低滲透油藏仿水平井壓裂參數(shù)優(yōu)化研究

朱紅云，徐　良

(1.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津大港300280；2.中海石油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司)

?

低滲透油藏仿水平井壓裂參數(shù)優(yōu)化研究

朱紅云1，徐良2

(1.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津大港300280；2.中海石油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司)

為提高低滲透油藏儲(chǔ)層動(dòng)用程度，可采用仿水平井(直井大型壓裂)注水開(kāi)發(fā)技術(shù)，但地層參數(shù)與壓裂參數(shù)對(duì)仿水平井注水開(kāi)發(fā)的影響有多大尚不清楚，為此，以勝利油田某區(qū)塊地質(zhì)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)為基礎(chǔ)，建立隨機(jī)模型，對(duì)影響仿水平井的主要因素進(jìn)行研究。主要運(yùn)用單變量法和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)定不同的注采參數(shù)方案，利用數(shù)值模擬技術(shù)預(yù)測(cè)各方案對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)指標(biāo)；通過(guò)極差、方差分析，研究了地層滲透率、原油黏度、裂縫角度、裂縫半縫長(zhǎng)、裂縫與地層滲透率倍數(shù)等對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響。研究表明應(yīng)用仿水平井注水開(kāi)發(fā)效果理想。

低滲透油藏；仿水平壓裂；正交試驗(yàn)；參數(shù)優(yōu)選

低滲透砂巖油藏普遍具有非達(dá)西滲流特點(diǎn)，常規(guī)壓裂由于施工規(guī)模小，造成有效壓裂裂縫短、溝通泄油面積小，壓后產(chǎn)能遞減快、有效期短?！胺滤骄笔侵钢本ㄟ^(guò)超大規(guī)模人工壓裂，在油層中形成長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米的超長(zhǎng)壓裂裂縫，裂縫方向平行于最大主應(yīng)力方向，相當(dāng)于在油層中鉆穿數(shù)百米長(zhǎng)的水平段，有效增大了導(dǎo)流能力，達(dá)到與水平井相仿的擴(kuò)大油藏泄油面積、大幅度增加單井產(chǎn)能的目的[1-2]。

但是地層參數(shù)與壓裂參數(shù)對(duì)仿水平井注水開(kāi)發(fā)的影響大小尚不清楚，因此，需要對(duì)其進(jìn)行研究。本文首先采用隨機(jī)建模技術(shù)，確保模型的通用性，然后通過(guò)單變量法和正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，研究了不同參數(shù)對(duì)最終采收率的影響。

1　模型建立

為了確保模型及結(jié)論的普遍適用性，將地層滲透率分為4個(gè)區(qū)間，分別為(3～5)×10-3μm2，(5～10)×110-3μm2，(10～20)×10-3μm2，(20～50)×10-3μm2，并對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)建模。對(duì)裂縫的處理采用Eclipse中的NWM模塊，此模塊可以方便快捷地處理不同裂縫，與實(shí)際情況較吻合。使用仿水平井技術(shù)中已證實(shí)采收率較高的交錯(cuò)排狀井網(wǎng)，結(jié)合滲透率與壓裂規(guī)模，選用200 m×600 m的井排距。

2　單變量法分析

影響最終采收率的參數(shù)有：地層滲透率、流體特征、裂縫角度、裂縫半縫長(zhǎng)和裂縫與地層滲透率倍數(shù)[3-6]。在這里分析某一變量時(shí)，固定其他變量，對(duì)比判斷其對(duì)壓裂注水開(kāi)發(fā)的影響，優(yōu)選出最佳值。

2.1地層滲透率

固定原油黏度5 mPa·s，裂縫角度0°，半縫長(zhǎng)200 m，設(shè)定地層滲透率分別為(3～5)×10-3μm2，(5～10)×10-3μm2，(10～20)×10-3μm2，(20～50)×10-3μm2，得到不同地層滲透率下采收率隨時(shí)間變化曲線。從圖1中可以看出，隨著地層滲透率的增加，原油采收率相應(yīng)增加。

