浅层薄差油层水平缝多层同步压裂干扰数值模拟

浅层薄差油层水平缝多层同步压裂干扰数值模拟

唐睿

大庆油田第三采油厂第一油矿黑龙江大庆 邮编 163113

摘要：随常规易采的油气藏进入开发后期，各油田逐步加强对薄差层油气藏的开发以维持产量。薄差层油气藏小层数量多、储层物性和含油气性差，需要经过压裂改造才能获得经济产能。部分薄差层埋藏浅，常采用水平缝多层同步压裂技术，对多个薄差储层同时射孔，一次压裂形成多条压裂裂缝。水平多裂缝扩展过程中，受裂缝干扰作用影响，全部压裂裂缝均匀扩展难度大，裂缝扩展尺度存在差异。

关键词：薄差油层；水平缝；同步压裂；裂缝干扰；数值模拟

引言

在我国油气资源格局中，低渗透油气田占有着极其重要的地位。低渗透油气田因为具有极其复杂的地质条件，其渗流阻力很大，连通性差，地层稳定性不好，天然能量小，开采难度很大，以及岩石强烈的各向异性和非均质性都严重制约着低渗透储层的开发。实现低渗透油气藏高效、经济开发的重要技术手段就是水平井技术。在当前油气勘探开发不断深入开展的形势下，水平井已经成为国内外提高油气产能一项重要且成熟的措施，水平井具有比直井更长的完井层段，能够产生较大的泄油气区，可以很好地提高断块油气藏的连通性。在水平井技术的基础上，开展水平井分段压裂改造施工，可以大幅度提高低渗透储层产能和采收率，作用十分突出，已成为低渗透油气田开发中最关键的一个环节[3]。因此，研究水平井压裂技术对储层改造、开发低渗透油气藏、提高油气井产量具有很重要意义。

1油藏压裂技术简介

美国是第一个在油藏的开采中使用压力开采技术的国家，经过了这么多年的不断发展，油田的开发中压裂技术的应用十分广泛。随着科技的不断进步压裂技术也取得了一定的提升，相应的工艺流程、管理等方面的要求也变得越来越高。尤其是低渗透油藏的开采中，压裂增扩技术的应用，有效地解决了开采产量低、开采效率低的问题。压裂技术就是利用水的巨大压力，针对产量少、渗透率低的油藏实现油层分离，在油层中形成裂缝，保障粘性溶液从裂缝进入，改善油藏渗透率低的问题。我们通常将水力压力使油层分开的技术称为水力压裂技术，能够不断地提高渗透率，提高油藏产量。

2   油藏开发现状

低渗透砂岩油藏随着注水开发时间的增长，部分井裂缝性见水后停井。近年来，长停井和高含水低产井占油井总数近15%，但采出程度低，其中单井累计产油量小于1 000 t的井超过50%，产能损失大。检查井取心结果显示，油藏平面上剩余油分散不均且呈条带状分布，侧向注水水驱宽度80～100 m，剩余油主要集中在裂缝侧向；纵向上储层剩余油呈互层式分布，强/弱水洗段交替出现，层内夹层对水驱遮挡作用明显。因此，综合分析国内外侧钻技术应用现状，利用老井筒避开水线开窗侧钻水平井是挖潜区域剩余油、提高单井产量的主要技术途径。与新区开发井不同，老区侧钻井储层水驱状况复杂，储层改造需要在提高单井产能的同时，降低油井的综合含水率。油田开发初期普遍采用ϕ139.7 mm的J55钢级生产套管完井。为保证固井质量，在老井眼内采用ϕ117.5 mm钻头侧钻，然后悬挂ϕ88.9 mm的N80钢级套管进行尾管固井，用固井水泥环对储层进行有效封堵，为后续开展储层分段压裂创造有利的井筒条件。受限于井筒直径，侧钻小井眼分段压裂工艺工具不成熟，老套管承压能力低，常规分段压裂工艺卡钻风险大，需要研究可行的压裂工艺和配套相应的压裂工具。

