吉木薩爾陸相頁(yè)巖水平井壓裂后產(chǎn)量影響因素分析

孫翰文，費(fèi)繁旭，高 陽(yáng)，喻高明 ，辛顯康

(1.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100 ；2.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

常規(guī)油藏經(jīng)過(guò)多年開(kāi)發(fā)，采出程度越來(lái)越高，勘探難度逐步增大，老油田多處于“雙高”階段，經(jīng)濟(jì)效益不佳。以頁(yè)巖油、氣為代表的非常規(guī)油藏已逐步成為勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。據(jù)美國(guó)能源信息署2015年統(tǒng)計(jì)，俄羅斯、美國(guó)及中國(guó)頁(yè)巖油可采儲(chǔ)量位居世界前三位[1]。中國(guó)頁(yè)巖油地質(zhì)儲(chǔ)量為4.76×1010t，主要分布于鄂爾多斯盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地[2-3]，其中，位于準(zhǔn)噶爾盆地的吉木薩爾資源豐厚，開(kāi)采價(jià)值極高[4]。吉木薩爾蘆草溝組頁(yè)巖油在采用大規(guī)模體積壓裂開(kāi)發(fā)過(guò)程中，單井產(chǎn)油量差異大，生產(chǎn)前期產(chǎn)能主控因素不明。因此，需要研究其體積壓裂后產(chǎn)量影響因素，明確各因素對(duì)吉木薩爾陸相頁(yè)巖油產(chǎn)量的影響，保障吉木薩爾陸相頁(yè)巖油得到經(jīng)濟(jì)有效地開(kāi)發(fā)。

1 區(qū)域概況

吉木薩爾凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地東部，邊界特征顯著，構(gòu)造單元面積約為1 278 km2[5]。其中，二疊系蘆草溝組源儲(chǔ)一體，儲(chǔ)層滲透率(0.012 mD)和孔隙度(1.00%)極低，且整個(gè)凹陷皆有分布，為典型頁(yè)巖油藏(圖1)，但油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，油藏分布不連續(xù)，開(kāi)采難度大。按照致密儲(chǔ)集層巖性和物性差異，將儲(chǔ)集層自上而下分為上、下 2 個(gè)“甜點(diǎn)”體：上“甜點(diǎn)”體位于蘆二段(P2l2)，主要分布在凹陷東部的斜坡帶，平均厚度為42.8 m；下“甜點(diǎn)”體位于蘆一段(P2l1)，全區(qū)均有分布，平均厚度為34.1 m。

2011 年 ，直井吉25井首次獲得工業(yè)油流，后續(xù)相繼部署了多口直井，皆取得較好成果[6]； 2012 年，水平井吉172_H井首次采用多級(jí)壓裂技術(shù)，取得巨大成功，最高日產(chǎn)油達(dá)77.8 t/d[7]，成為蘆草溝組第一口高產(chǎn)井，目前累計(jì)產(chǎn)油量已逾萬(wàn)噸。隨后采用不同壓裂工藝部署多口水平井，經(jīng)過(guò)不斷生產(chǎn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)多級(jí)壓裂水平井產(chǎn)量遠(yuǎn)優(yōu)于直井，因此，確定了采用多段壓裂水平井開(kāi)發(fā)的模式。2018年，JHW034井的小粒徑支撐劑試驗(yàn)以及JHW035井高液量、高加砂改造的成功為后續(xù)開(kāi)發(fā)提供了堅(jiān)定信心[8]。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷構(gòu)造[9]

2 產(chǎn)量影響因素分析方法

2.1 一元線(xiàn)性回歸分析法

一元線(xiàn)性回歸是分析影響因素x和壓裂后產(chǎn)量Y線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系的方法。當(dāng)線(xiàn)性關(guān)系較明顯時(shí)，可以通過(guò)自變量x來(lái)預(yù)測(cè)因變量Y壓裂后產(chǎn)量受多個(gè)因素綜合影響，若其中某因素對(duì)產(chǎn)量影響相對(duì)較大，則可用LRA方法研究。

Y=Ax+B

(1)

(2)

(3)

