压裂水平井产能影响因素_曾凡辉_图文

1、文章编号:1000-0747(200704-0474-04压裂水平井产能影响因素曾凡辉1,郭建春1,徐严波2,赵金洲1(1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室; 2.中国石化石油勘探开发研究院基金项目:油气藏地质及开发工程国家重点实验室基金项目/复杂油气藏压裂酸化基础理论研究0(P L N9746;西南石油大学创新基金项目/水平井分级压裂优化设计技术研究及软件研制0(CX JJ27067摘要:水平井压裂后一般形成多条裂缝,由于地应力在水平井长度方向上的差异以及压裂工艺技术的限制,形成的多条裂缝在长度、导流能力、与水平井筒的夹角等方面不尽相同,且在生产过程中各裂缝相互干扰,增加了压裂

2、后水平井产能计算的复杂性。结合水平井压后裂缝形态和生产过程中油气在裂缝中的渗流机理,建立考虑裂缝干扰的产能计算模型,并进一步分析了压裂水平井产能的影响因素。结果表明:产量随着裂缝条数、裂缝长度和裂缝导流能力的增加而增加;裂缝与水平井筒夹角越大,产量越高;对于不同的裂缝布局,不同位置的裂缝应该尽量错开排列,根部和端部裂缝的间距小于内部裂缝的间距;由于裂缝的干扰作用,不同位置的裂缝产量不同,处在中间位置的裂缝产量低。图6表4参13关键词:压裂水平井;裂缝干扰;产能计算模型中图分类号:T E357.14文献标识码:AFactors affecting production capacity of f

3、ractured horizontal wellsZENG Fan-hui1,GU O Jian-chun1,XU Yan-bo2,ZH AO Jin-zhou1(1.State K ey L abo rator y of Oil and Gas Reser voir Geology and Ex p loitation,S outhw es t Petroleum Univer sity,Chengd u610500,China;2.E x p lor ation&Pr oduction Resear ch I nstitute,S inop ec,Beij ing100083,Ch

4、ina Abstract:M ult-i fractures ar e cr eated w hen a hor izontal w ell is fractured.Due to the stress difference along the w ell and the restr ictio n in fr actur ing t echnolog y,the factur es are different in leng th,conductiv ity,azimuth ang le etc.M o reov er,during product ion,the fractures'

5、;mutual inter ference makes the pr oductiv ity pr edict ion mor e difficult.T he paper combines the shape of fr actur es and the fluid perco latio n mechanism to present a new mo del,and analy zes the facto rs affecting the product ivit y.As the number,leng th and conductivity of fractures incr ease

6、,the pr oductio n increase;the larg er the angle betw een fractures and ho rizontal wells,the hig her the pro duction r ate.W ith respect t o different fr actur al layout,it is necessary to place the fractures stag ger,leading to the distance among the outer fractures smaller than t hat among the in

7、ner fractures.Because of fr actur e's mutual inter ference,different fractures have differ ent pr oduction rates w ith the pr oduction of the innermost fr actur es being the low est.Key words:fractured ho rizo ntal well;fracture's mut ual interfer ence;pro ductio n calculation model0引言水平井水力压

8、裂技术是开采低渗透油气藏的重要手段,近年来得到了广泛的应用1-6。水平井压裂后的产能预测是水平井压裂技术的一大难题,郭肖等人7-11对其进行了一系列的研究。水平井压裂后一般形成多条裂缝,在压裂过程中,由于地应力在水平井长度方向上的差异以及压裂工艺技术的限制,使得形成的多条裂缝在长度、导流能力等方面不尽相同,而且在生产过程中各裂缝间相互干扰,进一步增加了压裂后水平井产能预测的复杂性。本文结合水平井压裂后的裂缝形态和生产过程中油气在裂缝中的渗流机理,应用复位势理论和势叠加原理,首先推导了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能预测新模型,然后分析了影响压裂水平井产能的主要因素,得出了一些有益的结论。1模型

9、的建立考虑无限大均质地层中心一口水平井,压裂后形成多条裂缝。原油从地层线性地流向裂缝,从裂缝流向水平井筒时满足径向流渗流规律。利用无限大均匀地层点汇定流量的压降公式12,13,根据复位势理论和势叠加原理,可以得出压裂水平井产能预测模型,即:474石油勘探与开发2007年8月PET RO L EU M EX PL OR AT ION A N D DEV EL O PM EN T V ol.34N o.4p i -p w f=126N k =16nj=1q f kj L B 4P K h -Ei -(-x f i 1+x f kj 2+(y f i 1-y f kj 24G t+6nj =1q f