圖1　不同地層滲透率下采收率隨時(shí)間變化曲線

2.2原油黏度

地層原油黏度影響其在地下的運(yùn)移的流動(dòng)能力，當(dāng)原油黏度過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)致油井無(wú)法正常生產(chǎn)。由圖2、圖3可知，地層原油黏度越大，采收率越低，但是含水率越高，這是由于隨著原油黏度增大，油水流度比持續(xù)增大，使得注入水在地層中更加容易發(fā)生指進(jìn)現(xiàn)象，采油井提早見(jiàn)水，削弱開(kāi)發(fā)效果。因此原油黏度越小越有利于開(kāi)發(fā)。

圖2　不同原油黏度下采收率隨時(shí)間變化曲線

圖3　不同原油黏度下含水率隨時(shí)間變化曲線

2.3壓裂裂縫角度

受地應(yīng)力的控制，壓裂形成的水力裂縫具有一定的方向性，在進(jìn)行井網(wǎng)部署時(shí)，須考慮井網(wǎng)系統(tǒng)與水力裂縫系統(tǒng)的合理匹配關(guān)系[7-8]。裂縫方向發(fā)生不正確的偏轉(zhuǎn)，極有可能造成沿其方向上的生產(chǎn)井過(guò)早見(jiàn)水，使實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)達(dá)不到設(shè)計(jì)效果，給油田開(kāi)發(fā)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。從圖4中可知，裂縫方向與井排方向(主應(yīng)力方向)的夾角越小，采出程度越高。這是由于夾角越小，注采井壓裂裂縫距離越大，油井見(jiàn)水時(shí)間越晚，開(kāi)發(fā)效果更好；反之，注水井附近采油井過(guò)早見(jiàn)水，使得含水率過(guò)高，影響開(kāi)發(fā)效果。

2.4壓裂裂縫長(zhǎng)度

由表1可知，初期不同半縫長(zhǎng)的裂縫對(duì)生產(chǎn)影響不大，開(kāi)發(fā)中期長(zhǎng)裂縫采收率略高。這是由于長(zhǎng)裂縫波及范圍廣，裂縫之間垂直距離較短，開(kāi)發(fā)后期油井普遍見(jiàn)水后，較短裂縫采收率高，因此，需要全面考慮經(jīng)濟(jì)效益因素，合理選擇壓裂縫長(zhǎng)。綜合考慮200 m最為合適。

2.5壓裂裂縫滲透率與地層滲透率倍數(shù)

裂縫導(dǎo)流能力是水力壓裂中一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，可以用裂縫滲透率與地層滲透率的比值來(lái)表示。

圖4　不同裂縫角度下含水率隨時(shí)間變化曲線

表1　不同裂縫半長(zhǎng)時(shí)采收率隨時(shí)間變化情況

設(shè)定倍數(shù)分別為20，50，100，500，選用地層滲透率為(10～20)×10-3μm2，由圖5可知，高滲透率倍數(shù)下，采收率也相應(yīng)較高，20倍到50倍時(shí)，采收率增加幅度較大，50倍到500倍時(shí)，采收率增幅較小，因此選用50倍滲透率即可。導(dǎo)流能力越大，裂縫處滲流阻力與壓力損失變小，使得地層中的驅(qū)替壓力梯度變大，流體流動(dòng)性越好，油井見(jiàn)水時(shí)間提前，增產(chǎn)效果提高。但增加導(dǎo)流能力的同時(shí)，也意味著壓裂成本的上升。

圖5　不同裂縫滲透率倍數(shù)下采收率隨時(shí)間變化曲線

3　正交試驗(yàn)方法分析

單變量法只是研究單一變量變化對(duì)目標(biāo)結(jié)果的影響情況，而不能體現(xiàn)多變量交互作用對(duì)目標(biāo)結(jié)果的不同影響程度。正交試驗(yàn)就是對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、綜合比較、統(tǒng)計(jì)分析，體現(xiàn)多變量共同作用對(duì)結(jié)果的影響。選取地層滲透率、原油黏度、裂縫角度、裂縫半長(zhǎng)、裂縫與地層滲透率倍數(shù)5個(gè)因素為優(yōu)化參數(shù)，設(shè)計(jì)5因素4 水平正交設(shè)計(jì)方案 L16( 45) ，在模型中設(shè)定對(duì)應(yīng)的參數(shù)模擬計(jì)算15年，以模擬階段末的累積采收率作為評(píng)價(jià)結(jié)果(表2)。

