低渗透油藏分段压裂水平井布缝方式优化_朱世琰

1、断块油气田第20卷第3期FAULT -BLOCK OIL GAS FIELD 2013年5月doi:10.6056/dkyqt201303025低渗透油藏分段压裂水平井布缝方式优化朱世琰，李海涛，阳明君，罗伟，黄诚（西南石油大学石油工程学院，四川成都610500）基金项目：“十二五”国家科技重大专项子课题“低渗气藏水平井分段压裂及控水完井技术研究”（2011ZX05022-006-004HZ ）摘要为提高压裂改造效果，须优选出合理的裂缝参数。目前国内外优选裂缝参数时，只对裂缝条数、长度、间距、导流能力进行优化研究，没有考虑水平井裂缝布放方式对压裂水平井产能和含水率的影响。为此，文中以某低渗透油

2、藏七点注采井网单元为例，采用数值模拟方法，在水平井分段压裂裂缝参数单因素分析基础上进行水平井布缝方式优化研究，评价了裂缝参数对井网单元开发指标的影响，最后优选出合理的水平井分段压裂裂缝参数。研究结果表明：考虑注水井的影响，为避免水突进，水平井布缝时，裂缝要错开注水井排布，靠近注水井的裂缝要短些，可以不等间距、不等长度排布，在获得较高产能的同时保证含水率也较低；合理的水平井布缝方式可提高单井产量和区块采出程度，使含水率上升缓慢，可提高水平井分段压裂改造效果和经济效益。该研究为同类油藏压裂施工设计提供了有效依据。关键词低渗透油藏；水平井；分段压裂；数值模拟；裂缝参数优化；布缝方式文献标志码：A中图

3、分类号：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低渗透油藏具有渗透率低、渗流阻力大、连通性差等特点，因此，水平井分段压裂完井是低渗油藏少井高产、高效开发的重要保证。为充分发挥水力裂缝的作用，提高压裂改造效果，须采用合理的裂缝参数

10、。虽然许多学者通过电模拟实验、数学物理模型、数值模拟等方法对裂缝参数进行了优化1-21本文采用数值模拟方法，在对水平井分段压裂裂缝参数单因素分析的基础上，进行水平井布缝方式优化研究，评价了裂缝参数对井网单元开发指标的影响，以此收稿日期：2012-12-01；改回日期：2013-03-13。作者简介：朱世琰，女，1987年生，在读硕士研究生，主要从事油气田开发研究。E -mail ：zsylzb。，但没有考虑水平井裂缝布放方式对压裂水平井产能和含水率的影响。为此，引用格式：朱世琰，李海涛，阳明君，等. 低渗透油藏分段压裂水平井布缝方式优化J . 断块油气田，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断块油气田2013年5月优选出合理的水平井分段压裂裂缝参数。裂缝条数超过8条后上升趋势明显变缓。这是因为，随着裂缝条数的增加，裂缝间距不断减小，地层压力下降幅度

12、较大，裂缝间的相互干扰也较严重，使每条裂缝的产量减小22。因此，裂缝条数不是越多越好，而是存在一个最优值，在此合理的裂缝条数为8。1数值模拟模型在青海油田某低渗透油藏，选取一井距为350m 、直井注水、水平井采油的七点井网单元，利用Eclipse 油藏数值模拟软件，采用箱型黑油模型块中心网格，建立数值模拟模型。油藏和流体基本参数：地层厚度为18.8m ，平均孔隙度为12.6%，平均渗透率为2.6×10-3m 2，原始地层压力为17.430MPa ，饱和压力为1.582MPa ，地层原油体积系数为1.018，地层水体积系数为1.020，地层原油黏度为5.000mPa ·s ，

13、地层水黏度为0.759mPa ·s ，地层原油密度为0.8382t/m3，地层水密度为1.0440t/m3，岩石压缩系数为1.065×10-4MPa -1，地层原油压缩系数为2.2裂缝长度裂缝长度影响井筒与油藏的接触面积，进而影响压裂水平井产能。设水平井压裂8条裂缝，长度为25350m ，不同裂缝长度下采出程度变化情况见图2。12.350×10-4MPa -1，地层水压缩系数为3.700×10-4MPa -1，井筒半径为0.14m 。整个模型的网格数为70×70×3，在x ，y 方向上选用的网格步长相等，即D x =D y =10m

14、，D z =6.3m 。采用局部网格加密划分油藏与裂缝系统，利用裂缝等效导流能力法对裂缝网格进行处理，即在裂缝导流能力不变的条件下，用狭长、高渗透率的网格模拟裂缝。采取定井底压力方式模拟，水平井井底流压为8.1MPa ，注水井井底流压为33.0MPa ，注水井不压裂，水平井压裂，水平段长度为700m ，模拟时间为15a 。图2采出程度与裂缝长度的关系由图2可看出，随着裂缝长度的增加，采出程度不断增大。但裂缝长度超过300m 之后，再增加裂缝长度，采出程度增长速度明显变缓。与此同时，裂缝越长，施工成本和难度越高，在注采井网中，裂缝过长还会引起水窜，致使油井过早水淹23。又因井网井距为3502裂缝