10、 kj L B 4P K h -Ei -(-x f i 1-x f kj 2+(y f i 1-y f kj 24G t+6Nk=16n j =1q f kj L B 4P K h -Ei -(x f in +x f kj 2+(y f in -y f kj 24G t+6nj =1q f kj L B 4P K h -Ei -(x f in -x f kj 2+(y f in -y f kj 24G t+q f i L B4P K f i w i ln h 2r w+S(1假设,除裂缝与井筒相交处,井筒其余的地方均封闭,压裂水平井产量等于各条裂缝产量之和:Q =6Ni=1q f i (2这样

11、就可以得到一个含N 个未知数q f i ,N 个方程的线性方程组,该方程组可封闭求解。为了求解该模型,根据裂缝条数的奇偶性和裂缝面与水平井筒的夹角建立相应的坐标系(见图1。当裂缝条数为奇数时,以中间一条裂缝与水平井井筒相交的点为原点,沿y 轴,从上到下依次对裂缝进行编号(1,2,N ;当裂缝条数为偶数时,以中间两条裂缝间距的平分线与水平井井筒的交点为原点,沿着y 轴,从上到下依次对裂缝进行编号(1,2,N 。图1 裂缝条数为奇数(a和偶数(b时的坐标系2压裂水平井产能影响因素分析某油田一口压裂水平井的主要参数:油藏厚度为12m,地层渗透率为0.0075D,地层孔隙度为10%,表皮系数为0,水平

12、井段的长度为400m,井筒半径为0.12m,体积系数为1.084,原油黏度为4.8mPa #s,原油密度为870kg/m 3,压缩系数为0.00035MPa -1,生产压差为8MPa,裂缝宽度为5.84mm,裂缝单翼缝长为75m,渗透率为30D,压裂后形成4条垂直裂缝,生产时间为365d 。2.1裂缝条数从图2可以看出,随着裂缝条数(N 的增加,压裂水平井的日产油量总体上逐渐增加,但在相同生产时间内,随着裂缝条数的增加,日产量增幅随着裂缝条数的进一步增加逐渐减小。这是因为随着裂缝条数的增加,裂缝间的距离变得更近,相互间的干扰加重,使每条裂缝的产量减小,因而使得压裂水平井的日产量减少。图2 裂缝

13、条数对压裂水平井产量的影响2.2裂缝长度从图3可以看出,随着裂缝长度(L f 的增加,压裂水平井的日产量逐渐增加,随着裂缝长度的进一步增加,产量的增幅变小。图3 裂缝长度对压裂水平井产量的影响4752007年8月 曾凡辉等:压裂水平井产能影响因素2.3裂缝导流能力由图4可见,随着裂缝导流能力(D f 的增加,压裂水平井日产量增加,但是随着裂缝导流能力的进一步增加,产量增幅逐渐变小,这与裂缝长度对产量的影响 结果很相似。图4 裂缝导流能力对压裂水平井产量的影响2.4裂缝与水平井井筒夹角在钻井过程中,由于受地应力分布等地质条件的影响,有时无法按预定的方向钻进,水平井轨迹的方向可能不一定在最大或最小

14、水平主应力方向上,这样裂缝就会与水平井井筒有一个夹角。为了研究裂缝与水平井井筒间的夹角对压裂水平井产量的影响,分别计算了夹角为15b 、30b 、45b 、60b 、75b 、90b 时的实际产量(见表1。由表可见,随着裂缝与水平井井筒夹角的增大,压裂水平井的日产量增加。这是因为随着夹角的增大,各条裂缝之间的垂直距离变大,也使得各条裂缝之间的相互干扰减小,相当于增大了每一条裂缝的有效泄油面积。表1 不同裂缝与水平井夹角下压裂水平井日产油量统计表生产时间(month 压裂水平井日产油量(m 3A =15b A =30b A =45b A =60b A =75b A =90b 234.8435.0

15、935.3135.4835.5835.62431.3231.5331.7131.8431.9231.95629.5829.7629.9230.0430.1130.14828.4528.6228.7728.8828.9528.971027.6427.8027.9428.0428.1028.131227.0127.1627.2927.3927.4527.472.5裂缝间距为了研究裂缝间距对压裂水平井产量的影响,在总间距一定的情况下,取等间距(情形、间距从小到大(情形、从大到小(情形、两端小中间大(情形、两端大中间小(情形5种情况对产量进行模拟(见表2、图5。表2 不同裂缝间距组合情形下压裂水平井累

16、计产量统计表生产时间(m onth 压裂水平井累计产油量(m 3情形d 1-2d 2-3d 3-4100m100m 100m情形d 1-2d 2-3d 3-450m100m 150m情形d 1-2d 2-3d 3-4150m100m 50m情形d 1-2d 2-3d 3-475m150m 75m情形d 1-2d 2-3d 3-4125m50m 125m21736.861617.831617.831787.281474.5863862.213674.303674.303938.453433.22105732.655491.325491.325828.805173.64126620.466355.

