水平井分段压裂裂缝优化研究

水平井分段压裂裂缝优化水平井是提高油田开发经济效益的一项开发技术。到2000年全世界已完钻水平井23385口。水平井用于低渗油藏开发的比例越来越高，成为低渗油藏开发的热点技术之一。低渗透油气藏水平井不改造难以获得经济有效的开采效果，水平井分段改造技术成为人们关注的重点，做好水平井分段裂缝的优化是提高水平井改造效果的重要支撑和保证。引言第一节、油藏数值模拟概述及基本原理第二节、油藏数值模拟工作流程第三节、一次采油期分段裂缝优化第四节、二次采油期分段裂缝优化第五节、经济评价与施工参数优化结束语提纲Nf=4-s=0累积产油量(m3)20倍400倍

水平段长度400m

压裂缝长度150m2400倍压裂后泄油渗流面积增加倍数

水平井分段压裂/水平井不压裂=120

水平井分段压裂/直井压裂=6裂改造，渗透率在0.01-1md地层压裂增产幅度为40%-650%

如果考虑表皮伤害、启动压力等因素，压裂的增产幅度会进一步提高

渗透率超过10md后，压裂与不压裂产量接近10000

1000

100

低渗油气藏需要压裂改造才能较大幅度提高产量100000

渗透率小于5md的储层，均需要压0.01100.1

1

储层渗透率(md)压裂4段裂缝，表皮为0水平井用于低渗油藏开发的比例越来越高,水平井需要改造吗？

水平井压裂后能大幅度增大泄油渗流面积，提高单井产量

油层厚度20m产量（m3）累计产量，m315001000

500

00123

4

5

6789裂缝条数（条）kv/kh=0.01kv/kh=0.1kv/kh=0.50

时间，天均质情况，模拟时间2400天

垂向非均质情况，模拟时间360天渗透率1md；孔隙度13%原油粘度1.9mPa.s；地层厚度12m；水平段长500m

水平井需要分段改造吗？水平井需要分段压裂才能取得更好的增产效果

随改造段数增加，产量增加，如果考虑到储层的非均质性等因素，

分段数增加则产量增加更为明显

3500

3000

2500

2000采出程度日产油(t/d)0216141210

8

6

4020040060080010001200

低渗油藏水平井压裂改造后依靠弹性开采产量下降较快，需要注水保持地层能量

18

生产时间(d)弹性开采压后产量变化

水平井注采井网中分段裂缝优化

0.30.25

0.20.15

0.10.05

0井网1井网2井网4井网5井网3

井网注水与否采出程度对比采出程度-注水采出程度-不注水水平井需要改造水平井需要分段改造水平井注水条件下的分段改造

不同储层条件

不同井筒条件

不同井网条件裂缝形态？改造段数？裂缝长度？导流能力？…引言第一节、油藏数值模拟概述及基本原理第二节、油藏数值模拟工作流程第三节、一次采油期分段裂缝优化第四节、二次采油期分段裂缝优化第五节、经济评价与施工参数优化结束语提纲油藏模拟——压裂方案优化的基础单井井组区块油田…构造钻井岩心测试注采历史…建立模型网格加密设置裂缝地层对裂缝的需求施工的目标油气藏数值模拟—科学开发油气田的关键技术油气藏数值模拟是随着电子计算机的出现而发展起来的一门新学科，它是迄今为止定量地描述在非均质地层中多相流体流动的唯一方法。数值模拟也常常借助物理模拟实验认识局部与瞬时的物理规律，利用计算机的大容量，将局部规律推广到大范围，将瞬时规律推广到长时间。30年代人们开始研究地下流体渗流规律并将理论用于石油开发；50年代是数值模拟起步阶段，在模似计算的方法方面，取得较大进展；60年代黑油模型理论形成，人们开始用计算机解决油田开发上的一些较为简单间题，收到当时计算机的速度限制只能做些简单的科学运算；第一个有效的数值模拟解法器是1968年Stone推出的SIP(Strong

ImplicitProcedure)，该解法可以很好地用来模拟非均质油藏和形状不规则油藏；70年后主要体现于计算机的快速升级带动了油藏数模的迅猛发展，在理论上黑油模型计算方法更趋成熟，热采模型、组分模型和化学驱模型理论先后形成；一、油藏数值模拟发展概述80年代则是油藏数值模似技术飞跃发展的年代，实现了工业性应用。解决了体积平衡和组分模型稳定问题；

