致密油藏體積壓裂水平井產(chǎn)能評價新方法

陶 亮，郭建春，李凌鐸，賀 娜，李 鳴

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)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

松遼盆地致密油儲層主要分布在下白堊統(tǒng)青山口組高臺子油層和扶余油層，資源潛力巨大[1]。儲層平均孔隙度為10.5%，平均滲透率為1.27 mD，含油飽和度為52%，埋深為1 890 m，地層溫度為87.5 ℃，地層壓力為17.5 MPa。研究區(qū)塊借鑒國內(nèi)外油田體積改造成功經(jīng)驗[2-4]，采用水平井體積壓裂技術(shù)，取得了較好的效果，但壓后產(chǎn)量差異大，穩(wěn)產(chǎn)期短，產(chǎn)能影響因素不明確。該區(qū)塊儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，壓裂施工參數(shù)差異大，且各參數(shù)在不同層次上對壓裂效果起不同作用[5-7]，大大增加了產(chǎn)能評價的難度。目前產(chǎn)能評價方法主要有典型曲線法[8-9]、數(shù)值模擬方法[10-12]、解析方法[13-14]，逐步由定性評價發(fā)展為定量評價。前者大多數(shù)依據(jù)經(jīng)驗定性預(yù)測單井的增產(chǎn)效果，后2種方法則需要大量的油藏和室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)，同時假設(shè)條件較多，和實際情況差異大。隨后，用于壓裂效果評價的模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色關(guān)聯(lián)分析等方法被陸續(xù)提出[15-22]，但這些方法鮮有同時對儲層質(zhì)量、完井效率、壓裂效果進(jìn)行綜合評價。以松遼盆地致密油藏水平井為例，建立多層次評價體系與產(chǎn)能評價模型，進(jìn)而分析產(chǎn)能影響因素，為致密油藏水平井產(chǎn)能評價提供新思路。

1 產(chǎn)能評價模型建立

1.1 多層次評價體系

利用層次分析法建立衡量水平井壓裂效果指標(biāo)的多層次評價體系，其中，目標(biāo)層為體積壓裂水平井，主標(biāo)準(zhǔn)層為儲層物性參數(shù)和完井參數(shù)，子標(biāo)準(zhǔn)層為影響產(chǎn)能的因素集，其中含油砂巖長度(HSL)、儲層有效厚度(NPT)，孔隙度(POR)、滲透率(PER)、含油飽和度(SAO)、自然伽馬(GR)、地層壓力(PRE)屬于儲層物性參數(shù)；壓裂簇數(shù)(NUS)、裂縫間距(FRD)、單簇砂量(APA)、單簇壓裂液量(ALA)屬于完井參數(shù)。

1.2 綜合評價因子計算

將灰色關(guān)聯(lián)分析法與多層次評價體系相結(jié)合，計算評價體系中影響水平井壓裂效果關(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產(chǎn)能的主控因素，在此基礎(chǔ)上計算出綜合評價因子。

(1) 評價矩陣建立。根據(jù)多層次評價體系建立評價矩陣和評價指標(biāo)參考系列 ，其中評價矩陣元素為每口水平井產(chǎn)能影響因素，評價指標(biāo)參考系列為各水平井壓裂后初期第一年累計產(chǎn)量(ICP)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(1)

X0=[X1(0),…,Xi(0),…,Xm(0)]T,i=1,2,…,m

(2)

式中：X為評價矩陣；Xi(j)為評價矩陣元素；X0為評價指標(biāo)參考系列；m為體積壓裂水平井樣本個數(shù)；n為水平井產(chǎn)能影響因素個數(shù)；T為矩陣轉(zhuǎn)置符號。

(2)灰色關(guān)聯(lián)度與權(quán)重系數(shù)計算。根據(jù)評價矩陣標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和多層次評價體系，計算各影響因素與評價指標(biāo)參考系列之間的灰色關(guān)聯(lián)度和權(quán)重系數(shù)，計算表達(dá)式如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

(3)綜合評價因子計算。根據(jù)權(quán)重系數(shù)和評價矩陣標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，計算儲層質(zhì)量綜合評價因子Q和產(chǎn)能綜合評價因子E，并對儲層質(zhì)量進(jìn)行分類與等級劃分，其中Q值越高，儲層質(zhì)量越好，改造潛力越大。產(chǎn)能綜合評價因子E可以同時考慮儲層物性參數(shù)和完井參數(shù)，其數(shù)值越高，儲層改造效果越好。

(7)

(8)

式中：Q為儲層質(zhì)量綜合評價因子；E為產(chǎn)能綜合評價因子；k為壓裂井儲層物性參數(shù)的個數(shù)；l為壓裂井儲層物性參數(shù)和完井參數(shù)的個數(shù)。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 水平井壓后產(chǎn)能影響因素分析

對松遼盆地致密油藏試驗區(qū)13口體積壓裂井進(jìn)行產(chǎn)能綜合評價，明確影響產(chǎn)能主控因素，為后期體積壓裂優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。其中，實例井儲層物性參數(shù)和完井參數(shù)來源于礦場實際數(shù)據(jù)(表1)。

表1 松遼盆地致密油藏體積壓裂水平井參數(shù)

