頁巖油氣藏水平井井間干擾研究現(xiàn)狀和討論

郭旭洋 金衍 黃雷 訾敬玉

1.中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室；2.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院

0 引言

在全球范圍內(nèi)，北美、中國、南美等地均實現(xiàn)了頁巖油氣的規(guī)?；虡I(yè)開采［1-3］。隨著商業(yè)化開采規(guī)模不斷增大，水平井井距不斷縮短、壓裂級數(shù)和液量不斷增加。自2011 年起，北美部分頁巖油氣產(chǎn)區(qū)的水平井井間距已經(jīng)低至100 m［4］。隨著這些技術(shù)的實施，水平井壓裂縫網(wǎng)出現(xiàn)密切割特征，顯著提升頁巖油氣開發(fā)效率和提高最終可采儲量(EUR)，為頁巖油氣資源的長期商業(yè)化開采提供了保障。但是，密集布井和裂縫密切割也導(dǎo)致了井間干擾問題，而井間干擾現(xiàn)象也出現(xiàn)在各種模式的頁巖油氣開采中。

頁巖油氣的商業(yè)化開采主要有兩種模式：(1)一次性井平臺批量鉆井和批量壓裂；(2)加密水平井或重復(fù)壓裂。第1 種模式一般出現(xiàn)在開采初期，針對頁巖儲層中的地質(zhì)甜點和工程甜點的橫向展布和縱向展布特征進行規(guī)模化開采；而第2 種模式則出現(xiàn)在生產(chǎn)誘發(fā)地層虧空后，通過加密水平井或老井重復(fù)壓裂開采未被井平臺一次性動用的地質(zhì)儲量，從而提高總體EUR。這兩種模式都可能會誘發(fā)水平井井間裂縫竄擾，影響整體生產(chǎn)效率［5-6］。隨著我國的頁巖油氣開采由最初的合作和探索階段逐漸步入規(guī)模化建產(chǎn)和降本增效階段［7-8］，小井距和規(guī)?；瘔毫阎谐霈F(xiàn)的井間干擾現(xiàn)象一定程度上限制了建產(chǎn)效果和效率。

在國內(nèi)原油對外依存度超過70%的背景下，國內(nèi)的頁巖油氣由于其資源潛力巨大的特點，成為規(guī)?；_發(fā)的重要領(lǐng)域［9-12］。規(guī)?；_發(fā)包括批鉆批壓和加密井開發(fā)兩部分。頁巖油氣產(chǎn)區(qū)在批量鉆井、批量壓裂投產(chǎn)一段時間后，常會開展加密井鉆完井和壓裂，由于地層虧空和四維地應(yīng)力場的存在，會影響加密井縫控儲量和生產(chǎn)效率。例如，2020 年以來，在國內(nèi)某陸相頁巖油產(chǎn)區(qū)有超過50%的水平井出現(xiàn)井間干擾現(xiàn)象，部分受干擾井出現(xiàn)產(chǎn)量遞減明顯快于同區(qū)老井、含水率明顯升高等問題，同時存在支撐劑侵入鄰井的現(xiàn)象，嚴重影響生產(chǎn)效率。老井含水率和油壓下降速率較低，但是在地質(zhì)條件類似的情況下新投產(chǎn)加密井油壓下降快、含水率高，井間干擾對產(chǎn)能有較大損害，嚴重影響頁巖油的降本增效開發(fā)。因此，準確理解井間干擾機理、精確評價和預(yù)測井間干擾現(xiàn)象及其影響，尋找有效、可行的手段干預(yù)和降低井間干擾成為了高效開采非常規(guī)油氣亟需解決的關(guān)鍵問題。

國外尤其是北美地區(qū)由于頁巖油氣商業(yè)化開采歷史相對較長，已開展一定的井間干擾研究；國內(nèi)如四川盆地和鄂爾多斯盆地也開展了一些頁巖氣水平井的井間干擾研究。在此基礎(chǔ)上，本文主要從井間干擾現(xiàn)象、機理、現(xiàn)場診斷和干預(yù)措施幾個方面對頁巖油氣水平井的井間干擾開展論述，并進行討論。