90年代数值模拟的进展主要在粗化技术，并行计算，PEBI网格等方面，

油藏数值模拟向大型化、综合化、自适应化方向发展，实现了工作站数值模拟，油藏模拟软件向一体化方面发展；即集地震、测井、油藏工程（数模）、工艺及地面集输、经济评价等为一体的大型软件方面发展。如VIP模型、Eclipse模型、WorkBench模型、Star等模型，多种功能一体化。一、油藏数值模拟发展概述目前油藏数值模似软件基本上形成了一套能处理各种类型油气藏和各种不同开采方式的软件系列。黑油模型已被广泛用于各种常规油气藏的模拟；裂缝模型可用来解决除砂岩以外的灰岩,花岗岩,凝灰岩和变质岩的裂缝性油气藏开发问题；组分模型用于凝析气藏,轻质油和挥发油藏的开发设计和混相驱的研究；热采模型、化学驱模型煤层气与页岩气模型一、油藏数值模拟发展概述（一）

定义油藏数值模拟就是用数值的方法来解油藏中流体（相或者组分）渗流的偏微分方程组。是一种近似的解法，即用离散化的方法把连续函数转变成离散函数，用计算机来求解。通常用的方法有有限差分法，也可用有限元法和谱分析方法，但大多使用有限差分法。二、油藏数值模拟基本原理（二）主要内容

建立数学模型

建立数值模型

建立计算机模型

偏微分方程组

离散化

有限差分方程组

线性化

线性代数方程组

解方程组得到压力、饱和度等Q

=ΔpQo

=ΔpQw

=Δp−KK

ro

(sw)μovw

=Δp

Δp引入单相（或多相）流的达西定律方程：单相流达西定律：

KA

μL

多相流达西定律：

KK

r0

A

μoL

KK

rw

A

μ

wL

其中：K:空气渗透率；达西

A:截面积；厘米2

L:长度；厘米

△P:压差；大气压

Kro、Krw:油、水相对渗透率

μo:原油粘度；厘泊转变为运动方程：

vo

=

−KK

rw(sw)

μ

w

（三）油藏数值模拟基本方程1．运动方程

2、质量守恒方程研究流入流出单元体中质量的变化方程。根据物质平衡原理，流入单元体中的流体流量减去流出单元体流体流量等于单元体流体质量变化。yρ

v

yzρ

v

zΔxxρ

v

x

y

+

Δyx+Δxz+

Δzρ

v

zΔyρ

v

y

Δzρ

v

xo∑VoΔxhρ

Δx⋅Δy⋅hhV

)

=∇（ρo∂(ϕ

⋅so

⋅ρo)

∂t

∂(ϕ

⋅sw

⋅ρw)

∂t

∇（ρohVo)

=

−h∇（ρwhVw)

=

−hΔP)

=

−h∂(ϕ

⋅so

⋅ρo)

∂tKK

roρo

μo∇（hΔP)

=

−h∂(ϕ

⋅sw

⋅ρ

w)

∂tKK

rwρ

w

μ

w∇（h油：水：将达西定律代入连续性方程得出油、水的流动方程：油：水：单元体中流体质量发生变化的速率1

dV=

−ρ

=

ρ

0eCl⎜⎝=1

d

V＝φ

=

φ

0

+

Cφ(p

−

p0)3、

状态方程2)

岩石岩石压缩系数孔隙压缩系数3)

气体理想气体实际气体1)

液体

即1

dρ

ρ

dpCl

=⎛p−p0

⎞

⎟⎠或ρ

=

ρ0[1+Cl(p−

p0)]

1

dV

rV

r

dpC

r

=

−V

r

dpd

φdpp

C

φ

pV

=

nRTpV

=

ZnRTClV

l

dpl

对于多相渗流问题，差分方程的解法大致可分为IMPES、交替解法和联立解法三大类，从隐式程度来分又可分为显式、半隐式、全隐式以及自适应隐式等方法。

1.70年代，采用IMPES方法；

半隐式方法；80年代，推出了全隐式方法。IMPES方法节省时间和内存，但稳定性差；全隐式方法稳定性最好，但增加了计算工作量；半隐式方法居中。

2.自适应隐式方法，该方法吸取了全隐式和IMPES方法各自的优点。既要计算稳定，又要节省计算工作量，产生了自适应隐式方法，即可以根据每个节点和每个时间步的具体需要来选择其合适的隐式程度。（四）模型解法1.

按空间维数来分

零维

一维

二维

三维2.

按流体相数来分

单相

两相

三相3.

按流体组分来分

单组分

两组分

…

N组分4.

按岩石类型来分

单重介质（砂岩）

双重介质（碳酸盐岩）5.

