低滲透率油藏壓裂水平井產(chǎn)能影響因素重點(diǎn)

1、石油學(xué)報文章編號:(1999 低滲透率油藏壓裂水平井產(chǎn)能影響因素張學(xué)文3(中國石油天然氣集團(tuán)公司方宏長裘懌楠章長釤(石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院北京摘要:通過科學(xué)的抽象, 建立了大量的非均質(zhì)地質(zhì)模型, , 藏中的開發(fā)動態(tài), 、K v K h 、裂縫條數(shù)、裂縫長度、裂縫導(dǎo)流能力、:3條相對較優(yōu); ; , 存在相對較優(yōu)的裂縫導(dǎo)流能力值; 兩條最外邊裂縫的; , 建議加大中間裂縫的長度或?qū)Я髂芰? 。在對裂縫條數(shù)、長度和導(dǎo)流能力研究的基礎(chǔ)上, 建立了增產(chǎn)倍數(shù)圖版。主題詞:水平井; 水力裂縫; 裂縫條數(shù); 裂縫長度; 裂縫導(dǎo)流能力; 裂縫間距1前言國內(nèi)外油田開發(fā)實(shí)踐證明17, 水平井適用于低滲透油藏的開發(fā)

2、, 而且低滲透油藏水平井開采技術(shù)將成為水平井技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。由于低滲透率油藏的滲透率低, 滲流阻力大, 連通性差, 油井自然產(chǎn)能很低, 為了改善其開采經(jīng)濟(jì)效益, 通常要對水平井采用壓裂試油和壓裂投產(chǎn)工藝, 同時也對油藏工程提出了許多新的研究課題, 壓裂水平井產(chǎn)能以及影響因素就是其中一個非常關(guān)鍵的問題。本文將針對壓裂水平井的產(chǎn)能及其影響因素問題進(jìn)行油藏數(shù)值模擬研究。2基本地質(zhì)模型為了對壓裂水平井產(chǎn)能及影響因素進(jìn)行深入的研究, 建立了200多個非均質(zhì)地質(zhì)模型, 考慮到的因素包括; 人工裂縫條數(shù)、裂縫長度、儲層滲透率、裂縫導(dǎo)流能力、裂縫間距、垂直滲透率與水平滲透率的比值和裂縫方向與水平段方向

3、關(guān)系等因素(表1 。表1地質(zhì)模型中的影響因素Table 1Factors affect i n geolog ical m odels 項(xiàng)目數(shù)值地層滲透率(10-3m 2 014、2、8、5、50裂縫條數(shù)0、1、2、3、4、5、6、7、8、9裂縫長度(m 0、40、90、140、240、440裂縫導(dǎo)流能力(m 2c m 5、20、50、100裂縫間距(m 112、168、224、280、336、392、448K v K h0105、011、0115、012、013、014、裂縫等效網(wǎng)格為015m , 水平段所在的網(wǎng)格也是015m 。巖石物性和流體參數(shù)使用長慶安塞油田坪橋區(qū)的實(shí)際數(shù)據(jù)。模擬軟件選

4、用石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院研制的多功能模型。3壓裂水平井產(chǎn)能影響因素的討論311水平裂縫與垂直裂縫比較由于水力裂縫的方向總是與最大主應(yīng)力方向一吳志宇、呈志華、董延嶺, 安塞油田水平井試采綜合評價, 水平井鉆采技術(shù)研討會論文集, 1997。3張學(xué)文, 男, 1967年10月生。1989年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東 , 1998年獲博士學(xué)位?，F(xiàn)任中國石油天然氣集團(tuán)公司國內(nèi)對外合作經(jīng)理部工程師。通訊處:北京766信箱國內(nèi)對外合作經(jīng)理部勘探開發(fā)處。郵政編碼。謝平安、張顯忠、張永平等, 大慶低滲透油田水平井增產(chǎn)及開采技術(shù), 水平井鉆采技術(shù)研討會論文集, 1997。本文為中國石油天然氣集團(tuán)公司重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“低

