出了井眼304周围的压裂作业的另一个视图。在这个视图中，诱导的裂缝348在井眼304周围径向延伸。可以使用诱导的裂缝来到达井眼304周围的微震事件的囊(pocket of seismic event)351(示意性地示为点)。可以使用压裂作业作为增产作业的一部分，以便提供便于油气移动到井眼304以进行开采的通路。

[0061] 返回参考图3A，可以在油井周围安置诸如计量器的传感器(S)，以收集与先前描述的各种作业有关的数据。在压裂期间，可以在地层周围安置诸如地震检波器的一些传感器，用来测量微震波，并执行微震映射(mapping)。可以由地面单元334和/或其它数据收集源来收集由传感器采集的数据，以进行先前所描述的分析或其它处理(参见例如地面单元134)。如所示，将地面单元334链接到网络352和其它计算机354。

[0062] 可以提供增产工具350作为地面单元334的部分或井场的其它部分，用于执行增产作业。例如，可以在用于一个或多个井、一个或多个井场和/或一个或多个储层的井规划中，使用在一个或多个增产作业期间生成的信息。增产工具350可以操作性地链接到一个或多个钻井架和/或井场，并且如将在下文中进一步描述的用于接收数据、处理数据、发送控制信号等，。增产工具350可以包括：储层表征单元363，用来生成力学地球模型(MEM)；增产规划单元365，用于生成增产规划；优化器367，用于优化增产规划；实时单元369，用于对优化的增产规划进行实时优化；控制单元368，用于基于实时优化的增产规划来选择性地调整增产作业；更新器370，用于基于实时优化的增产规划和后期评估数据来更新储层表征模型；以及校准仪372，用于如下文中将进一步描述的那样校准优化的增产规划。增产规划单元365可以包括：阶段设计工具381，用于执行阶段设计；增产设计工具383，用于执行增产设计；产量预测工具(production prediction tool)385，用于预测产量；以及井规划工具387，用于产生井规划。

[0063] ，增产作业中使用的井场数据的范围可以为从例如岩心样本到基于测井曲线到三维地震数据的岩石物理解析(参见例如图2A-2D)。增产设计可以利用例如油田岩石技术专家来进行手动处理，以校勘多条不同的信息。信息的综合可以包含断开的工作流程(workflow)和输出的手动操作，诸如储层区的勾画、期望的完井区的识别、对给定的完井设备配置的预期水力压裂生长的估计、是否及在何处布置另一个井或多个井以用于地层更好地增产的决定等。这一增产设计还可以包含半自动或自动综合、反馈以及控制，以便于增产作业。

[0064] 可以基于对储层的了解来执行对常规或非常规储层的增产作业。例如在井规划、识别用于射孔和分级的最佳目标区、多个井的设计(例如间距和取向)以及力学地球模型中，可以使用储层表征。可以基于所得到的产量预测来对增产设计进行优化。这些增产设计可以包含综合的储层中心工作流程，其包括设计、实时(RT)以及后处理评估部件(component)。可以在使用多学科井眼和储层数据的同时执行完井和增产设计。

[0065] 图4A是图示诸如图3A所示的增产作业的增产作业的示意流程图400。流程图400是使用综合信息和分析来设计、实施和更新增产作业的迭代过程。该方法包含预处理/预增产评估445、增产规划447、实时处理优化451、和/或设计/模型更新453。可以迭代流程图400的部分或全部，以在现有的或者附加的井中调整增产作业和/或设计附加的增产作业。

[0066] 预增产评估445包含储层表征460和生成三维力学地球模型(MEM)462。可以通过对信息，例如在图1A-1D中采集的信息进行综合，来生成储层表征460，以使用来自历史上的独立技术规范或学科(例如岩石学家、地质学家、地质力学家和地球物理学家，以及先前的裂缝处理结果)的信息的统一组合来执行建模。可以使用综合的静态建模技术来生成这样的储层表征460，以生成MEM462，如在例如美国专利申请No.2009/0187391和2011/060572中所描述的(其全部内容通过引用合并于此)。作为示例，可以使用诸如从TM TM TM TM TM
SCHLUMBERGER 商业可得的诸如PETREL 、VISAGE 、TECHLOG 、以及GEOFRAME 的软件来执行预处理评估445。

