壓裂水平井產(chǎn)能影響因素_曾凡輝_圖文

1、文章編號:1000-0747(200704-0474-04壓裂水平井產(chǎn)能影響因素曾凡輝1,郭建春1,徐嚴(yán)波2,趙金洲1(1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院基金項(xiàng)目:油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目/復(fù)雜油氣藏壓裂酸化基礎(chǔ)理論研究0(P L N9746;西南石油大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目/水平井分級壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究及軟件研制0(CX JJ27067摘要:水平井壓裂后一般形成多條裂縫,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,形成的多條裂縫在長度、導(dǎo)流能力、與水平井筒的夾角等方面不盡相同,且在生產(chǎn)過程中各裂縫相互干擾,增加了壓裂

2、后水平井產(chǎn)能計(jì)算的復(fù)雜性。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)能計(jì)算模型,并進(jìn)一步分析了壓裂水平井產(chǎn)能的影響因素。結(jié)果表明:產(chǎn)量隨著裂縫條數(shù)、裂縫長度和裂縫導(dǎo)流能力的增加而增加;裂縫與水平井筒夾角越大,產(chǎn)量越高;對于不同的裂縫布局,不同位置的裂縫應(yīng)該盡量錯(cuò)開排列,根部和端部裂縫的間距小于內(nèi)部裂縫的間距;由于裂縫的干擾作用,不同位置的裂縫產(chǎn)量不同,處在中間位置的裂縫產(chǎn)量低。圖6表4參13關(guān)鍵詞:壓裂水平井;裂縫干擾;產(chǎn)能計(jì)算模型中圖分類號:T E357.14文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AFactors affecting production capacity of f

3、ractured horizontal wellsZENG Fan-hui1,GU O Jian-chun1,XU Yan-bo2,ZH AO Jin-zhou1(1.State K ey L abo rator y of Oil and Gas Reser voir Geology and Ex p loitation,S outhw es t Petroleum Univer sity,Chengd u610500,China;2.E x p lor ation&Pr oduction Resear ch I nstitute,S inop ec,Beij ing100083,Ch

4、ina Abstract:M ult-i fractures ar e cr eated w hen a hor izontal w ell is fractured.Due to the stress difference along the w ell and the restr ictio n in fr actur ing t echnolog y,the factur es are different in leng th,conductiv ity,azimuth ang le etc.M o reov er,during product ion,the fractures'

5、;mutual inter ference makes the pr oductiv ity pr edict ion mor e difficult.T he paper combines the shape of fr actur es and the fluid perco latio n mechanism to present a new mo del,and analy zes the facto rs affecting the product ivit y.As the number,leng th and conductivity of fractures incr ease

6、,the pr oductio n increase;the larg er the angle betw een fractures and ho rizontal wells,the hig her the pro duction r ate.W ith respect t o different fr actur al layout,it is necessary to place the fractures stag ger,leading to the distance among the outer fractures smaller than t hat among the in

7、ner fractures.Because of fr actur e's mutual inter ference,different fractures have differ ent pr oduction rates w ith the pr oduction of the innermost fr actur es being the low est.Key words:fractured ho rizo ntal well;fracture's mut ual interfer ence;pro ductio n calculation model0引言水平井水力壓

8、裂技術(shù)是開采低滲透油氣藏的重要手段,近年來得到了廣泛的應(yīng)用1-6。水平井壓裂后的產(chǎn)能預(yù)測是水平井壓裂技術(shù)的一大難題,郭肖等人7-11對其進(jìn)行了一系列的研究。水平井壓裂后一般形成多條裂縫,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)一步增加了壓裂后水平井產(chǎn)能預(yù)測的復(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)位勢理論和勢疊加原理,首先推導(dǎo)了壓裂水平井多條裂縫相互干擾的產(chǎn)能預(yù)測新模型,然后分析了影響壓裂水平井產(chǎn)能的主要因素,得出了一些有益的結(jié)論。1模型