按模型功能来分

黑油模型

凝析气藏模型

双重介质模型

热采模型

聚合物驱模型

三元复合驱模型

水平井模型

……（五）数学模型的分类1.初期开发方案的模拟2.对已开发油田历史模拟3.动态预测4.潜力评价和提高采收率的方向5.专题和机理问题的研究…三、数值模拟可以做哪些工作？利用计算机模型模拟对水平井分段压裂开采过程进行仿真，重现历史，预测未来。可在计算机上“多次”模拟裂缝布置方案，进行分段裂缝方案优选、产量和地层压力动态预测，它对整个水平井分段压裂来说是一项非常有效而经济的工具。四、油气藏数值模拟在水平井裂缝优化中的应用现有的油藏数值模拟商业化软件主要有WorkBench软件、CMG软件、Eclipse软件、VIP软件。

1）WorkBench软件是美国SSI公司开发的综合性软件包，有油藏描述、试井分析、生产数据分析、油藏数值模拟（黑油、热采、组分）四种应用模块，可用于研究水驱、

通过注气（注水）保持地层压力开采、气液分布、开发效果和开发策略的优化、

锥进、混相气驱（注CO2）、水平井的计算。2）CMG软件简介

美国Computer

Modelling

Group公司开发的软件包，有三种应用模块和辅助模块，应用模块：

IMEX、

STARS

、GEM，辅助模块：GridBuilder、PVTBuilder、ModelBuilder、Results

3D、Results

Graph。五、常用模拟软件介绍Eclipse

(Schlumberger)CMGVIP

(Halliburton)Other

commercial

modelsOil

company

models4）Eclipse软件是美国斯伦贝谢公司开发的软件包。ECLIPSE主要模块:ECLIPSE

100:

黑油模拟器；ECLIPSE

300:

组分模拟器、Flogrid:

建模型、PVTi:

EOS分析、VFPi:

垂直管流、chedule:

动态数据、SCAL:

岩芯数据、OFFICE:

项目管理、Frontsim:

流线法、Floviz:

3维显示、Simopt:

历史拟合、R2SL:

地面管网与模拟模型偶合。3）VIP软件是美国兰德马克公司

开发的软件包,黑油软件比较完善，是国内最早引进的黑油软件之一。

Eclipse数值模拟软件是当今世界数值模拟研究领域最先进的油气藏数值模拟软件，在数值模拟领域的软件使用占有量达到50%以上。Eclipse数值模拟软件中的黑油模块可以灵活处理多种网格、多种油藏情况(均质、非均质、双孔双渗介质等)、各种井筒条件(直井、斜井、水平井)，而且可以根据传导率的概念设置压裂时间点及各时间点的压裂参数。因此，Eclipse数值模拟软件可以作为水平井水力裂缝优化工具。ECLIPSE模拟软件介绍时间作者模型考虑1999Erwingyah&Putra天然裂缝水驱油田，基质渗透率0.02mD2001K.Orski&R.Combellas多裂缝直井、水平井,渗透率0.1-20mD2006H.Sadrpanah油藏和裂缝非达西渗流、井筒井眼处汇流的影响，用β和S表示，实验室求得结果带入软件计算2008姜晶直井注入，水平井采油，裂缝方位、裂缝位置、裂缝条数和非均匀裂缝长度，基质渗透率0.72mD1.Eclipse

适应性介绍

Eclipse模型中低渗透油田渗透率的范围从0.02mD到50mD不等，对渗透率的范围没有过多限制。且Eclipse应用范围广泛，对天然裂缝水驱油藏、低渗致密油页岩油藏、直井、斜井、水平井均能进行数值模拟，能够处理多种复杂的情况。2.ECLIPSE的主要功能模块黑油组分热采流线流线+组分ECLIPSE模型笛卡尔Pebi径向ECLIPSE网格类型3.ECLIPSE的核心模拟器及网格类型

•油藏、气藏、页岩气藏、煤层气藏、凝析气藏

•均质、天然裂缝储层

•直井、斜井、水平井、羽状水平井

•垂直裂缝、水平裂缝我们关心的一些其他细节：

考虑任意裂缝方位（非zag-zag）

应力敏感（ke、φ随压力的变化）

断层（传导率、临界压力）

水体（非相邻连接）

垂直管流

启动压力非达西效应无限空间任你发挥！各种井型引言第一节、油藏数值模拟概述及基本原理第二节、油藏数值模拟工作流程第三节、一次采油期分段裂缝优化第四节、二次采油期分段裂缝优化第五节、经济评价与施工参数优化结束语提纲裂缝形态优化分段裂缝优化思路

目标区块或单井压裂地质特征研究

建立单井或井网油藏数值模拟模型通过历史拟合研究储层有效渗透率等关键物性参数裂缝条数优化裂缝长度优化裂缝导流优化实现以上优化参数的施工工艺及施工参数优化油气藏数

值模拟建立精细的油藏地质模型是模拟工作成败的关键，油藏模拟工作要研究油田开发中的问题很多，不可能一律对待，也不可能在一个模型里都予以满足，需根据研究任务和客观条件建立相应的地质模型。油藏描述分析的目的是综合所有的测井、岩心和生产测试等资料来得出一个与全油田一致的储集层模型。对各种未知的基本参数例如：对顶面深度、砂厚、孔、渗、饱等空间分布的评价中最大限度地发挥现有测井资料的作用，同时将这些参数结合所需储集层的几何特性参量进行计算，并结合地质沉积相分析提供出更为精细、完善的油田地质模型。一、建立油藏地质模型

