巴肯致密油壓裂水平井產(chǎn)能影響因素分析

才博 張紹禮 馬秋菊 謝宇 陳艷輝 李文彪

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007;2.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100011;3.中國(guó)石油渤海鉆探公司井下分公司，河北任丘 062550;4.華北油田采油二廠作業(yè)大隊(duì)，河北任丘 062550)

致密油開(kāi)發(fā)在美國(guó)石油產(chǎn)業(yè)中占重要地位。北美是目前致密油資源開(kāi)發(fā)最成功的地區(qū)，憑借革命性的技術(shù)突破與規(guī)模應(yīng)用，北美致密油產(chǎn)量大幅增加［1］。位于美國(guó)北達(dá)科他州和蒙大拿州的巴肯(Bakken)致密油產(chǎn)區(qū)是目前最主要的致密油產(chǎn)區(qū)［2］。1953年巴肯油田就在Antelope背斜附近的裂縫發(fā)育帶獲得高產(chǎn)油井，但遞減很快。其后長(zhǎng)期以來(lái)雖不時(shí)有所發(fā)現(xiàn)，但受工藝技術(shù)制約，勘探開(kāi)發(fā)一直未能有大的突破。2000年以后，借助水平井鉆井技術(shù)的不斷進(jìn)步，巴肯致密油的勘探開(kāi)發(fā)獲得突破性進(jìn)展，開(kāi)采井?dāng)?shù)與產(chǎn)量不斷增加。尤其是2006年后，隨著水平井分段壓裂技術(shù)不斷取得突破與完善，日產(chǎn)油量由2003年11月近7.9×104bbl/d(3 242口井)(1bbl=0.159 m3)上升至2012年7月的67.4×104bbl/d(8 355口井)，增產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)來(lái)自于巴肯致密油田的水平井。巴肯油田有水平井4 679口(占總井?dāng)?shù)的56%)，日產(chǎn)油60.7×104bbl(約占整個(gè)油田日產(chǎn)量的90%)，平均單井日產(chǎn)油130 bbl，巴肯致密油展示出良好的發(fā)展前景［3-6］。

相比而言，我國(guó)致密油勘探開(kāi)發(fā)起步較晚，但發(fā)展較快。近三年來(lái)，通過(guò)持續(xù)推進(jìn)致密油勘探開(kāi)發(fā)理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐，在鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾和松遼等6大盆地形成了3個(gè)超億噸級(jí)規(guī)模儲(chǔ)量區(qū)、獲得6項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)和新苗頭的一批成果，創(chuàng)新完善一大批以致密油甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測(cè)和提高單井產(chǎn)量為目標(biāo)的關(guān)鍵配套技術(shù)［6-9］。開(kāi)展國(guó)外巴肯致密油與我國(guó)致密油產(chǎn)能影響因素對(duì)比分析工作，可進(jìn)一步指導(dǎo)國(guó)內(nèi)致密油勘探開(kāi)發(fā)。本次研究采用信息量分析方法，將巴肯致密油與我國(guó)主要致密油區(qū)塊開(kāi)展水平井地質(zhì)與工程的影響因素分析，進(jìn)行影響因素排序，研究結(jié)果對(duì)加強(qiáng)國(guó)內(nèi)致密油理論認(rèn)識(shí)深化、關(guān)鍵技術(shù)突破、效益開(kāi)發(fā)與降本增效具有重要意義。

1 信息量分析方法

該方法將分析對(duì)象按照某一數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)劃分為A組和B組，分別統(tǒng)計(jì)各參數(shù)不同變化區(qū)間映射在A組和B組的頻率。根據(jù)這些頻率確定屬于兩個(gè)級(jí)別(A和B)的分配差別程度，差別程度越大，則信息量值越大。使用該方法分析各因素對(duì)致密油壓裂水平井產(chǎn)能影響的信息量。每個(gè)因素總信息量的大小表示該因素對(duì)產(chǎn)能影響程度的大小，總信息量值越大的因素，對(duì)產(chǎn)能的影響也越大，越需要高度重視。信息量分析方法的計(jì)算步驟是:(1)將映射在A組和B組的頻率換算為概率頻率yδA和yδB，δ為區(qū)間序號(hào);(2)計(jì)算每個(gè)區(qū)間中的平均概率頻率，計(jì)算公式為=0.1(yδ－2+2yδ－1+4yδ+2yδ+1+yδ+2);(3)計(jì)算平均頻率比值;(4)計(jì)算診斷系數(shù)Zδ=10lg);(5)計(jì)算參數(shù)在每個(gè)變化區(qū)間的信息量Iδ=0.5Zδ();(6)計(jì)算總信息量I=∑Iδ。

2 影響因素分析

對(duì)比美國(guó)北達(dá)科他州巴肯致密油田與我國(guó)主要致密油區(qū)塊地質(zhì)資料，計(jì)算各參數(shù)對(duì)致密油水平井產(chǎn)能的影響程度，參數(shù)見(jiàn)表1和表2。壓裂水平井產(chǎn)能數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)定以巴肯致密油田的130t/d為參考值，小于130t/d為 A組，大于130t/d為 B組。需要計(jì)算信息量的參數(shù)有滲透率、孔隙度、地層壓力、地下原油黏度、溶解氣油比等。

表1 巴肯及國(guó)內(nèi)部分致密油儲(chǔ)層基礎(chǔ)參數(shù)

表2 巴肯及國(guó)內(nèi)其它致密油儲(chǔ)層改造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.1 儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)分析

