特低滲儲層壓裂水平井產能因素分析

陳 艷，呂軍強，鄧學峰，符偉兵，熊 佩

(1.中石化華北分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006;2.中石化華北分公司第一采油廠，甘肅慶陽 745000;3.中石化華北分公司工程技術研究院，河南鄭州 450006)

特低滲儲層壓裂水平井產能因素分析

陳 艷1，呂軍強2，鄧學峰3，符偉兵3，熊 佩3

(1.中石化華北分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006;2.中石化華北分公司第一采油廠，甘肅慶陽 745000;3.中石化華北分公司工程技術研究院，河南鄭州 450006)

基于井筒與油藏耦合的壓裂水平井產能計算模型，優化了裂縫的流入動態，并綜合考慮特低滲儲層啟動壓力梯度和應力敏感的影響，建立了特低滲油藏壓裂水平井的產能方程。通過室內實驗確定某特低滲油田儲層的啟動壓力梯度和應力敏感系數，計算裂縫間距、裂縫半長和水平段長等參數對水平井產能的影響。計算結果表明，裂縫間距與裂縫半長對產能影響顯著，并且該方法預測產量準確，對特低滲油藏壓裂水平井開發具有指導意義。

特低滲;壓裂;水平井;啟動壓力梯度;應力敏感

水平井是開發特低滲油藏的有力手段，但由于儲層滲透率低，水平井的產能低、穩產期短，為了提高油井產量與延長穩產期，需對特低滲油藏水平井進行分段壓裂，進一步擴大泄油面積。壓裂裂縫的間距與縫長直接影響水平井的產能，如果裂縫間距不合理將產生縫間干擾，影響水平井產能［1］。特低滲油藏壓裂水平井產能的研究一直以來都是一個熱點，從郎兆新教授用嚴格的滲流理論提出壓裂水平井的產能公式以來，有很多學者對壓裂水平井產能公式進行了研究。由最初假設每條裂縫產量相等，發展成為考慮水平段的壓裂水平井井筒、裂縫、油藏耦合流動模型，取得了一系列的進展［2-5］，但這些研究都沒有同時考慮啟動壓力梯度和應力敏感對水平井產能的影響。眾多研究表明，特低滲儲層在生產時，不僅具有啟動壓力梯度的非達西滲流現象，而且儲層滲透率隨著地層壓力降低呈指數下降，并且這種傷害是不可逆過程，稱之為應力敏感［6-9］。在井筒與油藏耦合模型的基礎上，通過優化裂縫流動模型，并綜合考慮啟動壓力梯度和應力敏感的影響，得到滿足特低滲油藏壓裂水平井產能的計算模型。計算結果表明，該產能方程能較為準確地預測特低滲油藏壓裂水平井的產能。

1 特低滲儲層滲流特征

目前研究特低滲油藏滲流機理時，常用的滲流模型主要引入啟動壓力梯度項的非達西模型，模型如下:

式中，v—滲流速度，m/s;k—滲透率，10-3μm2;μ—流體黏度，mPa·s;G—啟動壓力梯度，MPa/m;ΔP—驅動壓差壓力，MPa。

在特低滲油藏生產過程中，由于地層壓力的下降，使巖石骨架受壓變形，孔隙空間變小，裂縫的張開度變小。開始時，孔隙與裂縫變化范圍較大，相對容易變形，滲透率遞減較快;當圍壓進一步增加時，變形相對較難，巖石滲透率變化小，這種變化關系可以用數學方程近似表示為指數關系。

式中，ki—油藏初始狀態下滲透率，10-3μm2;αk—壓敏系數，MPa-1;Po—原始地層壓力，MPa;Pe—目前地層壓力，MPa。

2 壓裂投產水平井產能方程

假設油層中心有一口水平井，與供給邊界距離為Re，井筒長度為L，井筒半徑為rw，水平段進行分段壓裂，壓出N條垂直裂縫(圖1)。

裂縫等距離分布并且穿過整個油層厚度，裂縫半長為Xf，裂縫的寬度為w，不考慮裂縫的時效性。流體從油層流向裂縫，然后沿裂縫進入井筒，或者從油層直接流入水平井筒，最后沿著水平井筒流到水平井根端。考慮水平井筒內流體流動的壓降，得到壓裂水平井產能方程為

式中，pwfi—裂縫的流壓，MPa;μo—原油黏度，mPa·s;k—儲層滲透率，10-3μm2;h—儲層厚度，m;qofi—每條裂縫產量，m3/d;kf—裂縫滲透率，10-3μm2;d—裂縫半間距，m;Re—距供給邊界距離，m;Xf—裂縫半長，m;m—質量流量，kg/s;w—裂縫寬度，m;rw—井筒半徑，m。

