水平井分段压裂技术研究

水平井分段压裂技术研究

近年来，随着钻井技术的进步和钻井成本的降低，水平井中使用的油藏类型越来越广泛，这是一种低渗油藏转化和开发方法，提高了采收率。然而,水平井水平段分段压裂改造是世界级难题,也是制约水平井在低渗储层应用的技术瓶颈,其关键技术在于:研究水平井油藏工程以解决水平井布井难题;研究就地应力场以解决水力裂缝起裂及形态问题;研究水平段分段压裂优化设计以解决多段裂缝设置问题;研究分段压裂工艺和工具以解决水平井分段压裂的实施问题;研究裂缝监测以解决多段裂缝评估问题。上述5个环节密切相连,环环相扣。水平井压后裂缝形态主要取决于井筒轴线方位与地应力方位的相互关系,可能形成横向、纵向或转向缝等多种形态(图1),是影响水平井压后效果的因素之一,它远较直井复杂。因此,需在确定水力裂缝形态的基础上,研究影响水平井压后产量的众多因素,优化裂缝参数,进行单井优化设计,尽可能提高压后效果。1优化对称单元利用ECLIPSE油藏数值模拟软件,采用局部网格加密和等连通系数法来划分油藏与裂缝系统的网格,选取对称单元的方法进行模拟研究,从而达到求解的目的(图2)。依据某油田目前注采井网,水平井段长度400m,考察了8种影响水平井压后产能因素,包括:储层有效渗透率、垂向和平面渗透率的变化、水力裂缝形态(横向、纵向裂缝)、水力裂缝条数、水力裂缝长度、水力裂缝布放位置、水平井井段长度等,建立了数学模型。2压后压后生产能力的影响因素是factor萨异夫2.1产能压裂增收改造低渗透油藏水平井一般自然产量低或根本无自然产能,需要压裂增产改造来提高产能。储层有效渗透率太低的水平井即使压裂改造,压后产量也较低(图3)。2.2垂向渗透率对储层的影响储层中存在的一些小的夹层将严重影响储层的垂向渗透率,水平井产能受垂向渗透率与水平井渗透率比值影响非常严重。垂向渗透率越低,产量越低(图4)。因此,应选择垂向渗透率高的储层。同时,垂向渗透率与水平井渗透率的比值越小的储层欲获得较好的增产效果,需要的水力裂缝条数就越多。2.3井眼方向渗透率储层渗透率平面各向异性对水平井产能及压后产能影响明显,沿水平井眼方向渗透率越小的储层自然产能越低,压后产能也越低,通过压裂改造形成横向裂缝后可以得到一定程度的改善(图5)。因此,水平井水平段应沿渗透率大的方向布井。2.4裂缝效果分析不同水力裂缝形态直接影响压后效果,以横向裂缝和纵向裂缝两种裂缝形态考察对压后产量的影响结果表明,对于有效渗透率小于5×10-3μm2的储层,形成横向裂缝效果好于纵向裂缝(图6a),对于有效渗透率大于5×10-3μm2的储层,形成纵向裂缝效果要稍好于横向裂缝(图6b)。因此,要依据储层渗透性来确定水平井井眼轨迹方向,储层物性较好储层应沿最大主地应力方位布井,反之则沿最小主地应力布井。2.5储层裂缝条数水平井压后各条水力裂缝的流态为线性流和径向流并存的复杂流态,在生产一定时间后,水平井中多条裂缝会相互干扰,影响各条裂缝的产量。不同物性条件下不同裂缝条数对产量的影响研究表明(图7),物性不同对裂缝条数要求不同,物性差的储层需要更多的水力裂缝与之匹配,如当储层有效渗透率为0.5×10-3μm2时(水平段长度400m)水力裂缝的最佳条数是4条。不同水平井段长度及不同裂缝条数下采油指数的变化情况表明(图8),水平井段长度增加,欲获得更高的采油指数,需要压开的裂缝条数就更多。当然,增加水平段长度必然增加钻井成本,增加压开裂缝条数也必然增加分段压裂工艺的难度,因此,水平井水平段的长度应依据油藏工程及经济优化结果来综合确定。2.6有效渗透率对裂缝长度的影响水平井水力裂缝长度对压后产量的影响与储层物性有关(图9),有效渗透率小于1.0×10-3μm2时,增加裂缝长度对压后生产有利,但随着有效渗透率增加(如大于5.0×10-3μm2),裂缝长度在一定范围内可适当减小,从而可在一定程度内减小施工规模。2.7透率及裂缝贡献率因受水平井渗流特征和裂缝间相互干扰影响,水平井段中各条裂缝对压后产量的贡献不同。图10显示的是渗透率为0.3×10-3μm2、裂缝长度100.0m、导流能力30μm2·cm的情况下的不同位置裂缝贡献率随时间变化情况。随着生产时间的延长,外裂缝对油藏渗流通道的作用更加明显,因此,水平井水平段压裂改造时,不仅要充分改造好各段裂缝特别是外裂缝,而且要优化裂缝间距,尽量减少裂缝间的相互干扰。3水平井压裂优化设计注意事项(1)低渗透水平井压后产能受多种因素影响,包括不可控因素如就地应力、储层渗透率及其各向异性等和可控因素如水力裂缝的形态、条数、间距、长度、导流能力等。(2)就地应力、储层渗透率及其各向异性等虽然是影响水平井产能的不可控因素,一旦地层确定,它将不能改变,但若在水平井布井时深入优化井眼轨迹和方位,可在一定程度上降低其对产量的不利影响。(3)在实际水平井压裂优化设计中,压裂工程师必须首先研究水力裂缝的形态、条数、间距、长度等影响压后效果的主要因素,尽量优化调节可控的裂缝参数系统,达到压