致密油藏體積壓裂水平井產(chǎn)能評(píng)價(jià)新方法

陶 亮，郭建春，李凌鐸，賀 娜，李 鳴

(1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500;2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500;3.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

松遼盆地致密油儲(chǔ)層主要分布在下白堊統(tǒng)青山口組高臺(tái)子油層和扶余油層，資源潛力巨大[1]。儲(chǔ)層平均孔隙度為10.5%，平均滲透率為1.27 mD，含油飽和度為52%，埋深為1 890 m，地層溫度為87.5 ℃，地層壓力為17.5 MPa。研究區(qū)塊借鑒國(guó)內(nèi)外油田體積改造成功經(jīng)驗(yàn)[2-4]，采用水平井體積壓裂技術(shù)，取得了較好的效果，但壓后產(chǎn)量差異大，穩(wěn)產(chǎn)期短，產(chǎn)能影響因素不明確。該區(qū)塊儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，壓裂施工參數(shù)差異大，且各參數(shù)在不同層次上對(duì)壓裂效果起不同作用[5-7]，大大增加了產(chǎn)能評(píng)價(jià)的難度。目前產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法主要有典型曲線法[8-9]、數(shù)值模擬方法[10-12]、解析方法[13-14]，逐步由定性評(píng)價(jià)發(fā)展為定量評(píng)價(jià)。前者大多數(shù)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)定性預(yù)測(cè)單井的增產(chǎn)效果，后2種方法則需要大量的油藏和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)假設(shè)條件較多，和實(shí)際情況差異大。隨后，用于壓裂效果評(píng)價(jià)的模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色關(guān)聯(lián)分析等方法被陸續(xù)提出[15-22]，但這些方法鮮有同時(shí)對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量、完井效率、壓裂效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。以松遼盆地致密油藏水平井為例，建立多層次評(píng)價(jià)體系與產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而分析產(chǎn)能影響因素，為致密油藏水平井產(chǎn)能評(píng)價(jià)提供新思路。

1 產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型建立

1.1 多層次評(píng)價(jià)體系

利用層次分析法建立衡量水平井壓裂效果指標(biāo)的多層次評(píng)價(jià)體系，其中，目標(biāo)層為體積壓裂水平井，主標(biāo)準(zhǔn)層為儲(chǔ)層物性參數(shù)和完井參數(shù)，子標(biāo)準(zhǔn)層為影響產(chǎn)能的因素集，其中含油砂巖長(zhǎng)度(HSL)、儲(chǔ)層有效厚度(NPT)，孔隙度(POR)、滲透率(PER)、含油飽和度(SAO)、自然伽馬(GR)、地層壓力(PRE)屬于儲(chǔ)層物性參數(shù)；壓裂簇?cái)?shù)(NUS)、裂縫間距(FRD)、單簇砂量(APA)、單簇壓裂液量(ALA)屬于完井參數(shù)。

1.2 綜合評(píng)價(jià)因子計(jì)算

將灰色關(guān)聯(lián)分析法與多層次評(píng)價(jià)體系相結(jié)合，計(jì)算評(píng)價(jià)體系中影響水平井壓裂效果關(guān)鍵因素的權(quán)重系數(shù)并對(duì)其排序，明確影響水平井體積壓裂產(chǎn)能的主控因素，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)因子。

(1) 評(píng)價(jià)矩陣建立。根據(jù)多層次評(píng)價(jià)體系建立評(píng)價(jià)矩陣和評(píng)價(jià)指標(biāo)參考系列 ，其中評(píng)價(jià)矩陣元素為每口水平井產(chǎn)能影響因素，評(píng)價(jià)指標(biāo)參考系列為各水平井壓裂后初期第一年累計(jì)產(chǎn)量(ICP)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(1)

X0=[X1(0),…,Xi(0),…,Xm(0)]T,i=1,2,…,m

(2)

式中：X為評(píng)價(jià)矩陣；Xi(j)為評(píng)價(jià)矩陣元素；X0為評(píng)價(jià)指標(biāo)參考系列；m為體積壓裂水平井樣本個(gè)數(shù)；n為水平井產(chǎn)能影響因素個(gè)數(shù)；T為矩陣轉(zhuǎn)置符號(hào)。