9、的建立考慮無限大均質(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12,13,根據(jù)復(fù)位勢理論和勢疊加原理,可以得出壓裂水平井產(chǎn)能預(yù)測模型,即:474石油勘探與開發(fā)2007年8月PET RO L EU M EX PL OR AT ION A N D DEV EL O PM EN T V ol.34N o.4p i -p w f=126N k =16nj=1q f kj L B 4P K h -Ei -(-x f i 1+x f kj 2+(y f i 1-y f kj 24G t+6nj =1q f

10、 kj L B 4P K h -Ei -(-x f i 1-x f kj 2+(y f i 1-y f kj 24G t+6Nk=16n j =1q f kj L B 4P K h -Ei -(x f in +x f kj 2+(y f in -y f kj 24G t+6nj =1q f kj L B 4P K h -Ei -(x f in -x f kj 2+(y f in -y f kj 24G t+q f i L B4P K f i w i ln h 2r w+S(1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:Q =6Ni=1q f i (2這樣

11、就可以得到一個(gè)含N 個(gè)未知數(shù)q f i ,N 個(gè)方程的線性方程組,該方程組可封閉求解。為了求解該模型,根據(jù)裂縫條數(shù)的奇偶性和裂縫面與水平井筒的夾角建立相應(yīng)的坐標(biāo)系(見圖1。當(dāng)裂縫條數(shù)為奇數(shù)時(shí),以中間一條裂縫與水平井井筒相交的點(diǎn)為原點(diǎn),沿y 軸,從上到下依次對裂縫進(jìn)行編號(1,2,N ;當(dāng)裂縫條數(shù)為偶數(shù)時(shí),以中間兩條裂縫間距的平分線與水平井井筒的交點(diǎn)為原點(diǎn),沿著y 軸,從上到下依次對裂縫進(jìn)行編號(1,2,N 。圖1 裂縫條數(shù)為奇數(shù)(a和偶數(shù)(b時(shí)的坐標(biāo)系2壓裂水平井產(chǎn)能影響因素分析某油田一口壓裂水平井的主要參數(shù):油藏厚度為12m,地層滲透率為0.0075D,地層孔隙度為10%,表皮系數(shù)為0,水平

12、井段的長度為400m,井筒半徑為0.12m,體積系數(shù)為1.084,原油黏度為4.8mPa #s,原油密度為870kg/m 3,壓縮系數(shù)為0.00035MPa -1,生產(chǎn)壓差為8MPa,裂縫寬度為5.84mm,裂縫單翼縫長為75m,滲透率為30D,壓裂后形成4條垂直裂縫,生產(chǎn)時(shí)間為365d 。2.1裂縫條數(shù)從圖2可以看出,隨著裂縫條數(shù)(N 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。這是因?yàn)殡S著裂縫條數(shù)的增加,裂縫間的距離變得更近,相互間的干擾加重,使每條裂縫的產(chǎn)量減小,因而使得壓裂水平井的日產(chǎn)量減少。圖2 裂縫

13、條數(shù)對壓裂水平井產(chǎn)量的影響2.2裂縫長度從圖3可以看出,隨著裂縫長度(L f 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3 裂縫長度對壓裂水平井產(chǎn)量的影響4752007年8月 曾凡輝等:壓裂水平井產(chǎn)能影響因素2.3裂縫導(dǎo)流能力由圖4可見,隨著裂縫導(dǎo)流能力(D f 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,這與裂縫長度對產(chǎn)量的影響 結(jié)果很相似。圖4 裂縫導(dǎo)流能力對壓裂水平井產(chǎn)量的影響2.4裂縫與水平井井筒夾角在鉆井過程中,由于受地應(yīng)力分布等地質(zhì)條件的影響,有時(shí)無法按預(yù)定的方向鉆進(jìn),水平井軌跡的方向可能不一定在最大或最小

