基于压裂返排数据的致密油有效改造体积计算方法_郑继明.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：郑继明基于压裂返排数据的致密油有效改造体积计算方法非常规油气，（）：，（）：基于压裂返排数据的致密油有效改造体积计算方法郑继明（大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江 大庆 ）摘要：为有效改善致密油井的压裂开发效果，针对当前致密油有效改造体积随时间动态变化规律难以确定的问题，将油藏工程与渗流力学理论相结合，通过对压裂返排数据的分析，反演了大庆油田典型致密油井的动态有效改造体积。结果表明：）致密油井返排阶段的日产水量变化规律可以采用 模型的双曲递减（）或调和递减（）描述，但指数递减的误差较大；）返排过程中裂缝内流体压力下降，在围岩应力作用下裂缝逐渐闭合，裂缝孔隙度随之减小，造成裂缝有效改造体积减小；）计算实例表明，大庆致密油的有效改造体积在返排阶段逐渐降至初始值的 。该成果为准确高效地确定致密油动态有效改造体积，合理优化压裂改造工艺参数提供了指导。关键词：致密油；改造体积；水力压裂；返排数据；产量递减中图分类号：文献标识码：（，）：，：）（）（），；），；）收稿日期：基金项目：国家科技重大专项“松辽盆地致密油开发示范工程”（）作者简介：郑继明（），男，硕士，工程师，现从事压裂增产改造工作。：非常规油气油气工程 ：；引言体积压裂是致密油开发的重要措施。压裂过程中，由水、支撑剂和其他化学剂组成的压裂液在高压条件下被注入地层，从而诱发形成人工裂缝，达到储层改造的目的。然而，受储层强非均质性、天然裂缝和压裂缝间应力干扰等因素的影响，实际形成的压裂缝网形态往往非常复杂。准确认识储层有效改造体积对致密油的生产动态预测和压裂工艺参数优化具有重要意义。虽然微地震监测技术常被用于评价体积压裂的施工 效 果，但 该 方 法 得 到 的 并 非 有 效 改 造 体积。鉴于压裂液返排阶段的生产数据蕴含着有关油藏和储层改造效果的重要信息，利用返排数据确定有效改造体积已成为非常规油气藏开发研究的热点 。等 利用产量不稳定分析方法，基于返排初期的生产动态提出了低渗透油藏水力压裂裂缝参数的估算方法；发现返排过程中流量重整压力与物质平衡时间之间服从线性关系，因此提出了根据产出水数据确定压裂缝渗透率的方法；最近，和 提出了边界控制流阶段气水两相的返排模型，根据返排阶段的产水和产气数据确定压裂缝半长和裂缝渗透率等参数。但目前尚缺少根据返排数据确定致密油有效改造体积的方法；而且在压裂液返排和后续生产过程中，随着储层压力的降低，裂缝逐渐闭合，有效改造体积减小，进而影响开发效果。因此有必要考虑压裂缝的闭合，建立致密油动态有效改造体积的估算方法。该文基于物质平衡原理，考虑储层压力变化所导致的裂缝压缩系数和孔隙度变化，提出了利用返排数据估算致密油动态有效改造体积的方法，并在大庆油田致密油井成功应用。模型构建与方法 模型构建压裂过程中，大量压裂液被注入地层，因此返排初期裂缝内的流体压力高于储层原始压力，而且由于压裂缝内的含水饱和度较高，压裂液产出速率较高且为单相水流动。随着返排的进行，裂缝内的流体压力迅速下降，产出液逐渐变为油水两相，日产水量逐渐降低。返排初期压裂缝内的含水饱和度接近，且产出水主要来自于压裂改造体积，基质向压裂缝的流体流动可以忽略，返排阶段的总产水量可以近似为返排初期的有效改造体积。由于返排阶段日产水量逐渐降低，因此可以采用经典的 递减规律 来描述致密油井日产水量的变化规律。对大庆油田松辽盆地 口致密油井的日产水量数据进行分析，图展示了采用指数递减、双曲递减及调和递减种模型对典型直井和水平井日产水量进行拟合的结果。图松辽盆地典型直井和水平井返排阶段的日产水量拟合曲线 统计结果表明，致密油井返排阶段日产水量的变化规律可以采用双曲递减（）或调和递减（）进 行 描 述，指 数 递 减 的 误 差 较 大 年月郑继明：基于压裂返排数据的致密油有效改造体积计算方法（）。