[0067] 储层表征460可以包含捕获例如与地下地层关联的数据的各种信息，以及开发一个或多个储层模型。所捕获的信息可以包括例如地层中的储层(产油)区、地质力学(应力、弹性等)区、机械断面(自然裂缝)的几何(裂缝方向和尺寸)分布以及断面的机械(渗透率、传导率、应力、裂缝强度、抗张强度等等)。可以执行储层表征460以使得在预增产评估中包括有关增产作业的信息。生成MEM462可以模拟正在开发的地下地层(例如生成油田或盆地中给定地层剖面的应力状态和地层力学属性的数值表示)。

[0068] 可以使用常规地质力学建模来生成MEM462。美国专利申请No.2009/0187391中提供了MEM技术的示例(其全部内容通过引用合并于此)。可以通过使用例如图1A-1D、2A-2D和3A-3D的油田作业采集的信息来生成MEM462。例如，三维MEM可以考虑事先收集的各种储层数据，包括在对地层的早期勘探期间收集的地震数据、以及在开采之前通过对一个或多个勘探井的钻井而收集的测井数据(参见例如图1A-1D)。MEM462可以用于提供例如用于各种油田作业的地质力学信息，诸如套管点选择、套管柱数量的优化、钻出稳定的井眼、设计完井、执行压裂增产等。

[0069] 所生成的MEM462可以用作在执行增产规划447中的输入。可以构建三维MEM以识别潜在的钻井井场。在一个实施例中，当地层基本上均匀，并且基本上没有大的自然裂缝和/或高应力屏障时，可以假定在给定时间段内以给定速率泵送的给定量的压裂流体将在地层中生成基本上相同的裂缝网络。在另一个实施例中，当地层包括机械断面的复杂的网络和/或高应力屏障时，通过调整流体粘度、注入速率和失水剂中的至少一个可以得到期望的增产面积、体积和/或体积的形状，从而优化诱导的裂缝和地层中存在的断面之间的交叉行为。地震数据202(例如图1A和2A中所示的)可以提供在分析地层的裂缝属性时有用的信息。

[0070] 增产规划447可以包含井规划465、阶段设计466、增产设计468以及产量预测470。具体说来，MEM462可以是对井规划465和/或阶段设计466以及增产设计468的输入。一些实施例可以包括半自动化的方法，以识别例如井间距和取向、多级射孔设计以及水力裂缝设计。为了处理油气储层中大量不同的特性，一些实施例可以包含根据目标储层环境的专用方法，目标储层环境诸如是，但不限于，致密气地层、砂岩储层、自然裂缝页岩储层或其它非常规储层。

[0071] 增产规划447可以包含用于通过将地下地层划分为多组离散的层段(interval)，基于诸如地层的地球物理学属性及其与自然裂缝的邻近的信息对每一个层段进行表征，然后将多个层段重新分组为一个或多个钻井井场，每一个井场容纳井或井的分支，来识别潜在钻井井场的半自动化的方法。可以在优化储层的开采时确定和使用多个井的间距和取向。可以分析每一个井的特性用于级规划和增产规划。在一些情况下，可以提供完井顾问(advisor)，例如用于在递归的细化工作流程之后分析致密气砂岩储层中竖直或几乎竖直的井。

[0072] 可以在井场执行这样的油田作业之前，执行井规划465以设计油田作业。可以使用井规划465来限定例如用于执行油田作业的设备和作业参数。一些这样的作业参数可以包括例如射孔位置、注入速率、作业压力、增产流体、以及在增产中所使用的其它参数。在设计井规划时，可以使用从各种源采集的信息，采集的信息诸如是历史数据、已知数据、油田测量结果(例如在图1A-1D中所取得的)。在一些情况下，可以使用建模来分析在形成井规划时使用的数据。在增产规划中生成的井规划可以接收来自阶段设计466、增产设计468、以及产量预测(production prediction)470的输入，以便在井规划中评估有关增产和/或影响增产的信息。

