宋彥男 曲占慶 肖春金

低滲透灘壩砂儲層壓裂評價決策方法

宋彥男1曲占慶1肖春金2

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院2.中國石化勝利油田石油工程技術研究院）

為了低滲透灘壩砂儲層壓裂改造的經濟高效，建立一套壓前評價決策方法。壓前評價將數理分析與工程經驗相結合，綜合考慮了影響壓后產能的儲層性質，并對影響因素進行分析，總結了物性參數和施工參數對壓后產能的影響規(guī)律，指志區(qū)塊內其他井的壓裂方案設計。分析了關鍵的影響因素，并指出了施工參數的影響規(guī)律和最佳取值范圍。實踐表明：壓前評價設置5個等級的評語，結果與實際相符；研究內容為灘壩砂儲層的壓裂改造提供了評價和決策的可靠方法。圖3表6參17

灘壩砂儲層壓前評價灰色關聯

灘壩砂體是濱淺湖區(qū)常見的砂體。研究區(qū)塊位于勝利大王北油田大37塊。主力層位于沙二段，縱向發(fā)育7套砂組。區(qū)塊內沙二段儲層平均孔隙度15.2%，滲透率6.2～37.0 mD，平均16.4 mD，級差5.97，變異系數0.78，突進系數2.26，是一個多層系、非均質低滲透灘壩砂儲層。該區(qū)的勘探開發(fā)始于20世紀80年代。目前暴露的主要問題是強非均質性導致的層間差異。油藏工程提出加密井網的調整方案。現需要對新井壓裂投產，改善層間非均質性和油水關系，提高其他砂組的采出程度。但灘壩砂體砂泥交互嚴重，地質情況復雜，需要建立一套評價決策體系。本文以研究區(qū)塊2012年、2013年29口壓裂井參數為基礎數據，利用灰色關聯分析、模糊綜合評判兩種方法，建立壓前評價體系，分析影響因素規(guī)律，從而建立一套適用于研究區(qū)塊的壓裂評價決策方法，指導壓裂方案設計，解決工程實際問題。

1 壓前評價方法的建立

以區(qū)塊內29口壓裂井的地質特征參數和施工參數作為基礎數據。因壓前評價不考慮施工參數的影響，故使用地質特征參數進行壓前評價?，F場采集的地質特征參數有地層壓力（以壓裂施工曲線的停泵壓力表示）、儲層有效厚度、孔滲飽參數。采用模糊綜合評判法建立評價標準，利用灰色關聯分析和專家評議相結合的辦法，設立評語值和權重值。

1.1 壓前評價方法

建立符合實際條件的評語集[1-2]。根據29口井的壓后產能建立評語集：v=(效果突出,效果較好,效果一般,效果較差,效果很差)，即：

v=（1.0，0.8，0.5，0.2，0.1）

建立因素集U=(地層壓力，有效厚度，含油飽和度油，孔隙度，滲透率)。將地質特征參數對壓后產能進行灰色關聯分析[3-6]，結果如表1所示。

表1 地質特征參數灰色關聯分析結果表

分析結果表明，地層壓力與壓后產能關聯度最高，有效厚度、含油飽和度、孔隙度三者的關聯程度相近，滲透率的關聯度最低。將影響因素細分為物性（有效厚度、含油飽和度、孔隙度）和流動性（地層壓力、滲透率）兩個層次，綜合專家意見進行權重打分，結果如表2所示。

表2 二級劃分與權重

針對大北油田沙二段儲層的物性數據，通過理論分析和數理統(tǒng)計，每項分級區(qū)間值如表3所示。

表3 各項指標分級區(qū)間值

由公式（2）~（4）計算出uvj（dj），繼而組建模糊關系矩陣R［7-10］：

式中：

a、b—指標參數；

dj—第j個評判因素的值；

d上、d下—第j個評語等級區(qū)間的上下限值。

1.2 實例應用

區(qū)塊內x1井是2014年一口壓裂投產井。x1井的基礎數據如表4所示。

由公式（2）~（4）可計算出模糊關系矩陣：

根據公式（5）進行模糊綜合評判計算，再根據公式（6）計算模糊評分，最后進行類型識別。

表4 x1井基本參數

由B1=A1·R1，B2=A2·R2可得二級評判的模糊矩陣：

由B=A·R由進行x1井的模糊綜合評判

根據隸屬度最大原則，計算結果最接近0.8，評判為“效果較好”。x1井壓裂井段3133.6～3156.4 m，有效厚度14 m。投產后初期日產油11.7 t/d，穩(wěn)定后產油9.06 t/d。此次措施有較好的效果，與模糊綜合評判的結果相符。

x2井是2014年一口壓裂投產井，x2井基礎數據如表5所示。

表5 x2井基本參數

計算過程不再贅述，x2井模糊評判結果：

根據隸屬度最大原則，計算結果更接近0.5，評判為“效果一般”。x2井壓裂井段3 390.4～3 429.3 m，有效厚度4.3 m。投產后初期日產油3.3 t，穩(wěn)定后日產油3.38 t；修井并調參一次，穩(wěn)日定產油4.4 t。此次措施效果尚可，與模糊綜合評判的結果相符。

