頁巖氣藏壓裂水平井開發(fā)效果評價研究

何秀珍，王新海，江 山，何秀玲，卓 紅

（1.教育部油氣資源與勘探技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長江大學(xué)），湖北武漢 430100；2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中國石油集團(tuán)測井有限公司生產(chǎn)測井中心，陜西西安 710000）

頁巖氣作為一種新型非常規(guī)天然氣，在中國越來越受到重視[1]。頁巖氣儲層超致密、比表面積大、特低孔、滲，主要通過吸附方式儲存大量氣體[2]。裂縫發(fā)育對游離相天然氣的富集和自然產(chǎn)能的提高有幫助，到目前為止，只有少量的發(fā)育良好的天然裂縫頁巖氣井可以被開采，其他大部分頁巖氣井需要用壓裂等方法進(jìn)行增產(chǎn)，用連通天然裂縫的方式加強(qiáng)井筒附近儲層導(dǎo)流能力[3-5]。

1 儲層性質(zhì)

（1）該頁巖區(qū)塊由于北西方向?qū)ζ溆袛D壓應(yīng)力的作用，該區(qū)塊以正向構(gòu)造為主，各背斜之間以寬緩的背斜為界，高點(diǎn)位于區(qū)塊的南西端，海拔最高675 m，最低250 m，大部分在400 m～600 m，以生成干氣為主。地溫梯度為2.83 ℃/m，地層壓力為35.47 MPa。

（2）根據(jù)現(xiàn)有的鉆井巖芯資料，該地區(qū)目的層頁巖含碳質(zhì)泥頁巖（厚度約51 m）、碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖（厚度約17 m）、碳質(zhì)灰云質(zhì)泥頁巖（厚度約13 m）、碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥頁巖（厚度約6 m）。

（3）總含氣量為0.44 m3/t～5.19 m3/t，平均1.97 m3/t，損失氣0.11 m3/t～3.9 m3/t，平均值1.14 m3/t，解吸氣0.31 m3/t～1.4 m3/t，平均值0.79 m3/t，殘余氣0.01 m3/t～0.07 m3/t，平均值0.04 m3/t。由等溫吸附曲線，經(jīng)計算得出蘭氏體積為3.268 cm3/g，蘭氏壓力為7.248 MPa。

（4）經(jīng)過巖心測試資料得知，平均孔隙度為5.46%，密度為2.557 g/cm3，平均滲透率為0.223 mD，吸附氣豐度為1.47 m3/t，游離氣豐度為1.066 m3/t，總豐度為2.536 m3/t，含水飽和度34.1 %。

圖1 N3 井第15 段導(dǎo)流能力Fig.1 Flow conductivity of paragraph 15 in N3

由于該頁巖儲層的滲透率極低（本區(qū)塊YY1 井2號樣品的滲透率最低為0.007 3 mD，再如YY1 井5 號樣品滲透率最高為0.499 1 mD），一般須經(jīng)過大規(guī)模水力壓裂來提高產(chǎn)能。該目標(biāo)區(qū)使用微地震監(jiān)測裂縫來診斷復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)驗(yàn)理論表明[6]，微地震能夠很好地反演出裂縫幾何形狀和儲層增產(chǎn)改造體積。

由圖1 可知，經(jīng)壓裂所產(chǎn)生的人工裂縫約290 m，人工裂縫的導(dǎo)流能力隨著裂縫的長度而降低，平均導(dǎo)流能力30 mD·m，并且近井位置的導(dǎo)流能力最好。由圖2 可以看出，壓裂后形成了較好的裂縫網(wǎng)絡(luò)，其中越靠近井筒位置的裂縫寬度越寬，離井筒相對較遠(yuǎn)的位置裂縫越窄，與導(dǎo)流能力的變化規(guī)律基本一致，說明有較好的導(dǎo)流能力。

2 地質(zhì)模型

用Petrel 進(jìn)行地質(zhì)建模，地質(zhì)模型維數(shù)為96×86×80，其中x 方向網(wǎng)格步長為100 m，y 方向網(wǎng)格步長100 m，z 方向網(wǎng)格步長為1 m。

在精細(xì)地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，利用Petrel 的Upscaling 粗化功能，將原精細(xì)模型的縱向網(wǎng)格進(jìn)行處理，進(jìn)而得到既能滿足油藏數(shù)值模擬精度，又能保證合理的計算速度的地質(zhì)模型。粗化后要保證任意兩個井點(diǎn)間有3 個以上網(wǎng)格，垂向上區(qū)分單層。因此工區(qū)粗化后平面上網(wǎng)格步長100 m×100 m，垂向上分為5 個網(wǎng)格。

