特低滲儲層水平井分段壓裂建模及參數(shù)優(yōu)化

摘? 要：本文針對特低滲儲層的特點(diǎn)，采用水平井分段壓裂的方法來實(shí)現(xiàn)油井增產(chǎn)，而合理的水平井裂縫參數(shù)設(shè)計(jì)能充分發(fā)揮人工裂縫的增產(chǎn)作用。以錦州油田地質(zhì)特征和目前開發(fā)狀況為基礎(chǔ)，利用油藏?cái)?shù)值模擬軟件建立了水平井分段壓裂產(chǎn)能模型，研究了水平井壓裂裂縫參數(shù)、間距裂縫長度、導(dǎo)流能力、加砂規(guī)模、前置液百分比的優(yōu)化，體現(xiàn)了水平井分段壓裂技術(shù)在有效開發(fā)低豐度特低滲透油藏中的作用與效果。

關(guān)鍵詞：錦州油田;特低滲;水平井;分段壓裂;水力噴射;裸眼封隔器

一、油藏特征

錦州油田位于遼河盆地西部凹陷的西斜坡南部，探明含油面積71.04 km2，探明地質(zhì)儲量20243×104 t，動用含油面積65.09 km2，動用地質(zhì)儲量19222×104t，縱向上發(fā)育于樓、興隆臺等八套含油層系。油層分布較穩(wěn)定，連通性較好，儲層物性變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)。儲層巖性為巖屑長石砂巖、含礫砂巖為主;礦物成分主要為長石和石英，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)?？紫抖仍?.3～13.8%，滲透率為0.038～2.4μm2，為低孔、特低滲儲層。

二、水平井壓裂產(chǎn)能模型

錦州油田未開發(fā)石油探明儲量中，低滲-特低滲油藏占總儲量的58%，已成為保證石油產(chǎn)量的重要潛力。由于特低滲油藏滲流半徑小，經(jīng)濟(jì)極限井距小，單井產(chǎn)量低，采用直井井網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益較差。各種水平井開發(fā)配套技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，已成為低滲-特低滲油田有效的開采技術(shù)。

在多縫產(chǎn)量預(yù)測計(jì)算時(shí)，我們將預(yù)測期分成了早中晚三個(gè)階段，使計(jì)算量大幅度下降，其實(shí)質(zhì)是在早期利用數(shù)值方法計(jì)算多縫產(chǎn)量，而在中期和晚期采用解析方法計(jì)算。當(dāng)裂縫之間發(fā)生相互干擾時(shí)，即達(dá)到中期，利用穩(wěn)態(tài)依次替換法，首先找出每條裂縫的泄油區(qū)域，然后求出泄油區(qū)域內(nèi)的平均地層壓力，再利用穩(wěn)態(tài)依次替換法分別求出各泄油區(qū)域內(nèi)裂縫的產(chǎn)量，對于任何生產(chǎn)時(shí)刻，均可求出每條裂縫的影響半徑，它可以用以下公式近似計(jì)算：

其中：

式中：—液體壓縮系數(shù)，;

一巖石壓縮系數(shù)，;

—原油粘度，mPa·s;

K—儲層滲透率，;

t—生產(chǎn)時(shí)間，s;

—壓力降邊緣半徑，m。

這里把油藏分成兩類區(qū)域，見圖1，即每條裂縫自己的控制區(qū)域a和它們共同的控制區(qū)域b。隨著生產(chǎn)的延續(xù)，當(dāng)各縫的供液區(qū)范圍擴(kuò)展到各自的控制區(qū)a以外，即表示各縫之間發(fā)生干擾。即當(dāng)半徑R（t）大于裂縫間距離的一半時(shí)，認(rèn)為它們的壓力已開始相互影響，此時(shí)則分別計(jì)算各縫產(chǎn)量。此時(shí)隨著生產(chǎn)時(shí)間的增加，裂縫直接控制區(qū)a壓力首先下降，先求出a區(qū)內(nèi)的平均壓力，用此壓力，可以計(jì)算出從共同控制區(qū)b流入直接控制區(qū)a的液量，用穩(wěn)態(tài)依次替換法計(jì)算。而任一生產(chǎn)時(shí)刻，a區(qū)內(nèi)壓力分布按穩(wěn)定滲流公式計(jì)算。

