淺談裂縫對致密氣水平井井壓裂效果的影響

張知斌

摘要：針對鄂爾多斯東部區(qū)域儲層低孔、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過儲層物性分析、水平井裂縫條數(shù)優(yōu)化、水平井裂縫長度優(yōu)化、水平井裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化和井網(wǎng)與裂縫方位對致密砂巖氣水平井壓裂效果做出研究分析。

關(guān)鍵詞：儲層物性分析；水平井；井網(wǎng)與裂縫方位

致密砂巖氣簡稱致密氣，指孔隙度低（<10%）、滲透率低（<0 5×10。平方微米或<0.1×10.3平方微米）、含氣飽和度低（<60%）、含水飽和度高（>40%），天然氣在其中流動速度較為緩慢的砂巖層中的天然氣。盡管中國致密氣資源豐富，但是致密砂巖氣藏儲量豐度低，產(chǎn)量遞減快。所以對致密砂巖氣鉆完井作業(yè)之后的儲藏改造及優(yōu)化極為重要。本文重點(diǎn)介紹裂縫各方面參數(shù)對水平井壓裂施工作用的影響。

一、特征及現(xiàn)狀

該區(qū)域位于鄂爾多斯東部，晉西撓褶帶北部，屬單斜構(gòu)造，區(qū)塊東側(cè)斷層發(fā)育，在二疊系含煤地層中已有多口探井鉆遇致密砂巖氣層，太原組及下石盒子組致密砂巖氣層測試均見工業(yè)氣流。太原組砂體呈現(xiàn)出東厚西薄的特點(diǎn)，砂體厚度4-41.89m。山西組砂體厚度較大，分布規(guī)?？傮w上大于太原組，顯示出較好的成藏條件，砂體厚度在區(qū)域具有相似的變化特點(diǎn)。儲集層孔隙度和滲透率均較低，孔隙度1.2%-17.5%，其中2-10%占60%，滲透率0.1-160md，其中0-0.5rod占80%，屬低孔、低滲砂巖儲層。

由于區(qū)域內(nèi)致密砂巖氣藏滲透率低、自然產(chǎn)能低，需要通過水力壓裂才能獲得工業(yè)氣流，經(jīng)過長期的探索與研究已經(jīng)初步形成了該區(qū)塊的儲層改造方案，隨著致密砂巖儲層勘探開發(fā)工作的不斷推進(jìn)，儲層改造難度逐漸加大，施工成本逐漸提高，現(xiàn)有的壓裂改造技術(shù)已不能滿足目前儲層低成本高效改造的要求，需要在提高單井產(chǎn)量、提高穩(wěn)產(chǎn)期、提高儲量動用程度等方面做進(jìn)一步探索與研究，形成適合目標(biāo)區(qū)域的高效改造技術(shù)。

二、致密砂巖氣裂縫參數(shù)與井網(wǎng)的匹配關(guān)系優(yōu)化問題

（1）水平井裂縫條數(shù)優(yōu)化

在數(shù)值模擬基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行了水平井裂縫條數(shù)的優(yōu)化。模擬方案擬計算裂縫條數(shù)為2條，3條，4條，5條，6條，8條，10條，12條，15條，裂縫以等間距均勻分布，裂縫半縫長設(shè)為160m，導(dǎo)流能力設(shè)為30D.cm，在0.005mD、0.05mD、0.1mD、0.5mD 4個滲透率條件下對比累產(chǎn)氣隨著裂縫條數(shù)增加而增長的趨勢，從而優(yōu)化出不同滲透率情況下的裂縫條數(shù)。根據(jù)模擬結(jié)果，在1200m的水平井筒長度下，滲透率0.005mD時，優(yōu)化裂縫條數(shù)為12條，滲透率0.05mD時，優(yōu)化裂縫條數(shù)為10條，滲透率0.1mD時，優(yōu)化裂縫條數(shù)為8條，滲透率0.5mD時，優(yōu)化裂縫條數(shù)為5條。

（2）水平井裂縫長度優(yōu)化

在優(yōu)化裂縫條數(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了水平井裂縫長度的優(yōu)化。模擬方案擬計算裂縫長度為20m，40m，60m，80m，120m，160m，200m，240m，裂縫導(dǎo)流能力設(shè)為30Dc.cm，在0.005mD、0.05mD、0.1mD、0.5mD 4個滲透率條件下對比累產(chǎn)氣隨著裂縫長度增加而增長的趨勢，同時考慮經(jīng)濟(jì)因素，從而優(yōu)化出不同滲透率情況下的裂縫長度。根據(jù)模擬計算結(jié)果，隨著裂縫長度的增加，累產(chǎn)氣量總體上逐漸增加，但累產(chǎn)量增幅隨裂縫長度的進(jìn)一步增加逐漸減小，同時滲透率越高，累產(chǎn)氣隨裂縫長度增幅越小。

