海上低滲透油藏試驗井組整體壓裂可行性研究

＊馬魁魁 劉俊相 季鵬

（中國石油集團海洋工程有限公司天津分公司 天津 300451）

海上低滲透油藏試驗井組整體壓裂可行性研究

＊馬魁魁 劉俊相 季鵬

（中國石油集團海洋工程有限公司天津分公司 天津 300451）

相關研究已經(jīng)證明，在低滲透油藏方面，海上資源的儲藏量要遠遠高于陸地，對海上資源的有效開發(fā)將對我國能源緊張狀況緩解起到重要作用。隨著技術的發(fā)展，海上資源利用的效率有了一定程度的提升。但是海上資源開采會受到環(huán)境方面的限制，成本會相應的提升，承擔的風險也會更大。為了規(guī)避風險就需要先進的技術來提供支撐。本文就海上低滲透油藏試驗井組整體壓裂可行性研究作簡要闡述。

海上低滲透油藏；整體壓裂可行性；研究

在資源開發(fā)方面，我國有豐富的海洋油氣資源，但是由于受到環(huán)境的影響，及油田自身有一定的復雜性，開采的效益往往不是很理想。為了達到理想的效果可以實施整體壓裂改造。常規(guī)的壓裂方法都是應用于規(guī)則的井網(wǎng)并且水力裂縫的方向也是一致的情況下。而對于復雜的油田則是滾動開發(fā)的方式。在斷層存在的情況下，要考慮到地應力的方向，常規(guī)的方法在此種情況下就不適用。需要借助于其它的方法及技術，從而達到預期的目標，獲得更高的經(jīng)濟效益。能源穩(wěn)定不只是與企業(yè)的經(jīng)濟效益相關，同時與社會發(fā)展與穩(wěn)定也有密切的關系，對于保障國家能源安全有重要的意義。

1.低滲透油藏壓裂模型建立

基本假設。依據(jù)油藏的特點與裂縫的滲流特征，建立油藏模型與數(shù)學模型，其中油藏模型是三維的，而數(shù)學模型是二維的。兩種模型需要滿足的條件是，油藏是三維油水兩相非達西滲流，啟動梯度壓力只有油相所有。需要考慮到地層的應力敏感效應。油藏流體微可壓縮，而且壓縮系數(shù)是保持不變的。對于毛管力與重力的影響可以忽略。油水相是定壓生產(chǎn)。裂縫的形式是垂直裂縫，形狀是長方體。裂縫中流動與達到滲流相符。裂縫在時間的作用下會逐漸的失效。

依據(jù)裂縫與油藏二者間的接觸面滿足壓力與流量相等條件，可以建立油藏與裂縫內邊界的連續(xù)條件，同時加上外邊界條件，構成相應的模型，模型求解的過程中，為了保證計算的精度與速度，會自動選擇時間步長進行迭代。

2.近井筒模塊功能

隨著技術發(fā)展，井身結構的復雜性也在同步發(fā)展，近井筒模塊可以對該區(qū)域內的現(xiàn)象與措施進行模擬操作，從而進行實時優(yōu)化。在油藏數(shù)值模擬中，對水力裂縫的處理方法可以分為兩種，隱式方法與顯式方法。其中后者指的是水力裂縫進行描述時，采用的是網(wǎng)格形式，為了體現(xiàn)其高滲透性，在應用的時候同時也應用了連通系數(shù)法與等值滲流阻力方法，將網(wǎng)格滲透率放大。隱式是指采用效半徑法，表皮系數(shù)法在油藏模擬中體現(xiàn)裂縫的增產(chǎn)效應，從而對產(chǎn)量進行預測。表皮里系數(shù)法的實質是將裂縫看作是擴大后的井筒半徑，由水力裂縫引起的油藏非均質性在應用該方法的情況下，則無法有效反應。利用網(wǎng)格方法的同時，通過對滲流方程離散方式的改變來改變對裂縫的模擬，其本質上是網(wǎng)格加密，等值滲流阻力，連通系數(shù)三種方法結合在一起。其優(yōu)勢就在于可以對任意方位的裂縫描述。

網(wǎng)格由兩部分組成，自身所在的點與周圍相鄰的點，在分布上與傳統(tǒng)的網(wǎng)格點相比具有更大的靈活性。在數(shù)值模擬工作中常用的網(wǎng)格有徑向網(wǎng)格，直角網(wǎng)格，曲線網(wǎng)格，六角形網(wǎng)格。對于徑向網(wǎng)格而言可以將其看作是FEBI網(wǎng)格的特殊形式，利用該方法生成的網(wǎng)格其實只是由直線構成的多邊形，但是應用實際中不會受到影響。

