張知斌
摘要:針對(duì)鄂爾多斯東部區(qū)域儲(chǔ)層低孔、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn),通過儲(chǔ)層物性分析、水平井裂縫條數(shù)優(yōu)化、水平井裂縫長(zhǎng)度優(yōu)化、水平井裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化和井網(wǎng)與裂縫方位對(duì)致密砂巖氣水平井壓裂效果做出研究分析。
關(guān)鍵詞:儲(chǔ)層物性分析;水平井;井網(wǎng)與裂縫方位
致密砂巖氣簡(jiǎn)稱致密氣,指孔隙度低(<10%)、滲透率低(<0 5×10。平方微米或<0.1×10.3平方微米)、含氣飽和度低(<60%)、含水飽和度高(>40%),天然氣在其中流動(dòng)速度較為緩慢的砂巖層中的天然氣。盡管中國(guó)致密氣資源豐富,但是致密砂巖氣藏儲(chǔ)量豐度低,產(chǎn)量遞減快。所以對(duì)致密砂巖氣鉆完井作業(yè)之后的儲(chǔ)藏改造及優(yōu)化極為重要。本文重點(diǎn)介紹裂縫各方面參數(shù)對(duì)水平井壓裂施工作用的影響。
一、特征及現(xiàn)狀
該區(qū)域位于鄂爾多斯東部,晉西撓褶帶北部,屬單斜構(gòu)造,區(qū)塊東側(cè)斷層發(fā)育,在二疊系含煤地層中已有多口探井鉆遇致密砂巖氣層,太原組及下石盒子組致密砂巖氣層測(cè)試均見工業(yè)氣流。太原組砂體呈現(xiàn)出東厚西薄的特點(diǎn),砂體厚度4-41.89m。山西組砂體厚度較大,分布規(guī)??傮w上大于太原組,顯示出較好的成藏條件,砂體厚度在區(qū)域具有相似的變化特點(diǎn)。儲(chǔ)集層孔隙度和滲透率均較低,孔隙度1.2%-17.5%,其中2-10%占60%,滲透率0.1-160md,其中0-0.5rod占80%,屬低孔、低滲砂巖儲(chǔ)層。
由于區(qū)域內(nèi)致密砂巖氣藏滲透率低、自然產(chǎn)能低,需要通過水力壓裂才能獲得工業(yè)氣流,經(jīng)過長(zhǎng)期的探索與研究已經(jīng)初步形成了該區(qū)塊的儲(chǔ)層改造方案,隨著致密砂巖儲(chǔ)層勘探開發(fā)工作的不斷推進(jìn),儲(chǔ)層改造難度逐漸加大,施工成本逐漸提高,現(xiàn)有的壓裂改造技術(shù)已不能滿足目前儲(chǔ)層低成本高效改造的要求,需要在提高單井產(chǎn)量、提高穩(wěn)產(chǎn)期、提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度等方面做進(jìn)一步探索與研究,形成適合目標(biāo)區(qū)域的高效改造技術(shù)。
二、致密砂巖氣裂縫參數(shù)與井網(wǎng)的匹配關(guān)系優(yōu)化問題
(1)水平井裂縫條數(shù)優(yōu)化
在數(shù)值模擬基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上,首先進(jìn)行了水平井裂縫條數(shù)的優(yōu)化。模擬方案擬計(jì)算裂縫條數(shù)為2條,3條,4條,5條,6條,8條,10條,12條,15條,裂縫以等間距均勻分布,裂縫半縫長(zhǎng)設(shè)為160m,導(dǎo)流能力設(shè)為30D.cm,在0.005mD、0.05mD、0.1mD、0.5mD 4個(gè)滲透率條件下對(duì)比累產(chǎn)氣隨著裂縫條數(shù)增加而增長(zhǎng)的趨勢(shì),從而優(yōu)化出不同滲透率情況下的裂縫條數(shù)。根據(jù)模擬結(jié)果,在1200m的水平井筒長(zhǎng)度下,滲透率0.005mD時(shí),優(yōu)化裂縫條數(shù)為12條,滲透率0.05mD時(shí),優(yōu)化裂縫條數(shù)為10條,滲透率0.1mD時(shí),優(yōu)化裂縫條數(shù)為8條,滲透率0.5mD時(shí),優(yōu)化裂縫條數(shù)為5條。
(2)水平井裂縫長(zhǎng)度優(yōu)化
在優(yōu)化裂縫條數(shù)基礎(chǔ)上,進(jìn)行了水平井裂縫長(zhǎng)度的優(yōu)化。模擬方案擬計(jì)算裂縫長(zhǎng)度為20m,40m,60m,80m,120m,160m,200m,240m,裂縫導(dǎo)流能力設(shè)為30Dc.cm,在0.005mD、0.05mD、0.1mD、0.5mD 4個(gè)滲透率條件下對(duì)比累產(chǎn)氣隨著裂縫長(zhǎng)度增加而增長(zhǎng)的趨勢(shì),同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)因素,從而優(yōu)化出不同滲透率情況下的裂縫長(zhǎng)度。根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果,隨著裂縫長(zhǎng)度的增加,累產(chǎn)氣量總體上逐漸增加,但累產(chǎn)量增幅隨裂縫長(zhǎng)度的進(jìn)一步增加逐漸減小,同時(shí)滲透率越高,累產(chǎn)氣隨裂縫長(zhǎng)度增幅越小。
(3)水平井裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化
