塔里木油田庫車山前裂縫性砂巖改造后地層系數(shù)變化規(guī)律分析

劉洪濤，楊向同，周鵬遙，巴旦

(中石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫爾勒 841000)

張志雄

(中石油塔里木油田分公司庫車油氣開發(fā)部,新疆 庫爾勒 841000)

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塔里木油田庫車山前裂縫性砂巖改造后地層系數(shù)變化規(guī)律分析

劉洪濤，楊向同，周鵬遙，巴旦

(中石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫爾勒 841000)

張志雄

(中石油塔里木油田分公司庫車油氣開發(fā)部,新疆 庫爾勒 841000)

塔里木盆地庫車山前氣井儲(chǔ)層為低孔裂縫性碎屑巖地層，儲(chǔ)層基質(zhì)滲透性較差，滲流能力較弱，未經(jīng)措施改造的油氣井通常難以獲得工業(yè)產(chǎn)能，大部分井都需要進(jìn)行措施改造作業(yè)。另外，即使經(jīng)過措施改造的井，由于裂縫性儲(chǔ)層的復(fù)雜性，導(dǎo)致同區(qū)域措施改造后的井產(chǎn)量差別很大，甚至存在個(gè)別井措施改造不到位或措施改造過度的情況，使得部分井達(dá)不到配產(chǎn)要求或直接經(jīng)濟(jì)成本的增加。通過對(duì)已有的措施改造前、措施改造后的地層系數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合措施改造液量、地層天然裂縫與地應(yīng)力的夾角等因素，建立措施改造規(guī)模與地層系數(shù)的函數(shù)。該方法可為措施改造后產(chǎn)能預(yù)測(cè)提供重要參數(shù)，通過對(duì)實(shí)際生產(chǎn)井的預(yù)測(cè)，證實(shí)了該計(jì)算公式的有效性，為油氣井措施改造設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。

裂縫性砂巖；產(chǎn)能；地層系數(shù)；措施改造液量

1 問題的提出

塔里木油田庫車山前裂縫性儲(chǔ)層地質(zhì)情況復(fù)雜，壓力高，溫度高，基質(zhì)滲透率0.1～1.0mD,孔隙度 6%～9%。儲(chǔ)層天然裂縫比較發(fā)育,屬于低孔隙裂縫性地層[1]，多數(shù)井需要進(jìn)行措施改造方可獲得工業(yè)產(chǎn)能，措施改造風(fēng)險(xiǎn)大，成本高，改造后產(chǎn)能變化大，準(zhǔn)確把握改造規(guī)模與產(chǎn)量間的關(guān)系對(duì)保障工程安全及提高經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。針對(duì)塔里木油田庫車山前裂縫性復(fù)雜地層產(chǎn)量變化大、措施改造決策困難的情況，通過對(duì)已有資料的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析，利用試井技術(shù)對(duì)措施改造前后的地層系數(shù)進(jìn)行分析，綜合裂縫發(fā)育程度、測(cè)井解釋成果、裂縫與地應(yīng)力的夾角等認(rèn)識(shí)，建立措施改造規(guī)模與地層系數(shù)關(guān)系，為改造設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。

2 改造后產(chǎn)能影響因素分析

根據(jù)滲流原理[2,3]，地層產(chǎn)能與地層滲透性、地層厚度、生產(chǎn)壓差、流體黏度、地層污染情況緊密相關(guān)。滲透率、產(chǎn)層厚度、生產(chǎn)壓差、黏度、污染系數(shù)直接影響產(chǎn)能，井眼半徑以對(duì)數(shù)形式影響產(chǎn)能。在確定地層壓力、流體黏度、井徑、污染等情況后，地層系數(shù)KH(K為滲透率，H為產(chǎn)層厚度)對(duì)產(chǎn)能起著重要影響。

前期研究成果[4，5](表1)顯示，基質(zhì)孔隙度在8.34%以下的地層裂縫對(duì)系統(tǒng)總滲透率的貢獻(xiàn)率從79.8%到100.0%，其平均值為96.4%。已有的資料表明，在庫車山前低孔隙致密地層中，地層的生產(chǎn)能力取決于裂縫規(guī)模及裂縫導(dǎo)流能力，基質(zhì)產(chǎn)能很低。