3.巖石垂向非均一性對裂縫延伸的影響

所謂的非均一性是指巖層在垂直方向上力學性質的不一致性。其原因主要有巖層的不一致性與巖性之間的界面造成的。在壓裂設計中，裂縫的垂直延伸方向是壓裂工程實施需要重點考慮的，會對壓裂的效果產(chǎn)生影響，甚至會影響到施工的成敗。壓裂過程中，裂縫在長寬高三個方面同時拓展，而高度則會隨著時間變化而逐漸的縮小。在隔層不存在的情況下，裂縫向上或者是向下延伸沒有限度。在隔層存在的前提下，其強度與厚度不夠，裂縫就有可能會穿透。如果裂縫在隔層中延伸超過了一定標準就會影響到施工效果，主要是經(jīng)濟效果。如果延伸的范圍過大，穿過了透水層或者是滲透層，對壓裂作業(yè)而言其后果是十分不利的。對于低滲透油藏壓裂而言，裂縫延伸到水底，就會導致底水上竄，油井會因此而報廢。因此在開采作業(yè)中必須對裂縫延伸的方向及其機理進行深入的研究。對其延伸的范圍進行正確的判斷，并以此來選擇合理的施工參數(shù)，從而提升壓裂的成功率。

影響到裂縫延伸的方向是多方面的，地應力差，彈性模量差，界面強度，壓力分布，壓裂液流變性，地層非均質性，壓裂施工排量都會對裂縫的延伸方向產(chǎn)生影響。有研究人員認為，影響裂縫延伸方向的主要因素是隔層與產(chǎn)層產(chǎn)生的應力差。

裂縫面應力分析。為了便于研究工作的開展，在模型建立的時候，采用了某些假設條件。底層，產(chǎn)層，蓋層之間的巖石是均質連續(xù)性彈性體。同時隔層與產(chǎn)層之間存在應力差，水平主應力值方面，產(chǎn)層的數(shù)值要小于其隔層的最小應力數(shù)值。在裂縫的長度與寬度方面，裂縫的寬度要小于其長度的數(shù)值。其原因就在于壓裂過程中，受到應力作用的影響，隔層與產(chǎn)層之間存在應力差，從而存在應力梯度。流體壓力在縫高剖面的分布是非均勻性質的。同樣是為了便于分析，可以對裂縫面上存在的應力分布作以假設。地層由三部分組成，產(chǎn)層，底層與蓋層，層間地應力均互不相等，但存在相同的應力梯度。當縫高與縫長二者相接近時，需要考慮到縫剖面垂向壓降。

裂縫高度方程建立與求解。假設裂縫存在上下層穿透的情況，可以列出相應的方程組進行求解，求解的結果是上擴縫與下延縫。對裂縫高度求解其方程是非線性的超越方程，利用解析的方法具有較大難度。對于非線性方程組的求解可以考慮到的牛頓法與快速下降法。作為兩種非常重要的求解方法，快速下降法對于初值可以進行有效的收斂，需要注意的是其收斂的速度，是線性收斂。收斂速度在接近真實解領域隊附近時會逐漸變慢。如果需要提高求解的精度，那么迭代的次數(shù)變化將會非常的劇烈。相比之下，利用牛頓法，有較快收斂速度的同時對初值有嚴格限制。在選擇不當存在的情況下會出現(xiàn)迭代失敗。為了準確而又快速的得出需要的結果可以考慮到將二者有效的結合在一起，初值利用快速下降法進行求解，之后再利用牛頓法進行逼近。

地應力梯度與流體重力梯度與縫高垂向存在規(guī)律。流體重力與地應力梯度比值增大時，裂縫在底層與蓋層會不斷的延伸。并且二者在延伸的方向上是相反的。當二者接近時，其產(chǎn)生的影響就會相互抵消。在二者相差較大情況下，底層與蓋層中裂縫延伸的速度是不同的。依據(jù)存在的特點可以對射孔位的位置進行適當調整，從而使生成的裂縫對生產(chǎn)工作開展有利。

4.海上低滲透油藏試驗井組整體壓裂可行性研究的實際應用

以某油田為例，該油田為長方形，東西向度。油組埋深在2500米左右，跨度在20米，有效厚度在4米范圍內。油組二的埋深與油組相差無幾，中低孔低滲透?？紤]到該區(qū)域內砂田分成情況，在區(qū)域內進行正常的井網(wǎng)布置是難以達到預期效果的，為了有效的降低開采過程中的風險，方案設計為一注兩采。試驗井組進行試驗，壓裂油井。裂縫的走向為東西向，壓裂過程中需要控制好水平應力方位。