双曲递减阶段的累积产水量为：（）（）式中：为瞬时产水量，；为返排阶段刚开始时的产水量，；为初始递减速率，；为累积产水量，；为递减指数。调和递减阶段日产水量与累积产水量之间呈半对数直线关系，即：（）式中：为直线斜率，为截距。如果目标井的日产水量变化规律服从调和递减，对日产水量与累积产水量进行半对数直线拟合后，可以计算得到极限产水量所对应的累积产水量，即为返排初期的有效改造体积。裂缝压缩系数裂缝压缩系数是指在等温条件下，单位裂缝体积随压力的变化率，它是评价裂缝有效改造体积变化程度的关键指标。返排初期裂缝内流体压力大于储层压力，但随着返排进行，裂缝内流体压力急剧下降，在周围岩石的应力作用下，裂缝逐渐闭合，有效改造体积减小。与此同时，裂缝内的支撑剂减缓了裂缝闭合程度，因此在确定裂缝压缩系数时，需要同时考虑地层应力和支撑剂的作用。通过实验研究了地层压缩系数和裂缝孔隙度随围压的变化关系，发现渗透率的立方根与围压之间呈现半对数直线关系；等 研究了裂缝内次生充填物对其孔隙度的影响。由于压裂缝内的支撑剂可视为次生充填物，因此可以将返排过程中的裂缝闭合等效为压裂缝孔隙度的变化，进而利用 提出的模型综合考虑裂缝静压力和充填程度，构建裂缝压缩系数图版（如图所示）。图裂缝压缩系数图版 裂缝净压力为最小主应力和裂缝内流体压力之差：（）式中：为最小主应力，；为裂缝内流体压力，。由于致密油体积压裂裂缝具有较强的导流能力，因此裂缝内流体压力接近井底流压，式（）可化简为最小主应力与井底流压之差：（）式中：为井底压力，。压裂缝充填程度是指压裂缝中支撑剂的体积百分比，即：（）（）式中：为裂缝孔隙度，其定义式为：（）式中：为压裂缝内注入支撑剂的体积，；为压裂缝的有效改造体积，。由于压裂缝的有效改造体积与裂缝内支撑剂体积均随流体压力变化，因此返排过程中的裂缝孔隙度也是动态变化的。压裂缝内注入支撑剂的总体积为：（）式中：为总的支撑剂注入量，；为支撑剂密度，。如图所示，在裂缝充填程度一定的情况下，裂缝静压力越大，支撑剂堆积越紧密，压缩系数越小；在压裂静压力一定的情况下，充填程度越高，支撑剂堆积越紧密，裂缝压缩系数越小。为方便现场应用，对图内不同参数组合下的裂缝压缩系数进行回归，得到如下的经验公式：（）式中：系数和与裂缝充填程度相关。即：.（）根据压缩系数的定义可知，裂缝压缩系数与有效改造体积 之间的关系为：（）由于裂缝内流体压力近似等于井底流压，裂缝有效体积的变化率 可用井底压力表示为：（）非常规油气油气工程 当井底流压变化 时，裂缝有效体积变为：（）（）（）动态有效改造体积的计算方法利用返排数据估算致密油动态有效改造体积的方法流程如图所示。图基于返排数据估算致密油动态有效改造体积的方法流程图 图流程主要包括以下几个步骤：）获取油井返排初期的生产动态数据；）对日产水量的变化数据进行递减分析，判断递减类型，并利用式（）或式（）计算累积产水量，由此得到返排阶段的初始有效改造体积 （）；）采用式（）计算压裂缝内总的支撑剂体积，然后利用式（）计算裂缝孔隙度；）采用式（）计算裂缝静压力，采用式（）计算裂缝的充填程度，进而利用图或式（）确定裂缝压缩系数；）根据时刻井底流压的变化量，利用式（）计算此时的裂缝有效改造体积。如果生产过程中出现支撑剂回流，则需要进一步更新裂缝内支撑剂的量，即 ，式中 为井口产出支撑剂的质量；进而利用式（）计算裂缝内的支撑剂体积；）根据更新后的裂缝有效改造体积和支撑剂体积，采用式（）计算裂缝压缩系数，重复步骤）和步骤）直至返排结束，由此可计算得到裂缝有效改造体积随返排时间的变化规律。计算结果与讨论将该文方法应用于大庆油田齐平井区。区块内原油黏度较低，平均孔隙度为 ，平均渗透率为 ，属于典型的致密油储层。齐平平井采用多段切割体积压裂工艺开发，设计平均簇间距 为 ，每 段 射开 簇，全井 共 压 裂 段 簇。通过分析早期返排参数，可以计算初始有效裂缝体积 和裂缝体积递减率 。图所示为裂缝孔隙度和裂缝压缩系数随返排时间的变化曲线。