1 頁巖油氣藏水平井井間干擾現(xiàn)象

本文討論的井間干擾現(xiàn)象特指在開發(fā)低滲頁巖油氣時生產(chǎn)誘發(fā)的儲層虧空和大規(guī)模儲層改造引起的鄰近水平井之間的干擾，與常規(guī)儲層中注采井網(wǎng)及其加密造成的井間壓力和產(chǎn)量干擾不是同一個概念。此類井間干擾現(xiàn)象也被稱作壓裂誘發(fā)干擾［13］。頁巖油氣水平井井間干擾的表現(xiàn)形式包括壓力干擾、產(chǎn)能干擾、套損、支撐劑侵入等,也可能引發(fā)井控問題［14-16］，嚴重時導(dǎo)致水平井報廢［6,15,17］。

北美的主力頁巖油氣產(chǎn)區(qū)均出現(xiàn)大量井間干擾現(xiàn)象，且多與加密水平井有關(guān)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因之一是前期頁巖油氣收益較好導(dǎo)致加密井?dāng)?shù)量不斷增加，但更重要的原因是北美地區(qū)普遍存在的生產(chǎn)持有條款，條款規(guī)定石油公司在租期內(nèi)必須維持一定的產(chǎn)能才能夠繼續(xù)在該礦藏內(nèi)進行持續(xù)性的鉆采活動［6,18］。該條款促使石油公司優(yōu)先布局單口母井水平井并投產(chǎn)，后續(xù)才會在其附近進行加密井鉆完井和投產(chǎn)。北美主力頁巖產(chǎn)區(qū)的數(shù)據(jù)均證明，多數(shù)產(chǎn)區(qū)的加密井?dāng)?shù)量已經(jīng)追平或超過了母井的數(shù)量［19-20］。在這一背景下，加密井與母井之間出現(xiàn)了大量的井間干擾現(xiàn)象。通過對各頁巖油氣產(chǎn)區(qū)的井間干擾事件進行分析，認為井間干擾對產(chǎn)能的影響包括積極影響、消極影響和無明顯影響3 種，而且這些影響都與井間干擾的恢復(fù)時間有關(guān)，部分井間干擾現(xiàn)象持續(xù)時間可超過1 年。此外，當(dāng)井間連通裂縫閉合后，井間干擾現(xiàn)象也可能消失［6,14］。對北美10 個頁巖油氣產(chǎn)區(qū)的統(tǒng)計顯示，盡管井間干擾對產(chǎn)能產(chǎn)生積極影響的概率大約是50%，但為了使加密井產(chǎn)能接近老井，需要在加密井中注入更多支撐劑以獲得更大的有效儲層改造體積，此外，老井虧空會導(dǎo)致加密井的壓裂設(shè)計和產(chǎn)能預(yù)測難度增加［14］。

國內(nèi)頁巖油氣產(chǎn)區(qū)也出現(xiàn)大量井間干擾現(xiàn)象。四川盆地長寧201 井區(qū)天然縫網(wǎng)的存在導(dǎo)致了明顯的井間干擾現(xiàn)象，且單層布井和兩層“W”布井會導(dǎo)致不同的井間干擾程度，并造成單井EUR 發(fā)生變化［21］。鄂爾多斯盆地蘇里格氣田加密井投產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，加密井與老井井間距小于400 m 的情況下井間干擾明顯，產(chǎn)量與井口壓力均受到明顯影響［22］。蘇里格氣田蘇6、蘇36-11 和蘇13 井區(qū)共42 組加密井井間干擾數(shù)據(jù)顯示，井間干擾對加密井產(chǎn)量的負面干擾可達20.49%［23］?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示，水平井井網(wǎng)、井型、泄流半徑與井間干擾和單井井控儲量有明顯的相關(guān)性［24-25］。川西地區(qū)新場沙溪廟組井場作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，批鉆批壓作業(yè)中，先壓裂投產(chǎn)的井在鄰井壓裂后出現(xiàn)了不同程度的產(chǎn)量降低、井筒返液、出砂和井口壓力下降等現(xiàn)象［26］。

國內(nèi)外頁巖油氣產(chǎn)區(qū)均出現(xiàn)了井間干擾現(xiàn)象，并對井筒完整性、井控和產(chǎn)能產(chǎn)生明顯影響，且井間干擾程度隨著布井密集程度和壓裂施工規(guī)模的上升而不斷增強，因此，需要首先明確井間干擾機理。

