工程因素對頁巖氣井產水的影響分析

游園

摘要：涪陵焦石壩頁巖氣田是無邊底水頁巖氣藏，開發過程中部分氣井產水量較大嚴重影響了氣田正常生產。運用數理統計方法對比分析裂縫尺寸與裂縫間距的分布關系，以及高、低產水井的裂縫間距、液量與水氣比的分布關系，發現裂縫間距過小，致使縫長方向延伸受限，同時由于注入地層液量較大，大量液體滯留井筒附近，是導致高產水井放噴階段及試采初期水平井產水較高的主要工程原因;并得到了低產水井工程參數的合理范圍，為頁巖氣田高效開發提高參考依據。

關鍵詞：頁巖氣井;高產水;裂縫間距;液量

涪陵焦石壩頁巖氣田屬于中深層、高壓、無邊底水、彈性驅動的頁巖氣藏。該氣藏具有層理縫發育、脆性礦物含量高、水平應力差差異系數小，彈性模量高的特點。目前在開采過程中部分井產水量較大，嚴重影響了氣井產量。目前針對頁巖氣井產水的影響因素研究較少，國內外針對高產水的原因尚無開展詳細分析。因此確定氣田產水量的影響因素，對于提高氣田的開發效益具有非常重要的意義。本文在總結氣田產水特征的基礎上，重點從工程角度出發，分析了工程因素對頁巖氣井產水的影響。

1、氣田產水特征

通過采出水離子全分析數據，區塊產出水為壓裂返排液，地層不出水。已投產井試氣及試采階段返排液量259.5m³-6557.6 m³，平均返排液量1346.8 m³，返排率0.7%-21.2%，平均返排率3.9%。區塊整體返排率較低，但部分井出現高產水特點。

氣井在試采階段呈現出區域性差異，南區產水量遠高于其他區域，北區西翼產水較高。以單日產水量來看，當日總開井173口，其中15口氣井當日產水量為0，是分布在北區和東區的間歇產水井，北區及東區平均產水量1.54方/天，其中北區西翼平均產水量5.97方/天，明顯高于北區平均產水量;南區平均產水量39方/天。

因南區氣井投產時間短，累計產量低，現階段主要以累產氣量1000×10⁴m³階段的水氣比分布劃分出高、中、低產水區。高產水區水氣比大于1.5 m³/10⁴m³，中產水區水氣比為0.45-1.5 m³/10⁴m³，低產水區水氣比為小于0.45m³/10⁴m³。按照上述分類，南區屬于高產水區，北區西翼水氣比0.3-2.11 m³/10⁴m³，屬于中高產水區，北區其他區域及東區屬于低產水區。

2、影響因素分析

前文總結出區域上南部產水量遠高于其他區域，說明地質因素是影響產水的重要因素。該區域的地質情況與其他區存在較大的差異，垂深大、大尺度裂縫發育，構造復雜，應力方向多變。這些地質上的特點導致了南部地質條件不利于改造體積及裂縫復雜度的提高，壓裂液濾失到周邊區域不多，大多留在了主裂縫及近井筒附近中，液體在試氣放噴階段和試采的初期即大量的返排出地層。

前文統計發現，在地質條件分布穩定的北區也出現西翼9口井產水量明顯高于鄰井，說明在地質條件相同的前提下，工程因素對產水也有較大影響。

國外相關文獻認為返排率受裂縫形態的影響^[1] ，在本文研究中亦發現此現象。高產水G19井微地震監測結果表明，相同層位井段的全縫長與裂縫橫向波及寬度成負相關關系，橫向波及寬度>150m，全縫長<500m，說明裂縫沿井筒方向過度擴展，可導致縫長方向延伸受限。由于注入地層液量較多，加之裂縫縫長方向擴展受限，大量液體滯留在近井筒附近，導致放噴階段及試采初期水平井產水較高。

工程因素中排量、液量、裂縫間距是影響裂縫形態的重要參數，北區各井排量基本一致，本文重點分析北區西翼9口中高產水井及8口低產水鄰井的裂縫間距及壓裂液量對產水的影響。

2.1裂縫間距的影響分析

研究認為，裂縫間距對裂縫擴展形態均有較大影響。較高的彈性模量會引起較強的縫間干擾，導致縫長延伸受限，那么對于高彈性模量地層，需增加裂縫間距，減小分縫間干擾^[2] ?？p間距較小，縫長均有所減小，限制了裂縫擴展延伸。

頁巖水力壓裂過程中出現分支裂縫延伸時，各條分支縫在相距較近的條件下平行延伸，裂縫間出現相互應力干擾，產生附加誘導應力，這種多條裂縫間的相互干擾又促使形成更為復雜的網狀裂縫。水力裂縫形變誘導應力場的平面模型，平板中央有一長為2a直線狀裂縫，裂縫穿透平板，作為用于裂縫面上的應力為p。

該模型中的平板問題屬于平面應變問題，根據彈性力學理論可得到該模型的解析方程如下：

在應力場變化平面模型的基礎上，在多人工裂縫條件下，對應力場進行模擬計算，假設在一定有效凈壓力下，對裂縫間距20-200m條件下的誘導應力場的變化情況進行模擬分析。

對比不同裂縫間距條件的計算結果（表1），裂縫間距逐漸減小，水平最大、最小兩個應力方向上的誘導應力差值逐漸增大。

當裂縫間距在小于25m后，水平最大、最小兩個方向上的誘導應力差值達到13MPa以上，明顯大于原始最大、最小水平主應力的差值（5-6MPa）。但在裂縫中心位置（射孔簇位置）誘導應力的差值達到了8MPa，此時誘導應力的差值與原始最大、最小水平主應力的差值相當，主裂縫沿最大水平主應力方向延伸趨勢減弱，主裂縫在在近井區域無序的延伸可能會造成簇間、段間干擾，限制裂縫延伸長度和改造體積。

3、結論

（1）通過總結涪陵頁巖氣田產水特征，發現總體上產水量呈區域性分布，因此研究認為地質條件是影響產水的重要因素。高產水區域垂深大、大尺度裂縫發育，構造復雜，應力方向多變的地質特點不利于改造體積及裂縫復雜度的提高，壓裂液濾失到周邊區域不多，大多留在了主裂縫及近井筒附近中，液體在試氣放噴階段和試采的初期即大量的返排出地層。

（2）分析低產水區高產水井的微地震監測結果與裂縫間距的分布關系，結果表明裂縫間距對裂縫擴展形態均有較大影響。高產水井裂縫間距較小，縫間干擾嚴重，導致裂縫沿縫長方向延伸受限，加之注入地層液量較多，大量液體滯留井筒附近，導致放噴階段及試采初期水平井產水較高。

參考文獻：

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（作者單位：中國石化江漢油田分公司石油工程技術研究院）