淺談裂縫對致密氣水平井井壓裂效果的影響

張知斌

摘要：針對鄂爾多斯東部區域儲層低孔、低滲、非均質性強等特點，通過儲層物性分析、水平井裂縫條數優化、水平井裂縫長度優化、水平井裂縫導流能力優化和井網與裂縫方位對致密砂巖氣水平井壓裂效果做出研究分析。

關鍵詞：儲層物性分析；水平井；井網與裂縫方位

致密砂巖氣簡稱致密氣，指孔隙度低（<10%）、滲透率低（<0 5×10。平方微米或<0.1×10.3平方微米）、含氣飽和度低（<60%）、含水飽和度高（>40%），天然氣在其中流動速度較為緩慢的砂巖層中的天然氣。盡管中國致密氣資源豐富，但是致密砂巖氣藏儲量豐度低，產量遞減快。所以對致密砂巖氣鉆完井作業之后的儲藏改造及優化極為重要。本文重點介紹裂縫各方面參數對水平井壓裂施工作用的影響。

一、特征及現狀

該區域位于鄂爾多斯東部，晉西撓褶帶北部，屬單斜構造，區塊東側斷層發育，在二疊系含煤地層中已有多口探井鉆遇致密砂巖氣層，太原組及下石盒子組致密砂巖氣層測試均見工業氣流。太原組砂體呈現出東厚西薄的特點，砂體厚度4-41.89m。山西組砂體厚度較大，分布規模總體上大于太原組，顯示出較好的成藏條件，砂體厚度在區域具有相似的變化特點。儲集層孔隙度和滲透率均較低，孔隙度1.2%-17.5%，其中2-10%占60%，滲透率0.1-160md，其中0-0.5rod占80%，屬低孔、低滲砂巖儲層。

由于區域內致密砂巖氣藏滲透率低、自然產能低，需要通過水力壓裂才能獲得工業氣流，經過長期的探索與研究已經初步形成了該區塊的儲層改造方案，隨著致密砂巖儲層勘探開發工作的不斷推進，儲層改造難度逐漸加大，施工成本逐漸提高，現有的壓裂改造技術已不能滿足目前儲層低成本高效改造的要求，需要在提高單井產量、提高穩產期、提高儲量動用程度等方面做進一步探索與研究，形成適合目標區域的高效改造技術。

二、致密砂巖氣裂縫參數與井網的匹配關系優化問題

（1）水平井裂縫條數優化

在數值模擬基礎模型的基礎上，首先進行了水平井裂縫條數的優化。模擬方案擬計算裂縫條數為2條，3條，4條，5條，6條，8條，10條，12條，15條，裂縫以等間距均勻分布，裂縫半縫長設為160m，導流能力設為30D.cm，在0.005mD、0.05mD、0.1mD、0.5mD 4個滲透率條件下對比累產氣隨著裂縫條數增加而增長的趨勢，從而優化出不同滲透率情況下的裂縫條數。根據模擬結果，在1200m的水平井筒長度下，滲透率0.005mD時，優化裂縫條數為12條，滲透率0.05mD時，優化裂縫條數為10條，滲透率0.1mD時，優化裂縫條數為8條，滲透率0.5mD時，優化裂縫條數為5條。

（2）水平井裂縫長度優化

在優化裂縫條數基礎上，進行了水平井裂縫長度的優化。模擬方案擬計算裂縫長度為20m，40m，60m，80m，120m，160m，200m，240m，裂縫導流能力設為30Dc.cm，在0.005mD、0.05mD、0.1mD、0.5mD 4個滲透率條件下對比累產氣隨著裂縫長度增加而增長的趨勢，同時考慮經濟因素，從而優化出不同滲透率情況下的裂縫長度。根據模擬計算結果，隨著裂縫長度的增加，累產氣量總體上逐漸增加，但累產量增幅隨裂縫長度的進一步增加逐漸減小，同時滲透率越高，累產氣隨裂縫長度增幅越小。

（3）水平井裂縫導流能力優化

水平井裂縫導流能力優化模擬了裂縫導流能力為10、20、30、40、50Dc.cm的產量，以累產量為目標函數，同時考慮經濟因素，優化不同滲透率條件下的最優裂縫導流能力。模擬結果，我們可以看出，隨著裂縫導流能力的增加，累產氣量總體上逐漸增加，但累產量增幅隨裂縫導流能力的進一步增加逐漸減小，同時滲透率越高，對裂縫導流的要求越高，對裂縫導流的要求越大。

（4）井網與裂縫方位的關系

水平井是開發低滲透氣藏的重要手段，確定水平井段長度、分段壓裂的技術、裂縫的長度和導流能力是水平井技術能否成功應用的關鍵。對于低滲儲層，壓裂裂縫參數，包括裂縫條數、裂縫長度和裂縫導流能力是影響壓后水平井產能的重要因素。從整個優化結果看，裂縫條數、裂縫長度和裂縫導流能力對壓后水平井產能的影響具有相似的趨勢，在其他參數一定的情況下，隨著三者的增加，壓后水平井產能增加，但增加幅度逐漸減小。

井網與裂縫方位適配性研究：由于儲層存在非均質性，人工裂縫方位可能會與井網最優方向間存在夾角，影響采出程度，為評估不同裂縫方位對產量的影響，進行了井網與裂縫方位適配l生研究。模擬過程中，認為裂縫方位不轉向為裂縫方位0、裂縫方位小角度轉向為裂縫方位1、裂縫方位大角度轉向為裂縫方位2。

以石盒子組和山西組為例，經過建模和模擬計算，得到了在不同儲層滲透率情況下三種裂縫方位的采出程度，根據模擬結果，裂縫轉向之后，不論小角度轉向還是大角度轉向，都導致氣井產量和采出程度不同程度的降低。對比三種裂縫方位，不發生裂縫轉向時的產量是最大的，裂縫方位0最優，裂縫方位1最差。主要原因是裂縫轉向后部分井的縫端與鄰井裂縫距離較近，有些可能已經溝通，造成人工裂縫實際改造效果降低，降低總產量。

三、結論及建議

通過多組氣藏數值模擬方案，研究了不同物性條件下氣井對裂縫條數、裂縫長度和導流能力的需求。在1200m的水平井筒長度下，滲透率0.005mD時，優化裂縫條數為12條，優化縫長為200m。滲透率0.05mD時，優化裂縫條數為10條，優化縫長為200m，優化裂縫導流能力為20D·cm。滲透率0.1mD時，優化裂縫條數為8條，優化縫長為160m，優化裂縫導流能力為30D·cm，優化裂縫導流能力為30D·cm。滲透率0.5mD時，優化裂縫條數為5條，優化縫長為120m，優化裂縫導流能力為40D·cm。

根據該區域儲層非均質性強、低孔低滲、喉道小、易傷害等特點，為提高儲層改造的針對性，建議開展以下研究工作：

1.為更進一步認識儲層，驗證施工參數與工藝措施的合理性，建議在正式壓裂施工前進行小型測試壓裂；

2.由于該區塊縱向上儲層較多，層間薄厚分布不均勻，為避免裂縫在縱向上過度延伸，建議進行地應力剖面研究，根據儲隔層應力狀況確定分層壓裂或合壓，根據縫高延伸規律選擇相應的控縫高技術；

3.針對砂泥巖薄互層，采用機械封隔方式無法實現有效分層的情況，建議采用前置投球分壓、前置液多次停泵等方式提高縱向上的改造效果，同時通過不同支撐劑粒徑組合實現裂縫的有效支撐；