閔春佳，盧雙舫，唐明明，陳方文，梁宏儒

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島 266580；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580）

0 引言

水平井具有泄油面積大、單井產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，在提高低滲透油氣儲(chǔ)層的產(chǎn)量和最終采收率方面發(fā)揮了巨大作用。當(dāng)儲(chǔ)層滲透率極低、滲流阻力大、連通性差時(shí)，宜采用水平井壓裂技術(shù)進(jìn)一步提高水平井的產(chǎn)量和最終采收率，提高油氣田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。水平井水力壓裂技術(shù)是開(kāi)采低滲透油氣藏的重要手段，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用[1-6]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能的研究，主要針對(duì)低滲透油藏[7-13]，對(duì)基質(zhì)覆壓滲透率小于0.1×10-3μm2的致密油儲(chǔ)層研究較少。

研究致密油儲(chǔ)層中單井產(chǎn)能規(guī)律及其影響因素，對(duì)于致密油開(kāi)發(fā)整體部署具有十分重要的意義[14]。水平井壓裂后一般形成多條裂縫，由于地應(yīng)力在水平井水平段長(zhǎng)度方向上的差異以及壓裂工藝技術(shù)的限制，形成的多條裂縫在長(zhǎng)度、導(dǎo)流能力等方面不盡相同[15]，壓后水平井的裂縫長(zhǎng)度、間距、導(dǎo)流系數(shù)等主要壓裂參數(shù)將對(duì)產(chǎn)能有一定的影響，所以水平井壓裂參數(shù)的優(yōu)化對(duì)提高致密油氣藏的產(chǎn)量和最終采收率非常重要。本文采用數(shù)值模擬方法，模擬計(jì)算水平段長(zhǎng)度、壓裂參數(shù)對(duì)產(chǎn)能的影響，并據(jù)此優(yōu)化以上各參數(shù)，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

松遼盆地致密油示范區(qū)屬于松遼盆地南部中央坳陷上的大安—紅崗階地，位于大安—紅崗階地北部，西部與西部斜坡相接，東北部為古龍凹陷，東南部為長(zhǎng)嶺凹陷[16]，整體構(gòu)造形態(tài)為北傾向斜構(gòu)造，是松遼盆地南部重要的探區(qū)之一[17]。該區(qū)塊的主要研究目的層位是扶余油層，油藏儲(chǔ)層類型為致密油儲(chǔ)層，儲(chǔ)層以河流相薄互層沉積為主，縱向上砂體薄，開(kāi)發(fā)極其困難。低孔、低滲、低產(chǎn)一直是制約松遼盆地致密油示范區(qū)增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要因素，這主要與扶余油層儲(chǔ)層砂體厚度變化大，空間分布復(fù)雜及儲(chǔ)層主要為致密砂巖有關(guān)。該區(qū)單層砂體厚度為2～6 m，儲(chǔ)層埋深在2 250 m左右。研究區(qū)地層原油密度為0.755 1 g/cm3，原油黏度為1.84 mPa·s，平均孔隙度為 8%，平均滲透率為0.1×10-3μm2，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重且發(fā)育微裂縫，為典型的致密砂巖儲(chǔ)層。經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)發(fā)，水平井以及水平井壓裂技術(shù)在該油田已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的開(kāi)發(fā)效果。

2 模型建立

為了達(dá)到更好的開(kāi)發(fā)效果，使用Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件，分析對(duì)比不同水平段長(zhǎng)度、裂縫參數(shù)對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響。以松遼盆地致密油開(kāi)發(fā)示范區(qū)的實(shí)際地質(zhì)參數(shù)為依據(jù)，建立水平井多段壓裂數(shù)值模型。原油密度為0.755 1 g/cm3，孔隙度為8%，滲透率為0.1×10-3μm2，含油飽和度為60%，油層中部壓力為22 MPa，加上摩阻，井底流壓在30 MPa左右，模擬時(shí)間為10 a。采用黑油模型，模型中流體為油、水兩相，采用定井底壓力方式模擬。儲(chǔ)層厚度為3 m，裂縫呈等間距排列，裂縫長(zhǎng)度保持等長(zhǎng)一致，在垂向上完全壓穿儲(chǔ)層，共壓裂10段（見(jiàn)圖1）?？紤]啟動(dòng)壓力梯度和井筒摩擦阻力等影響因素，裂縫模擬采用局部網(wǎng)格加密方法，網(wǎng)格采用對(duì)數(shù)網(wǎng)格加密。利用數(shù)值模擬方法，建立致密油儲(chǔ)層單井產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型，分別研究水平井水平段長(zhǎng)度、裂縫長(zhǎng)度、裂縫間距、裂縫導(dǎo)流系數(shù)等參數(shù)對(duì)壓裂水平井單井產(chǎn)能的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。

