1、斷塊油氣田第20卷第3期FAULT -BLOCK OIL GAS FIELD 2013年5月doi:10.6056/dkyqt201303025低滲透油藏分段壓裂水平井布縫方式優(yōu)化朱世琰，李海濤，陽(yáng)明君，羅偉，黃誠(chéng)（西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川成都610500）基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題“低滲氣藏水平井分段壓裂及控水完井技術(shù)研究”（2011ZX05022-006-004HZ ）摘要為提高壓裂改造效果，須優(yōu)選出合理的裂縫參數(shù)。目前國(guó)內(nèi)外優(yōu)選裂縫參數(shù)時(shí)，只對(duì)裂縫條數(shù)、長(zhǎng)度、間距、導(dǎo)流能力進(jìn)行優(yōu)化研究，沒有考慮水平井裂縫布放方式對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能和含水率的影響。為此，文中以某低滲透油

2、藏七點(diǎn)注采井網(wǎng)單元為例，采用數(shù)值模擬方法，在水平井分段壓裂裂縫參數(shù)單因素分析基礎(chǔ)上進(jìn)行水平井布縫方式優(yōu)化研究，評(píng)價(jià)了裂縫參數(shù)對(duì)井網(wǎng)單元開發(fā)指標(biāo)的影響，最后優(yōu)選出合理的水平井分段壓裂裂縫參數(shù)。研究結(jié)果表明：考慮注水井的影響，為避免水突進(jìn)，水平井布縫時(shí)，裂縫要錯(cuò)開注水井排布，靠近注水井的裂縫要短些，可以不等間距、不等長(zhǎng)度排布，在獲得較高產(chǎn)能的同時(shí)保證含水率也較低；合理的水平井布縫方式可提高單井產(chǎn)量和區(qū)塊采出程度，使含水率上升緩慢，可提高水平井分段壓裂改造效果和經(jīng)濟(jì)效益。該研究為同類油藏壓裂施工設(shè)計(jì)提供了有效依據(jù)。關(guān)鍵詞低滲透油藏；水平井；分段壓裂；數(shù)值模擬；裂縫參數(shù)優(yōu)化；布縫方式文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A中圖

3、分類號(hào)：TE355.6Optimization of fracture laying patterns of horizontal well in multi -stage fracturingof low permeability reservoirZhu Shiyan, Li Haitao, Yang Mingjun, Luo Wei, Huang Cheng(Collegeof Petroleum Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, ChinaAbstract:In order to improve t

4、he fracturing effect, it is necessary to optimize appropriate fracture parameters. At present, the optimization of fracture number, fracture length, fracture spacing and fracture conductivity only are studied, but the influence of fracture laying patterns on productivity and water cut of the fractur

5、ing horizontal well is not considered. So taking a certain seven -spot injection -production pattern in low permeability reservoir as an example, by means of reservoir numerical simulation, the optimization of fracture laying patterns is studied on the basis of single factor analysis on fracture par

6、ameters of the multi -stage fracturing horizontal well. At the same time, the effect of fracture parameters on development index of the well pattern unit is evaluated, and reasonable fracture parameters are optimized. The results show that taking injection wells into account and keeping from water b

7、reakthrough, fractures are arranged staggering injection wells and fractures near to injection wells are shorter on the optimization of fracture laying patterns. Fractures are also placed with unequal fracture length and fracture spacing, which can not only obtain higher productivity but also have l

8、ower water cut. Reasonable fracture laying patterns can improve single well production and block degree of reserves recovery, lead to water cut to rise slowly, and be benefit for enhancing horizontal well multi -stage fracturing effect and economic benefit, which provides effective foundation for th

9、e fracturing operation design of similar reservoirs.Key words:low permeability reservoir; horizontal well; multi -stage fracturing; numerical simulation; fracture parameter optimization; fracture laying pattern低滲透油藏具有滲透率低、滲流阻力大、連通性差等特點(diǎn)，因此，水平井分段壓裂完井是低滲油藏少井高產(chǎn)、高效開發(fā)的重要保證。為充分發(fā)揮水力裂縫的作用，提高壓裂改造效果，須采用合理的裂縫參數(shù)