17、046355.046725.576002.68注:d 1-2表示第1条和第2条裂缝之间的距离;d 2-3表示第2条和第3条裂缝之间的距离;d 3-4表示第3条和第4 条裂缝之间的距离图5 不同裂缝间距组合方案示意图从表2可见,不同的裂缝间距组合对水平井的累计产量有较大影响。模拟结果表明,当水平井筒根部和端部的裂缝间距小、内部的缝间距大时产量最高(情形,反之产量最低(情形,其他几种组合情形下的累计产量居中;这说明可以通过减少根部和端部的裂缝间距来提高压裂水平井的产量。2.6裂缝的分布由于地应力分布的不均匀性,裂缝在井筒周围可能产生不同的分布情形,分别计算了对称(情形、左翼大右翼小(情形、左翼小右

18、翼大(情形、错开(情形4种分布情形下(见表3、图6压裂水平井的产量,计算结果见表3。从表3中可以看出:各条裂缝沿水平井筒两翼错开排列时(情形产量最高。而各条裂缝两翼分布形式相同时(情形、,左右两翼哪个长一些对产量没有影响。这说明,在水力压裂的过程中,如果条件允许,压开的多条裂缝最好能够错开分布,这样有利于提高压裂水平井的产量。2.7裂缝位置模拟压裂水平井周围形成7条裂缝并同时生产476石油勘探与开发#油气田开发 Vo l.34 No.4表3不同两翼裂缝长度分布情形下压裂井累计产量统计表生产时间(m onth压裂水平井累计产油量(m3情形裂缝1左翼右翼80m80m裂缝2左翼右翼80m80m裂缝3

19、左翼右翼80m80m裂缝4左翼右翼80m80m情形裂缝1左翼右翼120m40m裂缝2左翼右翼120m40m裂缝3左翼右翼120m40m裂缝4左翼右翼120m40m情形裂缝1左翼右翼40m120m裂缝2左翼右翼40m120m裂缝3左翼右翼40m120m裂缝4左翼右翼40m120m情形裂缝1左翼右翼120m40m裂缝2左翼右翼40m120m裂缝3左翼右翼120m40m裂缝4左翼右翼40m120m21013.031013.031013.031022.31 41836.661836.661836.661851.86 62610.552610.552610.552630.98 83355.393355.

20、393355.393380.65 104080.024080.024080.024109.86 124789.334789.334789.334823.56图6不同两翼裂缝长度沿井筒分布示意图时,各条裂缝产量变化情况(见表4。可以看出:在其他条件相同的情况下,位于水平井段两端的裂缝产量大于内部裂缝的产量。这是因为经过一段较长的时间后,由于裂缝的干扰,两条外部裂缝之间的流动区域的压力下降很快,而外部裂缝具有更大的泄油区域,所以两条外部裂缝的贡献将会占主导地位。表4不同位置裂缝的日产油量统计表生产时间(month日产油量(m3裂缝1裂缝2裂缝3裂缝4裂缝5裂缝6裂缝72 6.66 6.33 6.1

21、6 6.11 6.16 6.33 6.664 6.25 5.95 5.79 5.74 5.79 5.95 6.256 6.04 5.75 5.59 5.55 5.59 5.75 6.048 5.90 5.61 5.46 5.42 5.46 5.61 5.9010 5.79 5.51 5.36 5.32 5.36 5.51 5.7912 5.71 5.43 5.29 5.24 5.29 5.43 5.71 3结论结合水平井压裂后裂缝形态和生产过程中油气渗流机理,应用复位势理论和势叠加原理,建立了考虑裂缝干扰的压裂水平井产能预测新模型。该模型适用性广,可用于等间距或非等间距分布的裂缝、与水平井筒成

22、任意角度的裂缝以及各种导流能力的裂缝的产能预测。研究表明,裂缝条数、裂缝长度、裂缝导流能力、裂缝与水平井的夹角、裂缝所处位置、缝间距、裂缝沿水平井筒两翼的分布等均对压裂水平井的产量产生影响。鉴于此,认为压裂施工时,应充分考虑上述因素的影响,例如,不同位置的裂缝应该尽量错开排列,尽量使最外部裂缝的间距小于内部裂缝的间距,这样会更有利于提高井的产量。符号注释:p i地层原始压力,Pa;p w f井底流压,Pa;N裂缝条数,条;n裂缝等分数,个;q f kj第k条裂缝第j个点汇的产量,m3/s;L原油黏度,Pa#s;B地下原油体积系数,无因次;K地层渗透率,mD;h储集层厚度,m;t生产时间,s;x

