特低滲儲(chǔ)層壓裂水平井產(chǎn)能因素分析

陳 艷，呂軍強(qiáng)，鄧學(xué)峰，符偉兵，熊 佩

(1.中石化華北分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006;2.中石化華北分公司第一采油廠，甘肅慶陽 745000;3.中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006)

特低滲儲(chǔ)層壓裂水平井產(chǎn)能因素分析

陳 艷1，呂軍強(qiáng)2，鄧學(xué)峰3，符偉兵3，熊 佩3

(1.中石化華北分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006;2.中石化華北分公司第一采油廠，甘肅慶陽 745000;3.中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006)

基于井筒與油藏耦合的壓裂水平井產(chǎn)能計(jì)算模型，優(yōu)化了裂縫的流入動(dòng)態(tài)，并綜合考慮特低滲儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感的影響，建立了特低滲油藏壓裂水平井的產(chǎn)能方程。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定某特低滲油田儲(chǔ)層的啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感系數(shù)，計(jì)算裂縫間距、裂縫半長(zhǎng)和水平段長(zhǎng)等參數(shù)對(duì)水平井產(chǎn)能的影響。計(jì)算結(jié)果表明，裂縫間距與裂縫半長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)能影響顯著，并且該方法預(yù)測(cè)產(chǎn)量準(zhǔn)確，對(duì)特低滲油藏壓裂水平井開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

特低滲;壓裂;水平井;啟動(dòng)壓力梯度;應(yīng)力敏感

水平井是開發(fā)特低滲油藏的有力手段，但由于儲(chǔ)層滲透率低，水平井的產(chǎn)能低、穩(wěn)產(chǎn)期短，為了提高油井產(chǎn)量與延長(zhǎng)穩(wěn)產(chǎn)期，需對(duì)特低滲油藏水平井進(jìn)行分段壓裂，進(jìn)一步擴(kuò)大泄油面積。壓裂裂縫的間距與縫長(zhǎng)直接影響水平井的產(chǎn)能，如果裂縫間距不合理將產(chǎn)生縫間干擾，影響水平井產(chǎn)能［1］。特低滲油藏壓裂水平井產(chǎn)能的研究一直以來都是一個(gè)熱點(diǎn)，從郎兆新教授用嚴(yán)格的滲流理論提出壓裂水平井的產(chǎn)能公式以來，有很多學(xué)者對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能公式進(jìn)行了研究。由最初假設(shè)每條裂縫產(chǎn)量相等，發(fā)展成為考慮水平段的壓裂水平井井筒、裂縫、油藏耦合流動(dòng)模型，取得了一系列的進(jìn)展［2-5］，但這些研究都沒有同時(shí)考慮啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感對(duì)水平井產(chǎn)能的影響。眾多研究表明，特低滲儲(chǔ)層在生產(chǎn)時(shí)，不僅具有啟動(dòng)壓力梯度的非達(dá)西滲流現(xiàn)象，而且儲(chǔ)層滲透率隨著地層壓力降低呈指數(shù)下降，并且這種傷害是不可逆過程，稱之為應(yīng)力敏感［6-9］。在井筒與油藏耦合模型的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化裂縫流動(dòng)模型，并綜合考慮啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感的影響，得到滿足特低滲油藏壓裂水平井產(chǎn)能的計(jì)算模型。計(jì)算結(jié)果表明，該產(chǎn)能方程能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)特低滲油藏壓裂水平井的產(chǎn)能。

1 特低滲儲(chǔ)層滲流特征

目前研究特低滲油藏滲流機(jī)理時(shí)，常用的滲流模型主要引入啟動(dòng)壓力梯度項(xiàng)的非達(dá)西模型，模型如下:

式中，v—滲流速度，m/s;k—滲透率，10-3μm2;μ—流體黏度，mPa·s;G—啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m;ΔP—驅(qū)動(dòng)壓差壓力，MPa。

在特低滲油藏生產(chǎn)過程中，由于地層壓力的下降，使巖石骨架受壓變形，孔隙空間變小，裂縫的張開度變小。開始時(shí)，孔隙與裂縫變化范圍較大，相對(duì)容易變形，滲透率遞減較快;當(dāng)圍壓進(jìn)一步增加時(shí)，變形相對(duì)較難，巖石滲透率變化小，這種變化關(guān)系可以用數(shù)學(xué)方程近似表示為指數(shù)關(guān)系。

式中，ki—油藏初始狀態(tài)下滲透率，10-3μm2;αk—壓敏系數(shù)，MPa-1;Po—原始地層壓力，MPa;Pe—目前地層壓力，MPa。

2 壓裂投產(chǎn)水平井產(chǎn)能方程

假設(shè)油層中心有一口水平井，與供給邊界距離為Re，井筒長(zhǎng)度為L(zhǎng)，井筒半徑為rw，水平段進(jìn)行分段壓裂，壓出N條垂直裂縫(圖1)。

裂縫等距離分布并且穿過整個(gè)油層厚度，裂縫半長(zhǎng)為Xf，裂縫的寬度為w，不考慮裂縫的時(shí)效性。流體從油層流向裂縫，然后沿裂縫進(jìn)入井筒，或者從油層直接流入水平井筒，最后沿著水平井筒流到水平井根端。考慮水平井筒內(nèi)流體流動(dòng)的壓降，得到壓裂水平井產(chǎn)能方程為

式中，pwfi—裂縫的流壓，MPa;μo—原油黏度，mPa·s;k—儲(chǔ)層滲透率，10-3μm2;h—儲(chǔ)層厚度，m;qofi—每條裂縫產(chǎn)量，m3/d;kf—裂縫滲透率，10-3μm2;d—裂縫半間距，m;Re—距供給邊界距離，m;Xf—裂縫半長(zhǎng)，m;m—質(zhì)量流量，kg/s;w—裂縫寬度，m;rw—井筒半徑，m。