10、。雖然許多學(xué)者通過電模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)物理模型、數(shù)值模擬等方法對(duì)裂縫參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化1-21本文采用數(shù)值模擬方法，在對(duì)水平井分段壓裂裂縫參數(shù)單因素分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水平井布縫方式優(yōu)化研究，評(píng)價(jià)了裂縫參數(shù)對(duì)井網(wǎng)單元開發(fā)指標(biāo)的影響，以此收稿日期：2012-12-01；改回日期：2013-03-13。作者簡(jiǎn)介：朱世琰，女，1987年生，在讀碩士研究生，主要從事油氣田開發(fā)研究。E -mail ：zsylzb。，但沒有考慮水平井裂縫布放方式對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能和含水率的影響。為此，引用格式：朱世琰，李海濤，陽(yáng)明君，等. 低滲透油藏分段壓裂水平井布縫方式優(yōu)化J . 斷塊油氣田，2013，20（3）：373-376.

11、Zhu Shiyan ，Li Haitao ，Yang Mingjun ，et al. Optimization of fracture laying patterns of horizontal well in multi -stage fracturing of low permeability reservoir J . Fault -Block Oil &Gas Field ，2013，20（3）：373-376.374斷塊油氣田2013年5月優(yōu)選出合理的水平井分段壓裂裂縫參數(shù)。裂縫條數(shù)超過8條后上升趨勢(shì)明顯變緩。這是因?yàn)椋S著裂縫條數(shù)的增加，裂縫間距不斷減小，地層壓力下降幅度

12、較大，裂縫間的相互干擾也較嚴(yán)重，使每條裂縫的產(chǎn)量減小22。因此，裂縫條數(shù)不是越多越好，而是存在一個(gè)最優(yōu)值，在此合理的裂縫條數(shù)為8。1數(shù)值模擬模型在青海油田某低滲透油藏，選取一井距為350m 、直井注水、水平井采油的七點(diǎn)井網(wǎng)單元，利用Eclipse 油藏?cái)?shù)值模擬軟件，采用箱型黑油模型塊中心網(wǎng)格，建立數(shù)值模擬模型。油藏和流體基本參數(shù)：地層厚度為18.8m ，平均孔隙度為12.6%，平均滲透率為2.6×10-3m 2，原始地層壓力為17.430MPa ，飽和壓力為1.582MPa ，地層原油體積系數(shù)為1.018，地層水體積系數(shù)為1.020，地層原油黏度為5.000mPa ·s ，

13、地層水黏度為0.759mPa ·s ，地層原油密度為0.8382t/m3，地層水密度為1.0440t/m3，巖石壓縮系數(shù)為1.065×10-4MPa -1，地層原油壓縮系數(shù)為2.2裂縫長(zhǎng)度裂縫長(zhǎng)度影響井筒與油藏的接觸面積，進(jìn)而影響壓裂水平井產(chǎn)能。設(shè)水平井壓裂8條裂縫，長(zhǎng)度為25350m ，不同裂縫長(zhǎng)度下采出程度變化情況見圖2。12.350×10-4MPa -1，地層水壓縮系數(shù)為3.700×10-4MPa -1，井筒半徑為0.14m 。整個(gè)模型的網(wǎng)格數(shù)為70×70×3，在x ，y 方向上選用的網(wǎng)格步長(zhǎng)相等，即D x =D y =10m

14、，D z =6.3m 。采用局部網(wǎng)格加密劃分油藏與裂縫系統(tǒng)，利用裂縫等效導(dǎo)流能力法對(duì)裂縫網(wǎng)格進(jìn)行處理，即在裂縫導(dǎo)流能力不變的條件下，用狹長(zhǎng)、高滲透率的網(wǎng)格模擬裂縫。采取定井底壓力方式模擬，水平井井底流壓為8.1MPa ，注水井井底流壓為33.0MPa ，注水井不壓裂，水平井壓裂，水平段長(zhǎng)度為700m ，模擬時(shí)間為15a 。圖2采出程度與裂縫長(zhǎng)度的關(guān)系由圖2可看出，隨著裂縫長(zhǎng)度的增加，采出程度不斷增大。但裂縫長(zhǎng)度超過300m 之后，再增加裂縫長(zhǎng)度，采出程度增長(zhǎng)速度明顯變緩。與此同時(shí)，裂縫越長(zhǎng)，施工成本和難度越高，在注采井網(wǎng)中，裂縫過長(zhǎng)還會(huì)引起水竄，致使油井過早水淹23。又因井網(wǎng)井距為3502裂縫

