工程因素對(duì)頁巖氣井產(chǎn)水的影響分析

游園

摘要：涪陵焦石壩頁巖氣田是無邊底水頁巖氣藏，開發(fā)過程中部分氣井產(chǎn)水量較大嚴(yán)重影響了氣田正常生產(chǎn)。運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)比分析裂縫尺寸與裂縫間距的分布關(guān)系，以及高、低產(chǎn)水井的裂縫間距、液量與水氣比的分布關(guān)系，發(fā)現(xiàn)裂縫間距過小，致使縫長方向延伸受限，同時(shí)由于注入地層液量較大，大量液體滯留井筒附近，是導(dǎo)致高產(chǎn)水井放噴階段及試采初期水平井產(chǎn)水較高的主要工程原因;并得到了低產(chǎn)水井工程參數(shù)的合理范圍，為頁巖氣田高效開發(fā)提高參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：頁巖氣井;高產(chǎn)水;裂縫間距;液量

涪陵焦石壩頁巖氣田屬于中深層、高壓、無邊底水、彈性驅(qū)動(dòng)的頁巖氣藏。該氣藏具有層理縫發(fā)育、脆性礦物含量高、水平應(yīng)力差差異系數(shù)小，彈性模量高的特點(diǎn)。目前在開采過程中部分井產(chǎn)水量較大，嚴(yán)重影響了氣井產(chǎn)量。目前針對(duì)頁巖氣井產(chǎn)水的影響因素研究較少，國內(nèi)外針對(duì)高產(chǎn)水的原因尚無開展詳細(xì)分析。因此確定氣田產(chǎn)水量的影響因素，對(duì)于提高氣田的開發(fā)效益具有非常重要的意義。本文在總結(jié)氣田產(chǎn)水特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從工程角度出發(fā)，分析了工程因素對(duì)頁巖氣井產(chǎn)水的影響。

1、氣田產(chǎn)水特征

通過采出水離子全分析數(shù)據(jù)，區(qū)塊產(chǎn)出水為壓裂返排液，地層不出水。已投產(chǎn)井試氣及試采階段返排液量259.5m³-6557.6 m³，平均返排液量1346.8 m³，返排率0.7%-21.2%，平均返排率3.9%。區(qū)塊整體返排率較低，但部分井出現(xiàn)高產(chǎn)水特點(diǎn)。

氣井在試采階段呈現(xiàn)出區(qū)域性差異，南區(qū)產(chǎn)水量遠(yuǎn)高于其他區(qū)域，北區(qū)西翼產(chǎn)水較高。以單日產(chǎn)水量來看，當(dāng)日總開井173口，其中15口氣井當(dāng)日產(chǎn)水量為0，是分布在北區(qū)和東區(qū)的間歇產(chǎn)水井，北區(qū)及東區(qū)平均產(chǎn)水量1.54方/天，其中北區(qū)西翼平均產(chǎn)水量5.97方/天，明顯高于北區(qū)平均產(chǎn)水量;南區(qū)平均產(chǎn)水量39方/天。

因南區(qū)氣井投產(chǎn)時(shí)間短，累計(jì)產(chǎn)量低，現(xiàn)階段主要以累產(chǎn)氣量1000×10⁴m³階段的水氣比分布劃分出高、中、低產(chǎn)水區(qū)。高產(chǎn)水區(qū)水氣比大于1.5 m³/10⁴m³，中產(chǎn)水區(qū)水氣比為0.45-1.5 m³/10⁴m³，低產(chǎn)水區(qū)水氣比為小于0.45m³/10⁴m³。按照上述分類，南區(qū)屬于高產(chǎn)水區(qū)，北區(qū)西翼水氣比0.3-2.11 m³/10⁴m³，屬于中高產(chǎn)水區(qū)，北區(qū)其他區(qū)域及東區(qū)屬于低產(chǎn)水區(qū)。

2、影響因素分析

前文總結(jié)出區(qū)域上南部產(chǎn)水量遠(yuǎn)高于其他區(qū)域，說明地質(zhì)因素是影響產(chǎn)水的重要因素。該區(qū)域的地質(zhì)情況與其他區(qū)存在較大的差異，垂深大、大尺度裂縫發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，應(yīng)力方向多變。這些地質(zhì)上的特點(diǎn)導(dǎo)致了南部地質(zhì)條件不利于改造體積及裂縫復(fù)雜度的提高，壓裂液濾失到周邊區(qū)域不多，大多留在了主裂縫及近井筒附近中，液體在試氣放噴階段和試采的初期即大量的返排出地層。

前文統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在地質(zhì)條件分布穩(wěn)定的北區(qū)也出現(xiàn)西翼9口井產(chǎn)水量明顯高于鄰井，說明在地質(zhì)條件相同的前提下，工程因素對(duì)產(chǎn)水也有較大影響。

