低滲透油氣藏水平井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、年月第卷第期西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）文章編號(hào)：（）低滲透油氣藏水平井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)孫良田，孫宜建，黃志文，夏洪玖，李宗田（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京；中國石化中原油田，河南濮陽）摘要：介紹了水平井壓裂裂縫的形態(tài)、壓裂水平井的滲流特征、壓后產(chǎn)能預(yù)測(cè)；探討了裂縫條數(shù)、裂縫長度和裂縫導(dǎo)流能力的優(yōu)化以及不同的裂縫布局和不同位置的裂縫對(duì)壓后產(chǎn)量的影響通過井水加噴砂壓裂位置測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行壓裂裂縫模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工的加砂量和排量比較一致關(guān)鍵詞：低滲透油氣藏；水平井；壓裂；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：國內(nèi)外于世紀(jì)年代開始研究水平井的壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)，在水力裂縫的起裂、延伸，水平井壓后產(chǎn)量預(yù)測(cè)

2、，水力裂縫條數(shù)和裂縫幾何尺寸的優(yōu)化，儲(chǔ)層保護(hù)，分段壓裂施工工藝技術(shù)與井下分隔工具等方面取得了一定進(jìn)展，但總體來講不配套、不完善沿水平井井筒方向延伸的裂縫；水平縫是指裂縫面沿水平方向延伸的裂縫平行于水平井筒的裂縫可以改善水平井的開采狀況，將徑向流動(dòng)改善為兩個(gè)線性流動(dòng)，但并不能大幅度增加水平井控制的儲(chǔ)量；而垂直于水平井筒的裂縫在大大改善流動(dòng)狀態(tài)的同時(shí)，還可以達(dá)到大幅度增加控制儲(chǔ)量的目的，也就是達(dá)到利用一口水平井代替多口垂直井的目的特別是在開采非均質(zhì)嚴(yán)重的低滲透油田時(shí)，只有利用垂直水平井筒的裂縫大大增加水平井控制儲(chǔ)量才能增加開采效益因此，對(duì)于水平井壓裂希望形成垂直于水平井井筒的橫向多裂縫水平井壓裂后

3、一般形成多條裂縫，在壓裂過程中，由于地應(yīng)力在水平井長度方向上的差異以及壓裂工藝技術(shù)的限制，使得形成的多條裂縫在長度、導(dǎo)流能力等方面不盡相同，而且在生產(chǎn)過程中各裂縫間相互干擾，進(jìn)一步增加了水平井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性本文結(jié)合水平井壓裂后的裂縫形態(tài)和生產(chǎn)過程中油氣在裂縫中的滲流機(jī)理，應(yīng)用復(fù)位勢(shì)理論和勢(shì)疊加原理壓裂水平井的流動(dòng)形態(tài)特點(diǎn)年，推導(dǎo)了壓裂水平井多條裂縫相互干擾的產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型，然后分析了影響壓裂水平井產(chǎn)能的主要因素研究了水平井中多條橫向人工裂縫的瞬態(tài)壓力特性，其流態(tài)見圖由圖可知，可將水平井中多裂縫的流動(dòng)形態(tài)分為部分：水平井壓裂水力裂縫形態(tài)水力裂縫方位垂直于最小主地應(yīng)力方位，因此，依據(jù)水平井井筒

4、方向與最小主地應(yīng)力方位的關(guān)系，水平井人工裂縫一般有種形態(tài)：橫向縫、縱向縫、水平縫橫向縫是指裂縫面與水平井井筒相垂直的裂縫，一般可以產(chǎn)生多條橫向縫；縱向縫是指裂縫面圖水平井橫向裂縫的流態(tài)示意圖收稿日期：作者簡介：孫良田（），男，博士，高級(jí)工程師，主要從事壓裂酸化工藝方面的研究：（）第一線性流，指地層向各條裂縫和裂縫向井筒的線性流動(dòng)；（）第一徑向流，指裂縫較短且間距較大，則在各裂縫周圍產(chǎn)生的擬徑向流需要指出的是，若裂縫不是很短且間距不是很大，則不能產(chǎn)生這樣的擬徑向流；（）第二線性流，指在流動(dòng)后期，若邊緣很遠(yuǎn)且縫很短很密，則產(chǎn)生流線相互平行且垂直于水平井軸線的線性流動(dòng)；（）第二徑向流，指對(duì)于整個(gè)油藏

