水平井壓裂后燜井技術(shù)的研究

李 楊

水平井壓裂后燜井技術(shù)的研究

李 楊

（中國石油遼河油田鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010）

非常規(guī)油氣藏開發(fā)通常采用大液量、大規(guī)模水平井分段壓裂，常規(guī)油藏的快速返排方式已經(jīng)不適用于此。從現(xiàn)場實施經(jīng)驗來看，適當(dāng)?shù)臓F井可以輔助提高非常規(guī)油藏壓裂效果。本文研究了壓裂液進(jìn)入儲層燜井所產(chǎn)生應(yīng)力場、溫度場的變化；建立起脆性-低滲巖心的滲吸實驗?zāi)Ｐ?，驗證了適當(dāng)?shù)臓F井時間有利于壓裂液與儲層流體發(fā)生滲吸交互。根據(jù)實驗結(jié)果，指導(dǎo)水平井壓裂后燜井制度的建立，提高水平井最終單井產(chǎn)能。

水平井；壓裂；燜井；滲吸

對于常規(guī)油藏，壓裂完成后一般采用快速返排的方式，并且盡可能地提高壓裂液的返排率[1]。但對于非常規(guī)油藏，油田的生產(chǎn)實踐表明，有的油藏適合快速返排，也有的油藏出現(xiàn)返排率低，井產(chǎn)量高的現(xiàn)象。因此提出了“燜井[2]”的技術(shù)措施，即壓裂后在經(jīng)初始快速返排后關(guān)井一段時間再生產(chǎn)，被認(rèn)為是一種具有應(yīng)用前景的提高非常規(guī)油氣產(chǎn)能的技術(shù)。

大規(guī)模水力壓裂過程中，壓裂液主要滯留在裂縫網(wǎng)絡(luò)中，對儲層地應(yīng)力場[3]、溫度場產(chǎn)生很大影響，滯留時間長所發(fā)生的交互影響也越大。同時，壓裂液在毛細(xì)管和化學(xué)滲透壓作用下發(fā)生從裂縫到基質(zhì)的自發(fā)滲吸，這是壓裂液與儲層相互作用的重要基礎(chǔ)。

1 儲層應(yīng)力溫度場

1.1 地層壓力分布

ABAQUS是通用型的有限元商業(yè)軟件，非線性影響對力學(xué)問題進(jìn)行大規(guī)模計算分析，并能夠處理巖體的裂縫擴(kuò)展、滲流—應(yīng)力耦合等多種復(fù)雜問題。利用ABAQUS有限元軟件模擬水力裂縫擴(kuò)展，數(shù)值模擬參數(shù)數(shù)據(jù)采用遼河油田雷家L88-杜H7水平井地質(zhì)參數(shù)及壓裂施工參數(shù)，見表1。

在進(jìn)行有限元模擬計算時，分為以下步驟：模型的建立、參數(shù)賦值、加載條件賦值和網(wǎng)格劃分。

1.2 溫度場變化

通過COMSOL有限元軟件對悶井時裂縫周圍的溫度分布規(guī)律進(jìn)行了模擬，在進(jìn)行有限元模擬計算時分為以下幾個步驟：幾何模型建立、定義材料屬性和邊界條件、網(wǎng)格剖分、研究求解以及計算結(jié)果后處理。

表1 計算模型參數(shù)表

圖1 壓裂十段后悶井時裂縫周圍應(yīng)力分布圖

低于地層溫度的壓裂液注入地層之后，注入壓裂液與地層之間存在溫度差，即溫度梯度，由于壓裂液溫度低于地層溫度，從地層中吸收熱量，新注入的壓裂液不斷驅(qū)替先前注入的流向油層深部，溫度過渡帶前緣吸收地層熱量后溫度升高，最后趨于地層溫度。油層中熱量傳遞主要以對流傳熱進(jìn)行；由于蓋層和底層與油層之間為封閉邊界，向油層中熱量傳遞則是通過導(dǎo)熱進(jìn)行。模擬不同悶井時間下井筒及裂縫周圍的溫度分布圖及縫控溫度比例系數(shù)圖：

式中：—裂縫長度，m；

1—縫內(nèi)流體作用下的溫度影響長度，m。

圖2 悶井24 h的溫度分布圖和各壓裂段的縫控溫度比例系數(shù)圖

圖3 悶井72 h的溫度分布圖和各壓裂段的縫控溫度比例系數(shù)圖

圖4 悶井168 h的溫度分布圖和各壓裂段的縫控溫度比例系數(shù)圖

從圖中可以看出，在悶井前期，壓裂段內(nèi)的縫控溫度影響比例都隨著時間的增長而下降，這是由于前幾段壓裂段的裂縫內(nèi)溫度已逐漸接近地層，而新壓裂段重新注入壓裂液后，使得井筒周圍溫度場重新分布，所以溫度的影響范圍由井筒向地層裂縫擴(kuò)展，此時的影響比例屬于縫內(nèi)影響比例，當(dāng)溫度影響范圍擴(kuò)散到裂縫尖端附近時，將逐漸趨于穩(wěn)定并最終達(dá)到平衡（地層溫度），所以各段縫內(nèi)縫控比例系數(shù)隨著時間的增長而逐漸減小，縫外縫控比例系數(shù)隨著時間的增長而逐漸增大，且裂縫長度越長，縫外縫控溫度比例系數(shù)越小。