[0073] 还可以使用井规划465和/或MEM462作为对阶段设计466的输入。在阶段设计466中可以使用储层和其它数据，以限定用于增产的特定作业参数。例如，阶段设计466可以包含在井眼中限定范围，以执行这里进一步描述的增产作业。美国专利申请No.2011/0247824中描述了阶段设计的示例(其全部内容通过引用合并于此)。阶段设计可以是用于执行增产设计468的输入。

[0074] 增产设计限定了用于执行增产作业的各种增产参数(例如射孔布置)。可以使用增产设计468来进行例如裂缝建模。美国专利申请No.2008/0183451、2006/0015310以及PCT公开No.WO2011/077227(其全部内容通过引用合并于此)中描述了裂缝建模的示例。增产设计可以包含使用各种模型来限定增产规划和/或井规划的增产部分。在SPE论文
140185中提供了复杂裂缝建模的附加示例，通过引用将该论文全部内容合并于此。这一复杂裂缝建模阐明了两种复杂裂缝建模技术结合微震映射的应用，以表征裂缝复杂度，并评估完井性能。第一种复杂裂缝建模技术是用于评估裂缝复杂度和正交裂缝之间的距离的分析模型。第二种技术使用网格数值模型，该网格数值模型允许复杂地质描述和对复杂裂缝传播的评估。这些示例阐明了可以如何利用实施例来评估裂缝复杂度如何受每一个地质环境中裂缝处理设计的改变的影响。为了使用复杂裂缝模型来量化裂缝处理设计中的改变的影响，而不管MEM和“实际”裂缝生长中的内在不确定性，可以综合微震映射和复杂裂缝建模以解析微震测量结果，同时还校准复杂增产模型。这样的示例显示裂缝复杂程度可以随地质条件而改变。

[0075] 增产设计可以综合三维储层模型(地层模型)作为完井设计的起始点(区模型)，该三维储层模型可以是地震解析、钻井地质导向解析、地质学或地质力学地球模型的结果。对于一些增产设计，可以使用裂缝建模算法来读取三维MEM，并运行正演建模来预测裂缝生长。可以使用这一过程来使得可以在增产作业中考虑复杂储层的空间异质性。

[0076] 增产设计可以使用三维储层模型，用于提供有关MEM462中的机械断面的信息。断面可以包括地层中的自然裂缝或具有变化的渗透程度的先前诱导的裂缝。断面还可以包括层平面、断层或弱面。可以使用关于断面的信息来例如处理特定的情形，诸如水力诱导的裂缝生长并且遇到机械断面(参见例如图3B-3D、5、6A-6C、7A-7C和8A-8C)的情况。

[0077] 如在图5中更详细示出的，诱导的裂缝500和断面510之间的交叉可以产生多种情形：(ⅰ)诱导的裂缝可以继续传播经过在交叉点处的断面(参见520)；(ⅱ)诱导的裂缝还可以在遇到的断面处停止或者在停止之前沿一部分断面传播(参见530)；或(ⅲ)诱导的裂缝可以继续传播经过距离交叉点一定的偏移距离的断面(参见540)。交叉行为或断面和诱导的裂缝之间的交叉取决于多种因素，例如储层地质力学属性、侧限应力、相互作用的入射角度、摩擦系数、预先存在的断面的内聚力属性、压裂液粘度、流体的注入速率以及压裂液中失水剂的存在及浓度。

[0078] 例如，模拟MEM462中的交叉行为可以提供对实际诱导的裂缝的传播的控制，并且提供在预测产量、确定增产面积、体积、增产体积的形状、产油区位置和范围以及储层尺寸和结构时的进一步的准确度和精密性。作为这一模拟的结果，受特定的交叉行为影响的具有目标渗透率的裂缝网络的复杂度可以通过调整或优化井规划465、阶段设计466以及增产设计468来实现。例如，可以提高诸如流体注入速率的运行参数，以致诱导的裂缝将会穿过断面，或相反地，可以降低流体注入速率以防止裂缝进一步在地层中传播，并且可能继续其沿断面的生长。在另一个示例中，可以提高诸如流体粘度之类的流体特征，以致诱导的裂缝将会穿过断面，或相反地，可以降低粘度以防止裂缝进一步在地层中传播，并且可以继续其沿断面的生长。