14、水平主應(yīng)力方向上,這樣裂縫就會(huì)與水平井井筒有一個(gè)夾角。為了研究裂縫與水平井井筒間的夾角對壓裂水平井產(chǎn)量的影響,分別計(jì)算了夾角為15b 、30b 、45b 、60b 、75b 、90b 時(shí)的實(shí)際產(chǎn)量(見表1。由表可見,隨著裂縫與水平井井筒夾角的增大,壓裂水平井的日產(chǎn)量增加。這是因?yàn)殡S著夾角的增大,各條裂縫之間的垂直距離變大,也使得各條裂縫之間的相互干擾減小,相當(dāng)于增大了每一條裂縫的有效泄油面積。表1 不同裂縫與水平井夾角下壓裂水平井日產(chǎn)油量統(tǒng)計(jì)表生產(chǎn)時(shí)間(month 壓裂水平井日產(chǎn)油量(m 3A =15b A =30b A =45b A =60b A =75b A =90b 234.8435.0

15、935.3135.4835.5835.62431.3231.5331.7131.8431.9231.95629.5829.7629.9230.0430.1130.14828.4528.6228.7728.8828.9528.971027.6427.8027.9428.0428.1028.131227.0127.1627.2927.3927.4527.472.5裂縫間距為了研究裂縫間距對壓裂水平井產(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、從大到小(情形、兩端小中間大(情形、兩端大中間小(情形5種情況對產(chǎn)量進(jìn)行模擬(見表2、圖5。表2 不同裂縫間距組合情形下壓裂水平井累

16、計(jì)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表生產(chǎn)時(shí)間(m onth 壓裂水平井累計(jì)產(chǎn)油量(m 3情形d 1-2d 2-3d 3-4100m100m 100m情形d 1-2d 2-3d 3-450m100m 150m情形d 1-2d 2-3d 3-4150m100m 50m情形d 1-2d 2-3d 3-475m150m 75m情形d 1-2d 2-3d 3-4125m50m 125m21736.861617.831617.831787.281474.5863862.213674.303674.303938.453433.22105732.655491.325491.325828.805173.64126620.466355.

17、046355.046725.576002.68注:d 1-2表示第1條和第2條裂縫之間的距離;d 2-3表示第2條和第3條裂縫之間的距離;d 3-4表示第3條和第4 條裂縫之間的距離圖5 不同裂縫間距組合方案示意圖從表2可見,不同的裂縫間距組合對水平井的累計(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、內(nèi)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。2.6裂縫的分布由于地應(yīng)力分布的不均勻性,裂縫在井筒周圍可能產(chǎn)生不同的分布情形,分別計(jì)算了對稱(情形、左翼大右翼小(情形、左翼小右

18、翼大(情形、錯(cuò)開(情形4種分布情形下(見表3、圖6壓裂水平井的產(chǎn)量,計(jì)算結(jié)果見表3。從表3中可以看出:各條裂縫沿水平井筒兩翼錯(cuò)開排列時(shí)(情形產(chǎn)量最高。而各條裂縫兩翼分布形式相同時(shí)(情形、,左右兩翼哪個(gè)長一些對產(chǎn)量沒有影響。這說明,在水力壓裂的過程中,如果條件允許,壓開的多條裂縫最好能夠錯(cuò)開分布,這樣有利于提高壓裂水平井的產(chǎn)量。2.7裂縫位置模擬壓裂水平井周圍形成7條裂縫并同時(shí)生產(chǎn)476石油勘探與開發(fā)#油氣田開發(fā) Vo l.34 No.4表3不同兩翼裂縫長度分布情形下壓裂井累計(jì)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表生產(chǎn)時(shí)間(m onth壓裂水平井累計(jì)產(chǎn)油量(m3情形裂縫1左翼右翼80m80m裂縫2左翼右翼80m80m裂縫3

19、左翼右翼80m80m裂縫4左翼右翼80m80m情形裂縫1左翼右翼120m40m裂縫2左翼右翼120m40m裂縫3左翼右翼120m40m裂縫4左翼右翼120m40m情形裂縫1左翼右翼40m120m裂縫2左翼右翼40m120m裂縫3左翼右翼40m120m裂縫4左翼右翼40m120m情形裂縫1左翼右翼120m40m裂縫2左翼右翼40m120m裂縫3左翼右翼120m40m裂縫4左翼右翼40m120m21013.031013.031013.031022.31 41836.661836.661836.661851.86 62610.552610.552610.552630.98 83355.393355.

