頁巖儲(chǔ)層中多級(jí)壓裂對水平井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響

1、頁巖儲(chǔ)層中多級(jí)壓裂對水平井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響引言近年來，我們對諸如Marcellus頁巖的特低滲透儲(chǔ)層的開發(fā)利用產(chǎn)生濃厚的興趣。Marcellus（馬塞勒斯）頁巖是坐落于阿巴拉契亞盆地的天然氣的一個(gè)重要來源。埋藏于地下4500到8500英尺，我們通常要通過水平鉆井技術(shù)結(jié)合大型水力壓裂來開采。頁巖儲(chǔ)層需要大量的增產(chǎn)措施才能獲得經(jīng)濟(jì)效益，近期在水平鉆井和多級(jí)水力壓裂方面的改進(jìn)已經(jīng)收到良好的效果。隨著技術(shù)的最新研究進(jìn)展以及與水平鉆井和水力壓裂的結(jié)合，多級(jí)壓裂作業(yè)已經(jīng)被證實(shí)能夠非常成功地增加頁巖的初期生產(chǎn)。正如預(yù)期的那樣，關(guān)于大量增產(chǎn)參數(shù)的優(yōu)化研究也正在進(jìn)行。然而，最能直接影響這些非常規(guī)頁巖井的終期產(chǎn)量參

2、數(shù)并沒有完全確立。本文的主要目的就是研究在水力壓裂過程中所用的基本增產(chǎn)參數(shù)對頁巖生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響。作者收集了歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)以及增產(chǎn)措施的相關(guān)信息，并且分析了西維吉尼亞州和賓夕法尼亞州的大量水平井。應(yīng)用商業(yè)性油藏模擬對考慮吸附氣的雙重介質(zhì)進(jìn)行歷史擬合，并預(yù)測長期的產(chǎn)量動(dòng)態(tài)。本文探究了包括壓裂級(jí)數(shù)、裂縫長度、注水量、填砂量等增產(chǎn)參數(shù)對產(chǎn)量的影響，而對每一個(gè)參數(shù)的理解與掌握對于生產(chǎn)井的優(yōu)化有著重要的意義。研究方法（1）數(shù)據(jù)收集生產(chǎn)井、完井及增產(chǎn)數(shù)據(jù)是在西弗吉尼亞州和賓夕法尼亞州的Marcellus頁巖井收集的。所有可獲得的完井和生產(chǎn)的電子資料也是在西弗吉尼亞州和賓夕法尼亞州收集的。表1總結(jié)了所有水平頁巖

3、井的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息。表1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息（2）井的研究選擇最終選擇的標(biāo)準(zhǔn)包括：持續(xù)至少兩年的報(bào)告產(chǎn)量，戰(zhàn)略地理位置，典型的產(chǎn)量下降趨勢。經(jīng)過一系列詳細(xì)的篩選過程，Marcellus 的26口水平井作為初步選擇。這些井能夠代表Greene, Lycoming, Susquehanna, Wetzel County 這四個(gè)不同地區(qū)的Marcellus頁巖。而其中的14口井作為產(chǎn)量歷史擬合的最終研究對象，見表2。表2 井的研究（3）歷史擬合在這項(xiàng)研究中，商業(yè)性油藏模擬被用來建立頁巖中水平井的基本模型。表3總結(jié)了研究中所需要的基本模型參數(shù)。為了對每口獨(dú)立井的預(yù)測產(chǎn)量與實(shí)際記錄產(chǎn)量進(jìn)行擬合，三個(gè)參數(shù)是可變的

4、。在歷史擬合過程中對三個(gè)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，包括裂縫（天然裂縫）滲透率、水力壓裂裂縫半長和水力裂縫孔隙度。多次操作每一口井，以確保預(yù)測產(chǎn)量能夠匹配實(shí)際的產(chǎn)量，如表4中詳述。表3基本模型參數(shù)表4 歷史擬合確定的最終模型參數(shù)（4）長期產(chǎn)量預(yù)測歷史擬合的結(jié)果被應(yīng)用于每一口井來預(yù)測未來五年和十年的累計(jì)產(chǎn)量。表5描述了每一級(jí)裂縫對應(yīng)的產(chǎn)量。這些數(shù)值可以用來研究水力壓裂措施中各參數(shù)對水平頁巖井的長期產(chǎn)量的影響。表5 預(yù)測的累計(jì)產(chǎn)量分析與討論數(shù)據(jù)的范圍如下：·裂縫級(jí)數(shù)：6-15級(jí)·裂縫長度：213-586英尺·每級(jí)裂縫的注水量：7,500-15,500桶·每級(jí)裂縫的填砂量