2 頁巖油氣藏水平井井間干擾機理

頁巖油氣藏由于具有滲透率低、難以自然形成工業(yè)油氣流的特點，儲層改造縫網(wǎng)的品質(zhì)直接決定縫控儲量和水平井產(chǎn)量［27］。在密集/加密布井的情況下，井間壓裂縫網(wǎng)不但可能導(dǎo)致相鄰水平井產(chǎn)能競爭，也可能出現(xiàn)井間裂縫串通，導(dǎo)致壓裂工作液進入鄰井，也可能造成鄰井套損。通過將動態(tài)指標與同區(qū)域其他井?dāng)?shù)據(jù)比較，可以將井間干擾分為積極、消極和無明顯影響3 類。其中，積極影響主要表現(xiàn)為短期、長期累產(chǎn)增加、含水較低、壓力衰減較慢，消極影響主要表現(xiàn)為短期/長期累產(chǎn)降低、含水陡增、壓力衰減快，無明顯影響則表現(xiàn)為產(chǎn)能、含水、壓力等變化趨勢無明顯異常。由此可知，闡明井間干擾機理對于保證頁巖油氣生產(chǎn)效率和井平臺正常作業(yè)十分關(guān)鍵。

2.1 井間干擾的形式

研究頁巖油氣藏水平井井間干擾的核心是明確水平井井間縫網(wǎng)的形成機制和確定相關(guān)主控因素。井間干擾的主要存在形式有水平井之間連通的水力裂縫、儲層內(nèi)的壓力波干擾和裂縫串通［28-29］,其中水力裂縫連通和裂縫串通的主要區(qū)別在于裂縫串通更強調(diào)先后壓裂的兩口井之間的水力裂縫發(fā)生的交互，而水力裂縫連通也可能出現(xiàn)在單井儲層改造形成的復(fù)雜縫網(wǎng)中。根據(jù)井間復(fù)雜縫網(wǎng)形成機制的不同，可以分兩種情況：(1)井平臺批量鉆井、批量壓裂；(2)加密水平井或重復(fù)壓裂。

井平臺內(nèi)兩口鄰近水平井同步壓裂時，由于壓裂工作液的注入和巖石破裂，導(dǎo)致地層變形和應(yīng)力變化，形成應(yīng)力陰影，進而影響裂縫擴展路徑和壓裂效果［30-32］。應(yīng)力陰影與地層的彈性參數(shù)、已有壓裂縫網(wǎng)的長度和寬度、正在擴展的裂縫和已有裂縫的位置關(guān)系等都有直接聯(lián)系［13,33-34］。當(dāng)進行密切割分段水力壓裂時，地層應(yīng)力陰影可以抑制新裂縫的起裂和擴展，增加造縫難度，也可能改變裂縫擴展方向并影響縫網(wǎng)形態(tài)［35-37］，而兩口井先后壓裂或同步壓裂都會誘發(fā)地層內(nèi)的應(yīng)力陰影作用，影響井間壓裂縫網(wǎng)形態(tài)。

加密水平井和重復(fù)壓裂誘發(fā)的井間干擾出現(xiàn)在老井投產(chǎn)引發(fā)地層虧空后。地層虧空后出現(xiàn)孔隙壓力降低和地應(yīng)力大小與方向變化，地層內(nèi)的地應(yīng)力狀態(tài)與原位地應(yīng)力相比發(fā)生較大變化，形成復(fù)雜地應(yīng)力場。在復(fù)雜應(yīng)力場狀態(tài)下，最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力、兩向應(yīng)力差等非均質(zhì)性強，而且會出現(xiàn)應(yīng)力轉(zhuǎn)向的情況［38］。由于地應(yīng)力狀態(tài)是控制水力縫網(wǎng)擴展的重要因素，因此老井虧空會導(dǎo)致加密井壓裂和重復(fù)壓裂時出現(xiàn)復(fù)雜的非平面縫網(wǎng)，是井間干擾重要因素之一。

綜上所述，影響頁巖油氣井間干擾的核心是井間縫網(wǎng)，而縫網(wǎng)的形成機制由裂縫起裂擴展和地應(yīng)力場共同決定，因此，需要從水力裂縫起裂與擴展和地層虧空誘發(fā)的四維地應(yīng)力演化機制兩方面研究井間干擾機理。

2.1.1 復(fù)雜儲層條件下的水力縫網(wǎng)

一般采用數(shù)學(xué)方法和物理實驗方法表征復(fù)雜地質(zhì)條件和巖石力學(xué)條件下的水力裂縫的起裂與擴展情況，其中數(shù)學(xué)方法又可分為解析法、半解析法和數(shù)值法。