利用產(chǎn)能評價模型，根據(jù)式(1)—(6)計算產(chǎn)能影響因素權(quán)重系數(shù)(表2)，將權(quán)重系數(shù)大于0.095的因素定義為影響產(chǎn)能主控因素，由表2可知，含油砂巖長度、地層壓力、壓裂簇數(shù)、單簇砂量、滲透率為主控因素，對產(chǎn)能貢獻(xiàn)由大到小依次為：含油砂巖長度、地層壓力、壓裂簇數(shù)、單簇砂量、滲透率、含油飽和度、孔隙度、儲層有效厚度、單簇壓裂液量、裂縫間距、自然伽馬。由表2可知，排名前二的為含油砂巖長度和地層壓力，對產(chǎn)能影響最大，說明儲層物質(zhì)基礎(chǔ)和能量基礎(chǔ)是體積壓裂改造首要考慮因素，其次為壓裂簇數(shù)和單簇砂量。由此可知，對于致密油藏，在儲層物質(zhì)基礎(chǔ)和地層能量一定的情況下，儲層改造體積和裂縫導(dǎo)流能力對產(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和加砂強(qiáng)度可提高致密油藏水平井體積壓裂效果。

表2 多層次評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

2.2 儲層質(zhì)量評價與等級劃分

根據(jù)儲層物性評價指標(biāo)，利用式(7)計算儲層質(zhì)量綜合評價因子(表3)。圖1為壓裂井所在儲層質(zhì)量分類圖，由儲層質(zhì)量綜合評價因子分布范圍，采取拐點(diǎn)法將儲層分為I類(0.49

表3 水平井所在儲層質(zhì)量分類和壓裂效果排序

圖1 體積壓裂水平井所在儲層質(zhì)量分類

2.3 水平井產(chǎn)能綜合評價

考慮儲層物性參數(shù)和完井參數(shù)，利用式(8)計算產(chǎn)能綜合評價因子，并對其排序(表3)，產(chǎn)能綜合評價因子越高，壓裂效果越好。其中水平井P5的產(chǎn)能綜合評價因子最大，為0.76，表明針對該井特定的儲層物性參數(shù)，完井參數(shù)和儲層參數(shù)有較高的匹配度，儲層改造效果好，初期累計產(chǎn)量最大為6 115 t。由圖2可知，儲層質(zhì)量綜合評價因子和產(chǎn)能綜合評價因子整體成正相關(guān)，儲層質(zhì)量越好，獲得高產(chǎn)能潛力越大。其中，圖2中的P1、P4井，其儲層質(zhì)量屬于III類儲層，且P1井儲層質(zhì)量優(yōu)于P4井，但P4井壓裂效果優(yōu)于P1井，其原因為P4井水平段每米含油砂巖壓裂簇數(shù)(0.037簇/m)高于P1井(0.020簇/m)，同時，P4井對應(yīng)簇間距和單簇砂量均優(yōu)于P1井，說明其儲層改造體積和水力裂縫導(dǎo)流能力高于P1井，儲層得到有效動用，使產(chǎn)能最大化。同樣可以得到P13井和P7完井效率優(yōu)于P2井。

2.4 模型驗證與分析

驗證多層評價模型的正確性，將水平井的產(chǎn)能綜合評價因子與現(xiàn)場應(yīng)用井的初期累計產(chǎn)油量進(jìn)行相關(guān)性分析(圖3)，由圖3可知，初期累計產(chǎn)油量與產(chǎn)能綜合評價因子整體成正相關(guān)，綜合評價因子越高，累計產(chǎn)油量越高，驗證了模型的正確性；同時也可根據(jù)該圖對完井效率進(jìn)行評價，為重復(fù)壓裂選井提供依據(jù)。例如P8、P11井屬于Ⅲ類儲層，但P8井初期累計產(chǎn)油量為2 937 t，遠(yuǎn)大于P11井的初期產(chǎn)量1 506 t，因為在相同的儲層質(zhì)量條件下，P8井完井參數(shù)優(yōu)于P11，其水平段每米含油砂巖壓裂簇數(shù)(0.024簇/m)高于P11井(0.021簇/m)，和儲層質(zhì)量有較好的匹配，而P11井初次壓裂改造未能有效地溝通儲層，部分儲量未得到動用，后期水平井重復(fù)壓裂改造優(yōu)先選擇P11井。利用相同的分析方法可以得到P13井的完井效率優(yōu)于P2井，同時由綜合評價因子的相關(guān)性也可以進(jìn)一步證明產(chǎn)能評價模型的正確性。

圖2 綜合評價因子相關(guān)性

圖3 產(chǎn)能綜合評價因子與初期累計產(chǎn)油量相關(guān)性

3 結(jié) 論

(1) 將多層次評價方法與灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合應(yīng)用于壓裂效果評價，提出了產(chǎn)能綜合評價因子新概念，可以同時考慮水平井體積壓裂特有的儲層物性參數(shù)和完井參數(shù)，快速經(jīng)濟(jì)地對壓裂效果進(jìn)行評價，是一種值得推廣的體積壓裂水平井產(chǎn)能綜合評價的新方法。

(2) 利用產(chǎn)能評價模型對松遼盆地致密油藏水平井體積壓裂產(chǎn)能參數(shù)的影響程度進(jìn)行了分析計算。將權(quán)重系數(shù)大于0.095的因素定義為影響產(chǎn)能主控因素，對產(chǎn)能貢獻(xiàn)大小依次為：含油砂巖長度、地層壓力、壓裂簇數(shù)、單簇砂量、滲透率、含油飽和度、孔隙度、儲層有效厚度、單簇壓裂液量、裂縫間距、自然伽馬。

(3) 研究區(qū)塊儲層質(zhì)量依次為I類、II類、III類，其分類閾值為0.35、0.42和0.48，評價結(jié)果符合實際生產(chǎn)情況。同時，利用綜合評價因子與現(xiàn)場13口單井產(chǎn)能的相關(guān)性，可以評價水平井初次完井效率，為水平井體積壓裂優(yōu)化設(shè)計和重復(fù)壓裂改造選井提供理論依據(jù)。