[0079] 也可以在增产设计468中使用微震映射以理解复杂的裂缝生长。一些工作流程可以在叠放了微震事件(参见例如图3D)的单个三维画布中综合这些预测的裂缝模型，其可以用于裂缝设计和/或校准。裂缝复杂度的本质和程度可以使用微震映射来评估，然后以本文中所讨论的方法来优化。

[0080] 可以分析裂缝复杂度的本质和程度以选择最佳增产设计和完井策略。可以使用裂缝建模来预测可以被校准的裂缝几何结构和基于实时微震映射和评估来优化的设计。可以基于现有水力裂缝模型对裂缝生长进行解析。对于非常规储层(例如致密气砂层和页岩)，也可以执行一些复杂水力裂缝传播建模和/或解析，如这里将进一步描述的。可以基于微震评估来校正储层属性和初始建模假设，并优化裂缝设计。

[0081] 产量预测470可以包含基于井规划465、阶段设计466和增产设计468来估计产量。增产设计468的结果(即模拟的裂缝模型和输入的储层模型)可以留待以后使用，用于产量预测工作流程，在产量预测工作流程中常规分析或数值储层模拟器可以对该模型进行操作，并且基于动态数据来预测油气产量。预产量预测470对于例如定量验证增产规划447过程可以是有用的。

[0082] 可以如图4A的流程箭头所指示那样迭代执行增产规划447的部分或全部。如所示，在阶段设计466、增产设计468以及产量预测470之后可以提供优化，并且该优化可以用作反馈，以优化472井规划465、阶段设计466和/或增产设计468。可以选择性地执行优化，以反馈来自增产规划447的部分或全部的结果，并根据需要迭代到增产规划过程的各个部分，并实现优化的结果。可以手动执行增产规划447，或者使用自动优化处理来综合增产规划447，如反馈环473中的优化472所示意性地示出的那样。

[0083] 图4B示意性地图示了增产规划作业447的部分。如此图所示，可以在反馈环473中迭代并且优化472阶段设计446、增产设计468和产量预测470以生成优化的结果480，例如具有优化的交叉行为的优化的增产规划。这一迭代方法使得输入和由阶段设计466和增产设计468生成的结果能够‘相互学习’，并且与产量预测迭代以获得它们之间的优化。

[0084] 可以设计和/或优化增产作业的各个部分。在例如美国专利No.6508307(通过引用将其全部内容合并于此)中描述了优化压裂的示例。在另一个示例中，还可以在增产规划447中提供财务输入，财务输入例如是每个可能影响作业的压裂作业成本(固定的和变化的)、油和天然气性质以及边际收益。可以通过在考虑财务输入的同时针对预测的产量优化增产设计466，来执行优化。这样的财务输入可以包含井眼中各个级处各种增产作业的成本。

[0085] 返回参考图4A，在增产规划447中可以包括各种可选特征。例如，可以使用多井规划顾问来确定是否需要在地层中构建多个井。如果要形成多个井，多井规划顾问可以提供多个井的间距和取向，以及在每一个井内用于对地层进行射孔和处理的最佳位置。如这里所使用的，术语“多井”可以指分别独立地从地球表面钻到地下地层的多个井；术语“多井”也可以指从单个从地球表面钻出的井起始(kick off)的多个分支(参见例如图3A)。井和分支的方向可以是竖直的、水平的、或者竖直与水平之间的任何方向。

[0086] 当规划或钻多个井时，可以针对每一个井重复模拟，以使每一个井具有阶段规划、射孔规划和/或增产规划。之后，如果需要，可以调整多井规划。例如，如果一个井中的裂缝增产指示增产结果将与具有规划的射孔区的邻近的井重叠，那么可以消除或重新设计该邻近的井和/或该邻近的井中该规划的射孔区。与此相反，如果因为产油区对于第一裂缝井而言只是太远以致于不能对该产油区进行有效增产，或者因为自然裂缝或高应力屏障的存在使得第一裂缝井不能对该产油区进行有效增产，而导致模拟的裂缝处理不能穿透地层的特定区域，那么可以包括第二井/分支或新的射孔区，以提供至未处理的区域的通路。三维储层模型可以考虑模拟模型，并指示用于钻第二井/分支或增加附加射孔区的候选位置。为了油田作业者的容易处理，可以提供空间X’-Y’-Z’位置。

