低渗透油气藏水平井压裂优化设计

1、年月第卷第期西安石油大学学报（自然科学版）文章编号：（）低渗透油气藏水平井压裂优化设计孙良田，孙宜建，黄志文，夏洪玖，李宗田（中国石化石油勘探开发研究院，北京；中国石化中原油田，河南濮阳）摘要：介绍了水平井压裂裂缝的形态、压裂水平井的渗流特征、压后产能预测；探讨了裂缝条数、裂缝长度和裂缝导流能力的优化以及不同的裂缝布局和不同位置的裂缝对压后产量的影响通过井水加喷砂压裂位置测井数据进行压裂裂缝模拟，优化设计与现场施工的加砂量和排量比较一致关键词：低渗透油气藏；水平井；压裂；优化设计中图分类号：文献标识码：国内外于世纪年代开始研究水平井的压裂增产改造技术，在水力裂缝的起裂、延伸，水平井压后产量预测

2、，水力裂缝条数和裂缝几何尺寸的优化，储层保护，分段压裂施工工艺技术与井下分隔工具等方面取得了一定进展，但总体来讲不配套、不完善沿水平井井筒方向延伸的裂缝；水平缝是指裂缝面沿水平方向延伸的裂缝平行于水平井筒的裂缝可以改善水平井的开采状况，将径向流动改善为两个线性流动，但并不能大幅度增加水平井控制的储量；而垂直于水平井筒的裂缝在大大改善流动状态的同时，还可以达到大幅度增加控制储量的目的，也就是达到利用一口水平井代替多口垂直井的目的特别是在开采非均质严重的低渗透油田时，只有利用垂直水平井筒的裂缝大大增加水平井控制储量才能增加开采效益因此，对于水平井压裂希望形成垂直于水平井井筒的横向多裂缝水平井压裂后

3、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，进一步增加了水平井压裂优化设计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压裂水平井的流动形态特点年，推导了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能预测模型，然后分析了影响压裂水平井产能的主要因素研究了水平井中多条横向人工裂缝的瞬态压力特性，其流态见图由图可知，可将水平井中多裂缝的流动形态分为部分：水平井压裂水力裂缝形态水力裂缝方位垂直于最小主地应力方位，因此，依据水平井井筒

4、方向与最小主地应力方位的关系，水平井人工裂缝一般有种形态：横向缝、纵向缝、水平缝横向缝是指裂缝面与水平井井筒相垂直的裂缝，一般可以产生多条横向缝；纵向缝是指裂缝面图水平井横向裂缝的流态示意图收稿日期：作者简介：孙良田（），男，博士，高级工程师，主要从事压裂酸化工艺方面的研究：（）第一线性流，指地层向各条裂缝和裂缝向井筒的线性流动；（）第一径向流，指裂缝较短且间距较大，则在各裂缝周围产生的拟径向流需要指出的是，若裂缝不是很短且间距不是很大，则不能产生这样的拟径向流；（）第二线性流，指在流动后期，若边缘很远且缝很短很密，则产生流线相互平行且垂直于水平井轴线的线性流动；（）第二径向流，指对于整个油藏

5、，如果生产时间很长，则流体以径向流的形式向水平井及裂缝区域的流动压裂水平井产能预测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，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（）（）（）（） （ （）（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，即（）这样就可以得到一个含个未知数、个方程的线性方程组，该方程组可封闭求解水平井分段压裂裂缝的优化裂缝条数随着裂缝条数（）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

6、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研究还表明，在生产一定时间后，水平井中的多条裂缝之间将产生干扰，愈靠近内部的缝所受到的干扰愈大，产量则愈低因此，水平井中裂缝条数的优化非常重要，它不仅影响水平井的产能，同时也影响压裂施工的安全性和最终经济效益研究认为，如果沿裂缝方向的渗透率（）与沿井筒方向的渗透率（）相等或相差较小，那么裂缝的最佳条数为条，如果沿裂缝方向的渗透率比沿井筒方向的渗透率大，那么裂缝的最佳条数将有所增加图裂缝条数对压裂水平井产量的影响裂缝长度从图可以看出，随着裂缝长度（）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，产量的增幅变小图裂缝长度对

7、压裂水平井产量的影响裂缝导流能力由图可见，随着裂缝导流能力（）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间大（情形）、两端大中间小（情形）种情况下模拟裂缝间距对压裂水平井产量的影响（见图、表）计算结果表明，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、中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图裂缝导流能力对压裂水平井产量的影响裂缝间距为了研究裂缝间距对压裂水平井

8、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）、两端小中图不同裂缝间距组合方案示意图表不同裂缝间距组合情形下压裂水平井累计产量统计生产时间月情形情形情形情形情形注：表示第条和第条裂缝之间的距离；表示第条和第条裂缝之间的距离；表示第条和第条裂缝之间的距离裂缝位置计算研究结果表明，位于水平井段两端的裂缝产量大于中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，两条中部裂缝之间的流动区域压力下降很快，而端部裂缝具有更大的泄油区域，所以两条端部裂缝的贡献将会占主导地位表不同位置裂缝的日产油量统计日产油量生产时间月裂缝裂缝裂缝裂缝裂缝裂缝裂缝实例井（

9、具体数据见表）是某油田的一口水平井，于年月开钻，年月日钻至井深完钻，层位为山层，裸眼段长；砂岩，在裸眼段的钻遇率，气层和差气层根据优化结果，井水平井段通过水力喷砂射孔形成条人工裂缝，比较理想的位置：第一层、第二层和第三层采用三维压裂设计软件进行设计模拟，人工裂缝几何形态模拟结果见表年月进行了现场压裂施工，压裂工艺采用水力喷射加砂工艺技术现场施工结果和设计结果对比见表该井压裂前产量×，无阻流量×；压后产量×，无阻流量×表井水力喷砂压裂位置测井解释数据层号井深视厚度渗透率含气饱和度（）孔隙度深电阻率（）浅电阻率（）泥质含量解释结论气层气层气层表井压裂裂缝模拟

10、结果层位山山山射孔井段裂缝半长水力支撑下界裂缝高度上界水力支撑缝宽铺砂浓度（）表井现场施工和设计对比层次设计实际砂比）设计实际入地净液量返排液量破裂压力工作压力停泵压力结论（）水平井的增产措施是低渗透水平井长期高效开发的重要手段，加大水平井分段压裂措施的现场实施研究力度，是很有必要的（）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预测计算模型，为优化设计提供了理论基础（）压裂水平井优化设计表明裂缝的最佳条数为条；压裂水平井的产量随裂缝长度的增加而增加，但增长的幅度在逐步下降，因此并不是裂缝越长越好，要根据特定的地层优化最佳的裂缝长度；裂缝导流能力与裂缝的长度优化结果相似；在最优的裂缝数范围内尽量增大中部裂缝间距和端部裂缝长度（）目前的国内外压裂设计软件都不太适合水平井的压裂改造设计需要，虽然目前的软件具有多裂缝设计功能，在产量预测方面考虑的太少，如没有考虑裂缝