20、393355.393380.65 104080.024080.024080.024109.86 124789.334789.334789.334823.56圖6不同兩翼裂縫長度沿井筒分布示意圖時(shí),各條裂縫產(chǎn)量變化情況(見表4?？梢钥闯?在其他條件相同的情況下,位于水平井段兩端的裂縫產(chǎn)量大于內(nèi)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,兩條外部裂縫之間的流動(dòng)區(qū)域的壓力下降很快,而外部裂縫具有更大的泄油區(qū)域,所以兩條外部裂縫的貢獻(xiàn)將會(huì)占主導(dǎo)地位。表4不同位置裂縫的日產(chǎn)油量統(tǒng)計(jì)表生產(chǎn)時(shí)間(month日產(chǎn)油量(m3裂縫1裂縫2裂縫3裂縫4裂縫5裂縫6裂縫72 6.66 6.33 6.1

21、6 6.11 6.16 6.33 6.664 6.25 5.95 5.79 5.74 5.79 5.95 6.256 6.04 5.75 5.59 5.55 5.59 5.75 6.048 5.90 5.61 5.46 5.42 5.46 5.61 5.9010 5.79 5.51 5.36 5.32 5.36 5.51 5.7912 5.71 5.43 5.29 5.24 5.29 5.43 5.71 3結(jié)論結(jié)合水平井壓裂后裂縫形態(tài)和生產(chǎn)過程中油氣滲流機(jī)理,應(yīng)用復(fù)位勢理論和勢疊加原理,建立了考慮裂縫干擾的壓裂水平井產(chǎn)能預(yù)測新模型。該模型適用性廣,可用于等間距或非等間距分布的裂縫、與水平井筒成

22、任意角度的裂縫以及各種導(dǎo)流能力的裂縫的產(chǎn)能預(yù)測。研究表明,裂縫條數(shù)、裂縫長度、裂縫導(dǎo)流能力、裂縫與水平井的夾角、裂縫所處位置、縫間距、裂縫沿水平井筒兩翼的分布等均對壓裂水平井的產(chǎn)量產(chǎn)生影響。鑒于此,認(rèn)為壓裂施工時(shí),應(yīng)充分考慮上述因素的影響,例如,不同位置的裂縫應(yīng)該盡量錯(cuò)開排列,盡量使最外部裂縫的間距小于內(nèi)部裂縫的間距,這樣會(huì)更有利于提高井的產(chǎn)量。符號注釋:p i地層原始壓力,Pa;p w f井底流壓,Pa;N裂縫條數(shù),條;n裂縫等分?jǐn)?shù),個(gè);q f kj第k條裂縫第j個(gè)點(diǎn)匯的產(chǎn)量,m3/s;L原油黏度,Pa#s;B地下原油體積系數(shù),無因次;K地層滲透率,mD;h儲集層厚度,m;t生產(chǎn)時(shí)間,s;x

23、 f i1第i條裂縫第1個(gè)點(diǎn)匯的橫坐標(biāo),m;x f kj第k 條裂縫第j個(gè)點(diǎn)匯的橫坐標(biāo),m;y f i1第i條裂縫第1個(gè)點(diǎn)匯的縱坐標(biāo),m;y f kj第k條裂縫第j個(gè)點(diǎn)匯的縱坐標(biāo),m;G導(dǎo)壓系數(shù),109D/s;K f i第i條裂縫的滲透率,mD;w i第i條裂縫的寬度,m;r w水平井筒半徑,m;S表皮系數(shù),無因次;q f i第i條裂縫的產(chǎn)量,m3/s;Q壓裂水平井產(chǎn)量, m3/s。下標(biāo):f裂縫;i、k裂縫編號;j點(diǎn)匯編號。參考文獻(xiàn):1趙春森,肖丹鳳,宋文玲,等.水平井與直井交錯(cuò)井網(wǎng)優(yōu)化方法J.石油勘探與開發(fā),2005,32(1:119-122.2王青,吳曉東,劉根新.水平井開采底水油藏采水控