5、，如果生產(chǎn)時(shí)間很長，則流體以徑向流的形式向水平井及裂縫區(qū)域的流動(dòng)壓裂水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)考慮無限大均質(zhì)地層中心一口水平井，壓裂后形成多條裂縫原油從地層線性地流向裂縫，從裂縫流向水平井筒時(shí)滿足徑向流滲流規(guī)律利用無限大均勻地層點(diǎn)匯定流量的壓降公式，根據(jù)復(fù)位勢(shì)理論和勢(shì)疊加原理，可以得出壓裂水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型，即（）（）（）（） （ （）（假設(shè)，除裂縫與井筒相交處，井筒其余的地方均封閉，壓裂水平井產(chǎn)量等于各條裂縫產(chǎn)量之和，即（）這樣就可以得到一個(gè)含個(gè)未知數(shù)、個(gè)方程的線性方程組，該方程組可封閉求解水平井分段壓裂裂縫的優(yōu)化裂縫條數(shù)隨著裂縫條數(shù)（）的增加，壓裂水平井的日產(chǎn)油量總體上逐漸增加，但在相同生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)，隨

6、著裂縫條數(shù)的增加，日產(chǎn)量增幅隨著裂縫條數(shù)的進(jìn)一步增加逐漸減小研究還表明，在生產(chǎn)一定時(shí)間后，水平井中的多條裂縫之間將產(chǎn)生干擾，愈靠近內(nèi)部的縫所受到的干擾愈大，產(chǎn)量則愈低因此，水平井中裂縫條數(shù)的優(yōu)化非常重要，它不僅影響水平井的產(chǎn)能，同時(shí)也影響壓裂施工的安全性和最終經(jīng)濟(jì)效益研究認(rèn)為，如果沿裂縫方向的滲透率（）與沿井筒方向的滲透率（）相等或相差較小，那么裂縫的最佳條數(shù)為條，如果沿裂縫方向的滲透率比沿井筒方向的滲透率大，那么裂縫的最佳條數(shù)將有所增加圖裂縫條數(shù)對(duì)壓裂水平井產(chǎn)量的影響裂縫長度從圖可以看出，隨著裂縫長度（）的增加，壓裂水平井的日產(chǎn)量逐漸增加，隨著裂縫長度的進(jìn)一步增加，產(chǎn)量的增幅變小圖裂縫長度對(duì)

7、壓裂水平井產(chǎn)量的影響裂縫導(dǎo)流能力由圖可見，隨著裂縫導(dǎo)流能力（）的增加，壓裂水平井日產(chǎn)量增加，但是隨著裂縫導(dǎo)流能力的進(jìn)一步增加，產(chǎn)量增幅逐漸變小，這與裂縫長度對(duì)產(chǎn) 量的影響結(jié)果很相似間大（情形）、兩端大中間?。ㄇ樾危┓N情況下模擬裂縫間距對(duì)壓裂水平井產(chǎn)量的影響（見圖、表）計(jì)算結(jié)果表明，不同的裂縫間距組合對(duì)水平井的累計(jì)產(chǎn)量有較大影響模擬結(jié)果表明，當(dāng)水平井筒根部和端部的裂縫間距小、中部的縫間距大時(shí)產(chǎn)量最高（情形），反之產(chǎn)量最低（情形），其他幾種組合情形下的累計(jì)產(chǎn)量居中，這說明可以通過減少 根部和端部的裂縫間距來提高壓裂水平井的產(chǎn)量圖裂縫導(dǎo)流能力對(duì)壓裂水平井產(chǎn)量的影響裂縫間距為了研究裂縫間距對(duì)壓裂水平井

