定量分析鄰井壓裂對頁巖氣井生產(chǎn)的影響

劉方圓

(中石化重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)有限公司，重慶 408000)

頁巖為低孔、低滲的致密儲(chǔ)層，在頁巖氣的開發(fā)中，需要依賴大型水力壓裂來提高儲(chǔ)層的接觸面積，提高氣田的采收率，因此需要優(yōu)化加密井距來提高有效改造體積增加氣田經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量[1～3]。然而隨著加密調(diào)整井的增多，井距逐漸縮短，大型水力加砂壓裂過程中對相鄰生產(chǎn)井造成壓裂干擾的現(xiàn)象越來越多，壓裂干擾主要表現(xiàn)為生產(chǎn)井井口壓力、日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)水量等發(fā)生異常變化，甚至出現(xiàn)生產(chǎn)井水淹、返吐泥漿或出砂等無法正常生產(chǎn)的情況。

對于壓裂干擾的來源，Vulgamore等[4]認(rèn)為在伍德福德頁巖壓裂過程中，天然斷層、裂縫和壓裂措施可以形成1006m的裂縫與鄰井裂縫網(wǎng)絡(luò)相交而造成干擾；Sardinha等[5]和 Guindon等[6]認(rèn)為不同程度的壓裂沖擊及氣藏的裂縫狀態(tài)共同作用，導(dǎo)致了壓裂干擾，同時(shí)分析了霍恩河頁巖氣田不同井距的10口井，認(rèn)為壓裂期間的壓力沖擊可以通過鄰井關(guān)井時(shí)的壓力進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別出的干擾與微地震監(jiān)測結(jié)果相一致。

在鄰井壓裂時(shí)生產(chǎn)井水量增多，壓裂干擾的影響明顯。Daneshy等[7]、Water等[8]和Mukherjee等[9]分別對氣井日產(chǎn)水量增多的現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，即隨著氣井的生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生衰竭區(qū)域，該衰竭區(qū)域會(huì)造成壓裂能量的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)造成生產(chǎn)井的積液。學(xué)者通過跟蹤分析認(rèn)為多數(shù)情況下受到壓裂干擾的氣井在壓裂結(jié)束后可以恢復(fù)影響前的走勢，即從長期的生產(chǎn)來看鄰井壓裂對氣井產(chǎn)量的影響有限。學(xué)者建議采用多井同時(shí)完鉆的方式進(jìn)行開發(fā)。

涪陵頁巖氣田作為我國首個(gè)商業(yè)開發(fā)的頁巖氣田，在5年的開發(fā)過程中，產(chǎn)建速度相對較快。部分生產(chǎn)井周邊存在壓裂井，因鄰井壓裂會(huì)出現(xiàn)氣井產(chǎn)水量增加、壓力下降快、水淹和出砂等現(xiàn)象，由于缺少定量的識(shí)別和分析，無法識(shí)別生產(chǎn)井的正常壓力下降趨勢。筆者通過分析氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，評價(jià)鄰井壓裂對氣井生產(chǎn)的影響，該研究為氣田進(jìn)一步制定增產(chǎn)措施提供依據(jù)，也為頁巖氣田開發(fā)技術(shù)政策的制定提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

涪陵頁巖氣田處于四川盆地川東高陡褶皺帶，主要以上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組下部的38m優(yōu)質(zhì)頁巖氣層為主力儲(chǔ)層，采用水平井生產(chǎn)開發(fā)方式，大型分段水力加砂壓裂[10]。2013年1月第一口井開始試采，隨后部署了試驗(yàn)井組及一期產(chǎn)建區(qū)，該區(qū)域已有生產(chǎn)氣井200余口。

2 鄰井壓裂對氣井生產(chǎn)影響的識(shí)別

2.1 識(shí)別方法

由于涪陵頁巖氣田的氣井生產(chǎn)方式與伍德福德頁巖氣田的定油嘴直徑的生產(chǎn)方式不同，因此在定量識(shí)別方法上借鑒并改進(jìn)了Ajani等[11]在研究伍德福德頁巖氣田干擾的定量識(shí)別和量化分析方法。

1)采用水平段中點(diǎn)來確定兩口井之間的距離:

(1)

式中：d為兩口井之間的距離，m；xw為生產(chǎn)井的x坐標(biāo)，m；yw為生產(chǎn)井的y坐標(biāo)，m；xi為加密井的x坐標(biāo)，m；yi為加密井的y坐標(biāo)，m。