来源

地震解释

地质研究测井解释岩心分析特殊岩心分析高压物性资料试井RFT资料生产数据

数模所需的数据

层面（微）构造

储层厚度（净厚度）

孔隙度、渗透率

相渗、毛管压力

流体PVT实验数组产能、WOC、压力

生产/注入控制数据数值模拟所需数据

ECLIPSE

Office能建立正交网格、径向网格、角点网格和非结构PEBI网格。定义网格要合理有效。网格正交性差和网格尺寸相差太大都会导致模型的不收敛。正交性差会给矩阵求解带来困难，而网格尺寸相差大会导致孔隙体积相差很大，大孔隙体积流到小孔隙体积常会造成不收敛。

为使网格的正交性好，又能很好地描述断层或裂缝，最好能使边界与主断层或裂缝走向平行。网格的界限要与天然的非流动边界相符合，包括整个系统的矩形网格应最大可能的重迭在油藏上；

网格越多，每个时间步长中所需计算的数学问题越多，机时费用越多；

在平面上最好让网格大小能够较均匀，在没有井的地方网格可以很大，但最好能够从大到小均匀过渡。纵向上有的层厚，有的薄，最好把厚层能再细分。径向局部网格加密时里面最小的网格不要太小。二、网格划分及裂缝处理方法1.网格划分

在Eclipse软件中，对裂缝的处理主要是通过网格的尺寸和对网格的赋值来完成。目前软件提供的模块能处理裂缝的方位与水平井筒成0°和90°的情况，也能处理任意裂缝方位。为减少网格数量并保证方程收敛及数值计算的稳定性，对裂缝的常规处理方法为“等效导流能力”法，即在保持裂缝导流能力(裂缝宽度与裂缝渗透率的乘积)不变的情况下，适当地加大裂缝宽度，等比例减小裂缝渗透率的方法。以往的研究表明，用“等效导流能力”法处理裂缝时，在“缝宽”小于1.0m的情况下井的产量变化不大，该方法实用可靠。2.裂缝处理1）直角网格加密

是最简单最普通的加密方法，也是计算方法最为完善的方法。通过指定所需要加密的主网格的范围，再指定预期加密的程度，即把主网格划分的数量，实现对主网格的加密，如图所示。3.网格加密PEBI网格加密

2）非结构网格加密

该加密方法灵活多变，但在计算过程中误差较大，由于其可以模拟

直角网格无法模拟的形状，因此预计在不久的将来将得到更多应用，

如图所示为PEBI网格加密。PEBI（Perpendicular

Bisection垂直平分）网格是一种垂直平分网格，是近10年来提出并得到发展的一种非结构化网格技术。

PEBI网格的主要特点是灵活而且方便，为建立混合网格和局部加密网格带来方便，其优势在于可以对任意方位的人工裂缝进行描述，能完成任意形状的油藏区域网格划分。Ø.

Bøe和J.

Cox介绍了用Eclipse的PEBI网格建模时的方法

和步骤

区域选择对水平井加密区域加密

井眼局部网格▲任意裂缝方位与普通的直角网格加密方法不同：1.无法批量赋值。网格尺寸为1m，对于200m的裂缝就需要逐个找到对应的网格进行赋值，本区块共十条裂缝(如下图)，也就是说一个方案就要数2000个网格。2.能够精确模拟人工裂缝与水平井筒任意夹角的情况。▲模型效果图含油饱和度（SOIL）图BF76-P51BF76-P52含油饱和度（SOIL）图▲模型效果图BF87-P51井网？

4.水平井数模模型对称性软件：ECLIPSE方法：

井筒与储层的连接方式描述水平井筒

局部网格加密和“等效导流能力”的方法描述人工裂缝直井井网往往采用对称单元的方式减少网格数与计算量，水平井ab一次采油带裂缝的水平井是否满足对称性？

13576

6786

3408弹性开采：对比了1/4、1/2、1个计算单元的产量，结果：产量比=单元体积比

带裂缝的水平井具有对称性证明带裂缝的水平井和注采井网均可用选取对称单元的方法进行对比研究注水开发注采开发：对比了1/4、1/2、1个计算单元的产量，结果：产量比=单元体积比裂缝形态优化

分段裂缝优化思路

目标区块或单井压裂地质特征研究

建立单井或井网油藏数值模拟模型通过历史拟合研究储层有效渗透率等关键物性参数裂缝条数优化裂缝长度优化裂缝导流优化实现以上优化参数的施工工艺及施工参数优化引言第一节、油藏数值模拟概述及基本原理第二节、油藏数值模拟工作流程第三节、一次采油期分段裂缝优化第四节、二次采油期分段裂缝优化第五节、经济评价与施工参数优化结束语提纲

