海上低滲氣層壓裂技術界限研究

寇雙燕，劉繼芹，汪超，樊愛彬

（1.中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津塘沽300450；2.中國石油西氣東輸管道公司，江蘇鎮江212000）

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海上低滲氣層壓裂技術界限研究

寇雙燕1，劉繼芹2，汪超1，樊愛彬1

（1.中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津塘沽300450；2.中國石油西氣東輸管道公司，江蘇鎮江212000）

為了提高壓裂技術在海上低滲氣層改造中的增產效果，降低壓裂措施施工風險，壓裂選井選層研究是一個亟待解決的問題。以海上某氣田低滲儲層動靜態資料為基礎，運用數值模擬方法，對壓裂后的產能進行了預測，得到了海上某低滲氣田壓裂厚度及含水飽和度界限圖版，利用該技術界限圖版，可以根據儲層的滲透率，判斷出海上低滲氣藏壓裂選井選層的厚度及含水飽和度界限，極大地提高了工作效率和壓裂層增產效果。

低滲；壓裂；數值模擬；選井選層

近些年來，隨著海上油氣資源探勘力度的增大，大量低孔低滲油氣層被發現，并通過壓裂改造技術部分實現了商業化生產［1-6］。但海上低滲氣藏壓裂技術仍處在探索階段，壓后多面臨出水風險，影響油氣增產效果，因此如何確定有潛力的壓裂井、層成為壓裂儲層改造必須面對和解決的問題。國內外專家通過模糊識別、地層測試資料分析、人工神經網絡等方法對壓裂選井選層進行了大量研究［7-11］，但針對海域條件低滲氣藏的儲層，上述方法并不完全適用。本文針對海上某氣田低滲儲層，通過數值模擬手段，開展了海上低滲氣層壓裂技術界限研究。

1　數值模擬模型的建立

1.1模型建立

目前預測壓裂產能的常用方法為等效滲流阻力法，即采用角點網格進行局部網格加密，然后將加密的網格等效為裂縫（調整其滲透率）進行產能預測。本文運用Eclipse數模軟件建立了單井氣水兩相模型，模型采用直角網格系統，網格劃分為51×51×1，網格大小為20 m×20 m×4 m，壓裂裂縫形態用NWM模塊PEBI網格加密進行描述。裂縫寬度與實際的大小一致，裂縫模擬示意圖（見圖1）。

圖1　壓裂裂縫模擬示意圖

1.2模型參數選取

參考該區塊低滲儲層測井解釋、巖心實驗等數據，確定氣層深度、壓力系數、井底流壓數據、壓裂裂縫參數（見表1）。

表1　氣層基本參數表

1.2.1滲透率、孔隙度選取通過大量巖心實驗分析（見圖2），得到本區塊滲透率與孔隙度關系：

式中：K-儲層滲透率，10-15m2；φ-孔隙度，%。

在本次研究中，根據該區塊滲透率變化范圍，設置不同模型滲透率分別為0.1×10-15m2、0.3×10-15m2、0.5× 10-15m2、1×10-15m2、5×10-15m2、10×10-15m2，根據公式計算出不同滲透率對應的孔隙度。

圖2　滲透率與孔隙度關系圖

1.2.2相滲曲線及含水飽和度值選取為了更為準確的模擬該區塊的壓裂產能，對實驗獲取的多條相滲曲線進行了歸一化處理，結果（見圖3）。為了求取厚度下限值，使氣層出水達到臨界值，模型中含水飽和度取為束縛水飽和度。

圖3　氣水相滲曲線

2　壓裂厚度界限優選

本區塊單層儲層厚度小于60 m，在上述模型的基礎上，設置不同厚度為4 m至60 m，級差厚度為4m，共15個模型，定井底流壓生產，進行壓裂產能預測。根據數值模擬結果，計算得到各滲透率條件下不同厚度的模型日產氣量，繪制出日產氣量厚度圖版（見圖4）。

