曾 嶸，張 燃，鄧元洲

(1中國(guó)石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院2成都理工大學(xué)能源學(xué)院3中國(guó)石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院4四川川慶石油鉆采科技有限公司)

在Y151致密油藏開發(fā)過程中，僅靠單一的壓裂主縫很難取得預(yù)期的增產(chǎn)效果。根據(jù)Y151井區(qū)的地質(zhì)特征選擇進(jìn)行水平井縫網(wǎng)壓裂改造，因此有必要根據(jù)Y151井區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行水平井縫網(wǎng)壓裂適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)Y151井區(qū)塊水平井縫網(wǎng)壓裂適應(yīng)性和優(yōu)化水平井縫網(wǎng)壓裂參數(shù)，對(duì)Y151區(qū)塊的高效開發(fā)具有十分重要的意義。

自20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者［1－3］對(duì)水平井縫網(wǎng)壓裂進(jìn)行了研究，水平井縫網(wǎng)壓裂是低滲透致密油藏的主要開發(fā)技術(shù)，在增大水平井泄流體積、延長(zhǎng)穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間、提高采收率和產(chǎn)能方面有顯著作用［4］?？p網(wǎng)壓裂是指通過壓裂技術(shù)形成主裂縫和分支縫組成的縱橫交錯(cuò)的“縫網(wǎng)系統(tǒng)”，從而增大泄油面積，提高儲(chǔ)層增產(chǎn)效果，改善滲流通道［5］，達(dá)到提高單井產(chǎn)量和動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量的目的。目前縫網(wǎng)壓裂技術(shù)還處于初步發(fā)展階段，縫網(wǎng)壓裂水平井的極限井距和壓裂參數(shù)優(yōu)化研究還不多［4－6］，不能滿足低滲透油藏縫網(wǎng)壓裂的需要。因此利用水平井和縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力分布函數(shù)論證縫網(wǎng)壓裂水平井有效壓力驅(qū)替系統(tǒng)，確定縫網(wǎng)壓裂水平井的極限技術(shù)井距，對(duì)縫網(wǎng)壓裂水平井壓裂參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化預(yù)測(cè)，為Y151井區(qū)水平井縫網(wǎng)壓裂提供理論和技術(shù)支持。

一、Y151井區(qū)水平井縫網(wǎng)壓裂適應(yīng)性研究

(1)地應(yīng)力方向明確，人工裂縫與水平井筒配合，縫網(wǎng)壓裂儲(chǔ)層改造體積大。

由于工區(qū)的最小主應(yīng)力與人工裂縫方向相垂直，因此根據(jù)最小主應(yīng)力與水平段井軌跡匹配關(guān)系可以確定人工縫形態(tài)為垂直縫、斜交縫和平型縫［7］。

從Y258－D140井、Y266－D144井、Y270－144井、Y262－140井等縫網(wǎng)壓裂微地震井中監(jiān)測(cè)成果資料表明，Y151井區(qū)最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹E 85°，人工縫延伸方向?yàn)镹E 80°～NE 90°之間，裂縫延伸方向較明確，有利于水平井分段壓裂裂縫的方位控制，有利于提高儲(chǔ)層改造體積。

(2)Y151井區(qū)夾層厚度小、儲(chǔ)層和隔層的應(yīng)力相差小，裂縫縱向穿層概率大。

Y151井區(qū)儲(chǔ)層主要發(fā)育在FⅡ1、FⅡ2－1等小層、層內(nèi)夾層厚度在5 m內(nèi)，儲(chǔ)隔層的地應(yīng)力差小于4．3 MPa，水平井在大規(guī)模縫網(wǎng)壓裂過程中，人工裂縫易在縱向上穿層，溝通縱向?qū)游?，?chǔ)層改造體積增大。

