致密油藏水平井重復壓裂 多級選井方法研究

陶 亮，郭建春，李凌鐸，李 慧，賀 娜

(1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610500； 2.西南石油大學，四川 成都 610500；3.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

近年來，中國各大油氣田借鑒國外體積改造成功經驗，開展了對致密油氣藏的探索與現場試驗，取得良好的增產效果[1-5]。但由于地質和工程等多種因素認識不清，導致初次壓裂改造不充分和水力裂縫失效，產量遞減快，穩(wěn)產期短，嚴重影響開發(fā)效果[6-10]。為了恢復這類生產井的產能，重復壓裂技術是主要的增產措施[11-14]。選井是重復壓裂技術取得成功的關鍵，國內外學者在重復壓裂選井方面進行了大量的研究，主要有經驗方法與數學方法。經驗方法是基于礦場統計資料的研究方法，主要依靠生產動態(tài)數據和產量遞減曲線分析選井的要求，這類方法具有一定的主觀性、盲目性和風險性[15-16]。隨后研究學者提出了模糊評判和人工神經網絡等方法應用于重復壓裂選井，增產效果得到大幅度提高[17-19]。灰色關聯法可以綜合考慮多個影響因素并對其定量化描述，在壓裂井增產改造中得到廣泛的應用[20-25]，但鮮有在水平井重復壓裂選井中應用，同時致密油藏水平井體積壓裂具有不同于常規(guī)壓裂的儲層物性、初次完井、生產動態(tài)等參數，且各參數關系復雜，在不同層次上對壓裂效果同時作用，造成重復壓裂選井十分困難。針對松遼盆地致密油藏試驗區(qū)體積壓裂水平井，建立多層次評價模型，利用理想重復壓裂井對候選井重復壓裂增產潛力優(yōu)先級別排序和等級劃分，可以快速對重復壓裂井優(yōu)選，對高效開發(fā)致密油藏具有重要意義。

1 油藏概況

松遼盆地致密油儲層孔隙度為7.9%～15.8%，平均為11.5%，滲透率為0.10×10-3～10.50×10-3μm2，平均為1.25×10-3μm2，原油飽和度為46.2%，原油黏度為8.05 mPa·s，油藏埋深為1 780 m，初始地層壓力為19.2 MPa，地層溫度為92.5 ℃。儲層物性和含油性較差，自然產能低，采用水平井大規(guī)模體積壓裂技術開發(fā)，初期開發(fā)效果較好，平均日產油量達到26.8 t/d。但由于儲層物性差、初次壓裂水力裂縫失效、儲層改造不充分等原因，目前日產油量降至3.2 t/d，開發(fā)效果變差。重復壓裂技術是目前該區(qū)塊提高產量的重要手段，急需開展重復壓裂選井工作，提高開發(fā)效果。

2 多層次評價模型建立

2.1 多層次評價指標

將系統工程理論的層次分析法[26]運用于重復壓裂選井，建立衡量壓裂效果指標及評價體系，綜合反映壓裂效果的影響因素。其中，目標層為體積壓裂水平井，決策層為儲層物性參數、初次完井參數、生產動態(tài)參數，指標層為影響壓裂后效果的因素集(圖1)。

圖1 重復壓裂效果影響因素多層次評價體系

2.2 改進的灰色關聯分析法

灰色關聯分析法[27]是灰色理論中的重要內容，通過尋求系統中各因素的主次關系，確定影響各項評價指標的關鍵因素，在儲層評價和油田增產改造方面廣泛應用。引入灰色關聯分析方法計算多層次評價體系中影響水平井體積壓裂效果關鍵因素的權重系數，并對其排序，明確影響水平井體積壓裂效果的主控因素，其表達式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

3 多級模糊選井方法

3.1 模糊聚類方法原理

通過選取影響體積壓裂效果的關鍵因素，建立最具有重復壓裂潛力的理想重復壓裂井，求取候選井與理想重復壓裂井的相對歐氏距離di。其值越小，表明和理想重復壓裂井相似程度越高，越具有重復壓裂潛力。對候選井聚類和等級劃分，形成聚類圖(圖2)。