根據國家石油天然氣行業流標準（SY-T6293-2008勘探試油工作規范），井深3 000m～4 000m，海域單井工業氣流下限為10×104m3/d，開發專家建議商業氣流下限為4×104m3/d，進而確定壓裂層選取厚度界限值（見表2）。由結果可知，壓裂層滲透率越低，其壓裂所需達到的厚度下限越高。該區塊儲層滲透率小于0.5×10-15m2時，無法達到海域工業氣流下限，滲透率小于0.1×10-15m2時，無法達到商業氣流下限。

圖4　日產氣與氣層厚度關系圖版

表2　壓裂層厚度界限值表

3　壓裂含水飽和度界限優選

取模型厚度為20m，設置含水飽和度分別為30%、40%、50%、60%、70%、80%進行模擬，定井底流壓生產，進行壓裂產能預測，根據數值模擬結果，得到各滲透率條件下不同含水飽和度模型的日產氣量，繪制出含水飽和度圖版（見圖5）。確定壓裂層選取含水飽和度界限值（見表3）。由結果可知，儲層滲透率越低，其壓裂開采上限含水飽和度越低，含氣飽和度越高。在儲層厚度為20m條件下，滲透率小于1×10-15m2時，無法達到海域工業氣流或商業氣流下限。

4　結論及認識

本文以海上某低滲氣層動靜態資料為基礎，通過數值模擬手段，得到了該區塊壓裂厚度及含水飽和度界限圖版，得到以下結論：

（1）在本研究區域儲層條件下，滲透率小于0.5× 10-15m2時，無法達到海域工業氣流下限，滲透率小于0.1×10-15m2時，無法達到商業氣流下限。在儲層平均厚度為20 m條件下，滲透率小于1.0×10-15m2時，無法達到海域工業氣流或商業氣流下限。

（2）海域單井工業氣流條件下，滲透率5×10-15m2、10×10-15m2確定的壓裂層選取厚度下限分別為18 m、10m，含水飽和度上限分別為40%、57.5%。

（3）商業氣流條件下，滲透率5×10-15m2、10×10-15m2確定的壓裂層選取厚度下限分別為7.5 m、4 m，含水飽和度上限分別為61%、65.5%。

（4）利用該技術界限圖版，可以依據儲層的滲透率，判斷出海上某氣田低滲氣藏壓裂選井選層厚度及含水飽和度界限，明確是否可壓裂獲得工業氣流或商業氣流，經過生產驗證符合率在76.9%，為壓裂設計人員提供了一定的借鑒及指導，為海上氣田低滲儲層有效開發奠定了基礎。

圖5　日產氣與氣層含水飽和度關系圖版

表3　壓裂層含水飽和度界限值表

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Study on fracturing technology conditions of the offshore low permeability gas reservoir

KOU Shuangyan1，LIU Jiqin2，WANG Chao1，FAN Aibin1
（1.Oilfield Production Department，China Oilfield Services Ltd.，Tanggu Tianjin 300450，China；2.Gas Storage Project Department of PetroChina Eastern Gas Pipeline Ltd.，Zhenjiang Jiangsu 212000，China）

In order to improve the effect of fracturing stimulation in low permeability layer of offshore gas reservoir，reduce the risk of fracturing，wells and layers selection is a problem to be solved.Based on the reservoir geological conditions and the analysis on static and dynamic geologic data，numerical simulation models of different conditions has been established for predicting the fracturing production.The technology limit chart can be used to judge the thickness and water saturation limit for the selection of the wells and layers.The study has greatly improved the efficiency and stimulation effect.

low permeability；fracturing；numerical simulation；selection ofwells and layers

TE357.11

A

1673-5285（2016）07-0062-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.07.015

2016－06-12

寇雙燕，女（1987-），河北衡水人，油藏工程師，2013年獲得中國石油大學（華東）碩士學位，主要從事海上油氣田開發工作，郵箱：koushy@cosl.com.cn。