(3)Y151井區(qū)水平地主應(yīng)力差小，巖石脆性指數(shù)較高，縫網(wǎng)橫向波及寬度較大。

Y151井區(qū)扶楊組油層巖石楊氏模量15～16．5 GPa，泊松比0．22～0．26，計(jì)算脆性特征參數(shù)35．9，巖石脆性指數(shù)能滿足形成縫網(wǎng)的基本地質(zhì)要求。試驗(yàn)區(qū)平均最大和最小水平主應(yīng)力分別為31．8 MPa和28．7 MPa，應(yīng)力差異系數(shù)為0．11，最大最小水平地應(yīng)力差在3 MPa左右，有助于提高縫網(wǎng)橫向波、寬度及儲(chǔ)層改造體積。

通過Y151井區(qū)地應(yīng)力方向、脆性指數(shù)及儲(chǔ)隔層地應(yīng)力之差等地質(zhì)因素的認(rèn)識(shí)，確定Y151井區(qū)適合進(jìn)行水平井縫網(wǎng)壓裂。

二、Y151井區(qū)縫網(wǎng)壓裂水平井合理井網(wǎng)井距論證

1．水平井、縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力分布函數(shù)

地層壓力分布和啟動(dòng)壓力梯度是確定縫網(wǎng)壓裂水平井合理井距的關(guān)鍵條件，因此建立水平井和縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力分布函數(shù)，確定各井型地層壓力分布及地層壓力分布梯度，結(jié)合工區(qū)滲透率和啟動(dòng)壓力梯度，從而確定不同井型的合理井距。

利用格林函數(shù)和原函數(shù)的性質(zhì)，徑向無限大頂?shù)追忾]油藏的瞬時(shí)點(diǎn)源函數(shù)擴(kuò)散方程的數(shù)學(xué)模型為［9］:

假設(shè)流入、流出井筒附近流體由與X平行的線源提供，水平井段短長(zhǎng)度2LH，水平井段中心坐標(biāo)(XW，YW，ZW)，在X方向從XW－Lh到XW+Lh對(duì)式(1)進(jìn)行積分，可得水平井地層壓力分布函數(shù)的拉式空間解:

對(duì)式(3)在y方向積分，即可得到縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力分布函數(shù):

通過Microsoft Visual C++6．0軟件編程計(jì)算水平井和縫網(wǎng)壓裂水平井的地層壓力分布，水平井地層壓力近井地帶呈橢圓分布、遠(yuǎn)井地帶呈徑向分布，壓降主要發(fā)生在井底50 m范圍內(nèi);縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力分布特征:近井附近呈橢圓，遠(yuǎn)井為徑向分布。根據(jù)三種井型地層壓力分布函數(shù)，結(jié)合勢(shì)的疊加理論，論證水平井和縫網(wǎng)壓裂水平井的驅(qū)替壓力分布情況。壓裂水平井地層壓力近井地帶呈類似橢圓分布，遠(yuǎn)井地層呈徑向分布。利用前面建立的壓裂井、水平井、縫網(wǎng)壓裂井的地層壓力計(jì)算公式，結(jié)合勢(shì)的疊加理論，可以論證水平井和縫網(wǎng)壓裂井的有效驅(qū)替壓力系統(tǒng)問題。

2．縫網(wǎng)壓裂水平井有效壓力驅(qū)替系統(tǒng)論證

根據(jù)工區(qū)實(shí)際滲透率和低滲透油藏啟動(dòng)壓力梯度關(guān)系，依據(jù)壓裂井、水平井、縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力分布函數(shù)和勢(shì)的疊加理論，計(jì)算并繪制壓裂井和水平井聯(lián)布、縫網(wǎng)壓裂水平井和壓裂井聯(lián)布的地層壓力平面分布流線圖，如圖1和圖2所示;當(dāng)設(shè)置不同井半距可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)壓裂井－水平井聯(lián)布和壓裂井－縫網(wǎng)壓裂水平井聯(lián)布的最小壓力梯度，繪制最小壓力梯度和對(duì)應(yīng)井半距關(guān)系圖，如圖3和圖4所示，根據(jù)圖3和圖4中的數(shù)據(jù)回歸得到對(duì)應(yīng)壓裂井－水平井聯(lián)布和壓裂井－縫網(wǎng)壓裂水平井聯(lián)布的井半距與最小壓力梯度關(guān)系，如式(5)和式(6)所示，可見最小壓力梯度與井半距呈三次多項(xiàng)式關(guān)系。

