低滲透灘壩砂儲(chǔ)層壓裂評(píng)價(jià)決策方法

宋彥男 曲占慶 肖春金

低滲透灘壩砂儲(chǔ)層壓裂評(píng)價(jià)決策方法

宋彥男1曲占慶1肖春金2

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院2.中國(guó)石化勝利油田石油工程技術(shù)研究院）

為了低滲透灘壩砂儲(chǔ)層壓裂改造的經(jīng)濟(jì)高效，建立一套壓前評(píng)價(jià)決策方法。壓前評(píng)價(jià)將數(shù)理分析與工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，綜合考慮了影響壓后產(chǎn)能的儲(chǔ)層性質(zhì)，并對(duì)影響因素進(jìn)行分析，總結(jié)了物性參數(shù)和施工參數(shù)對(duì)壓后產(chǎn)能的影響規(guī)律，指志區(qū)塊內(nèi)其他井的壓裂方案設(shè)計(jì)。分析了關(guān)鍵的影響因素，并指出了施工參數(shù)的影響規(guī)律和最佳取值范圍。實(shí)踐表明：壓前評(píng)價(jià)設(shè)置5個(gè)等級(jí)的評(píng)語(yǔ)，結(jié)果與實(shí)際相符；研究?jī)?nèi)容為灘壩砂儲(chǔ)層的壓裂改造提供了評(píng)價(jià)和決策的可靠方法。圖3表6參17

灘壩砂儲(chǔ)層壓前評(píng)價(jià)灰色關(guān)聯(lián)

灘壩砂體是濱淺湖區(qū)常見(jiàn)的砂體。研究區(qū)塊位于勝利大王北油田大37塊。主力層位于沙二段，縱向發(fā)育7套砂組。區(qū)塊內(nèi)沙二段儲(chǔ)層平均孔隙度15.2%，滲透率6.2～37.0 mD，平均16.4 mD，級(jí)差5.97，變異系數(shù)0.78，突進(jìn)系數(shù)2.26，是一個(gè)多層系、非均質(zhì)低滲透灘壩砂儲(chǔ)層。該區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)80年代。目前暴露的主要問(wèn)題是強(qiáng)非均質(zhì)性導(dǎo)致的層間差異。油藏工程提出加密井網(wǎng)的調(diào)整方案?，F(xiàn)需要對(duì)新井壓裂投產(chǎn)，改善層間非均質(zhì)性和油水關(guān)系，提高其他砂組的采出程度。但灘壩砂體砂泥交互嚴(yán)重，地質(zhì)情況復(fù)雜，需要建立一套評(píng)價(jià)決策體系。本文以研究區(qū)塊2012年、2013年29口壓裂井參數(shù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用灰色關(guān)聯(lián)分析、模糊綜合評(píng)判兩種方法，建立壓前評(píng)價(jià)體系，分析影響因素規(guī)律，從而建立一套適用于研究區(qū)塊的壓裂評(píng)價(jià)決策方法，指導(dǎo)壓裂方案設(shè)計(jì)，解決工程實(shí)際問(wèn)題。

1 壓前評(píng)價(jià)方法的建立

以區(qū)塊內(nèi)29口壓裂井的地質(zhì)特征參數(shù)和施工參數(shù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因壓前評(píng)價(jià)不考慮施工參數(shù)的影響，故使用地質(zhì)特征參數(shù)進(jìn)行壓前評(píng)價(jià)。現(xiàn)場(chǎng)采集的地質(zhì)特征參數(shù)有地層壓力（以壓裂施工曲線的停泵壓力表示）、儲(chǔ)層有效厚度、孔滲飽參數(shù)。采用模糊綜合評(píng)判法建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，利用灰色關(guān)聯(lián)分析和專家評(píng)議相結(jié)合的辦法，設(shè)立評(píng)語(yǔ)值和權(quán)重值。

1.1 壓前評(píng)價(jià)方法

建立符合實(shí)際條件的評(píng)語(yǔ)集[1-2]。根據(jù)29口井的壓后產(chǎn)能建立評(píng)語(yǔ)集：v=(效果突出,效果較好,效果一般,效果較差,效果很差)，即：

v=（1.0，0.8，0.5，0.2，0.1）

建立因素集U=(地層壓力，有效厚度，含油飽和度油，孔隙度，滲透率)。將地質(zhì)特征參數(shù)對(duì)壓后產(chǎn)能進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析[3-6]，結(jié)果如表1所示。

表1 地質(zhì)特征參數(shù)灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表

分析結(jié)果表明，地層壓力與壓后產(chǎn)能關(guān)聯(lián)度最高，有效厚度、含油飽和度、孔隙度三者的關(guān)聯(lián)程度相近，滲透率的關(guān)聯(lián)度最低。將影響因素細(xì)分為物性（有效厚度、含油飽和度、孔隙度）和流動(dòng)性（地層壓力、滲透率）兩個(gè)層次，綜合專家意見(jiàn)進(jìn)行權(quán)重打分，結(jié)果如表2所示。