2 影響因素規(guī)律分析

2.1 物性因素的影響

通過對地質參數的灰色關聯分析可以看出，地層壓力對壓后產能的關聯度最大，對壓后產能的相關性最高；其次是儲層厚度、含油飽和度、孔隙度，但三者的關聯度相差很小，對壓后產能的相關程度相近；滲透率對壓后產能的關聯度最小，對壓后產能的相關性最低。地層壓力、孔隙度、儲層厚度、含油飽和度與產能呈正相關，值越大，壓后產能越高。通常認為，滲透率越低越具有改造的價值[11]，因為滲透率越低，增油量越高；然而，對于壓裂投產的新井，不存在“增油量”，且區(qū)塊整體低滲，灰色關聯分析結果也表明，滲透率對壓后產能關聯程度小，主要滲流通道是人工裂縫。因此，該區(qū)塊儲層滲透率與壓后產能呈正相關，儲層滲透率高，儲層滲流環(huán)境好，壓后產能高。

2.2 施工因素的影響

同區(qū)塊不同井地質情況非常相近，將已壓井的施工參數進行分析，對同區(qū)塊待壓井具有重要的指導意義。施工參數有排量、砂比、總液量、加砂量。對這4個施工參數的灰色關聯分析結果如表6所示。

從灰色關聯分析的結果來看，排量與壓后產能的相關性最高；隨后依次是砂比、總液量、加砂量，三者關聯度相差較小，與壓后產能的相關性相近。

（1）排量

排量的設計要從多方面考慮。當壓裂液濾失性強或攜砂性能較差時，要適當提高排量；當儲層厚度小，需要控制縫高時，需要適當降低排量；在壓裂過程中改變排量施工，能起到控制裂縫形態(tài)的作用。排量與壓后產能的關系如圖1所示。

表6 施工參數灰色關聯分析結果表

圖1 排量與壓后產能的關系

隨著施工排量的增加，壓裂井的產能呈現增加的趨勢。當排量增加到5～5.5 m3/min時，產能出現最大值；繼續(xù)提高排量，產能增長趨勢消失，有幾口井出現產量下滑的現象。在對同區(qū)塊進行壓裂方案設計時，排量應不超過6 m3/min，若排量過高，裂縫縱向延伸過度，易出現串層現象，影響壓裂施工效果。

（2）砂比

砂比是加砂量與攜砂液量的比值。在砂量和總液量相同的條件下，砂比越高，鋪砂濃度就越高，支撐縫寬也越大，可以提高裂縫的導流能力，增加壓裂井的產能。砂比與壓后產能的關系如圖2所示。

提高砂比，壓裂井的產能增加，幾乎不產生降低趨勢。盡量提高砂比、增加裂縫的寬度，是人們對壓裂的普遍共識，然而，若壓裂液濾失較為嚴重，或儲層多薄互層，高砂比極易產生砂堵[12]。灘壩砂儲層砂泥交互強，層多而薄，施工時先用低砂比加砂，逐漸提高砂比，平均砂比不宜超過25%，降低發(fā)生砂堵的幾率。

圖2 砂比與壓后產能的關系

（3）總液量

實際施工時的總液量，反映了壓裂的施工規(guī)模。增加了液量，就可以壓開更長的裂縫，溝通、波及更多的儲層，因而在一定范圍內，壓裂用液量越多，壓裂井的產能就越高。但是用液量過多，會延長返排時間，使產層長時間、大范圍浸泡在壓裂液中，對產層造成傷害，影響壓裂效果?？傄毫颗c壓后產能關系如圖3所示。

圖3 總液量與壓后產能的關系

隨著總液量的增加，壓裂井的產能呈現增加趨勢，當總液量在450 m2左右時，產能出現最大值；繼續(xù)增加液量，產能增加趨勢消失，開始出現下滑。在對同區(qū)塊進行壓裂設計時，推薦在450~500 m2。

（4）加砂量

加砂量與壓后產能的關系如圖4所示。砂量增加，壓裂井的產能也隨之增加。當加砂量增加到40～50 m2時，產液量和產油量都出現最大值；再增加砂量，產能出現下滑趨勢。在設計方案時，根據液量和砂比的設計結果，同時參考數據范圍40～50 m2，以確定加砂量。

圖4 加砂量與壓后產能的關系

3 結論

（1）利用壓前評價決策體系，綜合考慮壓后產能的影響因素，對待壓井進行量化評價，能夠指導待壓井的壓裂方案設計，具有很強的工程實際價值和指導意義。

（2）將灰色關聯度分析和專家評議結合起來確定影響因素權重，既注重數理分析，又結合了工程實際經驗，更科學合理，計算結果也更為準確。

（3）與壓后產能關聯最密切的物性參數是地層壓力，施工參數是排量。地層壓力越高，壓后效果越好；合理設計施工排量，能取得更好的壓后效果。

（4）為取得較好的壓裂效果，選井選層首先考慮地層壓力高、含油飽和度高的井位或層位；進行壓裂設計時，排量、總液量、加砂量均有一個最優(yōu)的取值范圍；砂比雖然與產能顯示出正相關，但是一味提高砂比不符合工程設計的思路，對于灘壩砂儲層，在充分考慮薄互層發(fā)育情況、壓裂液濾失能力的前提下，還應當考慮地層的加砂能力，制定合理的砂比。

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（修改回稿日期2015-08-10編輯文敏）

宋彥男，男，1989年出生，黑龍江大慶人，在讀碩士研究生，主要從事采油工程技術研究工作。地址：（266555）山東青島市黃島區(qū)長江西路66號。電話：15314212776。E-mail：xiaonenya2008@163.com