2)以該井相同產(chǎn)量下前30d的壓力遞減為基準(zhǔn)，對比壓裂期間該產(chǎn)量下的壓力遞減速度來識(shí)別壓裂井的影響，預(yù)測值與實(shí)際壓力的差值代表了干擾，利用公式計(jì)算壓力的增減幅度來量化干擾。壓力遞減速率計(jì)算如下：

(2)

預(yù)測壓力計(jì)算如下：

pt=Detf+po

(3)

式中：pt為預(yù)測壓力，MPa；tf為預(yù)測的壓力對應(yīng)的時(shí)間，d；po為壓裂前30d最高壓力，MPa。

壓力影響程度計(jì)算如下：

(4)

3)將該井相同產(chǎn)量下前30d的日產(chǎn)水量為基準(zhǔn)，對比壓裂期間該產(chǎn)量下的日產(chǎn)水量來評價(jià)壓裂井的影響，計(jì)算干擾時(shí)日均產(chǎn)液量與干擾前日均產(chǎn)液量比例來量化對氣井產(chǎn)液量的影響。日產(chǎn)水量的影響程度計(jì)算如下：

圖1 中心井與加密井的位置示意圖

(5)

式中：Δw為日產(chǎn)水量的影響程度，1；qwi為生產(chǎn)井壓裂前30d的日產(chǎn)水量，m3；qwj為干擾后的實(shí)際日產(chǎn)水量，m3；t為壓裂的累計(jì)時(shí)間，d；i為壓裂前的生產(chǎn)日，取值為1～30。

將生產(chǎn)井作為中心，定義一個(gè)半徑為2000m的圓，在圓內(nèi)的壓裂井即為加密井(圖1)。在加密井壓裂期間，通過生產(chǎn)井的壓力和水量變化判斷是否受到加密井的影響。

圖2分別顯示在7、8、9號(hào)井壓裂期間生產(chǎn)井的壓力和水量變化，說明在加密井壓裂期間對該井的影響可以用該方式進(jìn)行逐一識(shí)別。

2.2 識(shí)別結(jié)果

通過對氣田內(nèi)214口生產(chǎn)井逐一進(jìn)行壓裂影響識(shí)別、分析和統(tǒng)計(jì)，其中共有29口井，35井次的生產(chǎn)井受到了鄰井壓裂的影響。該結(jié)果顯示部分氣井多次受到鄰井壓裂的影響。鄰井壓裂對氣井生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在氣井日產(chǎn)氣量或生產(chǎn)壓力下降較快，同時(shí)井筒積液現(xiàn)象嚴(yán)重或日產(chǎn)水量增多的現(xiàn)象。為了減少鄰井壓裂對生產(chǎn)井的影響可以采取以下措施：第一，保持氣井生產(chǎn)氣量，依靠氣井能力攜液(共23井次)；第二，當(dāng)壓裂影響出現(xiàn)后，將生產(chǎn)井關(guān)井，待鄰井壓裂試氣完成后再開井生產(chǎn)(共12井次)。

圖2 在鄰井壓裂期間生產(chǎn)井的壓力和水量變化

3 壓裂井對鄰井生產(chǎn)影響因素分析

3.1 井距的影響

圖3 生產(chǎn)受到鄰井干擾的氣井井距分布圖

涪陵頁巖氣田主要為600m的井距，其中小于500m井距的氣井都為小井距試驗(yàn)井。試驗(yàn)證明300m井距的氣井壓裂時(shí)會(huì)對相鄰的生產(chǎn)井造成負(fù)面影響，同時(shí)同位素的追蹤也證實(shí)這樣的井距有壓裂液進(jìn)入生產(chǎn)井中。研究通過對識(shí)別出的35井次氣井井距分析(圖3)可知，受到影響最大的氣井井距為300～1600m，其中主要為小于1000m的井距。

從氣井壓力影響程度和日產(chǎn)水量影響程度與井距之間的關(guān)系(圖4)可以看出，井距與壓力影響程度呈一定的負(fù)相關(guān)性，但是與日產(chǎn)水量變化率的關(guān)系并不明顯。

圖4 氣井壓力影響程度和日產(chǎn)水量變化率與井距之間的關(guān)系

3.2 地應(yīng)力的影響

圖5 生產(chǎn)受到鄰井干擾的氣井平面分布圖

圖5為生產(chǎn)受到鄰井干擾的氣井與壓裂井在構(gòu)造圖上的分布，可以看到氣井影響方向主要來自氣井的東西方向，但是靠近斷層的氣井更容易受到南北方向的影響。經(jīng)分析對比該區(qū)塊的地層應(yīng)力分布，壓裂影響方向與地質(zhì)區(qū)域主應(yīng)力方向基本一致。

