致密油藏水平井重復(fù)壓裂 多級選井方法研究

陶 亮，郭建春，李凌鐸，李 慧，賀 娜

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610500； 2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；3.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

近年來，中國各大油氣田借鑒國外體積改造成功經(jīng)驗，開展了對致密油氣藏的探索與現(xiàn)場試驗，取得良好的增產(chǎn)效果[1-5]。但由于地質(zhì)和工程等多種因素認識不清，導(dǎo)致初次壓裂改造不充分和水力裂縫失效，產(chǎn)量遞減快，穩(wěn)產(chǎn)期短，嚴(yán)重影響開發(fā)效果[6-10]。為了恢復(fù)這類生產(chǎn)井的產(chǎn)能，重復(fù)壓裂技術(shù)是主要的增產(chǎn)措施[11-14]。選井是重復(fù)壓裂技術(shù)取得成功的關(guān)鍵，國內(nèi)外學(xué)者在重復(fù)壓裂選井方面進行了大量的研究，主要有經(jīng)驗方法與數(shù)學(xué)方法。經(jīng)驗方法是基于礦場統(tǒng)計資料的研究方法，主要依靠生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)和產(chǎn)量遞減曲線分析選井的要求，這類方法具有一定的主觀性、盲目性和風(fēng)險性[15-16]。隨后研究學(xué)者提出了模糊評判和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法應(yīng)用于重復(fù)壓裂選井，增產(chǎn)效果得到大幅度提高[17-19]。灰色關(guān)聯(lián)法可以綜合考慮多個影響因素并對其定量化描述，在壓裂井增產(chǎn)改造中得到廣泛的應(yīng)用[20-25]，但鮮有在水平井重復(fù)壓裂選井中應(yīng)用，同時致密油藏水平井體積壓裂具有不同于常規(guī)壓裂的儲層物性、初次完井、生產(chǎn)動態(tài)等參數(shù)，且各參數(shù)關(guān)系復(fù)雜，在不同層次上對壓裂效果同時作用，造成重復(fù)壓裂選井十分困難。針對松遼盆地致密油藏試驗區(qū)體積壓裂水平井，建立多層次評價模型，利用理想重復(fù)壓裂井對候選井重復(fù)壓裂增產(chǎn)潛力優(yōu)先級別排序和等級劃分，可以快速對重復(fù)壓裂井優(yōu)選，對高效開發(fā)致密油藏具有重要意義。

1 油藏概況

松遼盆地致密油儲層孔隙度為7.9%～15.8%，平均為11.5%，滲透率為0.10×10-3～10.50×10-3μm2，平均為1.25×10-3μm2，原油飽和度為46.2%，原油黏度為8.05 mPa·s，油藏埋深為1 780 m，初始地層壓力為19.2 MPa，地層溫度為92.5 ℃。儲層物性和含油性較差，自然產(chǎn)能低，采用水平井大規(guī)模體積壓裂技術(shù)開發(fā)，初期開發(fā)效果較好，平均日產(chǎn)油量達到26.8 t/d。但由于儲層物性差、初次壓裂水力裂縫失效、儲層改造不充分等原因，目前日產(chǎn)油量降至3.2 t/d，開發(fā)效果變差。重復(fù)壓裂技術(shù)是目前該區(qū)塊提高產(chǎn)量的重要手段，急需開展重復(fù)壓裂選井工作，提高開發(fā)效果。

2 多層次評價模型建立

2.1 多層次評價指標(biāo)

將系統(tǒng)工程理論的層次分析法[26]運用于重復(fù)壓裂選井，建立衡量壓裂效果指標(biāo)及評價體系，綜合反映壓裂效果的影響因素。其中，目標(biāo)層為體積壓裂水平井，決策層為儲層物性參數(shù)、初次完井參數(shù)、生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)，指標(biāo)層為影響壓裂后效果的因素集(圖1)。

圖1 重復(fù)壓裂效果影響因素多層次評價體系

2.2 改進的灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)分析法[27]是灰色理論中的重要內(nèi)容，通過尋求系統(tǒng)中各因素的主次關(guān)系，確定影響各項評價指標(biāo)的關(guān)鍵因素，在儲層評價和油田增產(chǎn)改造方面廣泛應(yīng)用。引入灰色關(guān)聯(lián)分析方法計算多層次評價體系中影響水平井體積壓裂效果關(guān)鍵因素的權(quán)重系數(shù)，并對其排序，明確影響水平井體積壓裂效果的主控因素，其表達式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

3 多級模糊選井方法

3.1 模糊聚類方法原理

通過選取影響體積壓裂效果的關(guān)鍵因素，建立最具有重復(fù)壓裂潛力的理想重復(fù)壓裂井，求取候選井與理想重復(fù)壓裂井的相對歐氏距離di。其值越小，表明和理想重復(fù)壓裂井相似程度越高，越具有重復(fù)壓裂潛力。對候選井聚類和等級劃分，形成聚類圖(圖2)。