[0087] 交叉行为：设计水力裂缝与机械断面的相互作用

[0088] 返回参考图4A和5，在已知诱导的水力裂缝穿过地层中观测到的机械断面的区域，可以提高储集层产能。例如，通过调整压裂液的运行参数和流体特性，传播的水力裂缝可以穿过多个断面，并且位移(凹凸不齐尺寸)会尽可能的小(参考520)。如本文中所讨论的，可以在力学地球模型(MEM)462中识别关于机械断面的信息。这样的信息可以是对井设计465和/或阶段设计466以及增产设计468的输入。增产设计468可以用于生成裂缝模型，裂缝模型可以识别可以基于特定的井设计465和/或阶段设计466以及增产设计468预测的裂缝复杂度的本质和程度。交叉行为可以在裂缝模型中识别，并且用于选择优化的增产设计和完井策略。一旦优化，这些信息可以用于更新进程，并且反馈到预先处理评估445(例如，MEM462)。

[0089] 可以在获取各个井场数据之后生成穿过遇到的断面所需的压裂液的运行参数和流体特征(例如，注入速率、流体粘度和/或压裂液中失水剂的浓度)。例如，包含诸如弹性和脆性地层属性、机械断面的几何和水力特性，以及地下地层的原位应力条件之类的地质力学属性的井场数据。在确定交叉行为中可能有用的裂缝的力学属性还可以包括应力场(例如，最大和最小水平应力，至少对于竖直水力压裂和自然裂缝的情况)；断面(例如，mu，韧性模式I和II，自然裂缝的渗透率等等)；以及地层属性(例如，杨氏模量、泊松比、拉伸强度和韧性)。

[0090] 达到地层中的期望水力压裂交叉行为所需的阀值可以通过调整压裂液的运行参数和流体特征获得。如图5所示，相互作用的裂缝的二维几何可以用于确定裂缝的相互作用。裂缝500中的一个是水力导致的裂缝，其由于从井眼向第二裂缝510的连续的泵入速率Q传播，第二裂缝是断面，例如自然裂缝(NF)。裂缝500和510两者都经由常见的弹性应力场机械地相互作用。在裂缝彼此接触之后，由于在闭合状态下NF510的固有渗透率，或者由于NF510的机械的开口，流体穿过NF510。相互作用的裂缝周围的应力场可以在裂缝相互作用的过程期间变化(即，在相互作用的裂缝之间的直接接触之前和之后)。如果抗拉应力场达到空间中的临界值和范围，它可以导致产生穿过NF510的新裂缝520/540，其可以是在地层的剩余物中生长的次级水力裂缝的形核。如果裂缝进一步产生和生长，这意味着水力裂缝已经穿过NF510。如果没有产生新的裂缝，或出现的裂缝没有生长，这意味着裂缝500已经在NF510处停止(被称为530)。

[0091] 要达到期望的基于特定的增产设计465的水力裂缝交叉行为，可以解下面具有边界条件的方程。

[0092] 弹性方程定义在点的应力张量的分量，作为第k条裂缝的裂缝开口和沿整个轮廓的滑移的函数：

[0093]

[0094] 其中，是远场应力张量分量，和是单一响应的格林函数(Green Functions)，其考虑点上的局部裂缝倾向，ak到bk是第k条裂缝的边界。

[0095] 为了计算开口和滑移的轮廓，即每一个第k条裂缝中的w(ξ→_k)，V(ξ→_k)，在→ →裂缝表面列出上面的方程(1)以给出法向和切向牵引力O_n^(r )，τ(r )

[0096]

[0097]

[0098] 其中，张开的裂缝部分的法向应力σ_n^(r→)被设置为流体压力p(r→)的局部值，剪切应力τ(r→)在张开的裂缝部分被设置为零，在闭合的和滑动的部分被设置为摩擦→值τ(r )＝sgn(τ)λσ_n^。

[0099] 裂缝的边界是固定的或延伸，如果在裂缝顶端bk遇到下面的裂缝生长[0100] KIm(bk)＞KIC (4)

[0101] 其中，KIC是地层的模式I裂缝韧性，KIm是在偏离的方向上的模式II应力强度因子的最大值

[0102]

