基于裂缝干扰的水平井产能计算模型

基于裂缝干扰的水平井产能计算模型

0压裂后产生的裂缝水平井压裂技术是重要的勘探方法，近年来得到了广泛应用。水平井压裂后的产能预测是水平井压裂技术的一大难题,郭肖等人对其进行了一系列的研究。水平井压裂后一般形成多条裂缝,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,进一步增加了压裂后水平井产能预测的复杂性。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,首先推导了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能预测新模型,然后分析了影响压裂水平井产能的主要因素,得出了一些有益的结论。1产能预测模型求解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:Q=∑i=1Nqfi(2)Q=∑i=1Νqfi(2)这样就可以得到一个含N个未知数qfi,N个方程的线性方程组,该方程组可封闭求解。为了求解该模型,根据裂缝条数的奇偶性和裂缝面与水平井筒的夹角建立相应的坐标系(见图1)。当裂缝条数为奇数时,以中间一条裂缝与水平井井筒相交的点为原点,沿y轴,从上到下依次对裂缝进行编号(1,2,…,N);当裂缝条数为偶数时,以中间两条裂缝间距的平分线与水平井井筒的交点为原点,沿着y轴,从上到下依次对裂缝进行编号(1,2,…,N)。2水平井段裂缝发育情况某油田一口压裂水平井的主要参数:油藏厚度为12m,地层渗透率为0.0075D,地层孔隙度为10%,表皮系数为0,水平井段的长度为400m,井筒半径为0.12m,体积系数为1.084,原油黏度为4.8mPa·s,原油密度为870kg/m3,压缩系数为0.00035MPa-1,生产压差为8MPa,裂缝宽度为5.84mm,裂缝单翼缝长为75m,渗透率为30D,压裂后形成4条垂直裂缝,生产时间为365d。2.1裂缝条数对日产量的影响从图2可以看出,随着裂缝条数(N)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。这是因为随着裂缝条数的增加,裂缝间的距离变得更近,相互间的干扰加重,使每条裂缝的产量减小,因而使得压裂水平井的日产量减少。2.2缝合线的长度从图3可以看出,随着裂缝长度(Lf)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。2.3采动裂缝长度和采出量增加由图4可见,随着裂缝导流能力(Df)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。2.4裂缝与水平井井筒间的夹角对产量的影响在钻井过程中,由于受地应力分布等地质条件的影响,有时无法按预定的方向钻进,水平井轨迹的方向可能不一定在最大或最小水平主应力方向上,这样裂缝就会与水平井井筒有一个夹角。为了研究裂缝与水平井井筒间的夹角对压裂水平井产量的影响,分别计算了夹角为15°、30°、45°、60°、75°、90°时的实际产量(见表1)。由表可见,随着裂缝与水平井井筒夹角的增大,压裂水平井的日产量增加。这是因为随着夹角的增大,各条裂缝之间的垂直距离变大,也使得各条裂缝之间的相互干扰减小,相当于增大了每一条裂缝的有效泄油面积。2.5产量模拟结果为了研究裂缝间距对压裂水平井产量的影响,在总间距一定的情况下,取等间距(情形Ⅰ)、间距从小到大(情形Ⅱ)、从大到小(情形Ⅲ)、两端小中间大(情形Ⅳ)、两端大中间小(情形Ⅴ)5种情况对产量进行模拟(见表2、图5)。从表2可见,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、内部的缝间距大时产量最高(情形Ⅳ),反之产量最低(情形Ⅴ),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。2.6小右两百分多段井内水平井种类型产量计算由于地应力分布的不均匀性,裂缝在井筒周围可能产生不同的分布情形,分别计算了对称(情形Ⅰ)、左翼大右翼小(情形Ⅱ)、左翼小右翼大(情形Ⅲ)、错开(情形Ⅳ)4种分布情形下(见表3、图6)压裂水平井的产量,计算结果见表3。从表3中可以看出:各条裂缝沿水平井筒两翼错开排列时(情形Ⅳ)产量最高。而各条裂缝两翼分布形式相同时(情形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),左右两翼哪个长一些对产量没有影响。这说明,在水力压裂的过程中,如果条件允许,压开的多条裂缝最好能够错开分布,这样有利于提高压裂水平井的产量。2.7裂缝产量在水平井段的分布模拟压裂水平井周围形成7条裂缝并同时生产时,各条裂缝产量变化情况(见表4)。可以看出:在其他条件相同的情况下,位于水平井段两端的裂缝产量大于内部裂缝的产量。这是因为经过一段较长的时间后,由于裂缝的干扰,两条外部裂缝之间的流动区域的压力下降很快,而外部裂缝具有更大的泄油区域,所以两条外部裂缝的贡献将会占主导地位。3提高水平井产能结合水平井压裂后裂缝形态和生产过程中油气渗流机理,应用复位势理论和势叠加原理,建立了考虑裂缝干扰的压裂水平井产能预测新模型。该模型适用性广,可用于等间距或非等间距分布的裂缝、与水平井筒成任意角度的裂缝以及各种导流能力的裂缝的产能预测。研究表明,裂缝条数、裂缝长度、裂缝导流能力、裂缝与水平井的夹角、裂缝所处位置、缝间距、裂缝沿水平井筒两翼的分布等均对压裂水平井的产量产生影响。鉴于此,认为压裂施工时,应充分考虑上述因素的影响,例如,不同位置的裂缝应该尽量错开排列,尽量使最外部裂缝的间距小于内部裂缝的间距,这样会更有利于提高井的产量。采动覆岩裂缝含水层pi——地层原始压力,Pa;pwf——井底流压,Pa;N——裂缝条数,条;n——裂缝等分数,个;qfkj——第k条裂缝第j个点汇的产量,m3/s;μ——原油黏度,Pa·s;B——地下原油体积系数,无因次;K——地层渗透率,mD;h——储集层厚度,m;t——生产时间,s;xfi1——第i条裂缝第1个点汇的横坐标,m;xfkj——第k条裂缝第j个点汇的横坐标,m;yfi1——第i条裂缝第1个点汇的纵坐标,m;yfkj——第k条裂缝第j个点汇的