致密油藏體積壓裂水平井滲流特征與產(chǎn)能預(yù)測(cè)*

楊 飛

(西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065)

我國(guó)致密油藏體積壓裂工藝技術(shù)目前仍處于發(fā)展階段。通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行模擬致密油藏的具體滲流特點(diǎn)，可對(duì)不同類型壓裂水平井產(chǎn)能進(jìn)一步分析和預(yù)測(cè)，這對(duì)于相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)改造有著重要的影響。

1 致密儲(chǔ)層特征及縫網(wǎng)形成基本原理

1.1 致密儲(chǔ)層地質(zhì)特征

致密油藏是由比較復(fù)雜的巖性所組成，地層性質(zhì)也比較特殊，致密儲(chǔ)層、滲透率都比較低，開(kāi)發(fā)難度大，所以，深入分析儲(chǔ)層的實(shí)際特點(diǎn)是非常必要的，其中儲(chǔ)層巖石的脆性是非常關(guān)鍵的影響因素。儲(chǔ)層脆性會(huì)對(duì)致密儲(chǔ)層體積壓裂的狀況產(chǎn)生直接的影響，儲(chǔ)層脆性如果越高，在實(shí)際壓裂過(guò)程中，便會(huì)形成裂縫，有助于流體的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移。巖石內(nèi)部并不均質(zhì)，因此，當(dāng)受到一定外力時(shí)，內(nèi)部受力表現(xiàn)為非均勻性，從而導(dǎo)致巖石局部發(fā)生破裂，導(dǎo)致形成裂縫。致密儲(chǔ)層巖石脆性也會(huì)影響天然裂縫的發(fā)展。當(dāng)人工與天然裂縫之間相交時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)不同起裂方向。致密儲(chǔ)層體積壓裂使得人工裂縫和天然裂縫之間相互交錯(cuò)，這樣能夠極大的提升采收率，天然裂縫對(duì)于人工裂縫網(wǎng)的實(shí)際形成會(huì)產(chǎn)生直接的影響[1]。

1.2 縫網(wǎng)形成的基本原理

因?yàn)橹旅軆?chǔ)層天然裂縫的分布以及地質(zhì)環(huán)境特征等因素條件有所不同，只有確定合理的部位和層位，并進(jìn)一步優(yōu)化體積壓裂工藝技術(shù)，才能夠保障縫網(wǎng)的形成。施工因素主要包括施工排量、射孔方式、裂縫內(nèi)壓力以及支撐劑類型、性能等。致密儲(chǔ)層壓裂施工排量及總液量存在不同時(shí)，會(huì)對(duì)裂縫的長(zhǎng)和寬造成一定的影響。當(dāng)總液量相對(duì)較小時(shí)，裂縫長(zhǎng)度自然就比較短；相反，則越長(zhǎng)，改造機(jī)體也就越大。當(dāng)縫內(nèi)凈壓力逐漸提升，人工裂縫延伸，便會(huì)形成縫網(wǎng)。裂縫復(fù)雜程度也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層的滲透性產(chǎn)生不同程度的影響。

力學(xué)機(jī)理：致密油藏勘探過(guò)程中，儲(chǔ)層應(yīng)力方位及大小會(huì)對(duì)縫網(wǎng)形成產(chǎn)生直接的影響。數(shù)據(jù)顯示，儲(chǔ)層中最大水平應(yīng)力和最小水平應(yīng)力之間差值也會(huì)對(duì)裂縫的延伸產(chǎn)生影響，主應(yīng)力較強(qiáng)時(shí)，對(duì)裂縫延伸產(chǎn)生的影響是最大的，裂縫會(huì)朝著單一方向不斷發(fā)展，當(dāng)主應(yīng)力差值減少時(shí)，裂縫會(huì)朝著多裂縫方向發(fā)展，主應(yīng)力差異值如果小于5MPa時(shí)，儲(chǔ)層便形成比較復(fù)雜的體積壓裂縫網(wǎng)[2]。

2 致密油藏體積壓裂水平井滲流特征

2.1 流線模擬

流線主要指的是同一時(shí)刻，不同流體質(zhì)點(diǎn)所共同組成的曲線，也能夠反映不同流體運(yùn)動(dòng)方向，也被稱之為瞬時(shí)流場(chǎng)曲線，也是一種高效的可視化工具。油藏流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，流線垂直等壓線，不同壓力區(qū)域環(huán)境下，流線也是各不相同的，反映著流體的滲流特征。和有限差分?jǐn)?shù)值模擬相比較，流線模擬的優(yōu)勢(shì)是比較突出的，且能夠快速進(jìn)行求解，計(jì)算速度非?？欤虼?，對(duì)于特定的油藏?cái)?shù)值模擬，應(yīng)當(dāng)采用流線模擬的方法。