15、參數(shù)單因素優(yōu)化在水平井裂縫布放方式優(yōu)選前，需對(duì)水平井分段m ，所以優(yōu)選的裂縫長(zhǎng)度為250m 左右，即裂縫半長(zhǎng)為125m 左右。2.3裂縫導(dǎo)流能力設(shè)裂縫長(zhǎng)度為250m ，8條裂縫，裂縫導(dǎo)流能力分別為5100m 2·cm ，采出程度變化情況見圖3。壓裂裂縫參數(shù)進(jìn)行單因素分析。采用以上油藏和流體參數(shù)，通過數(shù)值模擬確定該低滲透油藏水平井合理的裂縫參數(shù)。2.1裂縫條數(shù)設(shè)裂縫長(zhǎng)度為250m ，裂縫沿水平段均勻分布。裂縫分別為112條時(shí)采出程度變化情況見圖1。圖3采出程度與裂縫導(dǎo)流能力的關(guān)系由圖3可看出，隨著裂縫導(dǎo)流能力的增加，水平井采出程度增加；當(dāng)裂縫導(dǎo)流能力達(dá)到40m 2·cm 以后

16、，圖1采出程度與裂縫條數(shù)的關(guān)系采出程度上升趨勢(shì)明顯變緩。裂縫長(zhǎng)度和條數(shù)一定時(shí)，增加裂縫導(dǎo)流能力，施工成本和難度也勢(shì)必增加。由此確定合理裂縫導(dǎo)流能力為25m 2·cm 。由圖1可看出，裂縫條數(shù)越多，采出程度越大，當(dāng)?shù)?0卷第3期朱世琰，等. 低滲透油藏分段壓裂水平井布縫方式優(yōu)化3753水平井布縫方式優(yōu)選通過單因素優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了合理的裂縫參數(shù)，即井的影響，在考慮驅(qū)替效果的情況下對(duì)水平井進(jìn)行不等縫長(zhǎng)壓裂，較方案1有明顯的優(yōu)勢(shì)；方案3與方案4比方案2多考慮了邊部注水井的影響，增產(chǎn)效果優(yōu)于方案2；方案4雖然初期單井產(chǎn)油量最低，但在方案3的基礎(chǔ)上采用了中間注水井連線避壓方式設(shè)計(jì)，以避免井間干擾

17、，有效防止了裂縫性水淹，隨生產(chǎn)時(shí)間增加，在4種方案中采出程度最高、含水率最低。裂縫條數(shù)、裂縫長(zhǎng)度和裂縫導(dǎo)流能力。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行水平井布縫方式優(yōu)選。以水平井壓開8條裂縫為例，模擬裂縫沿水平段均勻分布時(shí)，裂縫從水平井端部布起和不從水平井端部布起2種情況下，采出程度隨生產(chǎn)時(shí)間的變化關(guān)系（見圖4）。圖4采出程度與生產(chǎn)時(shí)間的關(guān)系由圖4可看出，裂縫從端部布起的采出程度略大于裂縫不從端部布起的情況。這是因?yàn)椋瑸榈乳g距布縫，裂縫從水平井端部布起時(shí)裂縫間距較大，裂縫間產(chǎn)生的相互干擾作用較小，使產(chǎn)量較高，采出程度較大。故優(yōu)選裂縫從水平井端部布起的布縫方式。在進(jìn)行水平井布縫方式優(yōu)選分析時(shí)，設(shè)計(jì)水平井壓開8條裂

18、縫，裂縫導(dǎo)流能力為25m 2·cm 時(shí)，不同布縫方案見表1。表1方案圖5各方案布縫示意水平井布縫方案裂縫半長(zhǎng)/m1234125，125，125，125，125，125，125，125125，100，75，50，50，75，100，12550，100，100，50，50，100，100，5050，100，100，50，50，100，100，50圖6不同方案的單井產(chǎn)油量布縫方式中，方案1裂縫等長(zhǎng)，方案2為紡錘型，方案3為啞鈴型，方案4在方案3的基礎(chǔ)上采用注水井處水平井中間段不壓裂的設(shè)計(jì)方式（見圖5）。不同布縫方案下，單井產(chǎn)油量、含水率、采出程度的模擬變化情況見圖68，并以此作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