a區(qū)的總采出體積流量為：

每條裂縫的產(chǎn)量按穩(wěn)定滲流公式計(jì)算：

壓差隨時(shí)間的變化關(guān)系由下式確定：

投產(chǎn)后期，則用等值滲流阻力法計(jì)算。

三、水平井分段壓裂參數(shù)優(yōu)化

1、裂縫條數(shù)與間距優(yōu)化

對于水平井來說，裂縫條數(shù)是影響其壓后效果最重要因素之一，因此，在施工之前應(yīng)對裂縫條數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證裂縫之間相互干擾較弱的情況下盡量增加裂縫條數(shù)和縮短裂縫間距，可以有效的提高儲層產(chǎn)能。裂縫條數(shù)也不是越多越好，它是由多種因素決定的，數(shù)值模擬研究表明，裂縫條數(shù)隨滲透率的大小、非均質(zhì)性和水平井段長度變化而變化。當(dāng)有效滲透率為（0.3～5.0）×10-3μm2，水平井段長度400m時(shí)，優(yōu)化裂縫條數(shù)為3～5條;當(dāng)有效滲透率為0.5×10-3μm2，水平井段長度300～1000m時(shí)，優(yōu)化裂縫條數(shù)3～7條。已經(jīng)部署的水平井的4口水平井的設(shè)計(jì)水平段長度為300～500m，綜合考慮該地區(qū)壓裂施工水平井的裂縫條數(shù)以控制在3～5條最佳。

2、裂縫長度與導(dǎo)流能力優(yōu)化

利用油藏?cái)?shù)值模擬軟件優(yōu)化于樓地區(qū)不同裂縫半長、導(dǎo)流能力對產(chǎn)能的影響。由圖2、圖3可知，裂縫越長產(chǎn)量越大，興隆臺地區(qū)壓裂地質(zhì)設(shè)計(jì)、井下工具噴嘴的耐磨性、加砂規(guī)模、考慮周邊注水井距離及鄰井壓裂情況以及裂縫間距，要求裂縫半長不超過140m。因此優(yōu)化得到裂縫支撐半長120m～140m適合于該地區(qū)的水力噴射壓裂。

裂縫導(dǎo)流能力對水平井壓裂后生產(chǎn)動態(tài)的影響比較大。圖4裂縫在不同導(dǎo)流能力下的壓裂水平井生產(chǎn)動態(tài)，從圖中可以看出，不同裂縫導(dǎo)流能力下的累計(jì)產(chǎn)量是不同的，隨著導(dǎo)流能力的增大，累計(jì)產(chǎn)量增加。但當(dāng)裂縫導(dǎo)流能力大于30μm2·cm，產(chǎn)量增加很少。綜合考慮，最終確定該地區(qū)支撐劑為20目～40目陶粒。

3、加砂規(guī)模優(yōu)化

采用裂縫模擬軟件模擬不同加砂量下的支撐半縫長與支撐縫高，興隆臺地區(qū)部署的水平井井眼多穿透2號和3號小層，隔層厚度較厚時(shí)，以改造單層為主，若隔層厚度較小，應(yīng)加大加砂規(guī)模，溝通2號和3號小層，在縫高確定的情況下，模擬裂縫半縫長和縫高情況，如圖5所示，根據(jù)興隆臺地區(qū)的水平井部署和地質(zhì)情況，并根據(jù)之前的縫長優(yōu)化結(jié)果，確定中間單段砂量20m3，端部加砂22m3。

4、前置液百分比優(yōu)化

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)裂縫動態(tài)比在0.8～0.9之間既對地層傷害較低又施工安全，通過對儲層和壓裂液的認(rèn)識以及不同裂縫模擬計(jì)算初步前置液百分比在42%左右，如圖6所示。

四、結(jié)論

1、錦州油田采用水平井工藝技術(shù)開發(fā)低滲-特低滲油藏，能大幅度提高單井產(chǎn)量，初期產(chǎn)量是直井的4.5倍，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2、形成了適合錦州油田水平井分段壓裂設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化了錦州油田分段壓裂施工參數(shù)：裂縫條數(shù)以控制在3～5條最佳，裂縫支撐半長120～140m，每段加砂規(guī)模在20～22m3。

參考文獻(xiàn)

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[3]? 萬仁溥 羅英俊主編，采油技術(shù)手冊（下層），石油工業(yè)出版社，1998

[4]? 萬仁溥主編，采油工程手冊[M]，石油工業(yè)出版社，2000

作者簡介：金志學(xué)，（1979-），2004年畢業(yè)于西南石油大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)任工程師。