利用上述方法，分析儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)對(duì)產(chǎn)能的影響，具體對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖1。結(jié)果表明儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)中，TOC含量、原油黏度(50℃)、含油飽和度、天然裂縫發(fā)育程度和滲透率是影響我國(guó)致密油與巴肯致密油產(chǎn)能的主要控制因素，這些因素的信息量值明顯高于其他參數(shù)20%左右，說(shuō)明影響程度大，基本保持在前4位;而儲(chǔ)層的壓力系數(shù)、孔隙度和油層厚度的信息量計(jì)算結(jié)果僅為40% ～50%，說(shuō)明影響程度較小。原因在于致密油藏自然產(chǎn)能低或無(wú)自然產(chǎn)能，儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)占據(jù)重要的地位。對(duì)致密油儲(chǔ)層而言，不同區(qū)塊滲透率的差別較小，因此，滲透率對(duì)產(chǎn)量的影響程度的比例也變小。

圖1 我國(guó)致密油與巴肯致密油產(chǎn)能影響地質(zhì)因素分析

2.2 工程參數(shù)影響因素分析

確定各參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性及各參數(shù)對(duì)產(chǎn)能的影響程度結(jié)果表明:壓裂級(jí)數(shù)、縫長(zhǎng)、水平井段長(zhǎng)度的信息量值在50%以上，而其他因素在30%左右，說(shuō)明這3個(gè)參數(shù)是影響國(guó)內(nèi)致密油與巴肯致密油藏壓裂水平井產(chǎn)能的主要參數(shù);而導(dǎo)流能力、縫寬和加砂規(guī)模的信息量較低，說(shuō)明這3個(gè)因素為次要影響參數(shù)，影響程度較小。因此對(duì)于我國(guó)致密油儲(chǔ)層需增加水平井壓裂的級(jí)數(shù)、增加水平井的長(zhǎng)度，增加裂縫長(zhǎng)度。適當(dāng)降低裂縫導(dǎo)流能力，減小裂縫的寬度。

對(duì)比我國(guó)致密油不同區(qū)塊致密油水平井產(chǎn)能影響因素發(fā)現(xiàn):儲(chǔ)層參數(shù)中的原油黏度(50℃)、溶解氣油比、物性等參數(shù)信息量較高(大于75%)，是影響產(chǎn)量的主要因素。相比而言，改造的規(guī)模和加砂量的信息量均小于50%，所占的比重較低，對(duì)產(chǎn)量的影響不明顯。因此對(duì)于我國(guó)致密油田，在加強(qiáng)地質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上優(yōu)選針對(duì)性的改造技術(shù)有利于提高水平井的產(chǎn)能。

圖2 我國(guó)致密油與巴肯致密油產(chǎn)能影響工程因素分析

3 我國(guó)非常規(guī)致密油儲(chǔ)層改造需解決的問(wèn)題

我國(guó)低滲透致密油儲(chǔ)層多是陸相薄互層沉積，與美國(guó)海相層狀、厚層透鏡體砂巖的儲(chǔ)層特點(diǎn)不同，改造方式不能生搬硬套。針對(duì)我國(guó)非常規(guī)致密油儲(chǔ)層的特征及改造需求，應(yīng)加強(qiáng)以下各方面的研究。

(1)加強(qiáng)致密油儲(chǔ)層地質(zhì)特征的對(duì)比分析。由于儲(chǔ)層超低滲透，導(dǎo)致在裂縫不發(fā)育前提下，致密油儲(chǔ)層很難具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。與巴肯致密油相比，加強(qiáng)天然裂縫發(fā)育區(qū)域，高含油飽和度及高TOC甜點(diǎn)的識(shí)別，設(shè)立重點(diǎn)研究示范區(qū)域，通過(guò)試驗(yàn)區(qū)的以點(diǎn)帶面的改造模式更為合理。

(2)不同致密油儲(chǔ)層的對(duì)策研究。對(duì)于非均質(zhì)不強(qiáng)的致密油儲(chǔ)層在較高的水平應(yīng)力差的條件下很難實(shí)現(xiàn)裂縫的復(fù)雜化，因此水平井分段改造中，提出了“細(xì)分切割”和“復(fù)雜縫網(wǎng)”的方案，具體采取哪種方案需根據(jù)儲(chǔ)層的特征及流體的流動(dòng)特征開(kāi)展研究。

(3)致密油儲(chǔ)層裂縫復(fù)雜化程度的認(rèn)識(shí)仍不清楚。目前普遍認(rèn)為常規(guī)砂巖儲(chǔ)層壓裂裂縫屬于張開(kāi)性裂縫特征，但裂縫復(fù)雜化的條件、什么樣的儲(chǔ)層、什么樣的應(yīng)力差條件下能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜縫網(wǎng)仍不清楚。需開(kāi)展1 m3大型物理模擬裂縫轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)方案，了解裂縫復(fù)雜化影響因素。

(4)致密油體積改造一體化工藝設(shè)計(jì)技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)致密油儲(chǔ)層改造模式主要借鑒頁(yè)巖氣的體積改造思路，即大排量、大液量“千方砂、萬(wàn)方液”的模式，但如何實(shí)現(xiàn)液量、砂量等參數(shù)的科學(xué)設(shè)計(jì)是制約致密油體積改造、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。開(kāi)展以體積改造最優(yōu)化為核心的工藝技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)鉆井、完井、改造的一體化設(shè)計(jì)已是迫切需要研究的內(nèi)容。

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