低滲透油藏仿水平井壓裂參數優化研究

朱紅云，徐　良

(1.中國石油大港油田公司勘探開發研究院，天津大港300280；2.中海石油能源發展股份有限公司工程技術分公司)

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低滲透油藏仿水平井壓裂參數優化研究

朱紅云1，徐良2

(1.中國石油大港油田公司勘探開發研究院，天津大港300280；2.中海石油能源發展股份有限公司工程技術分公司)

為提高低滲透油藏儲層動用程度，可采用仿水平井(直井大型壓裂)注水開發技術，但地層參數與壓裂參數對仿水平井注水開發的影響有多大尚不清楚，為此，以勝利油田某區塊地質數據及生產動態為基礎，建立隨機模型，對影響仿水平井的主要因素進行研究。主要運用單變量法和正交試驗設計方法設定不同的注采參數方案，利用數值模擬技術預測各方案對應的開發指標；通過極差、方差分析，研究了地層滲透率、原油黏度、裂縫角度、裂縫半縫長、裂縫與地層滲透率倍數等對開發效果的影響。研究表明應用仿水平井注水開發效果理想。

低滲透油藏；仿水平壓裂；正交試驗；參數優選

低滲透砂巖油藏普遍具有非達西滲流特點，常規壓裂由于施工規模小，造成有效壓裂裂縫短、溝通泄油面積小，壓后產能遞減快、有效期短?！胺滤骄笔侵钢本ㄟ^超大規模人工壓裂，在油層中形成長達數百米的超長壓裂裂縫，裂縫方向平行于最大主應力方向，相當于在油層中鉆穿數百米長的水平段，有效增大了導流能力，達到與水平井相仿的擴大油藏泄油面積、大幅度增加單井產能的目的[1-2]。

但是地層參數與壓裂參數對仿水平井注水開發的影響大小尚不清楚，因此，需要對其進行研究。本文首先采用隨機建模技術，確保模型的通用性，然后通過單變量法和正交設計試驗，研究了不同參數對最終采收率的影響。

1　模型建立

為了確保模型及結論的普遍適用性，將地層滲透率分為4個區間，分別為(3～5)×10-3μm2，(5～10)×110-3μm2，(10～20)×10-3μm2，(20～50)×10-3μm2，并對其進行隨機建模。對裂縫的處理采用Eclipse中的NWM模塊，此模塊可以方便快捷地處理不同裂縫，與實際情況較吻合。使用仿水平井技術中已證實采收率較高的交錯排狀井網，結合滲透率與壓裂規模，選用200 m×600 m的井排距。

2　單變量法分析

影響最終采收率的參數有：地層滲透率、流體特征、裂縫角度、裂縫半縫長和裂縫與地層滲透率倍數[3-6]。在這里分析某一變量時，固定其他變量，對比判斷其對壓裂注水開發的影響，優選出最佳值。

2.1地層滲透率

固定原油黏度5 mPa·s，裂縫角度0°，半縫長200 m，設定地層滲透率分別為(3～5)×10-3μm2，(5～10)×10-3μm2，(10～20)×10-3μm2，(20～50)×10-3μm2，得到不同地層滲透率下采收率隨時間變化曲線。從圖1中可以看出，隨著地層滲透率的增加，原油采收率相應增加。

圖1　不同地層滲透率下采收率隨時間變化曲線

2.2原油黏度

地層原油黏度影響其在地下的運移的流動能力，當原油黏度過大時，將導致油井無法正常生產。由圖2、圖3可知，地層原油黏度越大，采收率越低，但是含水率越高，這是由于隨著原油黏度增大，油水流度比持續增大，使得注入水在地層中更加容易發生指進現象，采油井提早見水，削弱開發效果。因此原油黏度越小越有利于開發。

圖2　不同原油黏度下采收率隨時間變化曲線

圖3　不同原油黏度下含水率隨時間變化曲線

2.3壓裂裂縫角度

受地應力的控制，壓裂形成的水力裂縫具有一定的方向性，在進行井網部署時，須考慮井網系統與水力裂縫系統的合理匹配關系[7-8]。裂縫方向發生不正確的偏轉，極有可能造成沿其方向上的生產井過早見水，使實際生產動態達不到設計效果，給油田開發帶來風險。從圖4中可知，裂縫方向與井排方向(主應力方向)的夾角越小，采出程度越高。這是由于夾角越小，注采井壓裂裂縫距離越大，油井見水時間越晚，開發效果更好；反之，注水井附近采油井過早見水，使得含水率過高，影響開發效果。