建立水平井+油气藏数值模拟模型，通过网格加密+等效导流能力的方法处理人工裂缝，考察裂缝形态、条数、裂缝长度、导流能力对水平井压后效果的影响规律，从而确定以上参数的优化结果。一、水平井一次采油期分段裂缝优化水平井人工裂缝一般有3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，严格说，水平裂缝是纵向裂缝的一种特殊形式1.裂缝形态优化累计产量(t)累计产量(t)低渗透水平井压裂横向裂缝效果好于纵向裂缝K=0.3×10-3μm2K=1.0×10-3μm250004000300020001000

060000100200300400生产时间(d)横向裂缝=4条纵向裂缝2500200015001000

500

030000100200

300400生产时间(d)横向裂缝4条纵向裂缝累计产量（t）累计产量(t)01200010000

8000

6000

4000

2000050100150200250300350400横向裂缝=4条纵向裂缝01200010000

8000

6000

4000

2000050100150200250300350400

生产时间(d)生产时间（d）一次采油期的研究结果认为渗透率5md以下的层多段横切裂缝改造效果好于纵向缝

横向裂缝=4条

纵向裂缝

K=5.0×10-3μm2

油

藏K=10.0×10-3μm2

低渗透水平井以多段横切裂缝改造为主，需要回答分段压裂裂缝长度、条数、导流能力2.裂缝条数、缝长、导流能力的优化影响分段裂缝优化结果的目标参数筛选

变化不同缝长，研究缝长对产量的影响

变化不同裂缝条数，研究其对产量的影响变化不同裂缝导流，研究其对产量的影响确定优化缝长确定优化裂缝条数确定优化裂缝导流累计产量（t）裂缝条数对30002500200015001000

500

00100200300400

水力裂缝条数水平井压裂裂缝条数达到一定条数后产量增加幅度明显变缓

3500

1条2条3条4条5条6条7条8条增产倍数（倍）30123456789裂缝条数（条）

储层不同物性条件对水力裂缝条数的需求不同3.5

k=0.1mdk=0.3mdk=0.5md

k=1.0md2.5

21.5

10.5

0累计产油（t）4000350030002500200015001000

500

0

水力裂缝支撑长度长支撑裂缝对低渗水平井压后生产有利，需要考虑经济因素来优化

4500050100150200

裂缝支撑长度（m）不同水平段长度与裂缝条数对压后产量的影响1条3条4条5条7条累计产量(t)6000020406080100120140160180200裂缝长度(m)

不同裂缝长度对不同物性储层影响程度不同7000

k=0.1md

k=0.3mdk=0.5md

k=1.0md50004000300020001000

0产量（t）水力裂缝导流能力30002500200015001000

500

0050100150200250300350400

生产时间（d）裂缝导流能力对水平井压裂产量的影响10.0μm2.cm20.0μm2.cm30.0μm2.cm50.0μm2.cm累计产量(t)40000102030405060

2不同物性条件下水力裂缝导流能力对压后产量的影响60005000

k=0.1md

k=0.3mdk=0.5md

k=1md300020001000

04条横切缝,半缝长100米3.多互层或厚层水平井改造裂缝穿透厚度的影响多薄层不同改造程度产量对比

沟通5小层(25米)

沟通3小层(15米)

沟通1层(5米)

4条横切缝,半缝长100米水平井裂缝高度改造程度形成区块的裂缝长度、条数、导流能力优化图版？实现水平井快速分段压裂优化，满足现场需求（一）影响裂缝参数优化结果的主要因素1.渗透率储层渗透率是影响水平井产能的重要因素之一，在渗透率高的地层中钻水平井并压裂可获得高的绝对产能。但是，从增产倍比的角度看，当水平井段长度一定时，产层渗透率越小增产倍比越大，在低渗透油层中钻水平井并进行压裂对水平井提高产能具有更重要的意义。

不同渗透率条件下，裂缝参数对水平井产量的影响趋势不同，即渗透率影响裂缝优化结果渗透率0.1md渗透率0.5md渗透率1md渗透率2.渗透率各向异性

储层渗透率各向异性是影响油藏渗流的重要因素，对于直井，一般认为其渗透率即有效渗透率就是地层的水平方向的渗透率，但是对于水平井而言，其有效渗透率则认为是水平渗透率和垂向渗透率的函数。储层渗透率各向异性包括垂向渗透率异性和平面渗透率异性。

在具体模拟时，在Eclipse软件的Grid模块中设置不同方向的渗透率值即可以模拟渗透率各向异性对水平井产能的影响。单一较厚油层(20米)水平井产量受Z方向渗透率的影响程度(不压裂)KZ=KX=1mdKZ=1/5KX=0.2mdKZ=1/10KX=0.1mdKZ=1/100KX=0.01md低渗透油藏三向渗透率非均质性:平面非均质与垂向非均质垂向非均质KZ=1/5KX=0.2mdKZ=1/100KX=0.01md