圖2 候選井與理想重復(fù)壓裂井聚類圖

3.2 理想重復(fù)壓裂井建立

理想重復(fù)壓裂井即為最具有重復(fù)壓裂潛力的井，其參數(shù)取值由各候選井儲層物性參數(shù)、 初次完井參數(shù)、生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)分布范圍確定，與壓裂效果成正相關(guān)參數(shù)取最大值，負相關(guān)參數(shù)取最小值，其中，初次完井參數(shù)中單簇砂量和單簇壓裂液量取最小值，表明初次改造不充分，沒有有效的溝通儲層，重復(fù)壓裂后更能獲得高產(chǎn)量。根據(jù)候選井參數(shù)建立模糊等價矩陣，對模糊等價矩陣標(biāo)準(zhǔn)化，計算各候選井與理想壓裂井的相對歐氏距離 ，計算表達式如下：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 水平井體積壓裂效果影響因素評價

選取目標(biāo)區(qū)塊16口體積壓裂水平井，利用多層次評價模型，利用表達式(1)—(4)計算壓裂效果影響因素權(quán)重系數(shù)(表1)。由表1可知，含油砂巖長度權(quán)重系數(shù)最大，對壓裂效果影響最大，其次為壓裂簇數(shù)和壓裂段數(shù)。由二級權(quán)重系數(shù)可知，初次完井參數(shù)權(quán)重系數(shù)最大，對壓裂效果影響最大，即儲層改造體積為主控因素。由此可知，對于致密油藏，在儲層物質(zhì)基礎(chǔ)一定的情況下，儲層改造體積對產(chǎn)能影響最大，在不產(chǎn)生縫間干擾的前提下，盡可能提高布縫密度，可提高致密油藏水平井體積壓裂效果。

表1 多層次影響因素權(quán)重系數(shù)

4.2 多次層評價模型驗證

根據(jù)儲層物性評價指標(biāo)，計算綜合評價因子。圖3為壓裂井所在儲層分類，由綜合評價因子分布范圍，采取拐點法將儲層分為Ⅰ(0.40

圖3 壓裂井所在儲層分類圖

4.3 水平井重復(fù)壓裂多級選井

根據(jù)表1評價結(jié)果，選取影響壓裂效果關(guān)鍵因素，確定最有重復(fù)壓裂潛力的理想重復(fù)壓裂井參數(shù)取值(表2)，利用式(5)—(9)計算各候選井與理想對研究區(qū)6口一級候選井開展了重復(fù)壓裂設(shè)計與現(xiàn)場施工。明確影響水平井重復(fù)壓裂效果主控因素，對原設(shè)計進行縮小裂縫間距，提高單簇壓裂液量、單簇砂量處理，從而提高儲層壓裂改造體積。重復(fù)壓裂后，初期日產(chǎn)油量平均為16.5 t/d，穩(wěn)產(chǎn)期增加，開發(fā)效果大幅度提高。

表2 理想重復(fù)壓裂井參數(shù)

重復(fù)壓裂井的相對歐氏距離，并對其排序(圖4)。由圖4可知，候選井P10與理想重復(fù)壓裂井相對距離最小，最具有重復(fù)壓裂潛力，并將候選井分為3個等級，重復(fù)壓裂潛力依次為一級、二級、三級，每級中的候選井重復(fù)壓裂效果相近。

圖4 候選井重復(fù)壓裂潛力等級劃分

5 結(jié) 論

(1) 綜合考慮多種影響因素，將多層次評價與多級模糊聚類相結(jié)合，提出了理想重復(fù)壓裂井的概念，對重復(fù)壓裂潛力評價和等級劃分，可以快速對重復(fù)壓裂井優(yōu)選，是一種值得推廣的重復(fù)壓裂選井新方法。

(2) 水平井含油砂巖長度為影響致密油藏體積壓裂效果的主控因素，權(quán)重系數(shù)最大，其次為壓裂簇數(shù)和壓裂段數(shù)；在儲層物質(zhì)基礎(chǔ)一定的情況下，儲層改造體積對產(chǎn)能影響最大，在重復(fù)壓裂設(shè)計過程中應(yīng)重點考慮。根據(jù)綜合評價因子，利用拐點法確立儲層分類閾值，評價結(jié)果符合實際生產(chǎn)情況，準(zhǔn)確度和可信度高。

(3) 應(yīng)用多級選井方法對研究區(qū)塊水平井重復(fù)壓裂潛力優(yōu)先級別進行排序和等級劃分，級別越小越具有重復(fù)壓裂潛力，同等級壓裂效果相近，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，大幅度提高了重復(fù)壓裂選井的效率和準(zhǔn)確性。