15、参数单因素优化在水平井裂缝布放方式优选前，需对水平井分段m ，所以优选的裂缝长度为250m 左右，即裂缝半长为125m 左右。2.3裂缝导流能力设裂缝长度为250m ，8条裂缝，裂缝导流能力分别为5100m 2·cm ，采出程度变化情况见图3。压裂裂缝参数进行单因素分析。采用以上油藏和流体参数，通过数值模拟确定该低渗透油藏水平井合理的裂缝参数。2.1裂缝条数设裂缝长度为250m ，裂缝沿水平段均匀分布。裂缝分别为112条时采出程度变化情况见图1。图3采出程度与裂缝导流能力的关系由图3可看出，随着裂缝导流能力的增加，水平井采出程度增加；当裂缝导流能力达到40m 2·cm 以后

16、，图1采出程度与裂缝条数的关系采出程度上升趋势明显变缓。裂缝长度和条数一定时，增加裂缝导流能力，施工成本和难度也势必增加。由此确定合理裂缝导流能力为25m 2·cm 。由图1可看出，裂缝条数越多，采出程度越大，当第20卷第3期朱世琰，等. 低渗透油藏分段压裂水平井布缝方式优化3753水平井布缝方式优选通过单因素优化设计，确定了合理的裂缝参数，即井的影响，在考虑驱替效果的情况下对水平井进行不等缝长压裂，较方案1有明显的优势；方案3与方案4比方案2多考虑了边部注水井的影响，增产效果优于方案2；方案4虽然初期单井产油量最低，但在方案3的基础上采用了中间注水井连线避压方式设计，以避免井间干扰

17、，有效防止了裂缝性水淹，随生产时间增加，在4种方案中采出程度最高、含水率最低。裂缝条数、裂缝长度和裂缝导流能力。在此基础上，再进行水平井布缝方式优选。以水平井压开8条裂缝为例，模拟裂缝沿水平段均匀分布时，裂缝从水平井端部布起和不从水平井端部布起2种情况下，采出程度随生产时间的变化关系（见图4）。图4采出程度与生产时间的关系由图4可看出，裂缝从端部布起的采出程度略大于裂缝不从端部布起的情况。这是因为，同为等间距布缝，裂缝从水平井端部布起时裂缝间距较大，裂缝间产生的相互干扰作用较小，使产量较高，采出程度较大。故优选裂缝从水平井端部布起的布缝方式。在进行水平井布缝方式优选分析时，设计水平井压开8条裂

18、缝，裂缝导流能力为25m 2·cm 时，不同布缝方案见表1。表1方案图5各方案布缝示意水平井布缝方案裂缝半长/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图6不同方案的单井产油量布缝方式中，方案1裂缝等长，方案2为纺锤型，方案3为哑铃型，方案4在方案3的基础上采用注水井处水平井中间段不压裂的设计方式（见图5）。不同布缝方案下，单井产油量、含水率、采出程度的模拟变化情况见图68，并以此作为评价指标。

19、对比4种方案15a 的单井产油量、含水率、采出程度，可以看出：方案1的初期单井产油量最高，这是因为在生产初期含水率低，方案1因裂缝较长，对产能影响较大，但随着开采时间的延续，含水率上升较快，最终采出程度最低；方案2、方案3、方案4兼顾了注水图7不同方案的含水率根据研究成果现场试验5口井，每口井压开8条裂缝，裂缝导流能力为25m 2·cm ，采用方案4的布缝方式。水平井压后产量是未压裂水平井的2.99倍，增产效果较好。376断块油6789气田2013年5月武恒志. 低渗油气田高效开发钻井技术研究与实践J . 石油钻探技术，2012，40（3）：1-6.韩来聚，牛洪波，窦玉玲. 胜利低渗

20、油田长水平段水平井钻井关键技术J . 石油钻探技术，2012，40（3）：7-12.井元帅. 苏53区块低渗透砂岩气藏水平井随钻地质导向技术及应用J . 石油地质与工程，2012，26（4）：101-103.林军，袁述武，武鑫，等. 水平井技术在克拉玛依油田七中区克下组油藏二次开发中的应用J . 石油地质与工程，2012，26（1）：33-35.10孙良田，孙梅侠，刘耀旭，等. 油藏数值模拟在双河油田压裂设计中图8不同方案的采出程度的应用J . 断块油气田，2001，8（1）：59-61，70.11李勇明，郭建春，赵金洲. 油藏整体压裂数值模拟软件的研制与应用J . 断块油气田，2004，11

21、（5）：37-39，91.12姜晶，李春兰，杨敏. 低渗透油藏压裂水平井裂缝优化研究J . 石油钻采工艺，2008，30（4）：50-52.13孙良田，孙宜建，黄志文，等. 低渗透油气藏水平井压裂优化设计J . 西安石油大学学报：自然科学版，2009，24（3）：45-48，111. 14王晓泉，张守良，吴奇，等. 水平井分段压裂多段裂缝产能影响因素分析J . 石油钻采工艺，2009，31（1）：73-76.15劳斌斌，刘月田，屈亚光，等. 水力压裂影响因素的分析与优化J .断块油气田，2010，17（2）：225-228.16谢远伟，李军亮，廖锐全，等. 压裂井裂缝参数优化研究J . 断块油

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