（3）水平井裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化

水平井裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化模擬了裂縫導(dǎo)流能力為10、20、30、40、50Dc.cm的產(chǎn)量，以累產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)，同時考慮經(jīng)濟(jì)因素，優(yōu)化不同滲透率條件下的最優(yōu)裂縫導(dǎo)流能力。模擬結(jié)果，我們可以看出，隨著裂縫導(dǎo)流能力的增加，累產(chǎn)氣量總體上逐漸增加，但累產(chǎn)量增幅隨裂縫導(dǎo)流能力的進(jìn)一步增加逐漸減小，同時滲透率越高，對裂縫導(dǎo)流的要求越高，對裂縫導(dǎo)流的要求越大。

（4）井網(wǎng)與裂縫方位的關(guān)系

水平井是開發(fā)低滲透氣藏的重要手段，確定水平井段長度、分段壓裂的技術(shù)、裂縫的長度和導(dǎo)流能力是水平井技術(shù)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。對于低滲儲層，壓裂裂縫參數(shù)，包括裂縫條數(shù)、裂縫長度和裂縫導(dǎo)流能力是影響壓后水平井產(chǎn)能的重要因素。從整個優(yōu)化結(jié)果看，裂縫條數(shù)、裂縫長度和裂縫導(dǎo)流能力對壓后水平井產(chǎn)能的影響具有相似的趨勢，在其他參數(shù)一定的情況下，隨著三者的增加，壓后水平井產(chǎn)能增加，但增加幅度逐漸減小。

井網(wǎng)與裂縫方位適配性研究：由于儲層存在非均質(zhì)性，人工裂縫方位可能會與井網(wǎng)最優(yōu)方向間存在夾角，影響采出程度，為評估不同裂縫方位對產(chǎn)量的影響，進(jìn)行了井網(wǎng)與裂縫方位適配l生研究。模擬過程中，認(rèn)為裂縫方位不轉(zhuǎn)向?yàn)榱芽p方位0、裂縫方位小角度轉(zhuǎn)向?yàn)榱芽p方位1、裂縫方位大角度轉(zhuǎn)向?yàn)榱芽p方位2。

以石盒子組和山西組為例，經(jīng)過建模和模擬計算，得到了在不同儲層滲透率情況下三種裂縫方位的采出程度，根據(jù)模擬結(jié)果，裂縫轉(zhuǎn)向之后，不論小角度轉(zhuǎn)向還是大角度轉(zhuǎn)向，都導(dǎo)致氣井產(chǎn)量和采出程度不同程度的降低。對比三種裂縫方位，不發(fā)生裂縫轉(zhuǎn)向時的產(chǎn)量是最大的，裂縫方位0最優(yōu)，裂縫方位1最差。主要原因是裂縫轉(zhuǎn)向后部分井的縫端與鄰井裂縫距離較近，有些可能已經(jīng)溝通，造成人工裂縫實(shí)際改造效果降低，降低總產(chǎn)量。

三、結(jié)論及建議

通過多組氣藏數(shù)值模擬方案，研究了不同物性條件下氣井對裂縫條數(shù)、裂縫長度和導(dǎo)流能力的需求。在1200m的水平井筒長度下，滲透率0.005mD時，優(yōu)化裂縫條數(shù)為12條，優(yōu)化縫長為200m。滲透率0.05mD時，優(yōu)化裂縫條數(shù)為10條，優(yōu)化縫長為200m，優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為20D·cm。滲透率0.1mD時，優(yōu)化裂縫條數(shù)為8條，優(yōu)化縫長為160m，優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為30D·cm，優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為30D·cm。滲透率0.5mD時，優(yōu)化裂縫條數(shù)為5條，優(yōu)化縫長為120m，優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力為40D·cm。

根據(jù)該區(qū)域儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、低孔低滲、喉道小、易傷害等特點(diǎn)，為提高儲層改造的針對性，建議開展以下研究工作：

1.為更進(jìn)一步認(rèn)識儲層，驗(yàn)證施工參數(shù)與工藝措施的合理性，建議在正式壓裂施工前進(jìn)行小型測試壓裂；

2.由于該區(qū)塊縱向上儲層較多，層間薄厚分布不均勻，為避免裂縫在縱向上過度延伸，建議進(jìn)行地應(yīng)力剖面研究，根據(jù)儲隔層應(yīng)力狀況確定分層壓裂或合壓，根據(jù)縫高延伸規(guī)律選擇相應(yīng)的控縫高技術(shù)；

3.針對砂泥巖薄互層，采用機(jī)械封隔方式無法實(shí)現(xiàn)有效分層的情況，建議采用前置投球分壓、前置液多次停泵等方式提高縱向上的改造效果，同時通過不同支撐劑粒徑組合實(shí)現(xiàn)裂縫的有效支撐；