5、滲透油田高效開采新技術(shù)(04 ”的部分階段成果。 致, 在油田開發(fā)設(shè)計階段就應(yīng)該深入研究地應(yīng)力的方向性, 優(yōu)化壓裂設(shè)計, 確定人工裂縫的最優(yōu)方位。關(guān)于人工裂縫與水平段相對方向問題, 不同學(xué)者有不同的觀點(diǎn)8, 9。數(shù)值模擬結(jié)果表明, 具有平行裂縫的水平井的開采效果好于壓裂直井, 具有3條垂直裂縫的水平井優(yōu)于只有一條平行裂縫的水平井。模型中裂縫總長度一定, 水平段平行于最小主應(yīng)力方向的水平井有3條裂縫, 水平段與最大主應(yīng)力方向一致的水平井和壓裂直井均只有一條裂縫, 水平段長度為500m 。在實(shí)際油田中, 由于潛在裂縫和部分微細(xì)裂縫的存在, 儲層滲透率具有一定的各向異性, 一般沿最大主應(yīng)力方向的水平

6、滲透率最大, 與其垂直方向上, 即最小主應(yīng)力方向上的水平滲透率則有一定減小, 所以, 與水平段垂直的水力裂縫不僅能改善垂直滲透率, , 。312K v K h 的影響油田開發(fā)實(shí)踐和理論研究10(K v K h 的影響非常嚴(yán)重。但是, , 從而緩解了垂直方向滲透率低的矛盾, , 如果不進(jìn)行水力壓裂, K v K h 與水平井產(chǎn)能關(guān)系密切, 尤其是當(dāng)K v K h 小于012時, 影響相當(dāng)嚴(yán)重。然而, 在進(jìn)行水力壓裂之后, K v K h 對水平井產(chǎn)能的影響大大減小, 累積產(chǎn)量差別較小 。圖1壓裂水平井累積產(chǎn)量增產(chǎn)倍數(shù)與裂縫條數(shù)關(guān)系F ig . 1R elati ons betw een Q f

7、Q u and the num ber of fractures313裂縫條數(shù)的影響多數(shù)文獻(xiàn)1認(rèn)為, 裂縫條數(shù)越多, 壓裂水平井與未壓裂水平井采油指數(shù)比越大。而本文通過分析大量的數(shù)值模擬結(jié)果后發(fā)現(xiàn), 對于一定的水平段長度和裂縫長度, 存在一個相對最優(yōu)的裂縫條數(shù)值。如圖1所示, 當(dāng)生產(chǎn)時間較短時, 儲層滲透率較小的油藏中壓裂水平井的累積產(chǎn)量比值隨裂縫條數(shù)的增加而線性增大, 然而, 隨著生產(chǎn)時間的延長, 3條裂縫時的產(chǎn)能與4條、5條、6條、7條、8條和9條裂縫時的產(chǎn)能的差別逐步減小; 而對于儲層滲透率較大的油藏, 3條裂縫的水平井的產(chǎn)能在前兩年便與更多裂縫時相差不大。從圖中可以看出, 當(dāng)儲層滲透率

8、較大時, 壓裂水平井與未壓裂水平井累積產(chǎn)量比較小, 儲層滲透率低的油藏中水平井壓裂增產(chǎn)幅度要大于儲層滲透率較高的油藏中的壓裂水平井。當(dāng)然, 多條裂縫時可能初始產(chǎn)量較大, 可以在較短的時間內(nèi)收回投資, 但是其產(chǎn)量遞減速度很快, 所以, 如果考慮到最佳投入產(chǎn)出比, 則存在一個最佳的裂縫條數(shù)值。314裂縫長度的影響裂縫長度是影響壓裂水平井產(chǎn)能的一個重要因素。模擬結(jié)果表明, 壓裂水平井累積產(chǎn)量并不是隨著裂縫長度的增加而線性增大, 如果對于具體的油藏, 儲層滲透率、裂縫導(dǎo)流能力和裂縫長度一定, 則應(yīng)該存在一個相對最佳的裂縫長度值。從圖1中可看出, 當(dāng)儲層滲透率為210-3m 2和810-3m 2時, 裂

9、縫長度為140m 比較合適, 如果考慮投入產(chǎn)出比, 可能為最佳值。另外, 對于儲層滲透率較大的油藏, 隨著裂縫長度的增加(大于25石油學(xué)報第20卷 圖2壓裂水平井產(chǎn)量與裂縫導(dǎo)流能力的關(guān)系F ig . 2R elati ons betw een o il rate of the fractured ho rizontalw ell and fracture conductivity90m , 壓裂水平井累積產(chǎn)量增產(chǎn)倍數(shù)變化不大, 可能是由于裂縫滲透率與基質(zhì)滲透率比值不夠大有關(guān)。315裂縫導(dǎo)流能力的影響裂縫導(dǎo)流能力對壓裂水平井產(chǎn)能影響較大(見圖2 。但是, 對于某一具體油藏, 當(dāng)儲層滲透率、裂縫條