壓裂井－水平井聯(lián)布井距與啟動(dòng)壓力梯度關(guān)系:

圖1壓裂井－水平井聯(lián)布地層壓力分布流線圖

圖2壓裂井－縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力分布流線圖

圖3壓裂井－水平井地層壓力梯度與井半距關(guān)系

圖4壓裂井－縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力梯度與井半距關(guān)系

壓裂井－縫網(wǎng)壓裂水平井聯(lián)布井距與啟動(dòng)壓力梯度關(guān)系:

根據(jù)工區(qū)現(xiàn)有啟動(dòng)壓力梯度的大小，確定獲得不同井型、不同滲透率情況下的合理井距。Y151井區(qū)啟動(dòng)壓力梯度為0．05 MPa/m，帶入式(5)和式(6)，計(jì)算得到壓裂井－水平井聯(lián)布的技術(shù)極限井半距為170 m，技術(shù)極限井距為340 m;計(jì)算得到壓裂井－縫網(wǎng)壓裂水平井聯(lián)布的技術(shù)極限井半距為190 m，技術(shù)極限井距為380 m。

3．模型驗(yàn)證

本文縫網(wǎng)壓裂井距的驗(yàn)證是通過工區(qū)已進(jìn)行縫網(wǎng)壓裂的水平井的微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果來驗(yàn)證的。Y258－D140井縫網(wǎng)壓裂微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果看出主力層FⅡ3和FⅡ1的平均裂縫長(zhǎng)度為297 m，裂縫半長(zhǎng)為148．5 m，再根據(jù)該工區(qū)主力層普通壓裂井的有效控制半徑主要集中在40～60 m，因此壓裂井和縫網(wǎng)壓裂水平井的極限井距為188．5～218．5 m，與本文預(yù)測(cè)的壓裂井與縫網(wǎng)壓裂水平井聯(lián)布的井距非常接近，驗(yàn)證了本文模型的準(zhǔn)確性。

Y151井區(qū)有水平井Y260－D142和鄰井為直井的Y262－D144，二者井距為370 m，在未對(duì)Y260－D142進(jìn)行縫網(wǎng)壓裂前，同位素追蹤結(jié)果顯示Y260－D142和Y262－D144沒有建立有效驅(qū)替系統(tǒng)。Y151井區(qū)采用本文確定的技術(shù)極限井距進(jìn)行壓裂方案設(shè)計(jì)，對(duì)水平井Y260－D142進(jìn)行縫網(wǎng)壓裂，通過同位素追蹤技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)注水井Y262－D144和縫網(wǎng)壓裂水平井Y260－D142建立了良好的驅(qū)替系統(tǒng)，Y260－D142水平井壓裂后采油井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)量從0．28 t/d增加到5．8 t/d。

三、結(jié)論

(1)Y151井區(qū)主力層夾層厚度小、儲(chǔ)隔層應(yīng)力差小，裂縫縱向穿層概率大;Y151井區(qū)應(yīng)力方向明確，水平地主應(yīng)力差小，巖石脆性指數(shù)較高，縫網(wǎng)橫向波及寬度和儲(chǔ)層改造體積較大，Y151井區(qū)可進(jìn)行水平井縫網(wǎng)壓裂。

(2)根據(jù)水平井和縫網(wǎng)壓裂水平井地層壓力分布函數(shù)建立壓裂井－水平井聯(lián)布及壓裂井－縫網(wǎng)壓裂水平井聯(lián)布對(duì)應(yīng)的有效壓力驅(qū)替系統(tǒng)，獲得驅(qū)替系統(tǒng)最小壓力梯度和井半距的函數(shù)，成三次函數(shù)關(guān)系，根據(jù)Y151井區(qū)啟動(dòng)壓力梯度0．05 MPa/m，確定了壓裂井－水平井聯(lián)布的極限井距為340 m，壓裂井－縫網(wǎng)壓裂水平井聯(lián)布的極限井距為380 m。