3 數(shù)值模型

圖2 N3 井第15 段網(wǎng)狀裂縫形態(tài)Fig.2 Reticular cracks form of paragraph 15 in N3

數(shù)值模型采用雙孔雙滲模型，假設(shè)頁巖由兩種孔隙介質(zhì)（基質(zhì)和裂縫）構(gòu)成：（1）氣體在頁巖中以兩種形式（游離態(tài)和吸附態(tài)）存在；（2）游離態(tài)氣僅存在裂縫中，部分氣體還吸附于基質(zhì)孔隙表面[7]；（3）頁巖氣在裂縫中不僅有達(dá)西流動，還有高速非達(dá)西流，在基質(zhì)孔隙是延時吸附模式的菲克擴(kuò)散[8]；（4）再劃分基質(zhì)網(wǎng)格，可以得到一系列的再分網(wǎng)格，通過這種對基質(zhì)網(wǎng)格再分的方法可以模擬氣體在基質(zhì)中的流動[3]。利用軟件Eclipse2013 的組分模型進(jìn)行數(shù)值模擬，在擬合的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)效果預(yù)測。

4 開發(fā)效果預(yù)測

通過制定不同的方案進(jìn)行對比，然后優(yōu)選出合理科學(xué)的方案。（1）在開采初期，5 口試采井加上新打井17 口，分別定產(chǎn)80 000 m3和100 000 m3，布置矩形井網(wǎng)進(jìn)行生產(chǎn)；（2）開采初期布菱形井網(wǎng)，打新井17 口，分別定產(chǎn)80 000 m3和100 000 m3，布置菱形井網(wǎng)進(jìn)行生產(chǎn)；（3）對比矩形與菱形井網(wǎng)，然后優(yōu)選出菱形井網(wǎng)更合理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加密處理，最終布井38 口。再分別定產(chǎn)量80 000 m3、100 000 m3、120 000 m3，以及不同的壓裂長度進(jìn)行對比優(yōu)選，得出合理的生產(chǎn)開發(fā)方式。

圖3 矩形井網(wǎng)布井22 口累產(chǎn)氣量曲線Fig.3 Tired gas production curve of 22 rectangular well pattern

4.1 矩形井網(wǎng)

矩形井網(wǎng)22 口：定產(chǎn)80 000 m3、100 000 m3對比（見圖3）。

4.2 菱形井網(wǎng)

（1）方案一（見圖4）：井距1 320 m，布井22 口，定產(chǎn)80 000 m3、100 000 m3。

（2）方案二（見圖5）：井距1 000 m，布井38 口，壓裂縫半長260 m，290 m，定產(chǎn)氣量100 000 m3。

（3）方案三（見圖6）：布井38 口，井距1 000 m，定產(chǎn)氣量80 000 m3、100 000 m3，裂縫半長290 m。采用菱形井網(wǎng)布井38 口，對比定產(chǎn)氣量80 000 m3與100 000 m3，生產(chǎn)30 年的累積產(chǎn)氣圖。定產(chǎn)氣量80 000 m3穩(wěn)產(chǎn)16 年，定產(chǎn)氣量100 000 m3穩(wěn)產(chǎn)14 年。

（4）方案四（見圖7）：采用菱形井網(wǎng)布井38 口，定注氣量80 000 m3、100 000 m3、120 000 m3，裂縫半長260 m。

4.3 不同方案對比及推薦方案

圖4 菱形井網(wǎng)布井22 口累積產(chǎn)氣量曲線Fig.4 Tired gas production curve of 22 diamond shaped well pattern

圖5 不同縫長累積產(chǎn)氣量對比圖Fig.5 Comparison chart of tired gas production with different fracture half length

圖6 菱形井網(wǎng)布井38 口累產(chǎn)氣量曲線Fig.6 Tired gas production curve of 38 diamond shaped well pattern

由設(shè)計的幾種方案，通過數(shù)值模擬結(jié)果對比可知，在平均壓裂縫長290 m 時，該區(qū)塊對應(yīng)的采出程度高一些，為31.23%。井?dāng)?shù)為22 口的方案，井距為1 320 m，井?dāng)?shù)為38 口的方案井距為1 000 m（見表1）。

表1 不同方案對比Tab.1 Comparison of different plans

圖7 菱形井網(wǎng)布井38 口累產(chǎn)氣量曲線Fig.7 Tired gas production curve of 38 diamond shaped well pattern

5 結(jié)論

（1）該區(qū)塊頁巖氣產(chǎn)量較高，開采時間較長，推薦方案：初期打井生產(chǎn)22 口井，后期繼續(xù)加密為菱形井網(wǎng)進(jìn)行生產(chǎn)，最終井?dāng)?shù)38 口，井距為1 000 m 其中靠邊界處一共有4 口多分支井。通過模擬得出進(jìn)行生產(chǎn)30 年，平均壓裂縫長290 m，累積產(chǎn)氣量81.2×108m3，采出程度為31 %。

（2）頁巖氣井的單井控制范圍有限，適當(dāng)增加水平井的數(shù)量，加大井網(wǎng)密度，能有效地提高頁巖氣藏的采收率。

（3）對壓裂水平井，合理優(yōu)化裂縫半長，能夠促進(jìn)頁巖氣藏的有效開發(fā)。

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