5、：343,000-960,000磅（1）通過對數(shù)據(jù)的研究，我們發(fā)現(xiàn)累積產(chǎn)量與裂縫級(jí)數(shù)、裂縫長度之間沒有明顯的關(guān)系。長期預(yù)測產(chǎn)量數(shù)據(jù)可以說明裂縫級(jí)數(shù)并不一定相關(guān)于水平井整個(gè)生產(chǎn)周期的增產(chǎn)效果。例如，從表5中的井S1可以看出，最多的裂縫級(jí)數(shù)并沒有對應(yīng)最高的累積產(chǎn)量。研究結(jié)果還顯示，井S1在初期經(jīng)歷了一個(gè)巨大的氣流（很可能是由于地層中存在高密度的裂縫），但是對于增產(chǎn)效果并不明顯。（2）正如模型預(yù)測的那樣，5年與10年的累計(jì)產(chǎn)量與每級(jí)裂縫的長度之間的關(guān)系如圖1所示。隨著裂縫長度的減小，初期產(chǎn)量有所增加。但是，裂縫級(jí)數(shù)與初期產(chǎn)量的關(guān)系可以解釋為，隨著更多裂縫被溝通到井筒，初始的烴流量也會(huì)增加。而較短的間

6、距也會(huì)影響初期產(chǎn)量，但是不會(huì)影響最終采收率。從中可以得到裂縫的平均長度大約在300英尺左右，對于油藏開發(fā)提供了較為理想的采收率與經(jīng)濟(jì)效益。圖1 累積預(yù)測產(chǎn)量與裂縫長度的關(guān)系曲線（3）圖2描述了不同生產(chǎn)周期的每級(jí)裂縫產(chǎn)量與注水量的關(guān)系?？梢园l(fā)現(xiàn)，初期產(chǎn)量基本不受注水量的影響；但是提高注水量可以增加長期產(chǎn)量。這種關(guān)系會(huì)隨著時(shí)間的增加越來越明顯，在Greene 和 Lycoming區(qū)域尤為顯著，如圖3所示。值得一提的是，圖2并沒有涵蓋Susquehanna County的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@個(gè)油藏的壓力要明顯高于其他三個(gè)區(qū)域的油藏壓力，從而影響結(jié)果。曲線的趨勢可能是由于增加的注水量會(huì)溶解更多的礦物質(zhì)，這些礦

7、物質(zhì)先前封閉了天然裂縫，從而導(dǎo)致水接觸到的區(qū)域滲透率變高。更多的水會(huì)允許更多的礦物質(zhì)沖刷出來增加了與新的天然裂縫的溝通，因此也解釋了從歷史擬合中得到的較高的天然裂縫滲透率會(huì)引起長期產(chǎn)量增加。圖2 產(chǎn)量與注水量的關(guān)系曲線圖3 Greene & Lycoming十年預(yù)測產(chǎn)量與注水量的關(guān)系曲線（4）與水驅(qū)相似，圖4顯示了不同生產(chǎn)周期的每級(jí)裂縫產(chǎn)量與填砂量的關(guān)系。二者有類似的相關(guān)趨勢。圖4也不包括Susquehanna County的數(shù)據(jù)，同樣在Greene 和 Lycoming區(qū)域關(guān)系尤為顯著，如圖5所示。圖4 產(chǎn)量與填砂量的關(guān)系曲線圖5 Greene & Lycoming十年預(yù)測產(chǎn)量與填砂量的關(guān)系曲線（5）最后一個(gè)影響因素考慮水-砂比。圖6顯示了不同生產(chǎn)時(shí)間的關(guān)系曲線，正如期望的情形，水-砂比越大，長期產(chǎn)量越高。圖6 產(chǎn)量與水-砂比的關(guān)系曲線結(jié)論·壓裂級(jí)數(shù)主要影響水平井的初期產(chǎn)量，隨著裂縫級(jí)數(shù)的增加，初期產(chǎn)量有所提高，但是對累積產(chǎn)量沒有明顯的影響；·隨著