特低滲儲層水平井分段壓裂建模及參數優化

摘? 要：本文針對特低滲儲層的特點，采用水平井分段壓裂的方法來實現油井增產，而合理的水平井裂縫參數設計能充分發揮人工裂縫的增產作用。以錦州油田地質特征和目前開發狀況為基礎，利用油藏數值模擬軟件建立了水平井分段壓裂產能模型，研究了水平井壓裂裂縫參數、間距裂縫長度、導流能力、加砂規模、前置液百分比的優化，體現了水平井分段壓裂技術在有效開發低豐度特低滲透油藏中的作用與效果。

關鍵詞：錦州油田;特低滲;水平井;分段壓裂;水力噴射;裸眼封隔器

一、油藏特征

錦州油田位于遼河盆地西部凹陷的西斜坡南部，探明含油面積71.04 km2，探明地質儲量20243×104 t，動用含油面積65.09 km2，動用地質儲量19222×104t，縱向上發育于樓、興隆臺等八套含油層系。油層分布較穩定，連通性較好，儲層物性變化大，非均質性強。儲層巖性為巖屑長石砂巖、含礫砂巖為主;礦物成分主要為長石和石英，膠結類型為孔隙式膠結。孔隙度在8.3～13.8%，滲透率為0.038～2.4μm2，為低孔、特低滲儲層。

二、水平井壓裂產能模型

錦州油田未開發石油探明儲量中，低滲-特低滲油藏占總儲量的58%，已成為保證石油產量的重要潛力。由于特低滲油藏滲流半徑小，經濟極限井距小，單井產量低，采用直井井網經濟效益較差。各種水平井開發配套技術應運而生，已成為低滲-特低滲油田有效的開采技術。

在多縫產量預測計算時，我們將預測期分成了早中晚三個階段，使計算量大幅度下降，其實質是在早期利用數值方法計算多縫產量，而在中期和晚期采用解析方法計算。當裂縫之間發生相互干擾時，即達到中期，利用穩態依次替換法，首先找出每條裂縫的泄油區域，然后求出泄油區域內的平均地層壓力，再利用穩態依次替換法分別求出各泄油區域內裂縫的產量，對于任何生產時刻，均可求出每條裂縫的影響半徑，它可以用以下公式近似計算：

其中：

式中：—液體壓縮系數，;

一巖石壓縮系數，;

—原油粘度，mPa·s;

K—儲層滲透率，;

t—生產時間，s;

—壓力降邊緣半徑，m。

這里把油藏分成兩類區域，見圖1，即每條裂縫自己的控制區域a和它們共同的控制區域b。隨著生產的延續，當各縫的供液區范圍擴展到各自的控制區a以外，即表示各縫之間發生干擾。即當半徑R（t）大于裂縫間距離的一半時，認為它們的壓力已開始相互影響，此時則分別計算各縫產量。此時隨著生產時間的增加，裂縫直接控制區a壓力首先下降，先求出a區內的平均壓力，用此壓力，可以計算出從共同控制區b流入直接控制區a的液量，用穩態依次替換法計算。而任一生產時刻，a區內壓力分布按穩定滲流公式計算。

a區的總采出體積流量為：

每條裂縫的產量按穩定滲流公式計算：

壓差隨時間的變化關系由下式確定：

投產后期，則用等值滲流阻力法計算。

三、水平井分段壓裂參數優化

1、裂縫條數與間距優化

對于水平井來說，裂縫條數是影響其壓后效果最重要因素之一，因此，在施工之前應對裂縫條數進行優化設計，在保證裂縫之間相互干擾較弱的情況下盡量增加裂縫條數和縮短裂縫間距，可以有效的提高儲層產能。裂縫條數也不是越多越好，它是由多種因素決定的，數值模擬研究表明，裂縫條數隨滲透率的大小、非均質性和水平井段長度變化而變化。當有效滲透率為（0.3～5.0）×10-3μm2，水平井段長度400m時，優化裂縫條數為3～5條;當有效滲透率為0.5×10-3μm2，水平井段長度300～1000m時，優化裂縫條數3～7條。已經部署的水平井的4口水平井的設計水平段長度為300～500m，綜合考慮該地區壓裂施工水平井的裂縫條數以控制在3～5條最佳。

2、裂縫長度與導流能力優化

利用油藏數值模擬軟件優化于樓地區不同裂縫半長、導流能力對產能的影響。由圖2、圖3可知，裂縫越長產量越大，興隆臺地區壓裂地質設計、井下工具噴嘴的耐磨性、加砂規模、考慮周邊注水井距離及鄰井壓裂情況以及裂縫間距，要求裂縫半長不超過140m。因此優化得到裂縫支撐半長120m～140m適合于該地區的水力噴射壓裂。

裂縫導流能力對水平井壓裂后生產動態的影響比較大。圖4裂縫在不同導流能力下的壓裂水平井生產動態，從圖中可以看出，不同裂縫導流能力下的累計產量是不同的，隨著導流能力的增大，累計產量增加。但當裂縫導流能力大于30μm2·cm，產量增加很少。綜合考慮，最終確定該地區支撐劑為20目～40目陶粒。

3、加砂規模優化

采用裂縫模擬軟件模擬不同加砂量下的支撐半縫長與支撐縫高，興隆臺地區部署的水平井井眼多穿透2號和3號小層，隔層厚度較厚時，以改造單層為主，若隔層厚度較小，應加大加砂規模，溝通2號和3號小層，在縫高確定的情況下，模擬裂縫半縫長和縫高情況，如圖5所示，根據興隆臺地區的水平井部署和地質情況，并根據之前的縫長優化結果，確定中間單段砂量20m3，端部加砂22m3。

4、前置液百分比優化

根據以往經驗裂縫動態比在0.8～0.9之間既對地層傷害較低又施工安全，通過對儲層和壓裂液的認識以及不同裂縫模擬計算初步前置液百分比在42%左右，如圖6所示。

四、結論

1、錦州油田采用水平井工藝技術開發低滲-特低滲油藏，能大幅度提高單井產量，初期產量是直井的4.5倍，經濟效益顯著。

2、形成了適合錦州油田水平井分段壓裂設計方法，優化了錦州油田分段壓裂施工參數：裂縫條數以控制在3～5條最佳，裂縫支撐半長120～140m，每段加砂規模在20～22m3。

參考文獻

[1]? J.L 吉德利等著，蔣闐 單文文等譯. 水力壓裂技術新發展[M]，石油工業出版社，1995

[2]? 王鴻勛 張士誠，水力壓裂設計數值計算方法[M]，石油工業出版社，1998

[3]? 萬仁溥 羅英俊主編，采油技術手冊（下層），石油工業出版社，1998

[4]? 萬仁溥主編，采油工程手冊[M]，石油工業出版社，2000

作者簡介：金志學，（1979-），2004年畢業于西南石油大學自動化專業，現任工程師。