基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法

本发明涉及井筒压裂，尤其涉及基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法。

背景技术：

1、水平井分段压裂是目前非常规油气储层改造的主体技术，随着储层埋深增加，储层塑性增强，地应力及其差异增大，为了充分改造储层，需要评价压裂裂缝的改造效果，进一步改进压裂设计方案与施工工艺。然而，由于缺乏高精度高效的近井多裂缝检测方法，近井压裂裂缝特征认识不清，难以实现压裂参数的精细评价和优化，制约了体积压裂改造的整体效果。

2、目前，近井裂缝诊断方法主要包括：微地震技术、广域电磁法技术、放射性示踪剂技术、分布式光纤技术等。上述压裂裂缝检测方法在现场应用中都存在成本、时效、环保等方面的不足，缺乏一种高效非侵入式裂缝评价技术。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提出了基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，为基于管波的压裂裂缝近井特征检测方法的现场推广提供了一定的理论支撑，通过建立建立井筒-裂缝耦合模型形成了单段压裂的压前-压后两步反演方法，提出了表征压裂裂缝改造程度的裂缝连通指数，明确了压前、压后的反演目标，具体技术方案如下。

2、基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：建立井筒-裂缝耦合模型，利用建立的模型计算裂缝阻抗，根据所述裂缝阻抗定义表征压裂裂缝改造效果的裂缝连通指数fci；

4、步骤s2：压前反演，根据已知桥塞深度以及所述井筒-裂缝耦合模型，反演井筒品质因子q和管波波速c；

5、步骤s3：压后反演，基于压前反演的计算结果以及所述井筒-裂缝耦合模型，反演裂缝的连通指数fci。

6、具体地，所述井筒-裂缝耦合模型包括管波井筒模型和管波裂缝模型，所述管波井筒模型采用品质因子表征管波在井筒中的衰减，并将管波的反射系数表示为：

7、

8、zt＝ρtct/at；

9、其中，r(ω)为随频率变化的反射系数；zf(ω)为随频率变化的裂缝阻抗；zt为井筒管波阻抗；ρt为井筒液体密度；ct为井筒管波波速；at为井筒截面积；

10、将井口压力在频域上表示为：

11、

12、

13、其中，h为管波在井筒中传播的长度；ω0为参考角频率；qt为井口注入的流量。

14、具体地，所述管波裂缝模型将多簇裂缝等效为一条单裂缝，裂缝中流体质量守恒方程表示为：

15、

16、管波在裂缝支撑剂铺置层中的传播规律满足达西公式：

17、

18、n条椭圆裂缝的等效阻抗可以表示为：

19、

20、具体地，所述定义表征压裂裂缝改造效果的裂缝连通指数fci为裂缝的位移表征参数，表达式为：

21、

22、其中，zt和zω分别表示管波井筒阻抗与裂缝阻抗标量部分，所述裂缝阻抗根据n条椭圆裂缝的等效阻抗可转换为：

23、

24、得出zω的表达式为：

25、

26、具体地，所述步骤s2压前反演具体包括以下步骤：

27、单段压裂前，激发井口管波并接受回波，记录井口高频管波时域曲线；

28、整理压裂前桥塞深度、井筒直径、液体密度，确定井筒品质因子和波速参数范围及步长，形成反演参数的离散数据集；

29、将计算得到的井口时域数据与测量的井口数据进行对比，采用参数空间网格搜索法，反演计算压前井筒管波波速与品质因子；

30、将上述已知参数与反演参数离散数据集带入建立的井筒-裂缝耦合模型，得到井口高频管波回波时域曲线；

31、将不同反演参数计算得到的时域曲线与真实值时域曲线匹配并计算误差，找到最小误差对应的反演参数空间对应数值，得到反演参数的最优值。

32、具体地，所述井筒管波波速表达式为：

33、

34、其中，keff为有效体积弹性模量，k为井筒液体的体积弹性模型，ρ为井筒液体的密度，g为套管的剪切模量，e为套管的弹性模量，t为套管壁厚，d为套管外直径。

35、具体地，所述压后反演具体包括以下步骤：

36、单段压裂后，激发井口管波并接受回波，记录井口高频管波时域曲线；

37、整理射孔簇的深度范围、声源的时域曲线、井筒直径、液体密度、单段压裂前优化的管波波速和品质因子，确定裂缝连通指数fci参数和压裂主裂缝深度范围与步长，形成反演参数的离散数据集；

38、将不同反演参数计算得到的时域曲线与真实值时域曲线匹配并计算误差，找到最小误差对应的反演参数空间对应数值，得到反演参数的最优值。

39、具体地，所述激发井口管波并接受回波过程中，井口激发函数表示为：

40、

41、其中，1/t为高斯函数的特征频率；

42、桥塞坐封后及单段压裂前，桥塞发射系数表示为：

43、rb＝-1。

44、本发明的有益效果：本发明提出了基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，根据井口回波与主裂缝深度与裂缝导流能力的关系，提出了单段压裂裂缝压前-压后两步反演方法，即：压裂前，已知桥塞深度，反演井筒品质因子和管波波速；压裂后，基于压裂前的计算结果，反演裂缝的连通指数。建立了井筒-裂缝耦合模型，分别考虑了井底的桥塞与压裂裂缝边界，分析了井筒品质因子、管波波速和裂缝导流能力对井口管波回波时间与波形的影响规律。基于建立的井筒-裂缝耦合模型，推导裂缝阻抗表达式，提出了裂缝连通指数表征压裂裂缝改造效果，该评价指数式能有效表征裂缝参数的导流能力，近似无量纲且参数唯一，有利于压裂改造效果的反演。

1.基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，其特征在于，所述井筒-裂缝耦合模型包括管波井筒模型和管波裂缝模型，所述管波井筒模型采用品质因子表征管波在井筒中的衰减，并将管波的反射系数表示为：

3.根据权利要求2所述的基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，其特征在于，所述管波裂缝模型将多簇裂缝等效为一条单裂缝，裂缝中流体质量守恒方程表示为：

4.根据权利要求3所述的基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，其特征在于，所述定义表征压裂裂缝改造效果的裂缝连通指数fci为裂缝的位移表征参数，表达式为：

5.根据权利要求1所述的基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，其特征在于，所述步骤s2压前反演具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，其特征在于，所述井筒管波波速表达式为：

7.根据权利要求6所述的基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，其特征在于，所述压后反演具体包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于管波的压裂裂缝近井特征两步反演方法，其特征在于，所述激发井口管波并接受回波过程中，井口激发函数表示为：