[0103] 其中，KI和KII是模式I和模式II在裂缝顶端的应力强度因子，裂缝顶端传播θm的角度由下式定义

[0104] KIsinθm+KII(3cosθm-1)＝0 (6)

[0105] 对于具有特定长度的新的张拉裂缝的出现的标准必须满足能量释放速率和应力准则两者的方程(4)

[0106] σmin＞To (7)

[0107] 其中，σmin是沿投射的裂缝路径的最大拉伸应力的最小值，To是地层的抗张强度。

[0108] 压力分布由沿裂缝的2D流体流动的方程定义：

[0109]

[0110] 其中，q是裂缝处的局部2D流速，是在闭合状态的残余的裂缝开口，其中渗透率被定义为 μ为流体粘度。

[0111] 没有泄露到地层中的情况下的流体量的连续性方程为：

[0112]

[0113] 水力压裂的进口处的边界条件可以被重写为：

[0114] q(ao.t)＝Q (10)

[0115] 在一个非限定性的示例中，水力压裂沿最大主应力方向传播，直到其达到断面。在一个非限定的示例中，地层具有30GPa的杨氏模量和0.3的泊松比。对于诱导的水力压裂来说正常的最小主原位应力是25MPa，最大分量是35MPa。地层矩阵的模式I裂缝韧性是0.5
1MPa·m ，抗拉强度是0.1MPa。自然裂缝是非粘结性的，具有大约0.6的边缘之间的摩擦系数。界面的渗透率为大约8.33达西(闭合状态下的平均水力开口为10微米)。水力压
2
裂由具有1cP的粘度(即，0.001Pa·sec)以及0.000265m/sec的2D速率(即，0.1bpm/m)的牛顿流体泵入，直到其达到位于距离进口大约1m长处的断面。在这个特定的情况中没有出现交叉，并且与预先存在的裂缝相互作用后几乎所有的压裂液都泄漏到裂缝中。水力裂缝在遇到的第一个断面(610，图6A)处停止并且偏斜。

[0116] 图6A-6C图示了在注入速率为1bpm/m(610，图6A)、5bpm/m(620，图6B)以及10bpm/m(630，图6C)的情况下，断面和诱导的水力裂缝之间的正交交叉行为。如果泵入速
2
率增加，在一个非限定性的示例中，泵入速率增加了5倍，并且同样的工作以0.01325m/sec(即，5bpm/m)的2D速率执行，水力压裂将穿过断面并且产生不同的分支(如620，图6B所示)。注入速率进一步提高到10bpm/m提供了穿过NF的没有偏移的直的传播(630，图
6C)。

[0117] 在另一个非限定性的示例中，如图7A-7C所示，在断面和诱导的水力压裂之间出现倾斜的相互作用，具有前面如图6A-6C的示例所示的相似的倾向。图7A-7C图示了在注入速率为0.1bpm/m(710，图7A)、1bpm/m(720，图7B)和5bpm/m(730，图7C)的情况下断面与诱导的水力压裂的倾斜的(例如，45°)交叉。图7A-7C所示的自然裂缝具有与图6A-6C所示的自然裂缝相同的渗透率和摩擦力，但是轻微的内聚力c＝0.1MPa。泵入流体粘度比2
先前的10cP(即，0.01Pa·sec)更粘稠。与前面的示例相似，2D注入速率从0.000265m/
2
sec(即，0.1bpm/m)改变到0.01325m/sec(即，5bpm/m)。建模的结果显示现在在所有这些情况下都出现了交叉，但是具有沿断面的不同的偏移。如本文中的示例所示，注入速率越高凹凸不齐尺寸越短。如果流体粘度或注入速率增加，凹凸不齐尺寸可以减少到某一最小值。

[0118] 现在参考图8A-8B，示出了在地层中传播的诱导的水力压裂与预先存在的自然裂缝的相互作用的另一个非限定性的示例。在示出的非限定性示例中，地层具有34GPa的杨氏模量和0.25的泊松比。对于诱导的水力压裂来说正常的最小主原位应力是35MPa，并且0.5
最大分量是42MPa。地层矩阵的模式I裂缝韧性是1.1MPa·m ，并且抗拉强度是3.4MPa。
3
水力压裂由具有43cP粘度的牛顿流体以0.13m/sec的注入速率泵入。在图8A中，裂缝模型忽略注入速率和粘性对交叉行为的影响，尽管图8B考虑了注入速率和粘性。