4条横切缝,半缝长100米

KZ=1/10KX=0.1md

KZ=KX=1mdKZ=1/5KX=0.2md垂向非均质不压裂水平井的产量随着垂向非均质程度的严重而降低水平井压裂增产幅度随着垂向非均质程度的严重而更为明显均质,KX=KY=kz非均质,KX=3KY=3kz压裂平面非均质不压裂水平井的产量随着非均质程度的严重而降低水平井压裂后增产幅度随着非均质程度的严重而更为明显非均质,KX=5KY=5kz

不压裂累计产量，m3累计产量，m3累计产量，m31474014730147501479014780147701476014800050100150200250300350

缝长，m垂直方向各向异性的缝长优化结果的影响（渗透率5md）kx=kzkx=3kzkx=5kzkx=10kz垂直各向异性的缝长优化结果的影响（渗透率0.1md）600010000

80001400012000050100150200250300350kx=kzkx=3kzkx=5kzkx=10kz垂直方向各向异性的缝长优化结果的影响（渗透率1md）缝长，m

147601476514770147751479514790147851478014815148101480514800050100150200250300350缝长，mkx=kzkx=3kzkx=5kzkx=10kz渗透率0.1md渗透率1md渗透率5md长度水平渗透率各向异性累计产量，m3累计产量，m3累计产量，m314798148020102030405060

导流，d.cm垂直方向各向异性的导流能力优化结果的影响（渗透率1md）14800

kx=kzkx=3kz

kx=5kz

kx=10kz1479614794垂直方向各向异性对导流能力优化结果的影响（渗透率0.1md）10200100001080010600104001160011400112001100012000118000123456导流能力，dc.cmkx=kzkx=3kzkx=5kzkx=10kz14730147401476014750147901478014770148000102030405060

导流，d.cm14806

垂直方向各向异性的导流能力优化结果的影响（渗透率5md）14804kx=10kz渗透率0.1md渗透率1md

kx=kz

kx=3kz

kx=5kz渗透率5md导流水平渗透率各向异性ky=kxky=3kxky=5kx优化缝长，m累产量(m3)累产量(m3)ky1050010000

9500

9000

8500

8000

7500

7000

6500

6000nf=0nf=1nf=2nf=3nf=4nf=5nf=6nf=7nf=8ky=kxky=3kxky=5kxkx渗透率0.1md13000125001200011500110001050010000nf=0nf=1nf=2nf=3nf=5nf=6nf=7nf=8nf=4条数ky=kxky=3kxky=5kx

条数渗透率1md14880148601484014820148001478014760147401472014700024

6

810

裂缝条数，条水平渗透率各向异性对裂缝条数优化结果的影响

（水平井筒400米，渗透率为5md）

条数

水平渗透率各向异性14900累

计

产

量

，

m3累计产量，m3累计产量，m380007500700065006000850095009000012345678910条数kx=kzkx=3kzkx=5kzkx=10kz14700147801476014740147201480014840148200246810条数渗透率0.1md14680148001478014760147401472014700148200246810

条数垂直方向各向异性的条数优化结果的影响（渗透率5md）渗透率1md

kx=kz

kx=3kz

kx=5kz

kx=10kz垂直方向各向异性的条数优化结果的影响（渗透率0.1md）

渗透率5md

kx=kz

kx=3kz

kx=5kz

kx=10kz

垂直方向各向异性的条数优化结果的影响（渗透率1md）

垂向各向异性对水平井压后产量影响很小

垂直方向各向异性基本不改变缝长、导流、裂缝条数对产量的影响趋势

垂向渗透率各向异性10000⎛

4rw

⎞⎤sin⎜

⎟⎥h

Lrw′

=L

⎡4

⎢

⎣

×90o⎝

h

⎠⎦

rw′Lhrw3.水平井井筒长度当水平井位于储层中心时，水平井的有效井筒半径表达式为：——水平井有效井筒半径，m；——水平段长度，m；——储层厚度，m；——井筒半径，m。由上式可知，在储层厚度确定的情况下，

增加水平段长度即增加了有效井筒半径，

水平井产能增加，因此，在实际施工中，在工艺和经济效益允许的条件下，应该增加水平井井筒的长度是有效方法之一。水平井筒长度影响裂缝优化结果水平井筒长度300米水平井筒长度水平井筒长度500米水平井筒长度1000米原油粘度1cp4.原油粘度102030405010203040501020304050原油粘度5cp原油粘度10cp原油粘度影响裂缝优化结果主要影响因素：渗透率流度比（黏度）水平井筒长度（二）考虑不同因素裂缝参数优化图版满足水平井快速分段压裂优化需求在不同物性、水平井筒长度、原油黏度等条件下形成裂缝条数、缝长、导流能力的优化图版（二）考虑不同因素裂缝参数优化图版针对各敏感参数在区块的变化区间，确定合理步长，求取各参数值条件下分段裂缝参数的优化结果，回归连接成为曲线，形成图版。序号项目数值1有效渗透率，md0.1，0.3，0.5，1,3,52孔隙度，%133流度比0.12，0.24，0.6，2.4，6.3，31.64有效厚度，m单层，厚度14米5计算单元面积1100m×600m，水平井处于单元中央6水平井段长度，m300，400,500，700，10007水力裂缝条数，条1，2，3，4，5，6，7，8，9，108水力裂缝长度，m30、60、90、120、150、180、210、240、270、30092水力裂缝导流能力，μm.cm10、20、30、40、50主要计算参数取值范围及数量实例累产量（m3）lf=30lf=60lf=90lf=120lf=150lf=180lf=210lf=240lf=270lf=30030M60M90M120M150M180M210M240M270MKE=0.3，累产量10000