對于水平井的垂直裂縫來說，往往油藏厚度有限，裂縫高度也就較低，與裂縫長度差距較大，把油藏厚度的一半看做徑向流的流動半徑，誤差較大，假設一個圓，其面積與裂縫面積相等，則取該圓半徑作為徑向流的流動半徑，更接近實際情況。裂縫流動模型還要考慮裂縫匯聚效應額外增加的壓降，則裂縫內總的流動壓降模型為:

把公式(1)、(2)和(4)代入(3)，可以得到考慮啟動壓力梯度和壓敏效應的壓裂水平井產能計算公式。

3 壓裂水平井產能影響因素分析

以某特低滲油藏為例進行產能影響因素分析。該油藏的基本數據如下:儲層平均滲透率0.4×10-3μm2，油層厚10 m，儲層啟動壓力梯度0.045 MPa/m，應力敏感系數0.02 MPa-1，原油黏度6 MPa·s，地層溫度65℃，水平段長600 m。應用方程計算不同裂縫間距、裂縫段長和水平段長等參數對水平井產能的影響，如圖2、圖3和圖4所示。從圖2可以看出，當水平井筒長度一定，裂縫條數不同時，產量隨著裂縫條數的增加而增加，但是隨著裂縫條數的增加，產量的增加幅度變小，當裂縫條數達到5～8條時(裂縫間距75～120 m)，產量達到最大值。從圖3可以看出，水平井產量隨著裂縫半長的增加而增加，但隨著裂縫半長的增加，產量增加的趨勢變緩，計算最優裂縫半長為120 m。從圖4可以看出，隨著水平段長的增加，壓裂水平井的產能增加，但是增加的幅度逐漸變小，計算最優水平段長為800 m，同時計算結果顯示，由于儲層滲透率低，水平段長對油井產量影響不顯著，追求長水平段并不能顯著增加單井日產油能力。

4 計算實例

計算了該特低滲油田4口水平井壓裂后的產能(表1)，這4口水平井裂縫間距為90～130 m，設計裂縫半長為120 m，基本符合壓裂參數優化設計結果，壓后均取得了較好的產能，并且利用公式預測產能與實際產能較為接近，具有可參考價值。

表1 水平井產能計算結果

5 結論

1)通過優化裂縫的滲流模型，同時考慮儲層啟動壓力梯度和應力敏感的影響，建立了特低滲儲層壓裂水平井的產能模型。

2)計算實例表明，特低滲儲層中裂縫間距與裂縫半長對產能影響顯著，而水平段長度的影響較弱;綜合考慮啟動壓力梯度和應力敏感影響的產能模型能較好地預測特低滲儲層壓裂水平井的產能，對指導特低滲油藏開發具有積極意義。

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Analysis of Fracturing Horizontal Well Productivity in Special Low Permeability Reservoir

CHEN Yan1，Lü Jun-qiang2，DENG Xue-feng3，FU Wei-bing3，XIONG Pei3
(1.Exploration and Production Research Institute of SINOPEC North China Company，Zhengzhou 450006，Henan，China;2.The First Oil Production of SINOPEC North China Company，Qingyang 745000，Gansu，China;3.Petroleum Engineering of SINOPEC North China Company，Zhengzhou 450006，Henan，China)

Based on the wellbore-reservoir coupling calculation model of fracturing horizontal well productivity，we optimize the crack into dynamic，and consider the influence of the special low permeability reservoir starting pressure gradient and stress sensitivity，and establish a special low permeability reservoir fracturing horizontal well productivity equation.Based on this，through the indoor experiment to determine a special low permeability oil reservoir of start-up pressure gradient and stress sensitivity coefficient，we calculate fracture spacing，fracture half length and level of the parameters such as length on the influence of the horizontal well productivity.Calculation show that crack spacing and crack half length is significant effects on productivity.The prediction output is accurate，and has guiding significance to the special low permeability reservoir fracturing horizontal wells.

special low permeability reservoir;fracture;horizontal well;starting pressure gradient;stress sensitivity

TE243.1

B

1008-9446(2013)04-0017-04

“十二五”國家重大專項(大型油氣田及煤層氣開發):2011ZX05045

2013-01-09

陳艷(1981-)，女，重慶人，中石化華北分公司勘探開發研究院助理工程師，碩士，主要從事油氣田開發工作。