(2)灰色關(guān)聯(lián)度與權(quán)重系數(shù)計(jì)算。根據(jù)評(píng)價(jià)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和多層次評(píng)價(jià)體系，計(jì)算各影響因素與評(píng)價(jià)指標(biāo)參考系列之間的灰色關(guān)聯(lián)度和權(quán)重系數(shù)，計(jì)算表達(dá)式如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

(3)綜合評(píng)價(jià)因子計(jì)算。根據(jù)權(quán)重系數(shù)和評(píng)價(jià)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，計(jì)算儲(chǔ)層質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)因子Q和產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子E，并對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量進(jìn)行分類與等級(jí)劃分，其中Q值越高，儲(chǔ)層質(zhì)量越好，改造潛力越大。產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子E可以同時(shí)考慮儲(chǔ)層物性參數(shù)和完井參數(shù)，其數(shù)值越高，儲(chǔ)層改造效果越好。

(7)

(8)

式中：Q為儲(chǔ)層質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)因子；E為產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子；k為壓裂井儲(chǔ)層物性參數(shù)的個(gè)數(shù)；l為壓裂井儲(chǔ)層物性參數(shù)和完井參數(shù)的個(gè)數(shù)。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 水平井壓后產(chǎn)能影響因素分析

對(duì)松遼盆地致密油藏試驗(yàn)區(qū)13口體積壓裂井進(jìn)行產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)，明確影響產(chǎn)能主控因素，為后期體積壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。其中，實(shí)例井儲(chǔ)層物性參數(shù)和完井參數(shù)來(lái)源于礦場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)(表1)。

表1 松遼盆地致密油藏體積壓裂水平井參數(shù)

利用產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型，根據(jù)式(1)—(6)計(jì)算產(chǎn)能影響因素權(quán)重系數(shù)(表2)，將權(quán)重系數(shù)大于0.095的因素定義為影響產(chǎn)能主控因素，由表2可知，含油砂巖長(zhǎng)度、地層壓力、壓裂簇?cái)?shù)、單簇砂量、滲透率為主控因素，對(duì)產(chǎn)能貢獻(xiàn)由大到小依次為：含油砂巖長(zhǎng)度、地層壓力、壓裂簇?cái)?shù)、單簇砂量、滲透率、含油飽和度、孔隙度、儲(chǔ)層有效厚度、單簇壓裂液量、裂縫間距、自然伽馬。由表2可知，排名前二的為含油砂巖長(zhǎng)度和地層壓力，對(duì)產(chǎn)能影響最大，說(shuō)明儲(chǔ)層物質(zhì)基礎(chǔ)和能量基礎(chǔ)是體積壓裂改造首要考慮因素，其次為壓裂簇?cái)?shù)和單簇砂量。由此可知，對(duì)于致密油藏，在儲(chǔ)層物質(zhì)基礎(chǔ)和地層能量一定的情況下，儲(chǔ)層改造體積和裂縫導(dǎo)流能力對(duì)產(chǎn)能影響最大，在不產(chǎn)生縫間干擾的前提下，盡可能提高布縫密度和加砂強(qiáng)度可提高致密油藏水平井體積壓裂效果。

表2 多層次評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

2.2 儲(chǔ)層質(zhì)量評(píng)價(jià)與等級(jí)劃分

根據(jù)儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用式(7)計(jì)算儲(chǔ)層質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)因子(表3)。圖1為壓裂井所在儲(chǔ)層質(zhì)量分類圖，由儲(chǔ)層質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)因子分布范圍，采取拐點(diǎn)法將儲(chǔ)層分為I類(0.49

表3 水平井所在儲(chǔ)層質(zhì)量分類和壓裂效果排序

圖1 體積壓裂水平井所在儲(chǔ)層質(zhì)量分類

2.3 水平井產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)