8000

6000

40001400012000

300M2000

0

缝长（M）累产量不同渗透率条件下裂缝条数优化结果不同条件下裂缝参数优化结果图版543210109876条数渗透率543210109876条数不同条件下裂缝参数优化结果图版水平井筒长度渗透率0.1md543210109876条数不同条件下裂缝参数优化结果图版水平井筒长度渗透率0.5md543210109876条数不同条件下裂缝参数优化结果图版水平井筒长度渗透率3md裂缝长度导流能力2y=+2R=0.9149y=+2R=0.954缝长,m导流能力，dc.m300250200150100

50

05004504003500.111010030252015105050454035654321010987条数不同条件下裂缝参数优化结果图版流度比

流度比，md.m/mPa.s优化结果与流度比的对数基本呈线性关系裂缝条数随流度比的增加而增加裂缝长度和导流能力随流度比的增加而减小

水平井一次采油期分段裂缝优化，影响裂缝参数优化结果的主要因素是渗透率、原油粘度、水平井筒长度；而渗透率各向异性（主要是水平方向）影响绝对产量，应作为产量预测要考虑的因素。确定了一次采油期优化图版的参数研究范围。

针对一次采油期的分段裂缝参数优化的图版，考虑了储层渗透率、水平井筒长度、原油粘度等因素及部分因素组合条件下的优化图版小结

在水平井筒长度固定的情况下，裂缝长度和裂缝条数随渗透率的增加而增加，导流能力随渗透率的增加而减小，三个参数的敏感度依次为缝长、条数、导流能力，且在渗透率0.1～1mD范围内最敏感；

在物性相同的条件下，水平井裂缝条数随水平段长度的增加而增加，裂缝导流能力、缝长随水平段长度的增加而减小；三个参数的敏感度依次为：条数、导流能力、缝长

水平井分段裂缝长度和导流能力受物性（渗透率）的影响更大，受水平段长度的影响相对较小；裂缝条数受水平段长度的影响更大小结引言第一节、油藏数值模拟概述及基本原理第二节、油藏数值模拟工作流程第三节、一次采油期分段裂缝优化第四节、二次采油期分段裂缝优化第五节、经济评价与施工参数优化结束语提纲水平井二次采油期裂缝与井网优化问题与直井井网相比更复杂井筒方位+多段压裂裂缝+注水井的位置一条裂缝见水整个水平井含水急剧上升注采井网中裂缝的优化实际裂缝方向设计裂缝方向红线为设计裂缝方向蓝线为实际裂缝方向

实际裂缝方向与设计的差异，直接导致了

水平井迅速见水的后果。井网二:水平井采，直井注井网一:水平井采，直井注一、几种水平井井网型式井网三：水平井注，水平井采井网四:水平井采，直井注井网五:水平井采，直井注模拟计算单元井网一井网二井网三井网五井网四参数数值渗透率，md0.3孔隙度，%12有效厚度，m12油层埋深，m1770压力系数，MPa/m0.85二、模拟对比条件（1）均质单一层系模型；（2）注采比以地层压力保持水平基本一致为原则；（3）为了便于比较，井网之间采用等面积对比，每种井网均为1000m*700m；（4）水平井筒长度400米，人工裂缝4条。基本油藏参数•水平井注采井网很难回避压裂裂缝与注水之间的矛盾•多段压裂的水平井段一旦一条裂缝见水，整个水平井含水很快上升•水平井井网与裂缝优化时，不能沿用直井井网在物性相同、位置一致的井等缝长、等注水量的优化思路三、降低水平井注采井网见水风险的裂缝优化思路1.水平井不等缝长水平井段中间缝长变化对产量的影响1）改变与注水井对应的裂缝长度，尤其是水平井筒中间裂缝（井网二、四、五）2）注水量不均匀分布，降低直接对应水平井裂缝的井的注水量累计产量（m3）累

计

产

量

（

m3）图水平井中间裂缝长度对产量的影响01400012000100000100020003000400050006000时间（天）lf=0mLf=20mLf=30mLf=40mLf=50mLf=70mLf=100mLf=150mLf=190mlf=0m,间距390米

水平井不等缝长，一次采油期16000○水平井段中间有无裂缝对产量有一定影响○中间裂缝长度对产量的影响不大，裂缝长度从50米增加到150米，累计产量仅增加2%图水平井中间裂缝长度对产量的影响137001360013500134001330013800141001400013900