3井间缝网特征参数量化

3.1井间缝网特征参数计算

按照井间缝网特征参数求解步骤，对X6井的裂缝孔隙度、裂缝渗透率、裂缝开度和裂缝线密度等特征参数进行求解。主要步骤包括：①通过试井解释，得到X6井近井范围内的内区半径为4.26m，代入（1）式得到X6井附近的裂缝孔隙度为0.2504%。②依据前人致密油藏注气后储层渗流特征参数动态反演方法研究成果，代入（2）式得到X6井的气窜通道平均渗透率（图2）。由于气窜通道平均渗透率是随时间变化的量，为简化计算，取X6井气窜期间气窜通道平均渗透率的均值，作为该井注采井间的平均裂缝渗透率，为743.44mD。同时，代入（3）式得到该井的平均气窜速度为1.63m/d。③将步骤②求得的X6井注采井间的平均裂缝渗透率代入（5）式和（6）式，通过枚举裂缝开度的方法，得到该井附近的裂缝孔隙度和裂缝线密度（表1）。④依据表1计算结果，绘制出X6井的裂缝孔隙度-裂缝线密度裂缝开度关系曲线（图3）。⑤借助步骤④绘制的X6井的裂缝孔隙度-裂缝线密度-裂缝开度关系曲线，得到裂缝孔隙度为0.2504%时，所对应的裂缝开度及裂缝线密度分别为60μm和42条/m，即为X6井附近的裂缝开度和裂缝线密度。

3.2缝网能力形成评价

地层水平主应力是影响压裂施工压力大小的4个因素之一。差异系数代表最大水平主应力与最小水平主应力的差异大小，其值对裂缝的形态特征影响十分明显。以往施工研究表明，如果致密储层的水平主应力差值小，压裂过程中压裂液易于在多个方向上进入改造裂缝中，并形成新的改造裂缝。分析其原因在于，较小的水平主应力差有利于压裂缝在延伸工程中发生转向和弯曲，并可产生更多的张性裂缝和剪切裂缝，构建成较为发达的裂缝网络和渗流通道，达到体积压裂改造储层的效果。反之如若仅产生较少几条主裂缝，则难以实现体积压裂改造目的，不容易形成复杂的网络裂缝系统[11]。本文采用地应力组合弹簧模型（斯伦贝谢模型）来求取水平应力差异值，从WT1井破裂压力与水平应力差异系数对比图可以看出，第三段水平应力差异最大，所需的施工压力也最高，总体来看施工压力的大小与水平应力差异的值变化不明显（图3）[12]。原因在于，在储层可压性方面，水平差异系数主要表征的是压裂施工裂缝的形成缝网能力，对于破裂压力预测相关性不大。

结束语

（１）对于浅层薄差油层，考虑套管、水泥环和储、隔层影响，采用流—固耦合的有限元数值模拟方法，建立三维水平缝多层同步压裂干扰数值模型，模拟多条水平压裂裂缝，分析不同条件下水平压裂裂缝扩展规律。（２）水平多裂缝扩展过程中，不同位置的水平缝扩展存在差异。压裂层数越多、间距越小，裂缝之间的干扰作用越大，中间压裂裂缝扩展难度越大。储层的渗透率和孔隙压力增大，压裂裂缝之间的干扰作用增强，中间射孔压裂的有效裂缝半径降低。中间射孔的压裂裂缝对施工排量的变化敏感，随施工排量增大，中间射孔压裂裂缝的有效裂缝半径呈先增后减的趋势。（３）应用水平缝多层同步压裂干扰数值模型对某压裂井进行数值模拟，根据储层特征和压裂施工工艺优化压裂层数和位置，确定最佳的施工排量及其他参数，现场监测与分析证明压裂层位形成有效裂缝。

参考文献

[1]王志远,丁云宏,杨正明,何英,王向阳,马壮志.致密油压裂水平井物质平衡分区产能预测模型[J].科技通报,2018,34(12):36-40+44.

[2]党小霞.我国低渗透油藏开发状况及前景分析[J].石化技术,2018,25(12):149.

[3]邱晓惠,舒玉华,许可,陈彦东.驱油压裂液在长庆致密油藏中的应用[C].中国石油学会天然气专业委员会.2018年全国天然气学术年会论文集（03非常规气藏）.中国石油学会天然气专业委员会:中国石油学会天然气专业委员会,2018:274-279.

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[5]王俊强,刘月田,柴汝宽.低渗透油藏转向压裂增产评价方法[C].西安石油大学、陕西省石油学会.2018油气田勘探与开发国际会议（IFEDC2018）论文集.西安石油大学、陕西省石油学会:西安华线网络信息服务有限公司,2018:318-326.