10、數(shù)和裂縫長度確定時, 也存在一個最佳的裂縫導(dǎo)流能力值。從圖2看出, 當(dāng)儲層滲透率為01410-3m 2、3條裂縫和裂縫長度為140m 時, 導(dǎo)流能力為2c 2100m 2c m , 如果考慮經(jīng)濟(jì)效益, 可能50m 2c m 為最佳的導(dǎo)流能力值。316儲層滲透率的影響儲層滲透率與壓裂水平井累積產(chǎn)量增產(chǎn)倍數(shù)關(guān)系十分密切。模擬計算表明, 裂縫條數(shù)為3, 裂縫長度為90m , 可以看出, 儲層滲透率越低, 如01410-3m 2, 壓裂水平井累積產(chǎn)量的增產(chǎn)倍數(shù)越大, 并且隨著儲層滲透率的增大, 累積產(chǎn)量的增產(chǎn)倍數(shù)迅速降低, 當(dāng)儲層滲透率增至5010-3m 2時, 增產(chǎn)倍數(shù)僅為111倍。由此也提出一個新

11、的值得進(jìn)一步研究的問題, 水力壓裂作為一種增產(chǎn)措施, 其適用范圍究竟是多少? 如果單從水力裂縫圖3壓裂水平井累積產(chǎn)量與裂縫間距關(guān)系F ig . 3R elati ons betw een the cum ulative p roducti onof fractured ho rizontal w ell and the distance betw een the outmo st fractures增產(chǎn)的絕對采油量來考慮, 在高儲層滲透率油藏中并不比在較低滲透率油藏中少, 只是低滲透率油藏中未壓裂水平井產(chǎn)量很低, 致使其增產(chǎn)倍數(shù)較大。所以, 在討論該問題時須考慮具體的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。317外裂縫間距

12、的影響根據(jù)對不同裂縫條數(shù)的數(shù)值模擬研究結(jié)果, 初步認(rèn)為3條裂縫比較適合水平段長度為500m 的水平井。研究中發(fā)現(xiàn), 3條裂縫中兩條外裂縫(水平段兩端處的裂縫 的間距對壓裂水平井產(chǎn)能也有一定的影響(圖3 。從圖中可看出, 兩條外裂縫的間距越大, 其產(chǎn)量也越高, 并且隨著生產(chǎn)時間的延長, 累積產(chǎn)量的增量也越明顯。這主要是由于不同位置的裂縫泄油面積不同, 裂縫之間存在相互干擾現(xiàn)象, 進(jìn)一步的理論研究也證明了這種干擾現(xiàn)象的存在。所以, 在進(jìn)行水平井壓裂設(shè)計時必須盡可能地加大外裂縫間距, 盡可能地減小裂縫間的干擾。318不同位置裂縫產(chǎn)量貢獻(xiàn)值為了進(jìn)一步研究裂縫位置對水平井累積產(chǎn)量的影響, 分別針對不同的

13、裂縫條數(shù)計算了各條裂縫對壓裂水平井總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)(圖4 。從圖4中可以看出, 均勻分布于水平段上的各條裂縫對總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)值并不相同, 隨著生產(chǎn)時間的延長,35第4期低滲透率油藏壓裂水平井產(chǎn)能影響因素 4壓裂水平井不同位置裂縫產(chǎn)量分配圖F ig . 4P roducti on distributi on of fractured ho rizontalw ell (5fractures 兩條外裂縫對水平井總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)逐步占據(jù)絕對的主導(dǎo)地位, 對于3條裂縫的情況, 兩條外裂縫產(chǎn)量貢獻(xiàn)值達(dá)56%, 而內(nèi)裂縫僅為18%; 而對于4條裂縫的情況, 兩條外裂縫貢獻(xiàn)約為54%, 兩條內(nèi)裂縫的貢獻(xiàn)為30%。另外

14、, 從圖4中可看出, 隨著裂縫條數(shù)的增多, 越靠近水平段中部, 單條裂縫的產(chǎn)量貢獻(xiàn)值越低, 但是當(dāng)裂縫較多時, 中部裂縫的差別不太明顯; 而且在水平井生產(chǎn)的初期, 各裂縫的差異并不十分明顯, 只是隨著生產(chǎn)時間的延長(一般需要1015個月 , 這種差別才逐步形成。319 圖5壓裂水平井累積產(chǎn)量增產(chǎn)倍數(shù)圖版(N f =3, T =36個月 F ig 15Q f Q u temp late of fractured ho rizontal w ell (3fractures 同, 同時工藝上也可能壓裂出長度或?qū)Я髂芰Σ煌牧芽p, 是否有必要將內(nèi)裂縫的長度或?qū)Я髂芰υ龃竽? 在保證壓裂裂縫總長度不變的