19、對(duì)比4種方案15a 的單井產(chǎn)油量、含水率、采出程度，可以看出：方案1的初期單井產(chǎn)油量最高，這是因?yàn)樵谏a(chǎn)初期含水率低，方案1因裂縫較長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)能影響較大，但隨著開采時(shí)間的延續(xù)，含水率上升較快，最終采出程度最低；方案2、方案3、方案4兼顧了注水圖7不同方案的含水率根據(jù)研究成果現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)5口井，每口井壓開8條裂縫，裂縫導(dǎo)流能力為25m 2·cm ，采用方案4的布縫方式。水平井壓后產(chǎn)量是未壓裂水平井的2.99倍，增產(chǎn)效果較好。376斷塊油6789氣田2013年5月武恒志. 低滲油氣田高效開發(fā)鉆井技術(shù)研究與實(shí)踐J . 石油鉆探技術(shù)，2012，40（3）：1-6.韓來聚，牛洪波，竇玉玲. 勝利低滲

20、油田長(zhǎng)水平段水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)J . 石油鉆探技術(shù)，2012，40（3）：7-12.井元帥. 蘇53區(qū)塊低滲透砂巖氣藏水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)及應(yīng)用J . 石油地質(zhì)與工程，2012，26（4）：101-103.林軍，袁述武，武鑫，等. 水平井技術(shù)在克拉瑪依油田七中區(qū)克下組油藏二次開發(fā)中的應(yīng)用J . 石油地質(zhì)與工程，2012，26（1）：33-35.10孫良田，孫梅俠，劉耀旭，等. 油藏?cái)?shù)值模擬在雙河油田壓裂設(shè)計(jì)中圖8不同方案的采出程度的應(yīng)用J . 斷塊油氣田，2001，8（1）：59-61，70.11李勇明，郭建春，趙金洲. 油藏整體壓裂數(shù)值模擬軟件的研制與應(yīng)用J . 斷塊油氣田，2004，11

21、（5）：37-39，91.12姜晶，李春蘭，楊敏. 低滲透油藏壓裂水平井裂縫優(yōu)化研究J . 石油鉆采工藝，2008，30（4）：50-52.13孫良田，孫宜建，黃志文，等. 低滲透油氣藏水平井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)J . 西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，24（3）：45-48，111. 14王曉泉，張守良，吳奇，等. 水平井分段壓裂多段裂縫產(chǎn)能影響因素分析J . 石油鉆采工藝，2009，31（1）：73-76.15勞斌斌，劉月田，屈亞光，等. 水力壓裂影響因素的分析與優(yōu)化J .斷塊油氣田，2010，17（2）：225-228.16謝遠(yuǎn)偉，李軍亮，廖銳全，等. 壓裂井裂縫參數(shù)優(yōu)化研究J . 斷塊油

22、氣田，2011，17（6）：762-764.17艾敬旭，單學(xué)軍，侯天江. 五點(diǎn)井網(wǎng)注水井壓裂裂縫參數(shù)對(duì)油井產(chǎn)量的影響J . 斷塊油氣田，2011，18（5）：649-652.18馮程賓，張永平，張洪濤，等. 壓裂水平井直井聯(lián)合開發(fā)裂縫參數(shù)優(yōu)化J . 油氣田地面工程，2011，30（2）：34-36.19王志平，朱維耀，高英，等. 水平井-直井整體壓裂組合井網(wǎng)產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型的建立與應(yīng)用J . 特種油氣藏，2012，19（3）：101-103，107，156. 20Cvetkovic Branimir. Modeling the productivity of a multifractured -4結(jié)論1）低滲透油藏水平井布縫方式優(yōu)選前，需要對(duì)水平井分段壓裂裂縫參數(shù)進(jìn)行單因素分析，合理的裂縫參數(shù)為水平井布縫方式的優(yōu)選奠定了基礎(chǔ)。2）合理的水平井布縫方式可提高單井產(chǎn)量和區(qū)塊采出程度，使含水率上升緩慢，提高了水平井分段壓裂改造效果和經(jīng)濟(jì)效益。3）考慮注水井影響，為避免水突進(jìn)，在水平井布縫方式優(yōu)選上，裂縫要錯(cuò)開注水井排布，靠近注水井的裂縫長(zhǎng)度要短些，可以不等間距、不等長(zhǎng)度排布，在獲得較高產(chǎn)能的同時(shí)含水率較低。參12345考文獻(xiàn)張學(xué)文. 低滲透率油藏壓裂直井開發(fā)數(shù)值模擬研究J . 斷塊油氣田，1998，5（4）：20-22，65.劉應(yīng)紅，李宗田，趙碧華. 利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法優(yōu)