3.3 工程因素的影響

壓裂井的壓裂參數(shù)與生產(chǎn)井受影響的關(guān)系如圖6所示，壓裂井的工程因素并不是導(dǎo)致生產(chǎn)井受到影響的直接因素。在相同井距下，壓裂井的破裂壓力與生產(chǎn)井壓力影響并無明顯關(guān)系(圖6(a))；在相同井距下，總液量對生產(chǎn)井日產(chǎn)水量無明顯影響(圖6(b))。

圖6 壓裂參數(shù)與生產(chǎn)井受到影響的關(guān)系

圖7 累計(jì)生產(chǎn)時(shí)間、井距和氣井影響的關(guān)系圖

3.4 生產(chǎn)時(shí)間的影響

將壓力影響加水量作為影響氣井生產(chǎn)的綜合參數(shù)，用累計(jì)生產(chǎn)時(shí)間和井距的關(guān)系綜合評價(jià)生產(chǎn)井生產(chǎn)情況(圖7)。從圖中綜合分析，當(dāng)井距小于500m時(shí)，隨著生產(chǎn)時(shí)間的增長生產(chǎn)井受到的影響不明顯；當(dāng)井距大于500m時(shí)，氣井在隨著生產(chǎn)時(shí)間的增長其受到影響的概率增大，因?yàn)殡S著生產(chǎn)井生產(chǎn)時(shí)間的增長，其泄氣面積增大。此時(shí)泄氣面積會(huì)造成壓裂井壓裂能量的浪費(fèi)和生產(chǎn)井的井筒積液狀況。

4 結(jié)論與建議

1)鄰井壓裂會(huì)對相鄰生產(chǎn)井的壓力、氣量和水量有影響，因涪陵頁巖氣田采用定產(chǎn)控壓的生產(chǎn)模式，所以氣井的影響主要是壓力下降和產(chǎn)水量上升。

2)研究區(qū)200多口井統(tǒng)計(jì)認(rèn)為壓裂井與生產(chǎn)井干擾極限井距約1600m，井間干擾方向與地層主應(yīng)力方向一致。

3)基于研究區(qū)現(xiàn)場資料分析，壓裂井對鄰井生產(chǎn)影響因素包括井距、地應(yīng)力方向和鄰井生產(chǎn)時(shí)間；而工程因素(壓裂施工參數(shù))與壓裂井井間干擾無明顯相關(guān)性。

4)針對氣田加密井的部署，建議在壓裂部署后主應(yīng)力方向上1600m井距內(nèi)的生產(chǎn)井提前關(guān)井，以保證后續(xù)的正常生產(chǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Bazan L W, Larkin S D, Lattibeaudiere M G, et al. Improving production in the Eagle Ford shale with fracture modeling, increased fracture conductivity and optimized stage and cluster spacing along the horizontal wellbore[J]. SPE138425,2010.

[2] Bowker K A. Barnett shale gas production, Fort Worth Basin: issues and discussion[J].AAPG Bulletin. 2007, 91(4): 523～533.

[3] Curtis J B. Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin. 2002, 86(11): 1921～1938.

[4] Vulgamore T B, Clawson T D, Pope C D, et al. Applying hydraulic fracture diagnostics to optimize stimulations in the Woodford shale[J].SPE110029, 2007.

[5] Sardinha C M, Petr C, Lehmann J, et al. Determining interwell connectivity and reservoir complexity through frac pressure hits and production interference analysis[J].SPE171628,2014.

[6] Guindon L.Determining interwell connectivity and reservoir complexity through fracturing pressure hits and production-interference analysis[J].Journal of Canadian Petroleum Technology. 2015, 54(2): 88～91.

[7] Daneshy A A, Au-Yeung J, Thompson T, et al.Fracture shadowing: a direct method for determination of the reach and propagation pattern of hydraulic fractures in horizontal wells[J].SPE151980,2012.

[8] Waters G A, Dean B K, Downie R C, et al.Simultaneous hydraulic fracturing of adjacent horizontal wells in the Woodford shale[J].SPE119635,2009.

[9] Mukherjee H, Poe B, Heidt H, et al.Effect of pressure depletion on fracture geometry evolution and production performance[J].SPE30481,2000.

[10] 王志剛，孫健. 涪陵頁巖氣田試驗(yàn)井組開發(fā)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[M].北京：中國石化出版社, 2014.

[11] Ajani A A, Kelkar M G. Interference study in shale plays[J]. SPE151045,2012.