8000

6000

400014300

200014200050100150200缝长（米）适当缩短中间裂缝长度对最终累计产量影响不大累产油（m3）106500106000105500105000104500104000103500103000102500102000140160180

200220240裂缝长度（m)累产油

水平井不等缝长，注水开发井网四实例

缩短对应注水井的裂缝长度起到

了控制水平井见水时间，提高低

含水期产量和最终累计产量的作

用

累产油累产油（标方）1066001064001062001060001058001056001054001052000204060

80

100120140160中间短缝(m)累产油井网四实例

中间与注水井对应的裂缝长度变短后，累计产量略有增

加，且见水时间推迟，以低含水产量对比则更有优势，对

右。

初步的优化结果是对应裂缝注水量是其它注水井的50%左右2.注水量合理分配

各注水井注水量均匀分配时，由于与水平井裂缝对应的注

水量过大，引起对应裂缝见水，水平井含水快速上升

降低对应裂缝的注水量，产量增加，尤其是低含水期产量

增加，见水推迟、含水下降井网二实例累产油（标方）1052001066001064001062001060001058001056001054000204012014016060

80

100

中间短缝(m)累产油井网四实例

注水量不均匀分配中间与注水井对应的裂缝长度变短后，累计产量略有增加，且见水时间推迟，以低含水产量对比则更有优势，对应注水井的缝长比其他两段缝长短70%左右。

优化中间短缝-方案4不同井网裂缝长度、导流能力、注水量的优化方法：

在计算单元中分别设置不同的裂缝长度、导流能力和注水量，研究其对产量、含水动态的影响，进而确定其优化值考虑了不等长布缝、注入量不均匀分配四、水平井注采井网中分段裂缝优化井网五优化实例注水量优化注水量=0,8,20,32,40,48,60,72,80m3

350

350200400200

100100累产油（方）优化注水量70000600005000040000300002000010000

00204060801000累产油含水率

注水量（方）1.不注水时，水平井产量很低；2.随注水量的增加产油量增加，但增加趋势减缓，该井网最优单井注水量为42m3。注水量优化累产油（标方）60900608006070060600605006040001020

304050导流(d.cm)导流能力优化

井网五优化实例优化导流

累产油累产油（标方）对应注水井裂缝缝长优化6110061000609006080060700606006050060400020406080100120140160中间短缝(m)累产油

井网五优化实例与注水井对应的裂缝长度变短累计产量略有增加，且见水时间稍有推迟，优化缝长为80m。

优化中间短缝-方案五累产油/标方615006100060500600005950059000585005800080100120140160180200缝长/米累产油

井网五优化实例远注水井裂缝缝长优化

优化长缝长井网参数井网1井网2井网3井网4井网5裂缝条数44444对应注水井的裂缝长度，m140601006080远离注水井裂缝长度，m220240220140120导流能力，dc.cm3040402040偏离裂缝的注水3井合理注水量，m3838304245对应裂缝的注水3井合理注水量，m19191523五种井网缝长、导流与注水量优化结果表井网1井网2井网3井网4井网5累产油累产油累产油140000120000100000

80000

60000

40000

20000

00100020003000600070008000

4000

5000时间（天）不同井网之间对比条件：

等面积

等能量补充

各自最优的注水量、缝长、导

流条件下的最佳产量结果：累产油95000900008500080000125000120000115000110000105000100000井网1井网2井网4井网5井网3

井网累产油不同井网效果对比结果

井网五略好于其他几种井网井网五：

采油井（水平井）与注水井交错排列，有利于提高驱油效率，减少无法波及的死油区注采井数比较合理井网一井网二井网三井网五井网四

井网五的优势：

采油井（水平井）与注水井交错排列，有利于提

高驱油效率，减少无法波及的死油区

注采井数比合理

低渗油藏水平井开发需要压裂提高产量的同时也需要注水保持地层能量

水平井注采井网，由于水平井井筒、多段分布的压裂裂缝、注水井的位置等多重因素的相互影响，相对于直井井网而言各参数的优化更为复杂

水平井注采井网更容易发生注水波及前沿由于到达某条裂缝而带来整个水平井含水率急剧升高的情况，对于多段压裂的水平井而言，裂缝与井网的优化问题非常重要

水平注采井网裂缝长度和注水量的优化考虑不等长布缝，注水量不均匀分布的思路，可在一定程度上避免水平井含水急剧上升风险，提高最终产量和采出程度五、小结引言第一节、油藏数值模拟概述及基本原理第二节、油藏数值模拟工作流程第三节、一次采油期分段裂缝优化第四节、二次采油期分段裂缝优化第五节、经济评价与施工参数优化结束语提纲一、经济优化设计示意图NPV

=∑n

Nn=1−COSTW

−COSTT

Rn(1+i)

RnCOSTWCOSTT

Ni——