8、產(chǎn)量的影響，在總間距一定的情況下，取等間距（情形）、間距從小到大（情形）、從大到?。ㄇ樾危啥诵≈袌D不同裂縫間距組合方案示意圖表不同裂縫間距組合情形下壓裂水平井累計(jì)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間月情形情形情形情形情形注：表示第條和第條裂縫之間的距離；表示第條和第條裂縫之間的距離；表示第條和第條裂縫之間的距離裂縫位置計(jì)算研究結(jié)果表明，位于水平井段兩端的裂縫產(chǎn)量大于中部裂縫的產(chǎn)量這是因?yàn)榻?jīng)過一段較長的時(shí)間后，由于裂縫的干擾，兩條中部裂縫之間的流動(dòng)區(qū)域壓力下降很快，而端部裂縫具有更大的泄油區(qū)域，所以兩條端部裂縫的貢獻(xiàn)將會(huì)占主導(dǎo)地位表不同位置裂縫的日產(chǎn)油量統(tǒng)計(jì)日產(chǎn)油量生產(chǎn)時(shí)間月裂縫裂縫裂縫裂縫裂縫裂縫裂縫實(shí)例井（

9、具體數(shù)據(jù)見表）是某油田的一口水平井，于年月開鉆，年月日鉆至井深完鉆，層位為山層，裸眼段長；砂巖，在裸眼段的鉆遇率，氣層和差氣層根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，井水平井段通過水力噴砂射孔形成條人工裂縫，比較理想的位置：第一層、第二層和第三層采用三維壓裂設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬，人工裂縫幾何形態(tài)模擬結(jié)果見表年月進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工，壓裂工藝采用水力噴射加砂工藝技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)果和設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)比見表該井壓裂前產(chǎn)量×，無阻流量×；壓后產(chǎn)量×，無阻流量×表井水力噴砂壓裂位置測(cè)井解釋數(shù)據(jù)層號(hào)井深視厚度滲透率含氣飽和度（）孔隙度深電阻率（）淺電阻率（）泥質(zhì)含量解釋結(jié)論氣層氣層氣層表井壓裂裂縫模擬

10、結(jié)果層位山山山射孔井段裂縫半長水力支撐下界裂縫高度上界水力支撐縫寬鋪砂濃度（）表井現(xiàn)場(chǎng)施工和設(shè)計(jì)對(duì)比層次設(shè)計(jì)實(shí)際砂比）設(shè)計(jì)實(shí)際入地凈液量返排液量破裂壓力工作壓力停泵壓力結(jié)論（）水平井的增產(chǎn)措施是低滲透水平井長期高效開發(fā)的重要手段，加大水平井分段壓裂措施的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施研究力度，是很有必要的（）結(jié)合水平井壓后裂縫形態(tài)和生產(chǎn)過程中油氣在裂縫中的滲流機(jī)理，建立考慮裂縫干擾的產(chǎn)能預(yù)測(cè)計(jì)算模型，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)（）壓裂水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)表明裂縫的最佳條數(shù)為條；壓裂水平井的產(chǎn)量隨裂縫長度的增加而增加，但增長的幅度在逐步下降，因此并不是裂縫越長越好，要根據(jù)特定的地層優(yōu)化最佳的裂縫長度；裂縫導(dǎo)流能力與裂縫的長度優(yōu)化結(jié)果相似；在最優(yōu)的裂縫數(shù)范圍內(nèi)盡量增大中部裂縫間距和端部裂縫長度（）目前的國內(nèi)外壓裂設(shè)計(jì)軟件都不太適合水平井的壓裂改造設(shè)計(jì)需要，雖然目前的軟件具有多裂縫設(shè)計(jì)功能，在產(chǎn)量預(yù)測(cè)方面考慮的太少，如沒有考慮裂縫