對(duì)于水平井的垂直裂縫來說，往往油藏厚度有限，裂縫高度也就較低，與裂縫長(zhǎng)度差距較大，把油藏厚度的一半看做徑向流的流動(dòng)半徑，誤差較大，假設(shè)一個(gè)圓，其面積與裂縫面積相等，則取該圓半徑作為徑向流的流動(dòng)半徑，更接近實(shí)際情況。裂縫流動(dòng)模型還要考慮裂縫匯聚效應(yīng)額外增加的壓降，則裂縫內(nèi)總的流動(dòng)壓降模型為:

把公式(1)、(2)和(4)代入(3)，可以得到考慮啟動(dòng)壓力梯度和壓敏效應(yīng)的壓裂水平井產(chǎn)能計(jì)算公式。

3 壓裂水平井產(chǎn)能影響因素分析

以某特低滲油藏為例進(jìn)行產(chǎn)能影響因素分析。該油藏的基本數(shù)據(jù)如下:儲(chǔ)層平均滲透率0.4×10-3μm2，油層厚10 m，儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力梯度0.045 MPa/m，應(yīng)力敏感系數(shù)0.02 MPa-1，原油黏度6 MPa·s，地層溫度65℃，水平段長(zhǎng)600 m。應(yīng)用方程計(jì)算不同裂縫間距、裂縫段長(zhǎng)和水平段長(zhǎng)等參數(shù)對(duì)水平井產(chǎn)能的影響，如圖2、圖3和圖4所示。從圖2可以看出，當(dāng)水平井筒長(zhǎng)度一定，裂縫條數(shù)不同時(shí)，產(chǎn)量隨著裂縫條數(shù)的增加而增加，但是隨著裂縫條數(shù)的增加，產(chǎn)量的增加幅度變小，當(dāng)裂縫條數(shù)達(dá)到5～8條時(shí)(裂縫間距75～120 m)，產(chǎn)量達(dá)到最大值。從圖3可以看出，水平井產(chǎn)量隨著裂縫半長(zhǎng)的增加而增加，但隨著裂縫半長(zhǎng)的增加，產(chǎn)量增加的趨勢(shì)變緩，計(jì)算最優(yōu)裂縫半長(zhǎng)為120 m。從圖4可以看出，隨著水平段長(zhǎng)的增加，壓裂水平井的產(chǎn)能增加，但是增加的幅度逐漸變小，計(jì)算最優(yōu)水平段長(zhǎng)為800 m，同時(shí)計(jì)算結(jié)果顯示，由于儲(chǔ)層滲透率低，水平段長(zhǎng)對(duì)油井產(chǎn)量影響不顯著，追求長(zhǎng)水平段并不能顯著增加單井日產(chǎn)油能力。

4 計(jì)算實(shí)例

計(jì)算了該特低滲油田4口水平井壓裂后的產(chǎn)能(表1)，這4口水平井裂縫間距為90～130 m，設(shè)計(jì)裂縫半長(zhǎng)為120 m，基本符合壓裂參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，壓后均取得了較好的產(chǎn)能，并且利用公式預(yù)測(cè)產(chǎn)能與實(shí)際產(chǎn)能較為接近，具有可參考價(jià)值。

表1 水平井產(chǎn)能計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

1)通過優(yōu)化裂縫的滲流模型，同時(shí)考慮儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感的影響，建立了特低滲儲(chǔ)層壓裂水平井的產(chǎn)能模型。

2)計(jì)算實(shí)例表明，特低滲儲(chǔ)層中裂縫間距與裂縫半長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)能影響顯著，而水平段長(zhǎng)度的影響較弱;綜合考慮啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感影響的產(chǎn)能模型能較好地預(yù)測(cè)特低滲儲(chǔ)層壓裂水平井的產(chǎn)能，對(duì)指導(dǎo)特低滲油藏開發(fā)具有積極意義。

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Analysis of Fracturing Horizontal Well Productivity in Special Low Permeability Reservoir

CHEN Yan1，Lü Jun-qiang2，DENG Xue-feng3，F(xiàn)U Wei-bing3，XIONG Pei3
(1.Exploration and Production Research Institute of SINOPEC North China Company，Zhengzhou 450006，Henan，China;2.The First Oil Production of SINOPEC North China Company，Qingyang 745000，Gansu，China;3.Petroleum Engineering of SINOPEC North China Company，Zhengzhou 450006，Henan，China)

Based on the wellbore-reservoir coupling calculation model of fracturing horizontal well productivity，we optimize the crack into dynamic，and consider the influence of the special low permeability reservoir starting pressure gradient and stress sensitivity，and establish a special low permeability reservoir fracturing horizontal well productivity equation.Based on this，through the indoor experiment to determine a special low permeability oil reservoir of start-up pressure gradient and stress sensitivity coefficient，we calculate fracture spacing，fracture half length and level of the parameters such as length on the influence of the horizontal well productivity.Calculation show that crack spacing and crack half length is significant effects on productivity.The prediction output is accurate，and has guiding significance to the special low permeability reservoir fracturing horizontal wells.

special low permeability reservoir;fracture;horizontal well;starting pressure gradient;stress sensitivity

TE243.1

B

1008-9446(2013)04-0017-04

“十二五”國家重大專項(xiàng)(大型油氣田及煤層氣開發(fā)):2011ZX05045

2013-01-09

陳艷(1981-)，女，重慶人，中石化華北分公司勘探開發(fā)研究院助理工程師，碩士，主要從事油氣田開發(fā)工作。