圖2 候選井與理想重復壓裂井聚類圖

3.2 理想重復壓裂井建立

理想重復壓裂井即為最具有重復壓裂潛力的井，其參數取值由各候選井儲層物性參數、 初次完井參數、生產動態(tài)參數分布范圍確定，與壓裂效果成正相關參數取最大值，負相關參數取最小值，其中，初次完井參數中單簇砂量和單簇壓裂液量取最小值，表明初次改造不充分，沒有有效的溝通儲層，重復壓裂后更能獲得高產量。根據候選井參數建立模糊等價矩陣，對模糊等價矩陣標準化，計算各候選井與理想壓裂井的相對歐氏距離 ，計算表達式如下：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

4 現場應用

4.1 水平井體積壓裂效果影響因素評價

選取目標區(qū)塊16口體積壓裂水平井，利用多層次評價模型，利用表達式(1)—(4)計算壓裂效果影響因素權重系數(表1)。由表1可知，含油砂巖長度權重系數最大，對壓裂效果影響最大，其次為壓裂簇數和壓裂段數。由二級權重系數可知，初次完井參數權重系數最大，對壓裂效果影響最大，即儲層改造體積為主控因素。由此可知，對于致密油藏，在儲層物質基礎一定的情況下，儲層改造體積對產能影響最大，在不產生縫間干擾的前提下，盡可能提高布縫密度，可提高致密油藏水平井體積壓裂效果。

表1 多層次影響因素權重系數

4.2 多次層評價模型驗證

根據儲層物性評價指標，計算綜合評價因子。圖3為壓裂井所在儲層分類，由綜合評價因子分布范圍，采取拐點法將儲層分為Ⅰ(0.40

圖3 壓裂井所在儲層分類圖

4.3 水平井重復壓裂多級選井

根據表1評價結果，選取影響壓裂效果關鍵因素，確定最有重復壓裂潛力的理想重復壓裂井參數取值(表2)，利用式(5)—(9)計算各候選井與理想對研究區(qū)6口一級候選井開展了重復壓裂設計與現場施工。明確影響水平井重復壓裂效果主控因素，對原設計進行縮小裂縫間距，提高單簇壓裂液量、單簇砂量處理，從而提高儲層壓裂改造體積。重復壓裂后，初期日產油量平均為16.5 t/d，穩(wěn)產期增加，開發(fā)效果大幅度提高。

表2 理想重復壓裂井參數

重復壓裂井的相對歐氏距離，并對其排序(圖4)。由圖4可知，候選井P10與理想重復壓裂井相對距離最小，最具有重復壓裂潛力，并將候選井分為3個等級，重復壓裂潛力依次為一級、二級、三級，每級中的候選井重復壓裂效果相近。

圖4 候選井重復壓裂潛力等級劃分

5 結 論

(1) 綜合考慮多種影響因素，將多層次評價與多級模糊聚類相結合，提出了理想重復壓裂井的概念，對重復壓裂潛力評價和等級劃分，可以快速對重復壓裂井優(yōu)選，是一種值得推廣的重復壓裂選井新方法。

(2) 水平井含油砂巖長度為影響致密油藏體積壓裂效果的主控因素，權重系數最大，其次為壓裂簇數和壓裂段數；在儲層物質基礎一定的情況下，儲層改造體積對產能影響最大，在重復壓裂設計過程中應重點考慮。根據綜合評價因子，利用拐點法確立儲層分類閾值，評價結果符合實際生產情況，準確度和可信度高。

(3) 應用多級選井方法對研究區(qū)塊水平井重復壓裂潛力優(yōu)先級別進行排序和等級劃分，級別越小越具有重復壓裂潛力，同等級壓裂效果相近，現場應用效果良好，大幅度提高了重復壓裂選井的效率和準確性。