2 壓裂液滲吸置換

在多孔介質(zhì)中，潤濕相流體依靠毛管力作用置換非潤濕相流體的過程稱為滲吸[4]，它是毛管力作用下的自發(fā)現(xiàn)象，也是多孔介質(zhì)中常見的多相流現(xiàn)象。當(dāng)壓裂液進(jìn)入儲層并長期滯留，是否能夠自發(fā)的滲吸侵入，從而改變孔隙喉道的結(jié)構(gòu)，驅(qū)替出更多原油。

本研究建立一個脆性巖性置換的實驗，將飽和原油的巖心浸沒在裝滿壓裂液的燒杯中，然后將燒杯放入90 ℃恒溫箱內(nèi)。等待巖心滲吸一段時間后，取出巖心，用紗布擦拭掉巖心表面的水（避免用紙擦），測量巖心的質(zhì)量，測試巖心的T2譜；取出巖心，并放入燒杯中繼續(xù)滲吸，同時繼續(xù)計時，如此重復(fù)直至T2譜不再有明顯變化之后，實驗結(jié)束。

圖5 二維譜（原樣，2 d，4 d，8 d）

圖6 lei88-2縫內(nèi)流體含量隨時間變化圖

隨著置換時間的不斷增加，小孔隙和中孔隙內(nèi)流體含量逐漸升高，由核磁的二維譜可知，小孔隙內(nèi)含量增長的流體是壓裂液中的水。到置換8 d為止，小孔隙內(nèi)油信號的占比量由60.2%下降到51.7%，中孔隙內(nèi)油信號的占比量由31.7%增長到41.4%后降低到39.7%，大孔隙內(nèi)油信號的占比量由8.1%增長到8.3%。綜上可知，由于該巖樣所在儲層屬于高脆—低滲—致密型儲層，巖心脆性低且孔隙較小，故該種巖心小孔隙內(nèi)更容易發(fā)生置換滲吸，壓裂液中的水更容易進(jìn)入到小孔隙內(nèi)，將小孔隙中的油壓到中孔隙中。

3 結(jié) 論

1）大量壓裂液進(jìn)入儲層能改變應(yīng)力溫度場，一定時間的燜井可以讓人工裂縫流體壓力適當(dāng)向遠(yuǎn)端進(jìn)行擴(kuò)散，增大儲層改造體積。

2）燜井時各壓裂段縫內(nèi)縫控比例系數(shù)隨著時間的增長而逐漸減小，縫外縫控比例系數(shù)隨著時間的增長而逐漸增大，且裂縫長度越長，縫外縫控溫度比例系數(shù)越小。

3）根據(jù)儲層巖心滲吸置換實驗結(jié)果，針對高脆、低滲儲層小孔隙內(nèi)的油更容易進(jìn)入中孔及大孔中，因此最佳燜井時間為4 d。

[1] 張寅，李世恩. 涪陵頁巖氣井燜井時間與產(chǎn)能關(guān)系分析[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2017，5（30）：49-51.

[2] 韓慧芬，楊斌，彭鈞亮. 壓裂后燜井期間頁巖吸水起裂擴(kuò)展研究[J].天然氣工業(yè)，2019，1：74-80.

[3] 何應(yīng)付，趙淑霞，劉學(xué)偉. 致密油藏多級壓裂水平井CO2吞吐機(jī)理[J]. 斷塊油氣藏，2018，6（25）：752-756.

[4] 杜洋，雷煒，李莉，等. 頁巖氣井壓裂后燜排模式[J]. 巖性油氣藏，2019，3（31）：145-151．

Study on Shut-in Technology After Horizontal Well Fracturing

（D&P Technology Research Institute of PetroChina Liaohe Oilfield Company, Panjin Liaoning 124010, China）

The development of unconventional oil and gas reservoirs usually uses large-volume, large-scale horizontal well staged fracturing process. The rapid flowback method of conventional reservoirs is no longer suitable for this unconventional oil and gas reservoirs. From field implementation experience, proper shut-in can help improve fracturing effect in unconventional reservoirs. In this paper, the changes in the stress field and temperature field in the shut-in process after fracturing fluid entering the reservoir were studied. The experimental model of brittle-low-permeability core was established to verify that the appropriate shut-in time is beneficial tothat the fracturing fluid and reservoir fluid occurs infiltration interaction. The experimental results can guide the establishment of shut-in system after horizontal well fracturing and increase the final single well productivity of horizontal well.

Horizontal well ; Fracturing; Shut-in; Imbibition

中國石油股份公司重大科技專項，遼河油田原油千萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究課題（項目編號：2017E-1605）。

2020-03-24

李楊（1988-），男，工程師，碩士研究生，湖北荊州人，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣井工程專業(yè)，主要從事石油工程巖石力學(xué)及儲層改造等方向研究。

TE348

A

1004-0935（2020）07-0794-03