式中：Y為產(chǎn)量，t；x為影響因素；A為回歸系數(shù)；B為常數(shù)項(xiàng)；Yk為第k口井產(chǎn)量，t；xk為影響因素在第k口井的取值；n為總井?dāng)?shù)。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)分析(GRA)是鄧聚龍教授于1982年提出的灰色系統(tǒng)理論(GST)的主要內(nèi)容之一[10]。通過(guò)GRA對(duì)比各因素與壓裂后產(chǎn)量在空間中幾何變化的相似程度，衡量各影響因素與壓裂后產(chǎn)量間的關(guān)聯(lián)程度，再通過(guò)比較影響因素之間關(guān)聯(lián)曲線(xiàn)得到關(guān)聯(lián)度[11-14]。

2.2.1 確定原始序列

原始序列分為2部分，即由各個(gè)時(shí)間段累計(jì)產(chǎn)油量組成的對(duì)照數(shù)列X0及由地質(zhì)、工程因素構(gòu)成的對(duì)比數(shù)列Xi。

X0={X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n)}

(4)

Xi={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，…，Xi(n)}，i=1，2，3，…，m

(5)

式中：i為影響因素序號(hào)；m為影響因素個(gè)數(shù)。

2.2.2 處理原始數(shù)據(jù)

初始條件下X0和Xi單位不同、數(shù)值差距大，直接計(jì)算關(guān)聯(lián)度結(jié)果不準(zhǔn)確，為提高準(zhǔn)確性，需無(wú)量綱化處理原始數(shù)據(jù)?？紤]到參照數(shù)列為各個(gè)時(shí)間段的累計(jì)產(chǎn)油量，因此，以效益型方法[15]進(jìn)行無(wú)量綱化處理。其變換方法如下：

(6)

式中：Yi(k)為第i個(gè)影響因素下第k口井采用效益性方法進(jìn)行無(wú)量綱化處理后的數(shù)值；max(Xi)為第i個(gè)影響因素在所有井中的最大值；min(Xi)為第i個(gè)影響因素在所有井中的最小值。

2.2.3 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

采用式(6)將歸一化后的式(4)、(5)相減，即可得到對(duì)應(yīng)序列下各影響因素與累計(jì)產(chǎn)油量絕對(duì)值差：

Δ0i(k)=|Yi(k)-Y0(k)|

(7)

Δmax=maxΔ0i(k)

(8)

Δmin=minΔ0i(k)

(9)

式中：Δ0i為每個(gè)影響因素與累計(jì)產(chǎn)油量差的絕對(duì)值；Δmax為影響因素與累計(jì)產(chǎn)油量差的最大絕對(duì)值；Δmin為影響因素與累計(jì)產(chǎn)油量差的最小絕對(duì)值。

利用式(7)～(9)所得結(jié)果計(jì)算相對(duì)關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算時(shí)為提高各影響因素差異的顯著性，加入關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ，ρ越小，結(jié)果越準(zhǔn)確，通常取0.5即可取得較理想的結(jié)果[15-23]。

將第i個(gè)影響因素與累計(jì)產(chǎn)油量在第k口井的相對(duì)關(guān)聯(lián)系數(shù)表示為：

(10)

式中：ξ0i(k)代表第i個(gè)影響因素與累計(jì)產(chǎn)油量在第k口井的相對(duì)關(guān)聯(lián)系數(shù)。

2.2.4 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

由式(10)計(jì)算得到的ξ0i屬于分散信息，無(wú)法表現(xiàn)各個(gè)因素與累計(jì)產(chǎn)油量之間的關(guān)系，對(duì)n個(gè)ξ0i進(jìn)行均值處理，以此反映各因素與累計(jì)產(chǎn)油量的關(guān)聯(lián)度r0i。

(11)

式中：r0i為第i個(gè)影響因素的關(guān)聯(lián)度。

2.2.5 權(quán)重計(jì)算及關(guān)聯(lián)度排序

根據(jù)式(11)中所得r0i計(jì)算權(quán)重Wi，并對(duì)各因素影響進(jìn)行排序。

(12)

式中：Wi為第i個(gè)影響因素所占的權(quán)重。

3 實(shí)例分析

吉木薩爾頁(yè)巖油藏基質(zhì)滲透率極低，需要采用大規(guī)模體積壓裂技術(shù)對(duì)水平井進(jìn)行壓裂，人工造縫才能正常生產(chǎn)。由于目標(biāo)區(qū)塊處于開(kāi)發(fā)初始階段，地層能量充足，采用自噴方式加油嘴控壓生產(chǎn)。統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，大部分生產(chǎn)井自噴期約為3 a，自噴期結(jié)束后采用抽油方式生產(chǎn)；在自噴生產(chǎn)初期，地質(zhì)情況相差不大的情況下，壓裂效果決定了水平井的生產(chǎn)能力。因此，對(duì)吉木薩爾陸相頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)過(guò)程中的地質(zhì)因素(有效孔隙度、油層有效厚度、含油飽和度、原油黏度)以及工程因素(壓裂液量、總加砂量、每米加砂量、每米加液量、砂比、級(jí)數(shù)、改造長(zhǎng)度、鉆遇油層長(zhǎng)度、Ⅰ類(lèi)鉆遇率)對(duì)壓裂后自噴期生產(chǎn)效果的影響進(jìn)行了分析。

