建南致密砂巖儲層壓裂裂縫參數優化

李之帆

（中國石化江漢油田分公司石油工程技術研究院，湖北 武漢430030）

1 建南地區致密砂巖儲層特征

建南氣田須家河組為致密砂巖儲層，巖性以中－細砂巖為主，夾雜泥質粉砂巖，儲集巖石類型以巖屑砂巖為主，石英含量一般為30%～60%，長石一般低于15%，巖屑含量一般20%～50%；孔隙度3.42%，滲透率0.05×10－3μm2。成像測井顯示裂縫不發育。埋藏深度800～2 000m，儲層厚度15.5～86.5m。豎直彈性模量在10.73～25GPa，水平彈性模量在12.42～28 GPa；豎直泊松比為0.07～0.21，水平泊松比為0.15～0.26，屬于硬脆性巖石。

該區塊儲層低孔低滲，物性較差，需大規模改造才能獲得較好的效果；儲層微裂縫不發育，需要造長縫，擴大泄氣面積。綜合儲層特征分析，建南氣田須家河組致密氣藏適合水平井開發。

2 水平井產能預測模型

借鑒油藏壓裂水平井穩態產能公式的推導方法，對致密砂巖氣藏穩態模型下的產能公式進行重新推導，前提假設條件如下：

1）矩形封閉氣藏，各向同性均質地層，擬穩態滲流；

2）無限導流裂縫且裂縫間滲流不相互干擾；

3）地層流體先由地層流入裂縫，再由裂縫流入井筒，且滲流符合達西滲流定律，不考慮表皮污染；

4）所有裂縫在氣層厚度上完全穿透，平行分布，且與水平井筒正交，各裂縫滲流模型一致；

5）孔隙度以及滲透率均為常數，地層中滲流為等溫滲流。

推導致密砂巖水平井產能公式如下：

建密HF－1井于2012年2月20日完成6級分段壓裂施工，施工總液量1 624.7m3，施工壓力22～27MPa，排量4～6.1m3／min，總砂量200m3，砂比17.0%～17.4%。壓后初期日產3.50×104m3，穩定日產量1.97×104m3（圖1）。該井原始地層壓力9.9MPa，井底流壓7.8MPa（表1）。

圖1 建密HF－1井壓后生產曲線

表1 建密HF－1井基本參數

將該井的參數代入產能預測模型，計算穩定日產氣量20 547m3，誤差±4.3%，計算模型與實際生產數據吻合較好。

3 裂縫參數優化

3.1 水平段長優化

假設裂縫等間距分布，縫間距100m，裂縫半長為150m，計算不同裂縫長度400m、600m、800m、1 000m、1 200m、1 400m、1 600m 的年產氣量（圖2）。

圖2 不同水平段長年產氣量對比

由圖2可知，水平井長度增加，年產氣量增加。400～800m水平段長之間，年產氣量呈線性增長；超過1 000m后，增加幅度減緩，表明氣井水平段長800～1 000m之間效果最好。

3.2 裂縫間距優化

假設水平井段長1 000m，裂縫半長為150m，計算不同分段數（4、6、8、10、12、14）年產氣量（圖3）。

圖3 1 000m水平段不同段數與年產氣量關系

從圖3可以看出，2－10段，年產氣量呈線性增加；10段以后，年產氣量增幅變緩，分段擬合取最優點10.8段／1 000m，即裂縫最優間距92.5m。

3.3 裂縫長度優化

假設水平段長1 000m，裂縫等間距分布（100m），裂縫半長150m，計算各條裂縫的產氣量（圖4，5）。

從圖4和圖5可以看出，在壓裂水平井中，實際每條裂縫的產量是不相等的。兩端（趾部、端部）產量最高，處于對稱位置上的裂縫的產量相等；除去趾部和端部，中間裂縫的產量幾乎相同。

圖4 1 000m水平段等間距裂縫分布示意圖

圖5 各條裂縫產氣量對比圖

在以上基礎上，假設水平段長1 000m，裂縫等間距分布（100m），總的裂縫半長為1 500m，假設端部半縫長／中間裂縫半長比值1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0，計算各條裂縫的總產氣量（圖6）。

圖6 不同端部半縫長／中間裂縫半長比值與年產氣量曲線

從圖6中可看出，端部半縫長／中間裂縫半長1.0～1.2，年產氣量增加，比值為1.2時，年產氣量最大，是拐點；當端部半縫長／中間裂縫半長在1.3～2.0時，年產氣量逐步下降，這是因為兩端年產氣量占全井的27%，中間8條裂縫產氣量占73%，中間裂縫產氣量仍然是主產區，在相同裂縫總長的情況下，端部半縫長／中間裂縫半長比值越大，中間裂縫半長的長度越短，對產氣的貢獻率越小。因此端部半縫長／中間裂縫半長為1.2時，為年產氣量的最高值。

假設水平段長1 000m，裂縫等間距分布（100m），端部半縫長／中間裂縫半長比值為1.2，計算中間裂縫半長分布為 100、120、140、160、180、200、220、240、260、280和300m的年產氣量（圖7）。

圖7 不同中間裂縫半長與年產氣量關系

從圖7可以看出，隨著中間裂縫半長長度增加，年產氣量增加。當中間裂縫半長大于240m之后，年產氣量的增加減緩。優化中間裂縫半長為220～240m，兩端裂縫半長264～288m。

3.4 裂縫滲透率優化

假設水平段長1 000m，裂縫等間距分布（100m），中間裂縫半長200m，端部裂縫半長240m，計算裂縫滲透率分別為 5、10、15、20、25、30、35和40μm2年產氣量（圖8）。

圖8 裂縫導流能力與年產氣量關系圖

從圖8中可以看出，隨著裂縫滲透率增加，年產氣量增加；裂縫滲透率大于20μm2以后，年產氣量增幅變緩，分段擬合取最優點16.3μm2。年產量與年產量對裂縫導流能力不同的原因是，裂縫長期導流能力受支撐劑嵌入、生產后閉合壓力增加、氣液兩相非達西滲流等的影響，裂縫導流能力下降，因此，裂縫的導流能力應該為15～20μm2。

4 結論與建議

1）推導出致密砂巖氣藏水平井產能公式，結合建密HF－1井基礎資料，計算結果與實際生產數據吻合較好，誤差4.3%。

2）水平段長度800～1 000m、裂縫間距92.5m、中間裂縫半長為220～240m、兩端裂縫半長264～288m、壓裂裂縫滲透率15～20μm2開采效果最佳。

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