2.2 滲流特征

數(shù)據(jù)顯示，壓裂級(jí)數(shù)的不同，會(huì)對(duì)水平井產(chǎn)量產(chǎn)生一定的影響。壓裂級(jí)數(shù)越高，產(chǎn)能自然也就越好。體積壓裂時(shí)次裂縫長(zhǎng)度為60m。針對(duì)不同模型參數(shù)，生產(chǎn)井長(zhǎng)度一定情況下時(shí)，應(yīng)當(dāng)先明確體積壓裂段數(shù)，保障縫網(wǎng)鋪滿油藏，從而大幅度提升致密油藏開(kāi)采率。為了深入研究不同段油藏縫網(wǎng)滲流特征，針對(duì)不同段數(shù)體積壓裂進(jìn)一步模擬開(kāi)發(fā)，并且保持排距與井距一定，從而得出水平井含水率實(shí)際變化曲線。不同水平井含水規(guī)律曲線能夠反映出：1)不同壓裂段數(shù)下，當(dāng)壓裂段數(shù)多的情況下，含水量下降，當(dāng)含水量一樣時(shí)，產(chǎn)油量也會(huì)增加，開(kāi)采率也會(huì)大大提升；2)致密油藏，油井開(kāi)采生產(chǎn)之前，隨著壓裂段數(shù)逐漸變化，產(chǎn)量也會(huì)逐漸增大，段數(shù)如果不斷增高，產(chǎn)量也會(huì)越來(lái)越大，從而大幅度提升了致密油藏的實(shí)際產(chǎn)油量；3)油藏生產(chǎn)前期，體積壓裂會(huì)對(duì)含水率產(chǎn)生影響，隨著開(kāi)采程度的不斷變化和增加，體積壓裂段數(shù)也在不斷增加，含水量則變小，壓裂段數(shù)在逐漸增加時(shí)，油藏的實(shí)際開(kāi)采程度也在不斷提升。當(dāng)壓裂段數(shù)超過(guò)6段情況下，不會(huì)對(duì)開(kāi)采率產(chǎn)生明顯的影響，壓裂段數(shù)也不會(huì)受到影響。

2.3 滲流特征

針對(duì)致密油藏不同階段滲流狀況，通過(guò)對(duì)不同時(shí)期的飽和度、壓力場(chǎng)以及流現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，可得出：1)致密油藏生產(chǎn)前期：以縫網(wǎng)附近徑向流為主，井筒附近出現(xiàn)橢圓形，受到壓力影響，含油飽和度較低，以縫網(wǎng)和水平井交匯區(qū)域?yàn)橹行?，并且逐漸朝著四周擴(kuò)散；2)生產(chǎn)中期：注水井和生產(chǎn)井相連，流線覆蓋在油藏區(qū)域范圍之內(nèi)，并且形成擬徑向流，因?yàn)橛写瘟芽p，這樣便會(huì)減少縫網(wǎng)之間的壓力，縫網(wǎng)見(jiàn)水后，便會(huì)逐漸朝著縫網(wǎng)前段和裂縫慢慢推進(jìn)，針對(duì)壓力場(chǎng)的實(shí)際分布，注入水壓力范圍逐漸變??；3)生產(chǎn)末期：流線通常分布在水平井端或者外側(cè)縫網(wǎng)，在交匯處流線比較少，并且形成通道，水由裂縫逐漸滲透到生產(chǎn)井當(dāng)中，會(huì)導(dǎo)致縫網(wǎng)主裂縫分布稀疏，剩余部分不能被代替，在中心縫網(wǎng)段間存在大量剩余油[3]。

3 致密油藏體積壓裂水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)于致密油藏的滲流特征，主要采用水平井+體積壓裂的方式，可有效提高實(shí)際開(kāi)采率，體積壓裂技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)致密油藏進(jìn)行改造，從而改變?cè)瓦\(yùn)輸路徑。

