考慮裂縫導流能力時效的海上壓裂井產能研究

謝麗沙 胡 勇 何逸凡 汪全林 張 弛

中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300452

考慮裂縫導流能力時效的海上壓裂井產能研究

謝麗沙 胡 勇 何逸凡 汪全林 張 弛

中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300452

裂縫導流能力時效性是影響壓裂井產能的重要因素之一。為了研究海上低滲壓裂井的產能,在無限大地層壓降公式的基礎上,運用復勢疊加原理,建立了壓裂井的產能模型,并且考慮了裂縫導流能力時效性的影響。運用產能模型對海上低滲壓裂井的產能進行研究。結果表明，裂縫導流能力時效性對油井生產規律有較大影響,考慮裂縫導流能力時效性后的生產規律更加符合生產實際。影響因素分析結果表明:滲透率越低,裂縫長度對產能的影響越大,而裂縫導流能力對產能的影響越小；滲透率越低、有效厚度越小的儲層越需要通過壓裂增加泄油面積,提高單井產能,增加海上低滲油藏的經濟效益。

海上低滲透；壓裂井；產能；導流能力時效性

0 前言

海上低滲透油藏由于儲層薄、豐度低、物性差、經濟成本高,需要壓裂以擴大井控范圍,提高單井產能[1-9]。BZ油田作為渤海典型的低滲透油田,具有儲層物性差、異常高溫高壓等特點。油田開采早期投產了一批壓裂井,但是由于衰竭開發,地層能量隨著油田開采不斷降低,導致壓裂井裂縫導流能力不斷降低,油井產量也隨之下降。目前海上低滲油田直井壓裂的產能研究資料較少,且大部分研究成果沒有考慮裂縫導流能力時效性對油井產能的影響[10-15]。為進一步動用海上低滲儲量,方便后期壓裂井的實施,有必要對海上低滲油藏壓裂井產能及影響因素進行深入研究。本文在無限大地層壓降表達式的基礎上,運用復位勢疊加原理推導了考慮裂縫導流能力時效性的壓裂井產能公式。研究了裂縫導流能力時效性對生產曲線擬合結果的影響,分析了裂縫半長、裂縫導流能力、儲層滲透率、儲層有效厚度等對海上低滲透油田壓裂井產能規律的影響,為海上低滲透油藏的開發提供理論依據。

1 模型的建立

模型假設:流體單相線性非穩態流動；上下邊界封閉,流體沿水平方向流動；裂縫不對稱分布,裂縫高度等于油藏厚度；流體只通過裂縫流入井筒。

將直井壓裂的裂縫劃分成n個微元,利用無限大地層壓降表達式,對裂縫微元進行勢的疊加,則可以得到壓裂井的產能公式[16-18]。

1.1 壓裂井產能計算

無限大地層的壓降表達式:

(1)

式中:Pi為原始地層壓力,10-1MPa；x0、y0為點匯坐標；Ei為冪積分函數；η為導壓系數,cm2/s；P(x,y,t)為任意時刻平面上點(x,y)處的地層壓力,10-1MPa；K為儲層滲透率,μm2；B為地下原油體積系數；h為儲層厚度,cm；μ為原油黏度,mPa·s；q為點匯的體積流量,cm3/s。

將裂縫左右兩翼劃分成n等份,每一等份近似成一個點匯,計算每個點匯的坐標，見圖1。

圖1 裂縫微元劃分

設井所處位置為坐標原點(0,0),左翼裂縫半長Ll,左翼裂縫任意等份j的中心坐標為(xlj,0),j為1到n的整數,則第j個點匯的坐標可以表示為:

同理可得右翼裂縫第j個點匯坐標:

設整條裂縫產量為qf,將左翼裂縫第j個點匯的坐標帶入無限大地層任意一點的壓降表達式,可得任意t時刻左翼裂縫上該點匯在平面任意一點(x,y)的壓降表達式:

(2)

將左翼裂縫n個點匯在地層任意一點的壓降進行疊加可以得到左翼裂縫n個點匯共同作用下地層任意一點(x,y)處的壓降表達式為:

(3)

同理可得右翼裂縫n個點匯作用下地層任意一點的壓降表達式為:

(4)

將左右兩翼裂縫壓降疊加,可得任意時刻整條裂縫作用下地層任意一點的壓降表達式:

(5)

根據式(5)則可以計算在整條裂縫作用下地層任意一點的壓力。假設裂縫頂端壓力為左右兩翼頂端平均壓力,把裂縫頂端坐標代入(5),則可以求得裂縫頂端壓力:

(6)

將裂縫頂端到井筒底部的流體流動近似為平面徑向流,裂縫表皮為s,則裂縫頂端到井筒底部的滲流可以表示為:

(7)

如果忽略裂縫向井筒供液的滯留效應,則裂縫底部的壓力可近似為井底壓力。將裂縫頂端壓力表達式(6)代入式(7),則可以得到流體從地層流入井底的壓降表達式為:

(8)

1.2 裂縫導流能力時效性

目前陸上壓裂井產能研究較多,但大部分產能公式都沒有考慮裂縫導流能力時效性對產能的影響。而室內實驗表明,裂縫導流能力隨時間不斷變化[19-20]:

Kfw=Kf0w0[1-βlg(t+1)]

(9)

式中:Kfw為任意時刻裂縫導流能力；Kf0w0為裂縫初始導流能力；β為與實驗條件相關的參數。

根據實際巖心壓裂裂縫導流能力隨時間變化的關系,可以得到裂縫導流能力變化的典型曲線，見圖2。

由式(9)可得裂縫導流能力為:

Kfw=Kf0w0[1-0.27lg(t+1)]

(10)

將裂縫導流能力關系式(10)代入(8),可以得到考慮裂縫導流能力時效性的壓裂井產能模型。

圖2 裂縫導流能力變化的典型曲線

(11)

假設流體只經過裂縫流入井筒,即q=qf,迭代求解可以得到壓裂井產量。

2 裂縫導流能力時效性影響分析

運用本文建立的壓裂井產能模型,分析裂縫導流能力時效性對產能變化規律的影響,結果見圖3。模型參數:生產壓差10MPa,儲層滲透率10×10-3μm2,原油黏度1.25mPa·s,儲層厚度10m,原油體積系數1.3,表皮系數8.7,裂縫導流能力500×10-3μm2,壓縮系數1.59×10-3MPa-1,變導流能力系數0.27。

圖3 裂縫導流能力時效性對產能的影響

如圖3所示,考慮裂縫導流能力時效性與不考慮裂縫導流能力時效性的產能預測結果差距較大。生產早期,裂縫導流能力隨時間變化劇烈,下降速度快,油井產量也不斷降低。生產后期,裂縫導流能力趨于平穩,產量下降速度變緩。對于海上低滲透油田而言,衰竭開采地層能力下降較快,導致壓裂井裂縫閉合,裂縫導流能力下降速度較快。因此需要注水開發,補充地層能量,降低裂縫導流能力下降速度,保持油井高產穩產,降低開發成本。

3 實例驗證

A20井和C13井為渤海典型低滲透油田BZ油田的兩口壓裂井,根據油田實際參數,運用本文建立的考慮裂縫導流能力時效性的壓裂井產能模型對這兩口井的產能進行計算。

表1BZ油田壓裂井參數取值表

井名A20C13油藏中深/m32813802地層滲透率/10-3μm2301儲層厚度/m133448原油黏度/(mPa·s)1251原油體積系數1313表皮系數873井筒半徑/cm5454裂縫半長/m9580初始生產壓差/MPa144裂縫初始導流能力/(10-3μm2·m)1250400導流能力變異系數031035

圖4 A 20井和C 13井產能預測擬合結果

如圖4所示,不考慮裂縫導流能力時效性,A20和C13井的計算產能較高,不符合實際生產規律；考慮裂縫導流能力時效性后,計算產能與實際產能曲線更加吻合,從而驗證了模型的準確性。A20井油藏中深相對較淺,儲層物性較好,生產穩定,實際曲線與計算曲線擬合情況較好。C13井油藏中深相對較深,儲層物性更差,實際生產過程中油井井況復雜,頻繁關井,導致部分生產數據異常,影響擬合精度。從圖4可以看出,排除井況影響,本文建立的產能模型可以運用于海上低滲壓裂井的產能分析。

4 影響因素分析

運用本文建立的壓裂井產能模型,分別計算裂縫半長、裂縫導流能力、儲層滲透率、儲層有效厚度對壓裂井產能的影響,分析影響規律。

圖5 裂縫半長的影響

如圖5所示,不同儲層滲透率級別下,裂縫半長越長,油井產能越高,儲層滲透率越低,產能增幅越大。對于海上低滲透油田來說,儲層滲透率越低,滲流阻力越大,增加裂縫長度可有效增加裂縫與地層接觸面積；而儲層滲透率越高,流體流動阻力越小,原油可有效地流入井底。因此儲層滲透率越低,裂縫半長對壓裂井產能影響幅度越大。

圖6 裂縫初始導流能力的影響

如圖6所示,不同滲透率級別下裂縫初始導流能力對壓裂井產能影響規律也不相同。儲層滲透率較低時,流體流動阻力較大,地層供液能力限制了產量的增加,因此隨著裂縫初始導流能力的增加產能增幅越來越小。而儲層滲透率較高時,流體流動阻力大幅度減小,地層供液能力充足,產量增幅明顯。

圖7 滲透率的影響

如圖7所示,壓裂前后儲層滲透率對壓裂井的產能影響規律不同,儲層滲透率越低增產倍數越大。所以儲層滲透率越低,越需要通過壓裂來改造儲層,改變井筒附近流體流動方式,降低滲流阻力以增加油井產能。

圖8 有效厚度的影響

如圖8所示,儲層有效厚度越大,油井的產能越高,產能增加倍數越低。但在海上低滲油田實際生產過程中,油井生產成本較高,有效厚度必須達到一定界限,壓裂后產能才有經濟效益。

5 結論

對于海上低滲透油田壓裂井開發,裂縫導流能力的時效性對油井產能具有較大影響,考慮裂縫導流能力時效性后的壓裂井產能模型能夠更加準確地描述海上低滲壓裂井的產能規律。

運用本文建立的產能模型對壓裂井產能進行影響因素分析,結果表明不同儲層滲透率級別下裂縫半長、裂縫導流能力對產能的影響規律不同。滲透率越低,裂縫長度對產能的影響越大,而裂縫導流能力對產能的影響越小；地層滲透率越低、有效厚度越小，越需要通過壓裂來改造儲層,擴大井控范圍,提高單井產能,增加海上低滲油藏的經濟效益。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.011

2016-04-05

國家科技重大專項“渤海典型低孔低滲油藏勘探開發關鍵技術研究與實踐”(CNOOC.KJ-125-ZDXM-07)

謝麗沙(1987-),女,四川綿陽人,油藏助理工程師,碩士,主要從事油氣田開發研究工作。