水力压裂影响因素的分析与优化

1、第17卷第2期1水力压裂技术简介目前对于低渗透油藏而言,水力压裂技术是提高油井产量的有效手段,但在实施压裂过程中,需要注意和考虑的问题有很多,如水力压裂的影响因素和参数优化等问题1。1.1影响压裂效果的因素影响压裂效果的因素有很多,压裂效果不仅受储层物性、流体性质的影响,更受工艺设计、支撑剂材料、现场施工、压后作业等诸多因素的影响。为保证压裂效果,防止二次污染,就要注重每一个环节2。1.1.1油井自身因素根据现场工作经验,压前油层动用程度差、地层压力高的井,压后效果好。1.1.2压裂施工参数1投球个数;2加砂强度;3排量;4平均砂比。水力压裂影响因素的分析与优化劳斌斌1,2刘月田1,2屈亚光1

2、,2郭玲玲1胥小伟1(1.中国石油大学石油天然气工程学院,北京102249;2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室,北京102249基金项目:国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2008ZX05009摘要我国很多油田中存在低渗油藏,对低渗油藏进行压裂是目前提高油藏开发效果及其采收率的有效手段。为了提高压裂措施的增产效果,以尽可能小的投资获得最大的回报,就需要对影响压裂井的因素进行分析。以理论油藏模型和某油田实际油藏模型为基础,引进了敏感系数,通过比较敏感系数绝对值的大小,对压裂井增产效果的影响因素进行了敏感性分析。压裂井油层特性的敏感性从大到小的排列顺序为:含油饱和度、孔隙度、有效厚

3、度、地层压力、渗透率。对压裂井的参数进行了优化设计,对于低渗复杂断块油藏,人工裂缝长度为0.8倍井距时最优;针对一注一采井组,当裂缝方向与注采井连线成45角左右时増油效果最好;油水井同时压裂时増油效果最好;相对于矩形井网,三角形井网更加适合人工压裂。关键词压裂;影响因素;敏感性分析;参数;优化设计中图分类号:TE357.1文献标识码:AAnalysis and optimization of factors affecting hydraulic fracturingLao Binbin 1,2Liu Yuetian 1,2Qu Yaguang 1,2Guo Lingling 1Xu Xiao

4、wei 1(1.Faculty of Petroleum and Gas Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.MOE Key Laboratory ofPetroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,ChinaAbstract:There are low permeability reservoirs in many oilfields and fracturing measures are effective me

5、ans of improving the development effectiveness and recovery ratio in low permeability reservoir.The factors of influencing fractured well should be analyzed in order to improve the fracturing effect and to obtain the greatest recompense as small investment as possible.This article introduces the sen

6、sitivity coefficient on the basis of theory reservoir model and the actual reservoir model of an oilfield.The sensitivity of influencing factors of stimulation effect for fractured well is analyzed through the comparison of absolute value of sensitivity coefficient.According to descending arrangemen

7、t,the sensitivity of reservoir property in fracture well is oil saturation,porosity,effective thickness,reservoir pressure and permeability.The parameters of fractured well are optimized.Optimal artificial fracture length is 0.8times of well spacing for the complicated fault-block reservoirs with lo

8、w permeability.The stimulation effect is optimal when the connection of fracture direction and injection -production wells is 45in view of the well group of one -well injection and one-well production.The stimulation effect is optimal when oil well and water well are fractured simultaneously.Triangu

9、lar pattern is more suitable to fracturing than rectangular well pattern.Key words:fracture,influence factor,sensitivity analysis,parameter,optimal design.引用格式: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.Lao Binbin ,Liu Yuetian ,Qu Yaguang ,et al.Analysis and optimization of factors affec