圖1 水平井多段壓裂油藏模型

3 水平段長(zhǎng)度及壓裂參數(shù)模擬優(yōu)化

3.1 水平段長(zhǎng)度

一般認(rèn)為，水平井段越長(zhǎng)，單井產(chǎn)能提高效果越佳。本次分析采用工區(qū)面積為10 km2的理論模型，為避免邊界條件的影響，確定裂縫間距50 m，裂縫長(zhǎng)度200 m。確定裂縫參數(shù)后，分析壓裂水平井水平段長(zhǎng)度對(duì)產(chǎn)能的影響。分別在油層厚度為1，2，3，4 m的條件下進(jìn)行數(shù)值模擬分析，共設(shè)計(jì)25組實(shí)驗(yàn)，水平段長(zhǎng)度分別為 600，800，1 000，1 200，1 400 m。不同水平段長(zhǎng)度對(duì)單井總產(chǎn)油量影響的模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2a可以看出：油層厚度越大，單井總產(chǎn)油量越高；在沒(méi)有工區(qū)邊界的理論模型中，也沒(méi)有儲(chǔ)層非均質(zhì)性等復(fù)雜因素限制，單井產(chǎn)量與水平段長(zhǎng)度大致呈線性關(guān)系。由圖2b可以看出：在以開(kāi)發(fā)示范區(qū)實(shí)際地質(zhì)參數(shù)為依據(jù)的非理想狀態(tài)下建立的水平井多段壓裂油藏模型中，水平井存在最優(yōu)水平段長(zhǎng)度；水平段長(zhǎng)度大于1 200 m后單井總產(chǎn)油量的增加趨勢(shì)有所減緩。最優(yōu)水平段長(zhǎng)度受多種因素影響，因此，其優(yōu)選應(yīng)綜合考慮地質(zhì)、工程及成本等因素。當(dāng)油層厚度在2～6m時(shí)，優(yōu)選水平段長(zhǎng)度為1000～1 200 m。

3.2 裂縫間距

為了分析不同裂縫間距對(duì)水平井產(chǎn)能的影響，在相同的水平段長(zhǎng)度下，共設(shè)計(jì)了8組方案，包括8種不同的裂縫間距。通過(guò)數(shù)值模擬，完成不同裂縫間距的生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比分析，并據(jù)此對(duì)裂縫間距進(jìn)行優(yōu)化。模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 水平段長(zhǎng)度對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能的影響

從圖3可以看出：隨著裂縫間距的減小，裂縫對(duì)儲(chǔ)層的改造程度增加，壓裂水平井單井總產(chǎn)油量也隨之增加，動(dòng)用程度逐漸增加；但當(dāng)裂縫間距小于45 m后，總產(chǎn)油量增加的幅度逐漸變小。這是因?yàn)榱芽p之間存在著干擾作用，裂縫間距越小，相互干擾程度就會(huì)越大，因此優(yōu)選裂縫間距為45～50 m。

圖3 裂縫間距對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能的影響

3.3 裂縫長(zhǎng)度

裂縫長(zhǎng)度是影響壓裂水平井產(chǎn)能的一個(gè)重要因素，在相同的水平段長(zhǎng)度、裂縫間距情況下，共設(shè)計(jì)了7組方案，分析不同裂縫長(zhǎng)度對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響。裂縫長(zhǎng)度分別為 100，125，150，175，200，225，250 m， 根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)裂縫長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

模擬計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖4）表明：隨著裂縫長(zhǎng)度增加，水平井單井總產(chǎn)油量也逐漸增加；當(dāng)水平井裂縫長(zhǎng)度達(dá)到200 m之后，總產(chǎn)油量增加的幅度有所變小，因此裂縫長(zhǎng)度優(yōu)選為175～200 m。

圖4 裂縫長(zhǎng)度對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能的影響

3.4 裂縫導(dǎo)流系數(shù)

在確定了裂縫間距及裂縫長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化研究。裂縫的導(dǎo)流能力是指裂縫閉合寬度與閉合壓力下裂縫滲透率的乘積[18]，裂縫導(dǎo)流能力的強(qiáng)與弱，可以由裂縫導(dǎo)流系數(shù)的大小來(lái)表達(dá)。對(duì)于一個(gè)具體的油藏，裂縫導(dǎo)流系數(shù)并不是越大越好。在同等地層條件下，裂縫導(dǎo)流系數(shù)越大，需要的壓裂工藝水平越高，相應(yīng)的施工成本也就越高。確定裂縫間距、裂縫長(zhǎng)度、井筒長(zhǎng)度后，分別設(shè)定導(dǎo)流系數(shù)為0.15，0.30，0.60，1.20 μm2·m，進(jìn)行開(kāi)發(fā)指標(biāo)模擬，分析導(dǎo)流系數(shù)對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能的影響。

模擬結(jié)果（見(jiàn)圖5）表明：總產(chǎn)油量隨裂縫導(dǎo)流系數(shù)的增大而增加；導(dǎo)流系數(shù)超過(guò)0.60 μm2·m時(shí)，采出程度增加幅度降低。當(dāng)導(dǎo)流系數(shù)為0.60 μm2·m時(shí)，總產(chǎn)油量增加值較大，導(dǎo)流系數(shù)繼續(xù)增大增產(chǎn)效果并不顯著，因此優(yōu)選導(dǎo)流系數(shù)為 0.60 μm2·m。

圖5 裂縫導(dǎo)流系數(shù)對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能的影響

4 結(jié)束語(yǔ)

壓裂水平井的水平段長(zhǎng)度與單井總產(chǎn)油量基本呈線性關(guān)系，壓裂水平井單井產(chǎn)量也隨著裂縫半長(zhǎng)、裂縫導(dǎo)流系數(shù)的增加而增加，隨裂縫間距的減小而增加；但當(dāng)水平井水平段長(zhǎng)度與裂縫間距、裂縫長(zhǎng)度、導(dǎo)流系數(shù)等壓裂參數(shù)變化到一定數(shù)值時(shí)，單井產(chǎn)量的增加幅度有所降低?？紤]地質(zhì)、工程及成本等因素的影響，必須對(duì)水平井水平段長(zhǎng)度，以及裂縫間距、裂縫長(zhǎng)度、導(dǎo)流系數(shù)等壓裂參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高致密油儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)效益。

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