该过程中裂缝压缩系数从 降低至 ，随着返排时间的增大，裂缝压缩系数 的 衰 减 速 率 基 本 不 变。裂 缝 孔 隙 度 由 降低至 ，降低了，而且到了返排后期，孔隙度的衰减速度明显放缓，这是因为返排后期裂缝内的流体压力已经降到了低值，而裂缝在逐渐闭合的过程中，支撑剂堆积变得紧密，充填程度变高，裂缝闭合效果减弱。图返排过程中裂缝孔隙度和裂缝压缩系数随时间的变化曲线 图所示为考虑返排过程中裂缝孔隙度动态变化所得到的有效体积变化预测曲线。由于返排过程中井底压力和裂缝孔隙度是动态变化的，因此裂缝有效改造体积逐渐减小。由图可以看出，返排阶段内裂缝有效体积衰减率高达，即裂缝有效改造体积减小至初始体积的，表明压裂后开采 年月郑继明：基于压裂返排数据的致密油有效改造体积计算方法过程中，动态孔隙度和井底流压对裂缝有效改造体积的影响不能忽略。同样的，在裂缝流体压力衰减和支撑剂密度增大的双重影响下，裂缝闭合速度随着返排时间的增大逐渐降低，因此裂缝有效改造体积随返排时间的变化规律与裂缝孔隙度的变化一致。图齐平平井裂缝有效改造体积的变化曲线 同理，也可将该方法应用于致密油藏直井的裂缝有效体积计算。该典型直井位于大庆塔 斜区块，测井渗透率为 ，测井孔隙度为 ，有效厚度为 。预测得到的裂缝有效改造体积变化曲线如图所示。图大庆油田典型直井压裂缝有效改造体积的变化曲线 由图可以看出，随着返排过程的进行，裂缝有效改造体积降低为初始裂缝改造体积的 ，比齐平井区裂缝改造体积衰减的更加显著。除了水平井与直井的区别，对比地质参数还可以发现，大庆塔 斜区块的储层渗透率（）高于齐平井区（），这是因为储层渗透率越大，压裂液和地层流体流动能力越强，生产阶段压力衰减越快，因此裂缝闭合越快，造成有效改造体积越小。这表明在对渗透率较大的储层进行压裂改造时，裂缝改造体积衰减对产量的影响不可忽略，可以在压裂施工时相应地调整支撑剂性能来减缓后期返排阶段裂缝闭合效应的影响。结论）致密油井返排阶段的日产水量逐渐降低，通过评价经典 模型的描述效果发现，大庆油田致密油井日产水量的变化趋势可以采用双曲递减（）或调和递减（）描述，指数递减的误差较大；）返排过程中，压裂缝内的流体压力急剧下降，因此在周围岩石的应力作用下，裂缝逐渐闭合，有效改造体积减小；同时，裂缝内的支撑剂减缓了裂缝闭合程度，因此估算裂缝有效改造体积时应同时考虑地应力和支撑剂的作用；）计算实例表明，返排阶段，大庆油田致密油井的有效改造体积会逐渐降至初始值的 ，因此返排过程中井底压力和裂缝孔隙度的动态变化不可忽略。参考文献：何吉祥，徐有杰，高阳，等裂缝性致密油藏多级压裂水平井试井模型断块油气田，（）：，（）：任佳伟，王贤君，张先敏，等大庆致密油藏水平井重复压裂及裂缝参数优化模拟断块油气田，（）：，（）：李凤霞，黄志文，纪国法，等缝网结构与流体对页岩导流能力影响的实验研究 非常规油气，（）：，（）：，（）：徐加祥，丁云宏，杨立峰，等 致密油藏分段多簇压裂水平井复杂缝网表征及产能分析油气地质与采收率，（）：非常规油气油气工程 ，（）：魏漪，徐婷，钟敏，等不同基质裂缝耦合模式下致密油生产动态特征油气地质与采收率，（）：，（）：张万春，郭布民，孔鹏，等 柿庄南煤层气重复压裂裂缝形态反演及效果分析评价 非常规油气，（）：，（）：，李红梅 微地震监测技术在非常规油气藏压裂效果综合评估中的应用 油气地质与采收率，（）：，（）：陈昱辛，曲占庆，丁云宏，等多层段水力压裂压后统一返排模型 断块油气田，（）：，（）：张忠林，申峰，徐栋哲，等利用压裂停泵数据的大规模体积压裂改造区域反演方法及其应用非常规油气，（）：，（）：，（）：，：严谨，程时清，郑荣臣，等 确定压裂裂缝部分闭合的现代产量递减分析方法及应用石油钻采工艺，（）：，（）：，：，（）：姚军，谷建伟，吕爱民油藏工程原理与方法青岛：中国石油大学出版社，：，（）：，欢迎投稿！欢迎订阅！欢迎刊登广告！国内邮发代号：定价：元期电话：地址：陕西省西安市唐延路 号延长石油科研中心大楼 层 号房间（）网址：电子邮箱：