10、ting hydraulic fracturing J .Fault-Block Oil &Gas Field ,2010,17(2:225-228.文章编号:1005-8907(201002-225-04断块油气田FAULT-BLOCK OIL &GAS FIELD2010年3月2252010年3月断块油气田1.1.3压裂后作业压裂后作业对压裂效果的影响很大,压裂后要及时排液,及时投产,减少压裂液对地层的伤害,最后压裂效果也会较好。1.2压裂时间对开发指标的影响压裂进行的时间对生产井增油量的影响较大。压裂时间早,增油量明显较高;而压裂时间晚,则增油量减小,且压裂有效期较短。如果压裂时间晚,此

11、时生产井已经见水,甚至含水率上升到一定值之后,注水井压裂增加了注水量,会导致油水前缘的突进,更加快了含水率的上升,产液量虽然有所增长,但产油量却增长很少,甚至下降。因此,越早进行压裂,增油效果越好。2油藏数值模拟研究影响压裂井增产幅度的因素主要是油层特性和裂缝几何参数。油层特性主要指压裂层的渗透率、含油饱和度、孔隙度、流体物性、油层能量等;裂缝几何参数指裂缝的长、宽、高和导流能力。利用油藏数值模拟技术,对压裂井的油层特性和裂缝几何参数进行了研究3。2.1理论油藏模型利用理论数值模拟模型,对压裂井的油层特性进行敏感性分析4。首先建立一个油藏理论模型,油藏分为10个小层,油藏的地质特征和流体物性参

12、照我国东部某断块油藏,其中710层的渗透率较低,79层为1510-3m2,10层为1010-3m2。压力系数为1.1,属于正常压力系统。布井系统以三角形井网为基础,采用反七点法,6口采油井采用定液生产,产液量为30 m3d-1,1口注水井的注水量为180m3d-1。对模型79层造垂直人工裂缝,裂缝的导流能力为60010-3m2m,缝长为480m。然后引进敏感系数(敏感系数=目标值变动百分比/参量值变动百分比,通过比较敏感系数绝对值的大小,对地层压力、渗透率、含油饱和度、孔隙度、有效厚度进行敏感性分析。将以上参数分别增加20%和40%,比较模型改变后的采出程度和敏感系数(即影响程度,见图14。从

13、图1、图2可以看出:随着含油饱和度和地层渗透率的增加,压裂井的増油效果变好。并且,这2个参数增加越大,増油效果变好越多。其中增大含油饱和度时,増油效果变好最明显。这是因为该模型79层属于低渗油藏,随着渗透率增加,水驱效果变好。说明在含油饱和度较高、渗透率较高的油藏,实施压裂措施増油效果更好。但是,随着地层压力、孔隙度和有效厚度的增加,压裂井的増油效果反而变差。并且这3个参数增加越大,増油效果变差越多。这是因为压力增加时,地层压力系数大于1.3,成为异常高压油藏,随着地层压力或孔隙度增加,注入水突进到油井的时间变短,形成高含水通道,油井过早水淹引起増油效果变差。图1参数增加20%后的采出程度图2

14、参数增加40%后的采出程度从图3、图4可以看出:压裂井油层特性的敏感性从大到小的排列顺序为:含油饱和度、孔隙度、有效厚度、地层压力、渗透率。但是,孔隙度与有效厚度对压裂井增产效果影响的敏感性基本相似。图3参数增加20%后的敏感系数226第17卷第2期图4参数增加40%后的敏感系数2.2实际油藏模型选取我国东部某实际油藏,对裂缝参数进行优化设计5-6。该油藏属于多层系复杂断块油藏,随着深度的增加,油藏物性逐渐变差,渗透率较低。通过水力压裂改善油藏条件,对提高油井产量有一定的作用。同时油藏内发育多条断层,将整个油藏切割成大小不等、形状各异的自然断块,许多油井布在断层附近,所以在实施压裂措施时,要特