[0119] 在图9A-9H所示的图解中，示出了流体特性对交叉行为的变化的影响的附加的非限定性示例。在图9A-9D中，地层具有27：34GPa的杨氏模量和0.2:0.38的泊松比。对于诱导的水力压裂来说正常的最小主原位应力是23.9:29.7MPa，最大分量是24.6:30.4MPa。0.5
地层矩阵的模式I裂缝韧性是1.1:1.3MPa·m ，并且抗拉强度是3.4MPa。在图9A-9D中，
3
水力裂缝由以0.13m/sec的注入速率的流体诱发。然而，粘性(K′)在0.001(图9A)到
0.01(图9B)到0.1(图9C)以及到1(图9D)之间变化。如所示的，裂缝网络的复杂度以及交叉行为随变化的粘性而变化。例如，取决于期望的标准和产量预测，图9D可以图示与图
9A-9C相比优化的交叉行为。同样地，图9B可以提供增加的产量，并因此图示与图9A、9C和
9D相比优化的交叉行为。

[0120] 在图9E-9H中示出的另一个非限定性的示例中，地层具有27.5GPa的杨氏模量和0.24的泊松比。对于诱导的水力压裂来说正常的最小主原位应力是31.2MPa并且最大分
0.5
量是31.7MPa。地层矩阵的模式I裂缝韧性是1.1MPa·m ，并且抗拉强度是3.4MPa。在图
3
9E-9H中，水力压裂由以0.21m/sec的注入速率的流体诱发。然而，粘性(K′)在0.1(图
9E)到0.5(图9F)到1(图9G)以及到5(图9H)之间变化。如所示的，裂缝网络的复杂度以及交叉行为随变化的粘性而变化。例如，取决于期望的标准和产量预测，图9H可以图示与图9E-9G相比优化的交叉行为。同样地，图9G可以提供增加的产量，并因此图示与图9E、
9F和9H相比优化的交叉行为。

[0121] 除了流体粘度和流速，交叉行为可能还会受自然裂缝中的渗透率或残余的开口的影响，如方程(8)所表示的那样。大的渗透率可以导致压裂液更容易进入自然裂缝，导致裂缝被自然裂缝抑制。为了促进裂缝交叉行为，失水剂(其通常是良好的特殊材料)可以被添加到压裂液中，以使得颗粒弥合自然裂缝，并阻止或减少流体渗透。这些添加剂还可以包括生物灭杀剂、失水剂、酶破胶剂、酸破坏剂、氧化型破坏剂、减摩剂以及表面活性剂(例如乳化剂和非乳化剂)。根据本文中公开的至少一个实施例，可以选择或增加对于插入具有已知的渗透率的自然裂缝有效的特定的失水剂的浓度，以减少流体进入自然裂缝，从而增强交叉。相反地，可以清除或减少已知的特定的失水剂的浓度，已使进入自然裂缝的流体最大化，从而不穿过断面，并且帮助生成分支的裂缝，从而增加裂缝表面积。这样的期望的交叉行为是基于待增产的储层特性，以实现产量最大化。

[0122] 图10是示出执行增产作业的方法(1000)的流程图。该方法包括获得(1010)综合的井场数据(例如，地层的岩石力学、地质学和/或地球物理学特性，和/或地层中的机械断面的几何特性)。该方法还包括基于综合的井场数据生成(1020)力学地球模型(MEM)，并且识别(1030)地层中、或井眼周围的至少一个诱导的水力压裂和至少一个断面之间的交叉行为。该方法进一步包括使用生成的力学地球模型生成(1040)增产规划，该增产规划包括流体粘度、注入速率和/或一个或多个失水剂。该方法还可以包括基于生成的增产规划计算(1050)初始增产面积、体积和/或体积的形状，并且通过调整流体粘度、注入速率和失水剂中的至少一个来优化(1060)增产面积、体积和/或体积的形状，以实现具有优化的交叉行为的优化的增产规划。然后可以执行优化的增产规划(1070)。

