非均質致密油儲層水平井體積壓裂產能預測

史曉東

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

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非均質致密油儲層水平井體積壓裂產能預測

史曉東1，2

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

針對致密油水平井體積壓裂產能預測方法不成熟、常規計算方法誤差較大的問題，運用裂縫離散單元的半解析方法，建立非均質致密油儲層水平井體積壓裂產能模型，通過對裂縫和基質內多層流動的耦合求解，得到水平井定壓條件下產量的變化情況。研究方法適用于壓裂后大液量返排的水平井產能預測。應用研究成果對目標致密油試驗區20口水平井進行預測，符合率達86.4%。研究成果對于豐富致密油開發方案編制具有重要意義。

致密油；非均質；水平井；體積壓裂；產能預測；大慶油田

0 引 言

松遼盆地北部致密油儲量資源豐富，是大慶油田持續穩產的重要資源基礎。針對儲層厚度薄、孔喉致密、常規開發難度大的現狀，利用水平井體積壓裂的方式，增大井與油藏的接觸面積并提高產量。體積壓裂水平井產能評價是油藏工程和采油工程領域的重要內容，目前，中國學者[1-7]關于壓裂井產能評價方法的研究主要分穩定滲流和不穩定滲流2種。穩定滲流主要從勢函數理論和保角變換出發，但由于生產過程中儲層壓力不斷發生變化，穩態產能計算結果與真實值相比會存在一定的偏差。不穩定滲流主要采用格林函數、紐曼乘積和拉普拉斯變換的方法[8-13]，得到定產量生產井底壓力的變化情況。但以上研究無法求解定壓條件下產量的變化規律，也不能描述儲層非均質性和人工裂縫形態對產能的影響[14-21]。

在封閉邊界拉普拉斯空間下的源函數解的基礎上，結合裂縫離散單元的半解析解，將裂縫內流動處理為穩定滲流，耦合求解單油層向裂縫流動方程，不考慮層間縱向竄流，將多層流動疊加方程求解得到多層壓裂水平井定壓條件下產量的變化，形成了考慮儲層非均質性及任意人工裂縫形態的致密油水平井體積壓裂產能預測方法。

1 水平井沿程非均質滲流模型建立

1.1 水平井模型建立假設

將沿水平井筒方向的儲層分為多段具有不同滲透率的非均質儲層(圖1)。儲層外邊界封閉，不同滲透率分區在分界面處壓力和流量連續。為了便于研究，提出以下幾點假設：①儲層分區內為均質、各向同性地層；②裂縫在縱向上壓穿整個儲層；③流體流動為二維單相微可壓縮非穩態滲流；④忽略重力的作用；⑤裂縫的導流能力不隨時間改變。

圖1 壓裂水平井沿程非均質示意圖

1.2 油藏流動模型

利用平行板理論和張量理論，將裂縫性油藏簡化為各向異性的等效連續介質，模型中裂縫儲層的等效滲透率等于無裂縫基質滲透率與裂縫系統的滲透率的張量之和，將裂縫網格和邊界網格處理為四周封閉條件下拉普拉斯空間的點源函數積分解，將裂縫和分區邊界進行網格離散(圖2)，可以描述儲層非均質程度對產能的影響，建立任意網格在特定壓力條件下基質滲流的邊界積分方程：

(1)

圖2 網格離散示意圖

1.3 人工裂縫內流動模型

人工壓裂裂縫具有孔隙度小、導流能力強的特點，流體在裂縫中的流動可簡化為穩定線性流動。對于裂縫的流動，因為人工裂縫縫面處油藏壓力和人工裂縫壓力相等，裂縫最遠端為封閉邊界，流入第1個網格流量定為0，建立不同人工裂縫單元單條裂縫左翼單元的壓力與井底流壓的關系，可以描述人工裂縫數量、長度及其與水平井的夾角水平井產能的影響，如下式：

(2)

(3)

2 致密油水平井分區產能模型耦合求解

假設儲層由基質、壓裂形成的主裂縫及次生裂縫組成，SRV區(體積壓裂中人工裂縫對儲層性儲層的改造區域)中次生裂縫為雙重介質(圖3)。首先計算SRV外區基質內的流體流動方程，然后求解SRV區次生裂縫內流體流動方程，最后計算流體在主裂縫及水平井中的流動方程。

圖3 模型基本假設以及求解順序示意圖

3 實例分析

以大慶油田致密油試驗區儲層實際物性參數為例(表1)，結合Matlab編程的手段對該模型求解并形成計算軟件，預測不同水平井各自壓裂規模下的初期穩定產量(表2)。

表1 致密油試驗區物性參數

表2 致密油水平井產量預測計算結果

由表2可知，預測過程中，由于微地震監測存在誤差、水平井壓裂后返排工作制度差異，導致個別井計算誤差較大(如L26-5、y1-5)，但整體預測精度較高，平均符合率達85.9%。應用文中方法對目標致密油試驗區穩定生產時間較長的20口水平井進行預測，符合率達86.4%。

目前致密油現場試驗中，水平井體積壓裂返排方式主要有壓裂后大液量返排、壓裂后小液量控排和壓后悶井控排3種。文中產能預測方法主要針對壓裂后大液量返排的水平井，可以準確預測考慮致密油藏非均質程度和任意人工裂縫形態的水平井產能，目前已應用于大慶油田致密油開發現場試驗研究；對于壓后采用小液量控排和悶井控排返排方式的水平井，此方法適用性較差，還需要進一步改進方法、完善模型。

4 結 論

(1) 在封閉邊界拉普拉斯空間下的源函數解的基礎上，結合裂縫離散單元的半解析解，建立分區滲透率下壓裂水平井產能計算模型，應用研究成果對目標致密油試驗區20口水平井進行預測，符合率達86.4%。

(2) 通過耦合疊加求解人工裂縫以及基質的多層流動，得到體積壓裂水平井定壓條件下產量的變化，可以描述不同人工裂縫參數對水平井產能的影響。

(3) 文中產能預測方法主要針對壓后大液量返排的水平井，對于壓后采用小液量控排和悶井控排返排方式的水平井，此方法適用性較差。

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編輯 張耀星

20151222；改回日期：20160307

國家科技重大專項“松遼盆地致密油開發示范工程”(2016ZX05071)

史曉東(1983-)，男，工程師，2009年畢業于東北石油大學油氣井工程專業，現為該校石油與天然氣工程專業在讀博士研究生，主要從事致密油開發方面的科研工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.021

TE348

A

1006-6535(2016)03-0090-04