15、情況下, 分別對較長的內(nèi)裂縫、較長的外裂縫和相同裂縫長度三種情況的壓裂水平井進(jìn)行了數(shù)值模擬研究?？偟膩碚f, 差別不太明顯, 但內(nèi)裂縫較長的情況要優(yōu)于其他兩種情況, 而且, 隨著生產(chǎn)時間的延長(24個月 , 具有長內(nèi)裂縫水平井的優(yōu)勢也越明顯。4壓裂水平井累積產(chǎn)量增產(chǎn)倍數(shù)圖版在3條裂縫情況下, 不同的裂縫長度(40, 90, 140, 240, 440m 的壓裂水平井, 把裂縫導(dǎo)流能力(5, 20, 50, 100m 2c m 除以儲層滲透率(014, 2, 8,25, 50 10-3m 2所得的值作為橫坐標(biāo), 將增產(chǎn)倍數(shù)作為縱坐標(biāo), 經(jīng)回歸后(表2 得圖5。從中可以看出, 當(dāng)儲層滲透率一定時,

16、裂縫導(dǎo)流能力和裂縫長度可以互為補(bǔ)償, 即較大的導(dǎo)流能力和較短的裂縫可以取得與較小的導(dǎo)流能力和較長裂縫同樣的增產(chǎn)倍數(shù)。5結(jié)論表2裂縫長度與壓裂水平井增產(chǎn)倍數(shù)關(guān)系(3條裂縫 Table 2Relation s between Q f Q u and fracture length (3fractures 裂縫長度(m 回歸公式R 240Q f Q u =(C f K m 590Q f Q u =(C f K m 140Q f Q u =(C f K m 6240Q f Q u =(C f K m 1440Q f Q u =(C f K m 11低滲透率砂巖油藏中, 水平井壓裂時應(yīng)以與水平段垂直的多

17、條裂縫為主。21壓裂水平井產(chǎn)量與人工裂縫條數(shù)、裂縫長度、裂縫導(dǎo)流能力和儲層滲透率有關(guān)。裂縫條數(shù)以34條為好, 最佳裂縫長度和導(dǎo)流能力與儲層滲透率有關(guān)。31壓裂水平井中不同位置的裂縫的產(chǎn)量貢獻(xiàn)值不同, 兩條最外面裂縫的間距對產(chǎn)能有一定的影響, 應(yīng)盡可能擴(kuò)大外裂縫間距。同時, 當(dāng)裂縫條數(shù)一45石油學(xué)報第20卷 定時, 應(yīng)適當(dāng)加大中間裂縫的長度或?qū)Я髂芰? 以達(dá)到裂縫間產(chǎn)量貢獻(xiàn)的均衡。41壓裂水平井累積產(chǎn)量增產(chǎn)倍數(shù)圖版可在水平井壓裂設(shè)計及開發(fā)方案設(shè)計時參考修正。致謝感謝北京石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院韓大匡教授、范子菲博士、武若霞教授和禹長安教授的指導(dǎo)和幫助。符號說明K v 垂直滲透率, m 2; K h

18、 水平滲透率, m 2; T 生產(chǎn)時間, 月;Q f 壓裂水平井累積產(chǎn)量, m 3; Q u 未壓裂水平井累積產(chǎn)量, m 3L f 裂縫半長, m;C f m 2 c m; K m , 2; N f ; w 水平段長度, m參考文獻(xiàn)1Jo sh i S D . Ho rizontal w ell techno logy . Pennw ell Publish ing Co rpo rati on , 1991:310.2Butler R . T he po tential fo r ho rizontal w ells fo r petro leum p roducti on . JCPT ,

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20、F ield . SPE28568, 1994, 2125.5V o D T , M arsh E L , Sienk iew icz L J , etc . Gulf of M exico ho rizontal w ell i m p roves attic 2o il recovery in active w aterdrive reservo ir . SPER eservo ir Engineering , 1997, 12(3 :6368. 6Bodnar D A , C liffo rd P J , Isby J S , etc . F irst ho rizontalw ate