3.1 雙重介質(zhì)模型

雙重介質(zhì)模型主要是用于模擬裂縫以及巖石基層不同類型的油藏系統(tǒng)。一般情況下，假設(shè)儲(chǔ)層基質(zhì)主要是由多孔巖石共同組成，且儲(chǔ)存能力高，傳導(dǎo)性相對(duì)較弱，裂縫儲(chǔ)存能力低時(shí)，傳導(dǎo)性能則更強(qiáng)，介質(zhì)可將其連通。雙重介質(zhì)模型，裂縫性儲(chǔ)層為正交連接系統(tǒng)，裂縫系統(tǒng)能夠保障流體輸送至生產(chǎn)井筒當(dāng)中，儲(chǔ)層建模是斷裂的連續(xù)體，并且通過(guò)常規(guī)網(wǎng)格模擬數(shù)值。裂縫網(wǎng)絡(luò)也能夠體現(xiàn)在不同網(wǎng)格裂縫滲透率方面，定義裂縫空隙指的是儲(chǔ)層巖石與裂縫體積之間的比值，裂縫滲透率與流動(dòng)方向有著一定關(guān)系，通常為裂縫平面滲透率。通過(guò)模擬軟件，建立致密油藏體積壓裂模型，并進(jìn)一步確定滲流以及致密油藏縫網(wǎng)能力，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層整體體積的改造目標(biāo)。雙重介質(zhì)模型的應(yīng)用，能夠詳細(xì)精準(zhǔn)的反應(yīng)致密油藏基質(zhì)以及天然裂縫狀況及作用，改造區(qū)外部為單重介質(zhì)填充模型，應(yīng)當(dāng)保障縫網(wǎng)主裂縫與水平應(yīng)力平行，這樣也有助于壓裂縫網(wǎng)和天然裂縫之間的溝通，并且能夠最大程度上體現(xiàn)致密油藏體積壓裂縫網(wǎng)主要滲流特征。

3.2 目標(biāo)區(qū)塊

某盆地193井區(qū)致密儲(chǔ)層為目標(biāo)區(qū)塊，區(qū)塊長(zhǎng)為1 100 m，寬1 000 m，油藏厚度約為20 m，水平井長(zhǎng)度為800 m，縫網(wǎng)裂縫長(zhǎng)為690 m，寬帶為70 m，縫高與儲(chǔ)層厚度大致相同，簇間距在10 m左右，模擬實(shí)際油藏生產(chǎn)20 a。

3.3 體積壓裂水平井特征

前面基于水平井縫網(wǎng)的不同位置，進(jìn)一步研究與分析了體積壓裂縫網(wǎng)分布規(guī)律，并通過(guò)注水開(kāi)發(fā)進(jìn)一步分析在不同縫網(wǎng)環(huán)境下的實(shí)際產(chǎn)油量和含水量。在前期，體積壓裂縫網(wǎng)邊緣部分的整體產(chǎn)量最大，中間部分相對(duì)較小，注水增加的同時(shí)，含水率會(huì)快速上升，之后慢慢遞減，處于平穩(wěn)狀態(tài)，中間部分見(jiàn)水最晚。為了深入探究其特點(diǎn)，可通過(guò)建立介質(zhì)模型，對(duì)不同開(kāi)發(fā)環(huán)境及方式進(jìn)行模擬，從而了解油藏的具體生產(chǎn)情況。結(jié)合不同開(kāi)發(fā)方式產(chǎn)能特征可得出：衰竭方式模擬開(kāi)發(fā)過(guò)程中，初期區(qū)塊產(chǎn)油量為42 m3，之后，隨著時(shí)間的推移會(huì)逐漸下降，累計(jì)產(chǎn)油量逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)，采用5點(diǎn)式注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，日產(chǎn)油量快速的減少，在之后的時(shí)間里，注水和縫網(wǎng)之間會(huì)形成驅(qū)替系統(tǒng)，日產(chǎn)油量逐漸下降，下降速度慢慢減少，之后趨于平穩(wěn)狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)層巖石脆性是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層大小以及優(yōu)選壓裂井段的重要基礎(chǔ)理論依據(jù)。在脆性指數(shù)越高的情況下，更加容易形成比較復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，不同方位天然裂縫起裂以及延伸方向之間密切相關(guān)，同時(shí)也會(huì)對(duì)油藏的改造體積產(chǎn)生影響，縫網(wǎng)形成和水平應(yīng)力差大小有著直接的關(guān)系。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)致密油藏體積壓裂技術(shù)工藝，可形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，增大油藏接觸體積，提升致密油產(chǎn)量。