[0123] 规划后增产作业

[0124] 实施例还可以包括实时处理优化(或任务后工作流程)451，用来分析增产作业，并在实际增产作业期间更新增产规划。返回参考图4A，可以在井场实施增产规划(例如执行压裂、注入、或在井场对储层进行其它方式的增产)期间执行实时处理优化451。实时处理优化可以包含校准测试449、实行448在增产规划447中生成的增产规划、以及实时油田增产455。

[0125] 可以通过比较增产规划447的结果(即模拟的裂缝模型)和观测数据来可选地执行校准测试449。一些实施例可以将校准综合到增产规划过程中，在增产规划之后执行校准，和/或在增产或任何其它处理过程的实时实行中施加校准。在美国专利申请No.2011/0257944(通过引用将其全部内容合并于此)中描述了对裂缝或其它增产作业的校准的示例。

[0126] 基于在增产规划447(以及校准449，如果执行的话)中生成的增产规划，可以实行448油田增产。油田增产455可以包含实时测量461、实时解析463、实时增产设计465、实时开采467和实时控制469。可以使用例如如图3A中所示的传感器S来在井场执行实时测量461。可以使用实时测量结果461来生成观测的数据。可以使用来自增产处理井的观测结果，诸如井底压力和地面压力，来校准模型(传统压力匹配工作流程)。另外，也可以包括微震监测技术。可以将这样的空间/时间观测数据与预测的裂缝模型进行比较。

[0127] 基于所收集的数据，可以在现场内或外执行实时解析463。可以类似于增产设计468和产量预测470，但是基于在井场执行的实际油田增产455期间生成的附加信息，来执行实时增产设计465和产量预测467。可以提供优化471，以便随着油田增产进展，对实时增产设计465和产量预测467进行迭代。实时增产455可以包含例如实时压裂。美国专利申请No.2010/0307755(通过引用将其全部内容合并于此)中描述了实时压裂的示例。

[0128] 可以提供实时控制469，以便随着信息被采集并且获得对作业条件的了解，来调整井场处的增产作业。实时控制469提供反馈环，以实行448油田增产455。可以例如使用地面单元334和/或井下工具306.1-306.4来实行实时控制469，以变更作业条件(诸如射孔位置、注入压力等)。尽管以实时作业描述了油田增产455的特征，但是可以实时或按需要执行实时处理优化451的一个或多个特征。

[0129] 在实时处理优化451期间生成的信息可以用于更新该过程和反馈到预处理评估445。设计/模型更新453包括后处理评估475和更新模型477。后处理评估包含分析实时处理优化451的结果以及必要时调整其它井场或井眼应用中使用的输入和规划。

[0130] 后处理评估475可以用作输入以更新模型477。可选地，从随后的钻井和/或开采收集的数据可以反馈给预处理评估445(例如三维地球模型)和/或增产规划447(例如井规划模块465)。可以更新信息，以去除初始建模和模拟中的误差、以校正初始建模中的不足、和/或以证实(substantiate)该模拟。例如，可以调整井的间距和取向来考虑新开发的数据。一旦更新477了模型，就可以如期望地重复该过程。可以使用该方法400来执行一个或多个井场、井眼、增产作业或变体。

[0131] 在给定示例中，可以通过构建地下地层的三维模型，并执行半自动化的方法来执行增产作业，其中该半自动化的方法包含将地下地层分割为多个离散的层段，基于层段处地下地层的属性对每一个层段进行表征，将层段分组为一个或多个钻井井场，并且在每一个钻井井场中钻井。

[0132] 尽管上面仅详细描述了几个示例性实施例，但是本领域技术人员将容易地认识到，在示例性实施例内可能有许多修改而不实质上脱离本发明。相应地，所有这样的修改都旨在被包括在本公开的如在所附权利要求书中所限定的范围之内。

[0133] 在给定示例中，可以执行增产作业，包含：对于穿透地下地层的井眼中的处理层段，分别地评估储层属性和完井属性的可变性；将处理层段划分为一组毗邻的层段(在每一个所划分的处理层段中，储层属性和完井属性都可以类似)；通过使用一组平面几何对象(离散裂缝网络)来设计增产处理场景，以开发储层模型；以及将自然裂缝数据与储层模型组合，以考虑地层的异质性，并预测水力裂缝进展。

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