2.4壓裂裂縫長度

由表1可知，初期不同半縫長的裂縫對生產影響不大，開發中期長裂縫采收率略高。這是由于長裂縫波及范圍廣，裂縫之間垂直距離較短，開發后期油井普遍見水后，較短裂縫采收率高，因此，需要全面考慮經濟效益因素，合理選擇壓裂縫長。綜合考慮200 m最為合適。

2.5壓裂裂縫滲透率與地層滲透率倍數

裂縫導流能力是水力壓裂中一個重要的設計參數，可以用裂縫滲透率與地層滲透率的比值來表示。

圖4　不同裂縫角度下含水率隨時間變化曲線

表1　不同裂縫半長時采收率隨時間變化情況

設定倍數分別為20，50，100，500，選用地層滲透率為(10～20)×10-3μm2，由圖5可知，高滲透率倍數下，采收率也相應較高，20倍到50倍時，采收率增加幅度較大，50倍到500倍時，采收率增幅較小，因此選用50倍滲透率即可。導流能力越大，裂縫處滲流阻力與壓力損失變小，使得地層中的驅替壓力梯度變大，流體流動性越好，油井見水時間提前，增產效果提高。但增加導流能力的同時，也意味著壓裂成本的上升。

圖5　不同裂縫滲透率倍數下采收率隨時間變化曲線

3　正交試驗方法分析

單變量法只是研究單一變量變化對目標結果的影響情況，而不能體現多變量交互作用對目標結果的不同影響程度。正交試驗就是對實驗進行整體設計、綜合比較、統計分析，體現多變量共同作用對結果的影響。選取地層滲透率、原油黏度、裂縫角度、裂縫半長、裂縫與地層滲透率倍數5個因素為優化參數，設計5因素4 水平正交設計方案 L16( 45) ，在模型中設定對應的參數模擬計算15年，以模擬階段末的累積采收率作為評價結果(表2)。

根據模擬結果計算各因素水平均值極差，結果見表3。

表2　正交設計方案及模擬結果

表3　極差分析結果

極差越大說明此因素對結果影響越大，其影響因素主要排序為：地層滲透率>原油黏度>裂縫滲透率倍數>半縫長>裂縫角度。各因素水平均值為該因素對結果的最優值，因此，5個因素各水平最優組合為：地層滲透率(20～50)×10-3μm2、原油黏度5 mPa·s以下，裂縫滲透率倍數50倍左右，半縫長200 m左右，裂縫角度45°左右。結果與單因素分析結果基本一致，說明分析比較合理。

正交試驗設計的極差分析簡便易行，計算量小，也較直觀，但極差分析精度較差，判斷因素的作用時缺乏一個定量的標準。這些問題要用方差分析解決(表4)。由于裂縫角度對采收率影響最小，因此可以將其作為誤差項，根據顯著性判斷，地層滲透率和原油黏度對采收率影響特別顯著，相比之下，裂縫滲透率倍數與裂縫半縫長影響不太顯著。

表4　方差分析結果

4　結　論

(1)對于低滲油藏仿水平井注水開發，地層滲透率、原油黏度、壓裂參數適配是首要考慮的因素，其中以地層滲透率與原油黏度影響最大。

(2)影響低滲油藏仿水平井注水開發采收率的因素最優組合為：地層滲透率(20～50)×10-3μm2、原油黏度5 mPa·s以下、裂縫滲透率倍數50倍左右、半縫長200 m左右，裂縫角度45°左右。

(3)實際油田開發時應當綜合考慮地質特征，合理選擇壓裂參數。

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編輯：劉洪樹

1673-8217(2016)04-0119-03

2016-01-26

朱紅云，工程師，碩士，1980年生，2008年畢業于中國石油大學油氣田開發工程專業，現從事油田二次開發和三次采油工作。

TE357.1

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