在井距與裂縫長度，導流能力確定的情況下，選取不同的井距進行優(yōu)化。通過對優(yōu)化的結果可以得出，井組的產(chǎn)油量在注水前基本上是保持一致的，注水到一定的標準時油井開始受效，受效與井距存在相關性，受效的速度越快，井距就會越小?？紤]到時間因素，井距越小其產(chǎn)油量越高。在井距逐漸縮小的情況下，油井產(chǎn)量出現(xiàn)遞減的幅度就會相應的增大。井距的確立要從采收率，含水率，采油的速度，裂縫有效性方面綜合來考慮。除過井距優(yōu)化還有縫長優(yōu)化與導能力優(yōu)化。

整體壓裂的可行性分析。工藝與技術的可行性。目標層在壓裂方面，由于目標層的油層存有一定的間距并且都存在有效儲層。有效儲層可以作為單獨的壓裂層，在工藝方面采用的是滑套式分層壓裂，一次施工可以達到壓裂兩層的目的，并且能夠減少無效支撐裂縫。對巖層力學進行分析，儲層在上下層之間的應用值存在的壓力差在5MPa以上，壓裂過程中，上下層可以有效的對裂縫起到遮擋作用。該地段的地層溫度屬于中溫，滿足施工的需要。閉合壓力滿足施工的需要，在閉合技術方面采用的是裂縫強制閉合，其目的在于減少遺留在地層中的壓裂液帶來的影響。在裂縫優(yōu)化方面，各項值都在合理的范圍內。

經(jīng)濟可行性方面，成本構成包括了鉆井的費用，壓裂的費用，油處理費用，油價存在的上漲的空間，操作與投資的費用也存在上漲的空間。采取整體壓裂的方式可以獲得較好的經(jīng)濟效益，在油價波動的過程中，經(jīng)濟效益也會產(chǎn)生相應的波動、實施與不實施壓裂措施其油價的下限有明顯的差距。綜合以上方面來考慮，壓裂技術的應用有助于該區(qū)域在開采的過程中經(jīng)濟效益的提升。

在該區(qū)域應用中所建立的模型考慮到了啟動壓力梯度，裂縫失效性，應力敏感效應，從而使模擬的結果更加符合油田的實際情況。結合優(yōu)化的結果，裂縫高度控制，油價下限等方面，在該區(qū)域實施整體壓裂與改造在經(jīng)濟上是可行的。

壓裂施工。壓裂施工首先要進行試壓工作，合格后才能進行正式施工。在下沉劑壓裂施工階段可以細化為三個階段。而在主施工階段變化的情況則比較復雜，在施工的過程中還需要對井底的溫度與壓力進行監(jiān)測，隨著施工的進行，地層的溫度會出現(xiàn)降低，恢復反復出現(xiàn)的情況，并且壓降也會出現(xiàn)相應的變化。而溫度與壓降出現(xiàn)的變化則正好反映了裂縫在地下的變化情況。

結束語

壓裂裂縫垂向模型的建立與求解是建立在力學理論與數(shù)值計算理論的基礎之上的。通過該方法可以對裂縫延伸的方向規(guī)律進行分析。包括了拓展性與敏感性。分析各種因素對開采過程造成的影響，可以建立相應的模型，進行水力裂縫物理模擬實驗。海上低滲透油藏壓裂技術應用于實際存有一定的難度，一方面是技術自身，另一方面則是應用的環(huán)境。需要工作人員在不斷積累經(jīng)驗的基礎上進一步的深入研究。以提升技術應用的可行性與可靠性，從而提升的油藏經(jīng)濟效益。

[1]田冷,何永宏,王石頭等.超低滲透油藏水平井參數(shù)正交試驗設計與分析[J].石油天然氣學報,2012(7).

馬魁魁（1983～），男，中國石油集團海洋工程有限公司天津分公司，研究方向：油氣井工程。

((責任編：宋小蒙)

Research on the Feasibility of Integral Fracturing for the Experimental Well Groups of Low-permeability Oil Reservoir at Sea

Ma Kuikui, Liu Junxiang, Ji Peng

(Tianjin Branch Office, Marine Engineering Co. , Ltd, China National Petroleum Corporation, Tianjin, 300451)

The relevant studies have shown that in the aspect of low-permeability reservoirs, the resources reservoir at sea is far higher than that at land and the effective development of resources at sea will play an important role in releasing the tense energy situation in China. With the development of technology, the efficiency of resources at sea has a degree of improvement. But the exploitation of resources at sea is limited by the environment and the cost will have corresponding ascension, besides, the risk assumed will be bigger. In order to avoid the risks, it is required advanced technology to provide support. In this paper, it has taken simple introduction of the feasibility study on the integral fracturing for the experimental well groups of low-permeability oil reservoir at sea.

low-permeability oil reservoir at sea；feasibility of integral fracturing；research

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