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23、藏壓裂水平井產(chǎn)能影響因素4 A CTA PETROL E I S I ICA 第 20 卷 N w hen w a ter is expo sed to an ex terna l m agnetic field; ( 5 the ca lcu la tion is in agreem en t w ith exp eri en ta l resu lts. m Key words: m agnetic w a ter; po rou s rock; p enetra tion; com p u ter si u la tion m A STU D Y ON FA CTO R S A FFEC

24、T I G TH E PER FO RM AN CE O F H YDRAU L ICALL Y FRA CTU R ED HO R IZON TAL N W ELL I LOW PERM EAB I IT Y R ESERVO IR S ACTA 1999, 20 ( 4 : 51 55. N L . Zhang Xuew en et a l (C h ina N a tiona l P etroleum C orp ora tion O ver 200 heterogeneou s geo logica l m odels w ere estab lished th rough rea s

25、onab le ab straction. B y m ean s of reservo ir num erica l si u la tion, the p ap er had system a tica lly studied the facto rs affecting the p erfo rm ance of fractu red ho rizon ta l w ell, and Q frac m Q unfrac tem p la te w a s con structed. T he facto rs taken in to accoun t include fractu re

26、direction co rresponding to the direction of w ell2 bo re, K v K h , num ber of fractu res, length of fractu res, fractu re conductivity, distance betw een the ou tm o st fractu res and length . of uneven fractu res T he study show s tha t the op ti a l num ber of fractu res m igh t be 3, the op ti

27、a l length of fractu re is rela ted m m to fractu re conductivity and reservo ir p erm eab ility and fo r a sp ecific reservo ir, there does ex ist an op ti a l fractu re conductivity. m . T he p roductivity of fractu res is D istance betw een the ou tm o st fractu res influences the p roductivity o

28、f fractu red ho rizon ta l w ell rela ted to the po sition s of fractu res on fractu red ho rizon ta l w ellbo re. So , it is suggested tha t the length o r conductivity of m iddle . fractu re be increa sed to ach ieve the p roductivity ba lance of differen t fractu res F ina lly, Q frac Q unfrac te

29、m p la te w a s estab lished ba sed on the studies of num ber of fractu res, length of fractu re and fractu re conductivity. . L iW enku i et a l (X ian P etroleum Institu te AN ANAL YS IS ON “ DOU BL E HUM P D ISTR I T I BU ON O F I TRU S I E ” ERCU R Y CU RV E ACTA 1999, 20 ( 4 : 61 N V M 68. Key

30、words: ho rizon ta l w ell; hydrau lic fractu re; num ber of fractu res; length of fractu res; fractu re conductivity; distance be2 tw een fractu res TH E FO RM A T I ON O F R EM A I I G CRA CK I FRA CTU R I G ACTA 1999, 20 ( 4 : 56 60. N N N N T he differen t defo rm a tion regu la tion s of rock u

31、nder loading un loading is ana lyzed in th is p ap er ba sing on theo ry and exp eri2 m en t, the rock defo rm a tion under loading un loading is irreversib le. T he fractu re can no t be fu lly clo sed and w ill p roduce re2 m a in ing defo rm a tion, w hen the loads acting on bound a re discha rge

32、d and p together w ith E 2 E 1 ga in s certa in va lue. T he Youngs M odu lu s and Po issons R a tio under un loading a re h igher than tho se under loading by ana lyzing rea l cu rves of rock s. It show s tha t rem a in ing crack s have been p roduced in rock sam p les. T he site p ractices a lso p

33、 rove tha t the irreversib le de2 fo rm a tion of rock s is an ob jective rea lity. Key words: rock; loading and un loading; test ; fo rm a tion fractu ring; rem a in ing crack . Yuan H a ihan et a l (C hang qing P etroleum S chool T he in tegra tion ca lcu la tion of cap illa ry p a ram eter is der

34、ived theo retica lly. It occu rs com p a ritive erro r w hen ca lcu la ting se2 lected a t the m ea su re po in t w ith the p rogression ha s been taken p lace. It is fitted w ell to eli ina te the p a rt h igh 2 ressu re m ea 2 m p su re po in t. A ll the rock sam p les ex ist w ith th is erro r. T

35、 he hum p distribu tion of in tru sive respon se on m ercu ry in jection cu rve app ea rs in the h igh 2 ressu re section, w ho se cha racteristics a re the va riab le slop e of cap illa ry po re diam eter cu rve, w h ich is dif2 p feren t from the m ono tonou s slop e of the ca st th in section and cen trifuga l m ethod.