考慮儲(chǔ)層物性參數(shù)和完井參數(shù)，利用式(8)計(jì)算產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子，并對(duì)其排序(表3)，產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子越高，壓裂效果越好。其中水平井P5的產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子最大，為0.76，表明針對(duì)該井特定的儲(chǔ)層物性參數(shù)，完井參數(shù)和儲(chǔ)層參數(shù)有較高的匹配度，儲(chǔ)層改造效果好，初期累計(jì)產(chǎn)量最大為6 115 t。由圖2可知，儲(chǔ)層質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)因子和產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子整體成正相關(guān)，儲(chǔ)層質(zhì)量越好，獲得高產(chǎn)能潛力越大。其中，圖2中的P1、P4井，其儲(chǔ)層質(zhì)量屬于III類儲(chǔ)層，且P1井儲(chǔ)層質(zhì)量?jī)?yōu)于P4井，但P4井壓裂效果優(yōu)于P1井，其原因?yàn)镻4井水平段每米含油砂巖壓裂簇?cái)?shù)(0.037簇/m)高于P1井(0.020簇/m)，同時(shí)，P4井對(duì)應(yīng)簇間距和單簇砂量均優(yōu)于P1井，說(shuō)明其儲(chǔ)層改造體積和水力裂縫導(dǎo)流能力高于P1井，儲(chǔ)層得到有效動(dòng)用，使產(chǎn)能最大化。同樣可以得到P13井和P7完井效率優(yōu)于P2井。

2.4 模型驗(yàn)證與分析

驗(yàn)證多層評(píng)價(jià)模型的正確性，將水平井的產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用井的初期累計(jì)產(chǎn)油量進(jìn)行相關(guān)性分析(圖3)，由圖3可知，初期累計(jì)產(chǎn)油量與產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子整體成正相關(guān)，綜合評(píng)價(jià)因子越高，累計(jì)產(chǎn)油量越高，驗(yàn)證了模型的正確性；同時(shí)也可根據(jù)該圖對(duì)完井效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，為重復(fù)壓裂選井提供依據(jù)。例如P8、P11井屬于Ⅲ類儲(chǔ)層，但P8井初期累計(jì)產(chǎn)油量為2 937 t，遠(yuǎn)大于P11井的初期產(chǎn)量1 506 t，因?yàn)樵谙嗤膬?chǔ)層質(zhì)量條件下，P8井完井參數(shù)優(yōu)于P11，其水平段每米含油砂巖壓裂簇?cái)?shù)(0.024簇/m)高于P11井(0.021簇/m)，和儲(chǔ)層質(zhì)量有較好的匹配，而P11井初次壓裂改造未能有效地溝通儲(chǔ)層，部分儲(chǔ)量未得到動(dòng)用，后期水平井重復(fù)壓裂改造優(yōu)先選擇P11井。利用相同的分析方法可以得到P13井的完井效率優(yōu)于P2井，同時(shí)由綜合評(píng)價(jià)因子的相關(guān)性也可以進(jìn)一步證明產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型的正確性。

圖2 綜合評(píng)價(jià)因子相關(guān)性

圖3 產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子與初期累計(jì)產(chǎn)油量相關(guān)性

3 結(jié) 論

(1) 將多層次評(píng)價(jià)方法與灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合應(yīng)用于壓裂效果評(píng)價(jià)，提出了產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)因子新概念，可以同時(shí)考慮水平井體積壓裂特有的儲(chǔ)層物性參數(shù)和完井參數(shù)，快速經(jīng)濟(jì)地對(duì)壓裂效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，是一種值得推廣的體積壓裂水平井產(chǎn)能綜合評(píng)價(jià)的新方法。

(2) 利用產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型對(duì)松遼盆地致密油藏水平井體積壓裂產(chǎn)能參數(shù)的影響程度進(jìn)行了分析計(jì)算。將權(quán)重系數(shù)大于0.095的因素定義為影響產(chǎn)能主控因素，對(duì)產(chǎn)能貢獻(xiàn)大小依次為：含油砂巖長(zhǎng)度、地層壓力、壓裂簇?cái)?shù)、單簇砂量、滲透率、含油飽和度、孔隙度、儲(chǔ)層有效厚度、單簇壓裂液量、裂縫間距、自然伽馬。

(3) 研究區(qū)塊儲(chǔ)層質(zhì)量依次為I類、II類、III類，其分類閾值為0.35、0.42和0.48，評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際生產(chǎn)情況。同時(shí)，利用綜合評(píng)價(jià)因子與現(xiàn)場(chǎng)13口單井產(chǎn)能的相關(guān)性，可以評(píng)價(jià)水平井初次完井效率，為水平井體積壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)和重復(fù)壓裂改造選井提供理論依據(jù)。