15、别注意断层附近的井。结合油藏实际地质情况,选择该油藏高7断块I 油组9小层作为研究的目标区域,区域砂体面积较大,可以减少砂体形状和大小的影响。2.2.1压裂可行性分析在是否采取压裂措施2种情况下,该砂体的累计产油量指标对比如图5所示。采取压裂措施后,油井增油量的效果比较明显,能够提高油井产能。这是因为压裂措施改善了油井周围砂体的物性,地层渗透率变大,连通了油气储集区,同时在实际过程中可以克服井底附近的地层污染,解除井底附近的堵塞,所以可以较大幅度地提高油井产能。图5压裂可行性分析2.2.2人工裂缝长度优化人工压裂的规模可以采用人工裂缝穿透率来表示。人工裂缝穿透率以人工压裂裂缝长度与井距之比的百

16、分数来表示(如人工裂缝穿透率为60%70%,则表示支撑缝长为井距的0.60.7。随着穿透率的增加,累计产油量也相应地增加(见图6。但是,当穿透率增加到0.8时,累计产油量的增加幅度变小。考虑到造缝长度越长,成本越高,所以该砂体裂缝长度为0.8倍井距时最优。图6裂缝长度优化2.2.3人工裂缝方向优化人工裂缝方向以通过裂缝与注采井之间连线的夹角来表示。针对一注一采井组,3种条件下(夹角分别为0,45和90的累计产油量指标对比如图7所示。当裂缝方向与注采井连线成45角左右时,增油效果最好。图7裂缝方向优化2.2.4压裂井别优化研究了油井压裂、水井压裂及油水井同时压裂3种情况,结果如图8所示。油水井同

17、时压裂时,油井累计产油量最好,其次是油井压裂,最后是水井压裂。2.2.5人工裂缝与井网优化人工裂缝与井网优化主要研究了2种形式的井网:一种是三角形井网,另一种是矩形井网。从累计产油量指标对比图中可以看出(见图9:三角形井网更加适合低渗复杂断块油藏的人工压裂,增油效果好。劳斌斌,等:水力压裂影响因素的分析与优化2272010年3月断块油气田图8压裂井别优化图9人工裂缝与井网优化3结论1压裂时间早,增油量明显较高;而压裂时间晚,增油量减小,且压裂有效期较短。2随着含油饱和度和地层渗透率的增加,压裂井的増油效果变好。说明在含油饱和度较高、渗透率较高的油藏,实施压裂措施増油效果更好。但是,随着地层压力

18、、孔隙度和有效厚度的增加,压裂井的増油效果反而变差。3压裂井油层特性的敏感性从大到小的排列顺序为含油饱和度、孔隙度、有效厚度、地层压力、渗透率。孔隙度与有效厚度的敏感性基本相似。4对于低渗复杂断块油藏,人工裂缝长度为0.8倍井距时最优;针对一注一采井组,当裂缝方向与注采井连线成45角左右时,増油效果最好;油水井同时压裂时,増油效果最好,其次是油井压裂,最后是水井压裂;相对于矩形井网,三角形井网更加适合人工压裂,增油效果好。参考文献1马新仿,张士诚.水力压裂技术的发展现状J.河南石油,2002,16(1:44-47.Ma Xinfang,Zhang Shicheng.Status of deve

19、lopment of hydraulic fracturing technologiesJ.Henan Petroleum,2002,16(1:44-47. 2王仲茂,胡江明.水力压裂形成裂缝形态的研究J.石油勘探与开发,1994,21(6:66-69.Wang Zhongmao,Hu Jiangming.A study on the fracture types induced by hydrofracturingJ.Petroleum Exploration and Development,1994,21(6:66-69.3赵卫蕊,王杰祥,王庆,等.压裂井油层参数对增产效果的影响分析及应用

20、J.断块油气田,2007,14(4:63-65.Zhao Weirui,Wang Jiexiang,Wang Qing,et al.Influence analysis and application of reservoir parameters from fracturing well on incremental resultJ.Fault-Block Oil&Gas Field,2007,14(4:63-65.4郭大力,赵金洲,吴刚,等.水力压裂优化设计方法研究J.西南石油学院学报,1999,21(4:61-63.Guo Dali,Zhao Jinzhou,Wu Gang,et al.A stud