24、錐方法研究J.石油勘探與開發(fā),2005,32(1:109-111.3王旭,遼河油區(qū)稠油開采技術(shù)及下步技術(shù)攻關(guān)方向探討J.石油勘探與開發(fā),2006,33(4:484-490.4趙文智,胡永樂,羅凱.邊際油田開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與對策J.石油勘探與開發(fā),2006,33(4:393-398.5秦宗超,劉迎貴,邢維奇,等.水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在復(fù)雜河流相油田中的應(yīng)用以曹妃甸11-1油田為例J.石油勘探與開發(fā),2006,33(3:378-382.6姜洪福,隋軍,龐彥明,等.特低豐度油藏水平井開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用J.石油勘探與開發(fā),2006,33(3:364-368.7郭肖,杜志敏.非均質(zhì)性對水平井產(chǎn)能的影響J

25、.石油勘探與開發(fā),2004,31(1:91-93.8吳淑紅,于立君,劉翔鄂,等.熱采水平井變質(zhì)量流與油藏滲流的耦合數(shù)值模擬J.石油勘探與開發(fā),2004,31(1:88-90.(下轉(zhuǎn)第482頁4772007年8月曾凡輝等:壓裂水平井產(chǎn)能影響因素果的影響,并采取了一些有效措施以改善低滲透層的吸水狀況。數(shù)值模擬研究表明,與籠統(tǒng)注聚合物相比,分層注聚合物可使采收率再提高2%以上。喇嘛甸油田注聚合物過程中,通過優(yōu)化聚合物分子量及段塞組合方式,使采收率又提高了2%以上。礦場實(shí)踐表明,注聚合物前深度調(diào)剖可取得比常規(guī)聚合物驅(qū)多提高采收率2%4%的開發(fā)效果。圖10北一區(qū)中塊2個(gè)井組的綜合含水率變化曲線4結(jié)論通過

26、現(xiàn)場資料統(tǒng)計(jì)以及數(shù)值模擬研究,認(rèn)為地層產(chǎn)能系數(shù)級差是影響剖面返轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)及剖面返轉(zhuǎn)周期的主要因素。因此在聚合物驅(qū)層系組合時(shí),應(yīng)避免層間產(chǎn)能系數(shù)級差過大,影響聚合物驅(qū)油效果。剖面返轉(zhuǎn)主要發(fā)生在含水率下降階段,因此分層注入、深度調(diào)剖技術(shù)等改善聚合物驅(qū)效果的措施應(yīng)在注聚合物初期進(jìn)行。參考文獻(xiàn):1胡博仲,劉恒,李林.聚合物驅(qū)采油工程M.北京:石油工業(yè)出版社,1997.2王啟民,冀寶發(fā),隋軍.大慶油田三次采油技術(shù)的實(shí)踐與認(rèn)識J.大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2001,20(2:1-8.3姜喜慶.影響油層聚合物驅(qū)油效果的地質(zhì)因素J.大慶石油地質(zhì)與開發(fā),1999,18(1:37-39.4廖廣志,牛金剛,邵振波.大慶油田工

27、業(yè)化聚合物驅(qū)效果及主要做法J.大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2004,23(1:48-51.5陳鵬,邵振波,劉英杰.中、低滲透率油層聚合物相對分子質(zhì)量的確定方法J.大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2005,24(3:95-96.6袁敏,賈忠偉,袁純玉.聚合物溶液黏彈性影響因素研究J.大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2005,24(5:74-76.7吳淑云,白艷明,宋杰,等.大慶油田中區(qū)西部三次加密井注聚試驗(yàn)效果評價(jià)J.石油勘探與開發(fā),2004,31(4:123-125.8徐婷,李秀生,張學(xué)洪,等.聚合物驅(qū)后提高原油采收率平行管試驗(yàn)研究J.石油勘探與開發(fā),2004,31(6:98-100.9李敬松,李相方,童敏,等.多孔介質(zhì)中凝析氣液相變實(shí)驗(yàn)新方法研究J.石油勘探與開發(fā),2004,31(6:101-103.10孫煥泉.勝利油田三次采油技術(shù)的實(shí)踐與認(rèn)識J.石油勘探與開發(fā),2006,33(3