3.1 一元線(xiàn)性分析

選取實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用LRA方法對(duì)各影響因素與體積壓裂后1、2 a累計(jì)產(chǎn)油量相關(guān)性進(jìn)行研究。以每米加砂量(圖2)為例，擬合系數(shù)R2>0.55的參數(shù)如表1所示。

由表1可知，地質(zhì)因素中有效孔隙度及工程因素中總壓裂液量、總加砂量、Ⅰ類(lèi)油層鉆遇率、每米加液量、每米加砂量分別與體積壓裂后水平井1、2 a累計(jì)采油量呈現(xiàn)較好線(xiàn)性關(guān)系，且各因素與2 a累計(jì)產(chǎn)油量的線(xiàn)性關(guān)系優(yōu)于與1 a累計(jì)產(chǎn)油量的線(xiàn)性關(guān)系。通過(guò)LGR分析可知，自噴期各時(shí)段累計(jì)產(chǎn)油量的影響因素中工程因素相對(duì)較多，同時(shí)各工程因素與各時(shí)段累計(jì)產(chǎn)油量相關(guān)度較好。

圖2 每米加砂量與不同時(shí)期累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)系

表1 一元線(xiàn)性回歸結(jié)果

Table 1 Unary linear regression result

影響因素1a累計(jì)產(chǎn)油量/t2a累計(jì)產(chǎn)油量/t壓裂液量/m3y=-2145.916+0.315x,R2=0.58y=-2261.884+0.465x,R2=0.66加砂量/m3y=-4695.538+6.292x,R2=0.82y=-5423.452+8.848x,R2=0.85每米加液量/(m3·m-1)y=-2447.837+455.355x,R2=0.72y=-2579.709+675.206x,R2=0.79每米加砂量/(m3·m-1)y=-3984.538+7716.695x,R2=0.85y=-4626.376+10969.268x,R2=0.88Ⅰ類(lèi)油層鉆遇率/%y=519.022+105.509x,R2=0.77y=1885.336+148.962x,R2=0.80有效孔隙度/%y=-10121.771+1435.031x,R2=0.72y=-13542.649+2071.245x,R2=0.79

3.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

選取目標(biāo)區(qū)部分水平井的數(shù)據(jù)，X0為高產(chǎn)30 d及1、2、3 a累計(jì)產(chǎn)油量，t；Xi為考慮的13個(gè)影響因素，地質(zhì)因素為有效厚度、有效孔隙度、原油黏度、含油飽和度；工程因素為Ⅰ類(lèi)鉆遇率、鉆遇油層長(zhǎng)度、壓裂液量、總加砂量、級(jí)數(shù)、改造長(zhǎng)度、每米加砂量、每米加液量以及砂比。

將原始數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理后(表2、3)，計(jì)算各影響因素與各時(shí)間段累計(jì)產(chǎn)油量之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，處理結(jié)果見(jiàn)表4～7。

表2 水平井產(chǎn)量影響因素歸一化處理數(shù)據(jù)

表3 各階段累計(jì)產(chǎn)油量歸一化處理數(shù)據(jù)

表4 各影響因素與30 d累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)聯(lián)度

表5 各影響因素與1 a累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)聯(lián)度

表6 各影響因素與2 a累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)聯(lián)度

表7 各影響因素與3 a累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)聯(lián)度

通過(guò)對(duì)研究區(qū)各階段體積壓裂后產(chǎn)量的影響因素分析可知，生產(chǎn)2 a的過(guò)程中，工程因素對(duì)頁(yè)巖油水平井產(chǎn)量影響較大，Ⅰ類(lèi)鉆遇率、每米加砂量、砂比、加砂量關(guān)聯(lián)度排序皆處于前列。地質(zhì)因素中，原油黏度對(duì)壓裂后產(chǎn)量影響較大，在各階段一直保持在0.720以上；工程因素中Ⅰ類(lèi)鉆遇率影響最大，關(guān)聯(lián)度在0.800以上，砂比、每米加砂量、總加砂量關(guān)聯(lián)度較高。