2.1 裂縫密度與產(chǎn)能關(guān)系

圖1是裂縫密度與產(chǎn)能關(guān)系統(tǒng)計(jì)分析圖，可以看到產(chǎn)量出現(xiàn)了某種趨勢(shì)性的分布，隨著裂縫密度增加，產(chǎn)量增加，說明裂縫密度與產(chǎn)能存在較大的相關(guān)性。

表1 裂縫對(duì)總系統(tǒng)滲透率貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

2.2 裂縫走向和最大主應(yīng)力夾角與改造后產(chǎn)能關(guān)系

根據(jù)地質(zhì)力學(xué)理論，裂縫走向和最大主應(yīng)力夾角對(duì)改造效果也起影響作用，裂縫走向與最大主應(yīng)力夾角小的裂縫，易于保持張開[6]。圖2為統(tǒng)計(jì)獲得的庫車山前裂縫走向和最大主應(yīng)力夾角及改造后無阻流量的關(guān)系，由于該數(shù)據(jù)并不能直接對(duì)產(chǎn)量造成影響，無法建立相關(guān)關(guān)系，從趨勢(shì)上看，裂縫走向和最大主應(yīng)力夾角與改造后無阻流量的關(guān)系呈反比。

圖1 裂縫密度與產(chǎn)能關(guān)系統(tǒng)計(jì)分析圖 圖2 裂縫走向和最大主應(yīng)力夾角及改造后無阻流量的關(guān)系

2.3 原始地層系數(shù)(KH)與改造后產(chǎn)能關(guān)系

圖3是措施改造前原始地層系數(shù)與改造后產(chǎn)能關(guān)系圖，可以看到數(shù)據(jù)顯示出一定的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.3003。由于裂縫性地層滲流能力取決于裂縫發(fā)育程度，因此該數(shù)據(jù)與裂縫密度密切相關(guān)；但地層系數(shù)不單取決于裂縫密度，還與裂縫寬度相關(guān)。根據(jù)裂縫滲流理論，完全開放、無堵塞裂縫滲透率計(jì)算公式[7]為：

(1)

式中： Kf為裂縫滲透率，D；Wf為裂縫寬度，cm。

從式(1)可以看出，縫寬對(duì)滲透率的影響巨大，如果將裂縫內(nèi)的填充看作是縫寬的函數(shù)，則可以認(rèn)為裂縫條數(shù)和縫寬兩項(xiàng)參數(shù)決定了裂縫地層滲流能力的大小。

2.4 地層φH與改造后產(chǎn)能的關(guān)系

采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，將孔隙度φ與地層厚度H的乘積和改造后地層無阻流量建立關(guān)系圖，結(jié)果見圖4。從圖4上可以看到兩者沒有明顯的相關(guān)性，各項(xiàng)相關(guān)分析均無法建立或建立后呈負(fù)相關(guān)，因此顯示兩者并無密切關(guān)聯(lián)。

圖3 措施改造前原始地層系數(shù)與改造后產(chǎn)能關(guān)系圖 圖4 孔隙度*地層厚度與改造后產(chǎn)能相關(guān)分析圖

圖5 措施改造量與改造后最大產(chǎn)量相關(guān)分析圖

圖6 措施改造后地層系數(shù)相關(guān)分析圖

2.5 措施改造量與最大產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)分析

圖5是措施改造量與求產(chǎn)過程的最大產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)圖。由圖5可以看出，產(chǎn)量并不絕對(duì)隨措施改造量的增加而增加，B區(qū)塊措施改造量高于其他區(qū)塊，但產(chǎn)量低于其他區(qū)塊。圖5顯示，在措施改造量接近的情況下，最大產(chǎn)量出現(xiàn)了區(qū)域性分布的趨勢(shì)，顯示產(chǎn)量分布與地層自身固有的性質(zhì)的關(guān)聯(lián)。A井區(qū)明顯高于其他井區(qū)。B井區(qū)明顯低于其他井區(qū)，產(chǎn)能的大小有工程原因，但工程是有限制的，無法無限擴(kuò)大。在一定的工程條件下，對(duì)產(chǎn)能起決定性因素的是地層自身固有的滲流能力。因此在地層壓力、厚度、流體黏度已知的條件下，主要影響因素就是地層滲流能力。