根據(jù)模擬結(jié)果計(jì)算各因素水平均值極差，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2　正交設(shè)計(jì)方案及模擬結(jié)果

表3　極差分析結(jié)果

極差越大說(shuō)明此因素對(duì)結(jié)果影響越大，其影響因素主要排序?yàn)椋旱貙訚B透率>原油黏度>裂縫滲透率倍數(shù)>半縫長(zhǎng)>裂縫角度。各因素水平均值為該因素對(duì)結(jié)果的最優(yōu)值，因此，5個(gè)因素各水平最優(yōu)組合為：地層滲透率(20～50)×10-3μm2、原油黏度5 mPa·s以下，裂縫滲透率倍數(shù)50倍左右，半縫長(zhǎng)200 m左右，裂縫角度45°左右。結(jié)果與單因素分析結(jié)果基本一致，說(shuō)明分析比較合理。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的極差分析簡(jiǎn)便易行，計(jì)算量小，也較直觀，但極差分析精度較差，判斷因素的作用時(shí)缺乏一個(gè)定量的標(biāo)準(zhǔn)。這些問(wèn)題要用方差分析解決(表4)。由于裂縫角度對(duì)采收率影響最小，因此可以將其作為誤差項(xiàng)，根據(jù)顯著性判斷，地層滲透率和原油黏度對(duì)采收率影響特別顯著，相比之下，裂縫滲透率倍數(shù)與裂縫半縫長(zhǎng)影響不太顯著。

表4　方差分析結(jié)果

4　結(jié)　論

(1)對(duì)于低滲油藏仿水平井注水開(kāi)發(fā)，地層滲透率、原油黏度、壓裂參數(shù)適配是首要考慮的因素，其中以地層滲透率與原油黏度影響最大。

(2)影響低滲油藏仿水平井注水開(kāi)發(fā)采收率的因素最優(yōu)組合為：地層滲透率(20～50)×10-3μm2、原油黏度5 mPa·s以下、裂縫滲透率倍數(shù)50倍左右、半縫長(zhǎng)200 m左右，裂縫角度45°左右。

(3)實(shí)際油田開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮地質(zhì)特征，合理選擇壓裂參數(shù)。

[1]黃廣恩.仿水平井壓裂技術(shù)在樊142塊的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011,(4):132-133.

[2]張軍峰.勝利油田直井長(zhǎng)縫壓裂應(yīng)用效果研究[J].中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報(bào),2012,(4):17-19.

[3]李道品.低滲透油田開(kāi)發(fā)概論[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，1997,16(3)：33-34.

[4]李志鵬，林承焰，懂波，等.影響低滲透油田注水開(kāi)發(fā)效果的因素及改善措施[J].地學(xué)前緣(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京))，2012,19(3)：172-173.

[5]李道品.低滲透油田開(kāi)發(fā)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999：61-72.

[6]武麗麗.特高含水期水驅(qū)油藏層系井網(wǎng)重組優(yōu)化研究[D].山東青島：中國(guó)石油大學(xué)(華東),2012.

[7]劉立峰，張士誠(chéng).通過(guò)改變近井地應(yīng)力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖儲(chǔ)層縫網(wǎng)壓裂[J].石油鉆采工藝，2011，33(4):70-73.

[8]丁云宏，陳作，曾斌，等.滲透率各向異性的低滲透油藏開(kāi)發(fā)井網(wǎng)研究[J].石油學(xué)報(bào)，2002,17(2):44-50.

編輯：劉洪樹(shù)

1673-8217(2016)04-0119-03

2016-01-26

朱紅云，工程師，碩士，1980年生，2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事油田二次開(kāi)發(fā)和三次采油工作。

TE357.1

A