23、 f i1第i条裂缝第1个点汇的横坐标,m;x f kj第k 条裂缝第j个点汇的横坐标,m;y f i1第i条裂缝第1个点汇的纵坐标,m;y f kj第k条裂缝第j个点汇的纵坐标,m;G导压系数,109D/s;K f i第i条裂缝的渗透率,mD;w i第i条裂缝的宽度,m;r w水平井筒半径,m;S表皮系数,无因次;q f i第i条裂缝的产量,m3/s;Q压裂水平井产量, m3/s。下标:f裂缝;i、k裂缝编号;j点汇编号。参考文献:1赵春森,肖丹凤,宋文玲,等.水平井与直井交错井网优化方法J.石油勘探与开发,2005,32(1:119-122.2王青,吴晓东,刘根新.水平井开采底水油藏采水控

24、锥方法研究J.石油勘探与开发,2005,32(1:109-111.3王旭,辽河油区稠油开采技术及下步技术攻关方向探讨J.石油勘探与开发,2006,33(4:484-490.4赵文智,胡永乐,罗凯.边际油田开发技术现状、挑战与对策J.石油勘探与开发,2006,33(4:393-398.5秦宗超,刘迎贵,邢维奇,等.水平井地质导向技术在复杂河流相油田中的应用以曹妃甸11-1油田为例J.石油勘探与开发,2006,33(3:378-382.6姜洪福,隋军,庞彦明,等.特低丰度油藏水平井开发技术研究与应用J.石油勘探与开发,2006,33(3:364-368.7郭肖,杜志敏.非均质性对水平井产能的影响J

25、.石油勘探与开发,2004,31(1:91-93.8吴淑红,于立君,刘翔鄂,等.热采水平井变质量流与油藏渗流的耦合数值模拟J.石油勘探与开发,2004,31(1:88-90.(下转第482页4772007年8月曾凡辉等:压裂水平井产能影响因素果的影响,并采取了一些有效措施以改善低渗透层的吸水状况。数值模拟研究表明,与笼统注聚合物相比,分层注聚合物可使采收率再提高2%以上。喇嘛甸油田注聚合物过程中,通过优化聚合物分子量及段塞组合方式,使采收率又提高了2%以上。矿场实践表明,注聚合物前深度调剖可取得比常规聚合物驱多提高采收率2%4%的开发效果。图10北一区中块2个井组的综合含水率变化曲线4结论通过

26、现场资料统计以及数值模拟研究,认为地层产能系数级差是影响剖面返转时机及剖面返转周期的主要因素。因此在聚合物驱层系组合时,应避免层间产能系数级差过大,影响聚合物驱油效果。剖面返转主要发生在含水率下降阶段,因此分层注入、深度调剖技术等改善聚合物驱效果的措施应在注聚合物初期进行。参考文献:1胡博仲,刘恒,李林.聚合物驱采油工程M.北京:石油工业出版社,1997.2王启民,冀宝发,隋军.大庆油田三次采油技术的实践与认识J.大庆石油地质与开发,2001,20(2:1-8.3姜喜庆.影响油层聚合物驱油效果的地质因素J.大庆石油地质与开发,1999,18(1:37-39.4廖广志,牛金刚,邵振波.大庆油田工

27、业化聚合物驱效果及主要做法J.大庆石油地质与开发,2004,23(1:48-51.5陈鹏,邵振波,刘英杰.中、低渗透率油层聚合物相对分子质量的确定方法J.大庆石油地质与开发,2005,24(3:95-96.6袁敏,贾忠伟,袁纯玉.聚合物溶液黏弹性影响因素研究J.大庆石油地质与开发,2005,24(5:74-76.7吴淑云,白艳明,宋杰,等.大庆油田中区西部三次加密井注聚试验效果评价J.石油勘探与开发,2004,31(4:123-125.8徐婷,李秀生,张学洪,等.聚合物驱后提高原油采收率平行管试验研究J.石油勘探与开发,2004,31(6:98-100.9李敬松,李相方,童敏,等.多孔介质中凝析气液相变实验新方法研究J.石油勘探与开发,2004,31(6:101-103.10孙焕泉.胜利油田三次采油技术的实践与认识J.石油勘探与开发,2006,33(3