水平井裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化模擬了裂縫導(dǎo)流能力為10、20、30、40、50Dc.cm的產(chǎn)量,以累產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù),同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)因素,優(yōu)化不同滲透率條件下的最優(yōu)裂縫導(dǎo)流能力。模擬結(jié)果,我們可以看出,隨著裂縫導(dǎo)流能力的增加,累產(chǎn)氣量總體上逐漸增加,但累產(chǎn)量增幅隨裂縫導(dǎo)流能力的進(jìn)一步增加逐漸減小,同時(shí)滲透率越高,對(duì)裂縫導(dǎo)流的要求越高,對(duì)裂縫導(dǎo)流的要求越大。
(4)井網(wǎng)與裂縫方位的關(guān)系
水平井是開發(fā)低滲透氣藏的重要手段,確定水平井段長(zhǎng)度、分段壓裂的技術(shù)、裂縫的長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力是水平井技術(shù)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。對(duì)于低滲儲(chǔ)層,壓裂裂縫參數(shù),包括裂縫條數(shù)、裂縫長(zhǎng)度和裂縫導(dǎo)流能力是影響壓后水平井產(chǎn)能的重要因素。從整個(gè)優(yōu)化結(jié)果看,裂縫條數(shù)、裂縫長(zhǎng)度和裂縫導(dǎo)流能力對(duì)壓后水平井產(chǎn)能的影響具有相似的趨勢(shì),在其他參數(shù)一定的情況下,隨著三者的增加,壓后水平井產(chǎn)能增加,但增加幅度逐漸減小。
井網(wǎng)與裂縫方位適配性研究:由于儲(chǔ)層存在非均質(zhì)性,人工裂縫方位可能會(huì)與井網(wǎng)最優(yōu)方向間存在夾角,影響采出程度,為評(píng)估不同裂縫方位對(duì)產(chǎn)量的影響,進(jìn)行了井網(wǎng)與裂縫方位適配l生研究。模擬過程中,認(rèn)為裂縫方位不轉(zhuǎn)向?yàn)榱芽p方位0、裂縫方位小角度轉(zhuǎn)向?yàn)榱芽p方位1、裂縫方位大角度轉(zhuǎn)向?yàn)榱芽p方位2。
以石盒子組和山西組為例,經(jīng)過建模和模擬計(jì)算,得到了在不同儲(chǔ)層滲透率情況下三種裂縫方位的采出程度,根據(jù)模擬結(jié)果,裂縫轉(zhuǎn)向之后,不論小角度轉(zhuǎn)向還是大角度轉(zhuǎn)向,都導(dǎo)致氣井產(chǎn)量和采出程度不同程度的降低。對(duì)比三種裂縫方位,不發(fā)生裂縫轉(zhuǎn)向時(shí)的產(chǎn)量是最大的,裂縫方位0最優(yōu),裂縫方位1最差。主要原因是裂縫轉(zhuǎn)向后部分井的縫端與鄰井裂縫距離較近,有些可能已經(jīng)溝通,造成人工裂縫實(shí)際改造效果降低,降低總產(chǎn)量。
三、結(jié)論及建議
通過多組氣藏?cái)?shù)值模擬方案,研究了不同物性條件下氣井對(duì)裂縫條數(shù)、裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力的需求。在1200m的水平井筒長(zhǎng)度下,滲透率0.005mD時(shí),優(yōu)化裂縫條數(shù)為12條,優(yōu)化縫長(zhǎng)為200m。滲透率0.05mD時(shí),優(yōu)化裂縫條數(shù)為10條,優(yōu)化縫長(zhǎng)為200m,優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為20D·cm。滲透率0.1mD時(shí),優(yōu)化裂縫條數(shù)為8條,優(yōu)化縫長(zhǎng)為160m,優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為30D·cm,優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為30D·cm。滲透率0.5mD時(shí),優(yōu)化裂縫條數(shù)為5條,優(yōu)化縫長(zhǎng)為120m,優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為40D·cm。
根據(jù)該區(qū)域儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、低孔低滲、喉道小、易傷害等特點(diǎn),為提高儲(chǔ)層改造的針對(duì)性,建議開展以下研究工作:
1.為更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層,驗(yàn)證施工參數(shù)與工藝措施的合理性,建議在正式壓裂施工前進(jìn)行小型測(cè)試壓裂;
2.由于該區(qū)塊縱向上儲(chǔ)層較多,層間薄厚分布不均勻,為避免裂縫在縱向上過度延伸,建議進(jìn)行地應(yīng)力剖面研究,根據(jù)儲(chǔ)隔層應(yīng)力狀況確定分層壓裂或合壓,根據(jù)縫高延伸規(guī)律選擇相應(yīng)的控縫高技術(shù);
3.針對(duì)砂泥巖薄互層,采用機(jī)械封隔方式無法實(shí)現(xiàn)有效分層的情況,建議采用前置投球分壓、前置液多次停泵等方式提高縱向上的改造效果,同時(shí)通過不同支撐劑粒徑組合實(shí)現(xiàn)裂縫的有效支撐;