油田常用专业压裂软件的特点(stimplan).doc

一、油田常用专业压裂软件国外压裂设计分析软件主要包括：E-StimPlan、Terrfrac、GOHFER、Meyer、FracproPT等。其中Terrfrac是由美国Cliffton教授开发，水力裂缝扩展理论最为完善，它采用了二维流动方式实现了裂缝扩展的全三维模拟，主要应用地热开发、核废料处理等领域，但是它仅针对水力压裂已知方案模拟，可以对压裂裂缝扩展的敏感性因素进行分析，在国外很少见到该软件设计的油田压裂实例。 GOHFER是美国Stim-Lab公司开发的，采用定向网格式储层描述技术，其特点是采用有限元求解，具有较好的模拟复杂地质条件下裂缝扩展的能力，但是该软件的导流能力预测、产能预测模块尚不完善，无法进行压裂方案的经济优化设计，不能开展泵注程序的优化。同时该软件在压裂测试诊断方面的功能不齐全，只有二维压力降落诊断分析功能。 FracproPT是美国GRI开发的，该软件优点是比较适合现场技术和施工人员应用，但是其模型是无计算网格的拟三维模型或者说是裂缝的形态是预先假设好的圆形/椭圆的固定形状，该软件在进行弱遮挡储层的裂缝扩展模拟时缝高容易出现失控和对于由于岩性差异造成纵向裂缝形态的重要影响由于模型过于简单而掩盖了（如泥岩段与砂岩段缝宽上的差异等）。这样大大制约了在弱遮挡储层及多层砂岩油藏压裂设计方面的应用。 MEYER是一套拟三维压裂设计分析软件，其优点是采用类似人工智能的技术进行压裂设计和分析，在国内外相对应用较少。 E-StimPlan是由国际上久负盛名的压裂专家K.G. Nolte、Mike Smith先生创建的NSI公司开发的全三维压裂设计与分析软件，它不仅继承了压裂酸化领域的最新研究成果，适合压裂工程师进行压裂优化设计，尤其是Nolte、Smith创建的压裂压力诊断技术，特别适合现场工程师进行现场压裂分析。 E-StimPlan压裂设计分析软件具备目前进行压裂优化设计所需要的压裂设计、压裂分析/诊断、压裂油藏模拟和经济优化评价功能，能够完成压前地层评估、压裂方案设计与优化、全三维压裂模拟与敏感性分析、压裂过程及压后压力降落实时数据采集与分析、压力历史拟合和压裂效果评价等工作。其突出技术特点如下：1、 水平井压裂方面(a) 地质建模方面： 具备综合、便捷的水平井地质建模功能。它是可以通过引入邻近井在三维空间用深度校正的方式来实现建模，并运用图形显示。显示的内容除了地质分层外，还包括深度转换后的测井曲线和E-Stimplan计算的地应力曲线等。(b) 在裂缝起裂机理方面： 考虑到一般起裂初期总是沿井筒垂直向上开始起裂的。水平最大/最小地应力轴方向与井筒延伸方向具有任意夹角情况下，裂缝可能与井筒延伸方向不一定是正交或平行时，裂缝延伸与井筒夹角较小时（如），计算误差不太明显，但角度较大时，有待完善。(c) 在裂缝形态方面： 软件可以选择性对正交井筒（垂直缝）和平行井筒（垂直于水平缝）进行模拟（分析、设计和优化）。(d) 在多裂缝同时开启竞争考虑方面： 考虑多条裂缝同时开启时的岩石力学竞争机制和水动力学竞争机制，含由于滤液滤失引起的孔隙流体压力上升对地层就地地应力的影响，会对裂缝开启有影响，这一点对水平井压裂方面很重要。(e) 在射孔数对裂逢形态影响方面：射孔数目对裂逢形态影响直接导致我们可以人为的对在水平井多条裂缝启裂情况下裂缝通过调整射孔数达到对裂缝形态干预的目的（参考石油勘探与开发封底2008，11/12月刊）。(f) 在产量/产能优化方面： 在产量优化方面，考虑到液体在流动方向的动力学影响，如泄油面积方面的竞争及短期和长期方向的近远经济指标等因素。(g) 水平井分段压裂的适应性：E-Stimplan V6.0H可以适合于水平井的压裂分段。水平井地质建模水平井地层模型图形输出图平行井筒的裂缝水平井地质建模垂直于井筒的三条缝的扩展情况水平井井眼轨迹导入界面 2、该软件运用全三维裂缝几何模型（目前GOHFER和TerraFrac也是全三维模拟分析软件），采用了有限元计算方法，并在计算流体流动时，考虑了重力分异与裂缝平面流动模式，计算裂缝宽度时，引入了层模量概念，更适合对复杂的薄层、多层和非均质性较强的长射孔段油气井压裂设计和分析。 3、酸压模块运用“全三维”裂缝模型进行酸压模拟，可以根据地层情况计算多层段的酸蚀裂缝。酸蚀裂缝导流能力采用了Nierode-Kruk和UTexas两种计算模式。采用了建立在室内实验数据基础上的相关关系式，对不同岩性、酸液类型运用相应的模式计算酸岩反应动力学参数、离子传质系数。 4、强大的测井数据导入、归档以及应用这些数据对地层进行地质分层划分并用于数值模拟等功能。