3 措施改造前、后地層系數(shù)KH統(tǒng)計(jì)曲線及數(shù)學(xué)關(guān)系式的建立

前期研究顯示，措施改造后地層系數(shù)與原始地層系數(shù)、措施改造量、裂縫走向與最大主應(yīng)力夾角密切相關(guān)。原始地層系數(shù)、措施改造量與改造后地層滲流能力呈增函數(shù)關(guān)系，裂縫走向、最大主應(yīng)力夾角與改造后地層滲流能力呈減函數(shù)關(guān)系[8]。

筆者建立了措施改造后地層系數(shù)相關(guān)分析圖，結(jié)果見圖6。圖6中以措施改造前地層系數(shù)KH與措施改造量V的乘積和最大主應(yīng)力方向與裂縫夾角b的比值為橫坐標(biāo)，以措施改造后地層系數(shù)KH為縱坐標(biāo)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)分布顯示為2個(gè)區(qū)域，對(duì)2個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，得到了區(qū)域不同數(shù)據(jù)措施改造后地層系數(shù)的預(yù)測(cè)公式。經(jīng)過大量研究分析發(fā)現(xiàn)，措施改造前地層系數(shù)KH在300mD·m以上者，適用圖6中上部分析公式：y=1.133x0.0728；措施改造前地層系數(shù)KH在300mD·m以下者，適用圖6中下部統(tǒng)計(jì)公式y(tǒng)=5×10-5x0.7530。

改造后地層系數(shù)計(jì)算公式：將回歸圖中的X值以原始地層系數(shù)(KH)原始、措施液量(V)、裂縫走向與最大主應(yīng)力夾角(b)代入得到不同條件下改造后地層系數(shù)(KH)改造后的變化規(guī)律：

當(dāng)原始地層系數(shù)KH>300mD·m時(shí)：

(KH)改造后=1.133×[(KH)原始V/sin(b)]0.0728

當(dāng)原始地層系數(shù)KH≤300mD·m時(shí)：

(KH)改造后=5×10-5[(KH)原始V/sin(b)]0.7530

4 應(yīng)用效果

確定措施改造后地層系數(shù)后，將地層壓力、氣體黏度、井眼半徑、井底流動(dòng)壓力、常見的污染和紊流系數(shù)等地質(zhì)和工程參數(shù)輸入試井分析軟件，選擇地質(zhì)模型，根據(jù)滲流理論可對(duì)該層改造后的產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)[2,8]，表2是采用該方法對(duì)部分井的產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)與實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行的對(duì)比情況。

表2 XX區(qū)塊各井產(chǎn)能預(yù)測(cè)與實(shí)際產(chǎn)量對(duì)比表

結(jié)果顯示相對(duì)高產(chǎn)層的產(chǎn)量預(yù)測(cè)基本與實(shí)際產(chǎn)量接近，相對(duì)低產(chǎn)層能較好地在定性的范圍內(nèi)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)產(chǎn)能，進(jìn)一步證明措施改造后地層系數(shù)預(yù)測(cè)公式能夠建立措施改造規(guī)模與地層系數(shù)關(guān)系，為改造設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。

5 結(jié)論

裂縫地層試井分析以地層系數(shù)(KH)作為確定地層滲流能力及相關(guān)研究的參數(shù)是保持裂縫性地層滲流能力分析準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，筆者通過統(tǒng)計(jì)分析方法獲得了改造前后地層系數(shù)變化與改造液量、地層最大主應(yīng)力方向與裂縫走向夾角的關(guān)系，并采用該關(guān)系獲得的改造后地層系數(shù)(KH)對(duì)部分井進(jìn)行了改造后產(chǎn)能預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)產(chǎn)量與實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)量接近，顯示該公式較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了不同改造條件下改造后的地層滲流能力，為改造設(shè)計(jì)提供了重要參考數(shù)據(jù)。

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[8]莊惠農(nóng)．氣藏動(dòng)態(tài)描述與試井[M]．北京：石油工業(yè)出版社,2004.

[編輯] 黃鸝

2016-06-16

劉洪濤(1983-), 男,工程師，現(xiàn)從事試油技術(shù)研究及試油工程管理，liuhongtao-tlm@petrochina.com.cn。

TE344

A

1673-1409(2016)32-0060-04

[引著格式]劉洪濤，楊向同，周鵬遙，等.塔里木油田庫車山前裂縫性砂巖改造后地層系數(shù)變化規(guī)律分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(32):60～63.