表2 二級(jí)劃分與權(quán)重

針對(duì)大北油田沙二段儲(chǔ)層的物性數(shù)據(jù)，通過(guò)理論分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，每項(xiàng)分級(jí)區(qū)間值如表3所示。

表3 各項(xiàng)指標(biāo)分級(jí)區(qū)間值

由公式（2）~（4）計(jì)算出uvj（dj），繼而組建模糊關(guān)系矩陣R［7-10］：

式中：

a、b—指標(biāo)參數(shù)；

dj—第j個(gè)評(píng)判因素的值；

d上、d下—第j個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)區(qū)間的上下限值。

1.2 實(shí)例應(yīng)用

區(qū)塊內(nèi)x1井是2014年一口壓裂投產(chǎn)井。x1井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表4所示。

由公式（2）~（4）可計(jì)算出模糊關(guān)系矩陣：

根據(jù)公式（5）進(jìn)行模糊綜合評(píng)判計(jì)算，再根據(jù)公式（6）計(jì)算模糊評(píng)分，最后進(jìn)行類型識(shí)別。

表4 x1井基本參數(shù)

由B1=A1·R1，B2=A2·R2可得二級(jí)評(píng)判的模糊矩陣：

由B=A·R由進(jìn)行x1井的模糊綜合評(píng)判

根據(jù)隸屬度最大原則，計(jì)算結(jié)果最接近0.8，評(píng)判為“效果較好”。x1井壓裂井段3133.6～3156.4 m，有效厚度14 m。投產(chǎn)后初期日產(chǎn)油11.7 t/d，穩(wěn)定后產(chǎn)油9.06 t/d。此次措施有較好的效果，與模糊綜合評(píng)判的結(jié)果相符。

x2井是2014年一口壓裂投產(chǎn)井，x2井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 x2井基本參數(shù)

計(jì)算過(guò)程不再贅述，x2井模糊評(píng)判結(jié)果：

根據(jù)隸屬度最大原則，計(jì)算結(jié)果更接近0.5，評(píng)判為“效果一般”。x2井壓裂井段3 390.4～3 429.3 m，有效厚度4.3 m。投產(chǎn)后初期日產(chǎn)油3.3 t，穩(wěn)定后日產(chǎn)油3.38 t；修井并調(diào)參一次，穩(wěn)日定產(chǎn)油4.4 t。此次措施效果尚可，與模糊綜合評(píng)判的結(jié)果相符。

2 影響因素規(guī)律分析

2.1 物性因素的影響

通過(guò)對(duì)地質(zhì)參數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)分析可以看出，地層壓力對(duì)壓后產(chǎn)能的關(guān)聯(lián)度最大，對(duì)壓后產(chǎn)能的相關(guān)性最高；其次是儲(chǔ)層厚度、含油飽和度、孔隙度，但三者的關(guān)聯(lián)度相差很小，對(duì)壓后產(chǎn)能的相關(guān)程度相近；滲透率對(duì)壓后產(chǎn)能的關(guān)聯(lián)度最小，對(duì)壓后產(chǎn)能的相關(guān)性最低。地層壓力、孔隙度、儲(chǔ)層厚度、含油飽和度與產(chǎn)能呈正相關(guān)，值越大，壓后產(chǎn)能越高。通常認(rèn)為，滲透率越低越具有改造的價(jià)值[11]，因?yàn)闈B透率越低，增油量越高；然而，對(duì)于壓裂投產(chǎn)的新井，不存在“增油量”，且區(qū)塊整體低滲，灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果也表明，滲透率對(duì)壓后產(chǎn)能關(guān)聯(lián)程度小，主要滲流通道是人工裂縫。因此，該區(qū)塊儲(chǔ)層滲透率與壓后產(chǎn)能呈正相關(guān)，儲(chǔ)層滲透率高，儲(chǔ)層滲流環(huán)境好，壓后產(chǎn)能高。

2.2 施工因素的影響

同區(qū)塊不同井地質(zhì)情況非常相近，將已壓井的施工參數(shù)進(jìn)行分析，對(duì)同區(qū)塊待壓井具有重要的指導(dǎo)意義。施工參數(shù)有排量、砂比、總液量、加砂量。對(duì)這4個(gè)施工參數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果如表6所示。

從灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果來(lái)看，排量與壓后產(chǎn)能的相關(guān)性最高；隨后依次是砂比、總液量、加砂量，三者關(guān)聯(lián)度相差較小，與壓后產(chǎn)能的相關(guān)性相近。

（1）排量

排量的設(shè)計(jì)要從多方面考慮。當(dāng)壓裂液濾失性強(qiáng)或攜砂性能較差時(shí)，要適當(dāng)提高排量；當(dāng)儲(chǔ)層厚度小，需要控制縫高時(shí)，需要適當(dāng)降低排量；在壓裂過(guò)程中改變排量施工，能起到控制裂縫形態(tài)的作用。排量與壓后產(chǎn)能的關(guān)系如圖1所示。

