史曉東

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

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非均質致密油儲層水平井體積壓裂產(chǎn)能預測

史曉東1，2

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

針對致密油水平井體積壓裂產(chǎn)能預測方法不成熟、常規(guī)計算方法誤差較大的問題，運用裂縫離散單元的半解析方法，建立非均質致密油儲層水平井體積壓裂產(chǎn)能模型，通過對裂縫和基質內多層流動的耦合求解，得到水平井定壓條件下產(chǎn)量的變化情況。研究方法適用于壓裂后大液量返排的水平井產(chǎn)能預測。應用研究成果對目標致密油試驗區(qū)20口水平井進行預測，符合率達86.4%。研究成果對于豐富致密油開發(fā)方案編制具有重要意義。

致密油；非均質；水平井；體積壓裂；產(chǎn)能預測；大慶油田

0 引 言

松遼盆地北部致密油儲量資源豐富，是大慶油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的重要資源基礎。針對儲層厚度薄、孔喉致密、常規(guī)開發(fā)難度大的現(xiàn)狀，利用水平井體積壓裂的方式，增大井與油藏的接觸面積并提高產(chǎn)量。體積壓裂水平井產(chǎn)能評價是油藏工程和采油工程領域的重要內容，目前，中國學者[1-7]關于壓裂井產(chǎn)能評價方法的研究主要分穩(wěn)定滲流和不穩(wěn)定滲流2種。穩(wěn)定滲流主要從勢函數(shù)理論和保角變換出發(fā)，但由于生產(chǎn)過程中儲層壓力不斷發(fā)生變化，穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能計算結果與真實值相比會存在一定的偏差。不穩(wěn)定滲流主要采用格林函數(shù)、紐曼乘積和拉普拉斯變換的方法[8-13]，得到定產(chǎn)量生產(chǎn)井底壓力的變化情況。但以上研究無法求解定壓條件下產(chǎn)量的變化規(guī)律，也不能描述儲層非均質性和人工裂縫形態(tài)對產(chǎn)能的影響[14-21]。

在封閉邊界拉普拉斯空間下的源函數(shù)解的基礎上，結合裂縫離散單元的半解析解，將裂縫內流動處理為穩(wěn)定滲流，耦合求解單油層向裂縫流動方程，不考慮層間縱向竄流，將多層流動疊加方程求解得到多層壓裂水平井定壓條件下產(chǎn)量的變化，形成了考慮儲層非均質性及任意人工裂縫形態(tài)的致密油水平井體積壓裂產(chǎn)能預測方法。

1 水平井沿程非均質滲流模型建立

1.1 水平井模型建立假設

將沿水平井筒方向的儲層分為多段具有不同滲透率的非均質儲層(圖1)。儲層外邊界封閉，不同滲透率分區(qū)在分界面處壓力和流量連續(xù)。為了便于研究，提出以下幾點假設：①儲層分區(qū)內為均質、各向同性地層；②裂縫在縱向上壓穿整個儲層；③流體流動為二維單相微可壓縮非穩(wěn)態(tài)滲流；④忽略重力的作用；⑤裂縫的導流能力不隨時間改變。

圖1 壓裂水平井沿程非均質示意圖

1.2 油藏流動模型

利用平行板理論和張量理論，將裂縫性油藏簡化為各向異性的等效連續(xù)介質，模型中裂縫儲層的等效滲透率等于無裂縫基質滲透率與裂縫系統(tǒng)的滲透率的張量之和，將裂縫網(wǎng)格和邊界網(wǎng)格處理為四周封閉條件下拉普拉斯空間的點源函數(shù)積分解，將裂縫和分區(qū)邊界進行網(wǎng)格離散(圖2)，可以描述儲層非均質程度對產(chǎn)能的影響，建立任意網(wǎng)格在特定壓力條件下基質滲流的邊界積分方程：

(1)

圖2 網(wǎng)格離散示意圖

1.3 人工裂縫內流動模型

人工壓裂裂縫具有孔隙度小、導流能力強的特點，流體在裂縫中的流動可簡化為穩(wěn)定線性流動。對于裂縫的流動，因為人工裂縫縫面處油藏壓力和人工裂縫壓力相等，裂縫最遠端為封閉邊界，流入第1個網(wǎng)格流量定為0，建立不同人工裂縫單元單條裂縫左翼單元的壓力與井底流壓的關系，可以描述人工裂縫數(shù)量、長度及其與水平井的夾角水平井產(chǎn)能的影響，如下式：

(2)

(3)

2 致密油水平井分區(qū)產(chǎn)能模型耦合求解

假設儲層由基質、壓裂形成的主裂縫及次生裂縫組成，SRV區(qū)(體積壓裂中人工裂縫對儲層性儲層的改造區(qū)域)中次生裂縫為雙重介質(圖3)。首先計算SRV外區(qū)基質內的流體流動方程，然后求解SRV區(qū)次生裂縫內流體流動方程，最后計算流體在主裂縫及水平井中的流動方程。

圖3 模型基本假設以及求解順序示意圖

3 實例分析

以大慶油田致密油試驗區(qū)儲層實際物性參數(shù)為例(表1)，結合Matlab編程的手段對該模型求解并形成計算軟件，預測不同水平井各自壓裂規(guī)模下的初期穩(wěn)定產(chǎn)量(表2)。

表1 致密油試驗區(qū)物性參數(shù)

表2 致密油水平井產(chǎn)量預測計算結果

由表2可知，預測過程中，由于微地震監(jiān)測存在誤差、水平井壓裂后返排工作制度差異，導致個別井計算誤差較大(如L26-5、y1-5)，但整體預測精度較高，平均符合率達85.9%。應用文中方法對目標致密油試驗區(qū)穩(wěn)定生產(chǎn)時間較長的20口水平井進行預測，符合率達86.4%。

目前致密油現(xiàn)場試驗中，水平井體積壓裂返排方式主要有壓裂后大液量返排、壓裂后小液量控排和壓后悶井控排3種。文中產(chǎn)能預測方法主要針對壓裂后大液量返排的水平井，可以準確預測考慮致密油藏非均質程度和任意人工裂縫形態(tài)的水平井產(chǎn)能，目前已應用于大慶油田致密油開發(fā)現(xiàn)場試驗研究；對于壓后采用小液量控排和悶井控排返排方式的水平井，此方法適用性較差，還需要進一步改進方法、完善模型。

4 結 論

(1) 在封閉邊界拉普拉斯空間下的源函數(shù)解的基礎上，結合裂縫離散單元的半解析解，建立分區(qū)滲透率下壓裂水平井產(chǎn)能計算模型，應用研究成果對目標致密油試驗區(qū)20口水平井進行預測，符合率達86.4%。

(2) 通過耦合疊加求解人工裂縫以及基質的多層流動，得到體積壓裂水平井定壓條件下產(chǎn)量的變化，可以描述不同人工裂縫參數(shù)對水平井產(chǎn)能的影響。

(3) 文中產(chǎn)能預測方法主要針對壓后大液量返排的水平井，對于壓后采用小液量控排和悶井控排返排方式的水平井，此方法適用性較差。

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編輯 張耀星

20151222；改回日期：20160307

國家科技重大專項“松遼盆地致密油開發(fā)示范工程”(2016ZX05071)

史曉東(1983-)，男，工程師，2009年畢業(yè)于東北石油大學油氣井工程專業(yè)，現(xiàn)為該校石油與天然氣工程專業(yè)在讀博士研究生，主要從事致密油開發(fā)方面的科研工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.021

TE348

A

1006-6535(2016)03-0090-04