测井数据的一条曲线记录也可以用详细的地质层图形输入加以浏览/利用。E-StimPlan测井曲线模块的功能有：从ASCII文件或包含多道测井数据曲线的普通LAS文件中导入测井数据；测井曲线处理，即平滑测井曲线、校正测井深度使已记录的独立测井层段可以用普通深度刻度等表示的能力；显示多测井轨道以便同时浏览，并在稍后的数值模拟中用于确定地质层。 5、快捷强大的数据分析功能：导入实际测量压力、产率和井底压力数据；在必要的情况下减少数据的数量；及时校正两套独立的数据体系并重新取样创建一套整合的数据体系；按测试周期分割数据和利用专门的分析曲线分析每一种测试类型的每个测试周期，并在合适的时候将分析结果输送E-StimPlan界面以备更详细的分析。分析模块用于以下方面的数据解释/分析：(a)压裂施工分析(b)小型压裂注入分析(c)小型压裂压降分析(d)压力恢复测试(e)压裂前、后产率下降分析(f)注入/返排地应力测试(g)用于井眼摩阻分析的阶梯降排量测试(h)阶梯变排量注入测试分析测量延伸压力6、压裂充填防砂 (FRAC-PAK)： 具有完善的分析、设计和优化的模拟功能。从对比情况可以看到全三维压裂软件E-StimPlan、GOHFER、Terrfrac代表了理论研究和设计分析的发展方向，E-StimPlan是目前唯一功能齐全、在油田压裂中应用广泛的全三维软件；GOHFER2006版本的压裂设计软件缺少优化设计功能，拟三维设计软件FracproPT、Meyer、FracCADE等具备方案设计与优化的基本功能，但受理论模型和处理技术的限制，复杂条件下的压裂模拟存在较大的误差。从发展趋势讲，目前压裂设计软件都在努力改进设计分析模型，增加人工智能方面的功能，提高设计水平，为方便施工，增加与压裂设计分析相关的功能模块，包括地层评估（试井）、施工方案设计、数值模拟分析、压裂酸压后拟合分析、压裂油藏模拟、净现值分析等。二、E-StimPlan主要功能介绍E-StimPlan是由国际上著名的压裂酸化技术服务公司NSI开发的全三维水力压裂软件，目前版本6.0H，语言包括中、英、俄三种。E-StimPlan6.0H具备目前进行压裂优化设计所需要的储层评价、压裂优化设计、压裂测试分析、压裂油藏模拟和经济优化评价功能，能够完成压前地层评估、压裂方案设计与优化、全三维压裂模拟与敏感性分析、压裂过程及压后压力降落时数据采集与分析、压力历史拟合和压裂效果评价等工作。其突出技术特点如下：（1）采用全三维裂缝几何模型（目前E-StimPlan、GOHFER、TerraFrac是全三维软件），采用了“有限元”计算方法，并在计算流体流动时，考虑了重力分异与裂缝平面流动模式，计算裂缝宽度时，引入了“层模量”概念，更适合对复杂的薄层、多层和非均质性较强的长射孔段油气井压裂设计和分析。（2）具有压裂测试与评估的全部诊断技术，包括压前地层测试（压力恢复等）分析、压裂阶梯排量注入测试、压裂过程压力诊断、阶梯排量降落摩阻诊断、压力降落分析、压后试井分析等功能，能够方便压前、压后的储层诊断与设计优化，获取相关的重要参数。分析过程非常方便直观，并能与压裂装备采集系统数据同步，非常适合现场诊断与设计优化。（3）具有进行酸压模拟分析的功能，酸压模块运用“全三维”裂缝模型进行酸压模拟，可以根据地层情况计算多层段的酸蚀裂缝。酸蚀裂缝导流能力采用了Nierode-Kruk和UTexas两种计算模式，采用了建立在室内实验数据基础上的相关关系式，对不同岩性、酸液类型运用相应的模式计算酸岩反应动力学参数、离子传质系数，能够很好的预测酸压效果。（4）具有压裂充填防砂设计功能，在系统考虑温度场（包括井筒温度场和裂缝温度场）、携砂液流变性和滤失性、压力场、流速场、支撑剂运移分布等因素综合影响的基础上，运用全三维裂缝模型模拟计算防砂层岩石力学参数变化，如盖层、产层、底层中弹性模量、泊松比、断裂韧性及最小主应力互不相同时的裂缝三维延伸规律；模拟计算变排量、变粘度、变支撑剂类型和粒径及变砂比防砂注液工艺；模拟计算出前置液与混砂液的分界面及其运移规律；模拟计算井底和裂缝中温度分布；模拟出裂缝在三维延伸过程中上下穿层的位置、时间及上下穿层的深度；用户可对防砂工艺施工方案进行经济效果预测和评价。（5）具有水平井和重复压裂井产能模拟功能。（6）具有强大的试井分析功能，分析计算结果与国外专业试井分析软件结果一致。（7）软件复合了一套先进的岩石力学参数与地应力计算软件，能够根据测井资料进行岩石力学参数与地应力的计算，并能够根据实验及现场测试数据对计算模式进行修正，计算分析结果非常方便的直接用于压裂设计与分析。7