表6 施工參數(shù)灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表

圖1 排量與壓后產(chǎn)能的關(guān)系

隨著施工排量的增加，壓裂井的產(chǎn)能呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)排量增加到5～5.5 m3/min時(shí)，產(chǎn)能出現(xiàn)最大值；繼續(xù)提高排量，產(chǎn)能增長(zhǎng)趨勢(shì)消失，有幾口井出現(xiàn)產(chǎn)量下滑的現(xiàn)象。在對(duì)同區(qū)塊進(jìn)行壓裂方案設(shè)計(jì)時(shí)，排量應(yīng)不超過(guò)6 m3/min，若排量過(guò)高，裂縫縱向延伸過(guò)度，易出現(xiàn)串層現(xiàn)象，影響壓裂施工效果。

（2）砂比

砂比是加砂量與攜砂液量的比值。在砂量和總液量相同的條件下，砂比越高，鋪砂濃度就越高，支撐縫寬也越大，可以提高裂縫的導(dǎo)流能力，增加壓裂井的產(chǎn)能。砂比與壓后產(chǎn)能的關(guān)系如圖2所示。

提高砂比，壓裂井的產(chǎn)能增加，幾乎不產(chǎn)生降低趨勢(shì)。盡量提高砂比、增加裂縫的寬度，是人們對(duì)壓裂的普遍共識(shí)，然而，若壓裂液濾失較為嚴(yán)重，或儲(chǔ)層多薄互層，高砂比極易產(chǎn)生砂堵[12]。灘壩砂儲(chǔ)層砂泥交互強(qiáng)，層多而薄，施工時(shí)先用低砂比加砂，逐漸提高砂比，平均砂比不宜超過(guò)25%，降低發(fā)生砂堵的幾率。

圖2 砂比與壓后產(chǎn)能的關(guān)系

（3）總液量

實(shí)際施工時(shí)的總液量，反映了壓裂的施工規(guī)模。增加了液量，就可以壓開(kāi)更長(zhǎng)的裂縫，溝通、波及更多的儲(chǔ)層，因而在一定范圍內(nèi)，壓裂用液量越多，壓裂井的產(chǎn)能就越高。但是用液量過(guò)多，會(huì)延長(zhǎng)返排時(shí)間，使產(chǎn)層長(zhǎng)時(shí)間、大范圍浸泡在壓裂液中，對(duì)產(chǎn)層造成傷害，影響壓裂效果。總液量與壓后產(chǎn)能關(guān)系如圖3所示。

圖3 總液量與壓后產(chǎn)能的關(guān)系

隨著總液量的增加，壓裂井的產(chǎn)能呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，當(dāng)總液量在450 m2左右時(shí)，產(chǎn)能出現(xiàn)最大值；繼續(xù)增加液量，產(chǎn)能增加趨勢(shì)消失，開(kāi)始出現(xiàn)下滑。在對(duì)同區(qū)塊進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)時(shí)，推薦在450~500 m2。

（4）加砂量

加砂量與壓后產(chǎn)能的關(guān)系如圖4所示。砂量增加，壓裂井的產(chǎn)能也隨之增加。當(dāng)加砂量增加到40～50 m2時(shí)，產(chǎn)液量和產(chǎn)油量都出現(xiàn)最大值；再增加砂量，產(chǎn)能出現(xiàn)下滑趨勢(shì)。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，根據(jù)液量和砂比的設(shè)計(jì)結(jié)果，同時(shí)參考數(shù)據(jù)范圍40～50 m2，以確定加砂量。

圖4 加砂量與壓后產(chǎn)能的關(guān)系

3 結(jié)論

（1）利用壓前評(píng)價(jià)決策體系，綜合考慮壓后產(chǎn)能的影響因素，對(duì)待壓井進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，能夠指導(dǎo)待壓井的壓裂方案設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)際價(jià)值和指導(dǎo)意義。

（2）將灰色關(guān)聯(lián)度分析和專家評(píng)議結(jié)合起來(lái)確定影響因素權(quán)重，既注重?cái)?shù)理分析，又結(jié)合了工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，更科學(xué)合理，計(jì)算結(jié)果也更為準(zhǔn)確。

（3）與壓后產(chǎn)能關(guān)聯(lián)最密切的物性參數(shù)是地層壓力，施工參數(shù)是排量。地層壓力越高，壓后效果越好；合理設(shè)計(jì)施工排量，能取得更好的壓后效果。

（4）為取得較好的壓裂效果，選井選層首先考慮地層壓力高、含油飽和度高的井位或?qū)游?；進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)時(shí)，排量、總液量、加砂量均有一個(gè)最優(yōu)的取值范圍；砂比雖然與產(chǎn)能顯示出正相關(guān)，但是一味提高砂比不符合工程設(shè)計(jì)的思路，對(duì)于灘壩砂儲(chǔ)層，在充分考慮薄互層發(fā)育情況、壓裂液濾失能力的前提下，還應(yīng)當(dāng)考慮地層的加砂能力，制定合理的砂比。

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（修改回稿日期2015-08-10編輯文敏）

宋彥男，男，1989年出生，黑龍江大慶人，在讀碩士研究生，主要從事采油工程技術(shù)研究工作。地址：（266555）山東青島市黃島區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)。電話：15314212776。E-mail：xiaonenya2008@163.com