國外相關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為返排率受裂縫形態(tài)的影響^[1] ，在本文研究中亦發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。高產(chǎn)水G19井微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，相同層位井段的全縫長與裂縫橫向波及寬度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，橫向波及寬度>150m，全縫長<500m，說明裂縫沿井筒方向過度擴(kuò)展，可導(dǎo)致縫長方向延伸受限。由于注入地層液量較多，加之裂縫縫長方向擴(kuò)展受限，大量液體滯留在近井筒附近，導(dǎo)致放噴階段及試采初期水平井產(chǎn)水較高。

工程因素中排量、液量、裂縫間距是影響裂縫形態(tài)的重要參數(shù)，北區(qū)各井排量基本一致，本文重點(diǎn)分析北區(qū)西翼9口中高產(chǎn)水井及8口低產(chǎn)水鄰井的裂縫間距及壓裂液量對(duì)產(chǎn)水的影響。

2.1裂縫間距的影響分析

研究認(rèn)為，裂縫間距對(duì)裂縫擴(kuò)展形態(tài)均有較大影響。較高的彈性模量會(huì)引起較強(qiáng)的縫間干擾，導(dǎo)致縫長延伸受限，那么對(duì)于高彈性模量地層，需增加裂縫間距，減小分縫間干擾^[2] 。縫間距較小，縫長均有所減小，限制了裂縫擴(kuò)展延伸。

頁巖水力壓裂過程中出現(xiàn)分支裂縫延伸時(shí)，各條分支縫在相距較近的條件下平行延伸，裂縫間出現(xiàn)相互應(yīng)力干擾，產(chǎn)生附加誘導(dǎo)應(yīng)力，這種多條裂縫間的相互干擾又促使形成更為復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫。水力裂縫形變誘導(dǎo)應(yīng)力場的平面模型，平板中央有一長為2a直線狀裂縫，裂縫穿透平板，作為用于裂縫面上的應(yīng)力為p。

該模型中的平板問題屬于平面應(yīng)變問題，根據(jù)彈性力學(xué)理論可得到該模型的解析方程如下：

在應(yīng)力場變化平面模型的基礎(chǔ)上，在多人工裂縫條件下，對(duì)應(yīng)力場進(jìn)行模擬計(jì)算，假設(shè)在一定有效凈壓力下，對(duì)裂縫間距20-200m條件下的誘導(dǎo)應(yīng)力場的變化情況進(jìn)行模擬分析。

對(duì)比不同裂縫間距條件的計(jì)算結(jié)果（表1），裂縫間距逐漸減小，水平最大、最小兩個(gè)應(yīng)力方向上的誘導(dǎo)應(yīng)力差值逐漸增大。

當(dāng)裂縫間距在小于25m后，水平最大、最小兩個(gè)方向上的誘導(dǎo)應(yīng)力差值達(dá)到13MPa以上，明顯大于原始最大、最小水平主應(yīng)力的差值（5-6MPa）。但在裂縫中心位置（射孔簇位置）誘導(dǎo)應(yīng)力的差值達(dá)到了8MPa，此時(shí)誘導(dǎo)應(yīng)力的差值與原始最大、最小水平主應(yīng)力的差值相當(dāng)，主裂縫沿最大水平主應(yīng)力方向延伸趨勢(shì)減弱，主裂縫在在近井區(qū)域無序的延伸可能會(huì)造成簇間、段間干擾，限制裂縫延伸長度和改造體積。

3、結(jié)論

（1）通過總結(jié)涪陵頁巖氣田產(chǎn)水特征，發(fā)現(xiàn)總體上產(chǎn)水量呈區(qū)域性分布，因此研究認(rèn)為地質(zhì)條件是影響產(chǎn)水的重要因素。高產(chǎn)水區(qū)域垂深大、大尺度裂縫發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，應(yīng)力方向多變的地質(zhì)特點(diǎn)不利于改造體積及裂縫復(fù)雜度的提高，壓裂液濾失到周邊區(qū)域不多，大多留在了主裂縫及近井筒附近中，液體在試氣放噴階段和試采的初期即大量的返排出地層。

（2）分析低產(chǎn)水區(qū)高產(chǎn)水井的微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果與裂縫間距的分布關(guān)系，結(jié)果表明裂縫間距對(duì)裂縫擴(kuò)展形態(tài)均有較大影響。高產(chǎn)水井裂縫間距較小，縫間干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致裂縫沿縫長方向延伸受限，加之注入地層液量較多，大量液體滯留井筒附近，導(dǎo)致放噴階段及試采初期水平井產(chǎn)水較高。

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（作者單位：中國石化江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院）