因此，在后續(xù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，首先應(yīng)選擇地質(zhì)條件較好的“甜點(diǎn)”體進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行水平井壓裂設(shè)計(jì)改造時(shí)，應(yīng)對(duì)砂比、每米加砂量以及總加砂量3個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行優(yōu)化來(lái)提高產(chǎn)量。

LRA 方法已證明工程因素在自噴前期占據(jù)主導(dǎo)地位，GRA與LRA結(jié)果一致，二者可相互驗(yàn)證。但采用GRA分析3 a累計(jì)產(chǎn)油量與各影響因素關(guān)聯(lián)程度時(shí)，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)因素影響總體變大，與前2 a存在差異，故重新選取參考數(shù)列X0為第3 a累計(jì)產(chǎn)油量，計(jì)算各影響因素與第3 a累計(jì)產(chǎn)油量的關(guān)聯(lián)度。計(jì)算得出各因素與第3 a累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)聯(lián)度從大到小依次是：加砂量(0.753)、有效孔隙度(0.745)、每米加液量(0.737)、壓裂液量(0.735)、油層長(zhǎng)度(0.727)、Ⅰ類(lèi)鉆遇率(0.726)、原油黏度(0.701)、有效厚度(0.692)、每米加砂量(0.691)、改造長(zhǎng)度(0.691)、砂比(0.680)、含油飽和度(0.676)、級(jí)數(shù)(0.659)。

由GRA計(jì)算結(jié)果可知，地質(zhì)因素中的有效孔隙度、有效厚度對(duì)第3 a累計(jì)產(chǎn)油量影響較前2 a有所提升，其中，有效孔隙度關(guān)聯(lián)度可達(dá)0.745。工程因素對(duì)產(chǎn)量影響相對(duì)降低，這是因?yàn)樵谒骄a(chǎn)初期主要?jiǎng)佑玫馁Y源來(lái)源于經(jīng)過(guò)壓裂后形成的裂縫，但壓裂后形成的裂縫并非一直保持不變，伴隨水平井開(kāi)采時(shí)間增長(zhǎng)，地層能量的逐漸降低，通過(guò)壓裂制造的人工裂縫會(huì)逐漸閉合，裂縫導(dǎo)流能力逐漸變差，導(dǎo)致工程因素對(duì)產(chǎn)量的影響逐漸降低。油井生產(chǎn)時(shí)間逐漸增長(zhǎng)的同時(shí)，動(dòng)用資源面積逐漸增大，主要?jiǎng)佑觅Y源也逐漸由裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)榛|(zhì)，在此過(guò)程中儲(chǔ)層本身的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)量的影響逐漸明顯，即地質(zhì)因素對(duì)產(chǎn)量的影響逐漸增大。

4 結(jié) 論

(1) 采用LRA分析頁(yè)巖油體積壓裂水平井可知，在壓裂后自噴生產(chǎn)初期，與地質(zhì)因素相比，工程因素與產(chǎn)量相關(guān)的因素更多，相關(guān)性更好。

(2) GRA結(jié)果表明，在生產(chǎn)井自噴生產(chǎn)前2 a，Ⅰ類(lèi)鉆遇率、每米加砂量、砂比、總加砂量、原油黏度影響較大，鉆遇油層長(zhǎng)度、壓裂液量、每米加液量、有效厚度、有效孔隙度次之，級(jí)數(shù)、含油飽和度、改造長(zhǎng)度影響較??；在后續(xù)開(kāi)發(fā)中，應(yīng)優(yōu)選儲(chǔ)層物性較好的“甜點(diǎn)”體進(jìn)行開(kāi)發(fā)，同時(shí)優(yōu)化關(guān)聯(lián)度較高的工程參數(shù)以提高油井產(chǎn)量；

(3) 針對(duì)吉木薩爾頁(yè)巖油產(chǎn)量遞減快的特點(diǎn)，生產(chǎn)2 a的井可認(rèn)為處于自噴生產(chǎn)中后期，此時(shí)動(dòng)用儲(chǔ)量主要來(lái)源于基質(zhì)，前期改造工藝對(duì)產(chǎn)量影響較小，地質(zhì)因素影響較大。