數(shù)學(xué)方法方面，較早提出的KGD 模型［39-40］和PKN 模型［41-42］可以計算二維平面內(nèi)的單個裂縫擴展的解析過程，并可以表征縫寬。在二維模型的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展出了擬三維和三維模型，并綜合地應(yīng)力、壓力梯度、剛度、裂縫流體等因素［43-45］。頁巖油氣大規(guī)模商業(yè)開采后，產(chǎn)生了多種針對頁巖水力壓裂的計算方法。曾青冬和姚軍［46］通過擴展有限元方法和有限元方法建立了裂縫流體流動和巖石應(yīng)力變形的模型，并計算了天然裂縫的影響。莊茁等［47］、曾慶磊等［48］基于擴展有限元法提出了頁巖水力壓裂中多簇裂縫同時擴展的全耦合模型，在二維平面內(nèi)考慮了頁巖變形斷裂、裂縫內(nèi)流體流動和井筒流動等相關(guān)因素；陳軍斌等［49］基于擴展有限元方法建立了表征多條水力裂縫拓展的流固耦合數(shù)值模型，研究了應(yīng)力干擾和應(yīng)力差的影響。除了擴展有限元方法外，其他研究方法也得到了廣泛應(yīng)用。李玉偉等［50］建立了同步壓裂過程中誘導(dǎo)應(yīng)力場演化的計算模型，給出了裂縫轉(zhuǎn)向判定方法。王宇等［30］、趙海軍等［51］使用RFPA-Flow 數(shù)值軟件模擬了應(yīng)力陰影效應(yīng)，定量研究了起裂點間距、巖石均質(zhì)度、注入方式、巖石非均質(zhì)性、小尺度天然裂隙、大尺度斷層結(jié)構(gòu)對裂縫擴展的影響。侯冰等［52］使用位移不連續(xù)法和最大周向應(yīng)力理論，建立了二維多裂縫擴展數(shù)值模型，對龍馬溪組某頁巖氣井多裂縫壓裂進行模擬。李勇明等［53］則通過最大周向應(yīng)力理論，提出了頁巖儲層中沿任意方位擴展的水力裂縫穿過天然裂縫的判定準則的具體解析形式。趙熙等［54］使用ANSYS 和FRANC 軟件量化了水平應(yīng)力和射孔方向?qū)α芽p起裂和擴展的影響。Zhu H 等［55］建立邊界元-計算流體力學(xué)模型表征了壓裂液返排過程中的支撐劑變形過程。李揚［56］針對致密砂巖儲層建立了有限元流固耦合水力裂縫模型，能夠模擬水力裂縫與天然結(jié)構(gòu)弱面的交互過程。李瑋等［57］使用裂縫虛擬個數(shù)和裂縫生長率模擬了威遠-長寧地區(qū)多級裂縫擴展規(guī)律。在海外，結(jié)合北美各大頁巖油氣區(qū)塊開發(fā)特征，研究人員通過位移不連續(xù)法、有限差分法、有限元法等建立了一系列理論模型［37,58-60］，表征多裂縫擴展過程中的裂縫形態(tài)、應(yīng)力陰影、誘導(dǎo)應(yīng)力、與天然裂縫的作用等相關(guān)因素。此外，由于相場法可以處理裂縫相交、分叉、三維復(fù)雜擴展路徑等其他數(shù)值方法較難解決的問題，研究人員開發(fā)了考慮動力學(xué)慣性作用［61］、基于彈性能裂縫起裂與擴展［62-63］、支撐劑作用［64］的水力裂縫相場計算方法?？梢姡邢拊?、邊界元法、有限差分法、擴展有限元法和相場法等常見的數(shù)學(xué)方法都是水力裂縫數(shù)值建模的主要方法，它們可以表征裂縫與天然結(jié)構(gòu)弱面交互、在非均質(zhì)和各向異性巖石力學(xué)條件下的起裂與擴展、非平面特征和力學(xué)干擾等復(fù)雜的物理過程，為水平井壓裂和重復(fù)壓裂提供重要參考依據(jù)。

科研人員也通過物理實驗的方式研究頁巖中水力裂縫的擴展機理，開展真三軸水力壓裂實驗，結(jié)合示蹤手段、CT 掃描等方法，研究頁巖儲層在地應(yīng)力作用下的水力裂縫起裂與復(fù)雜縫網(wǎng)生成機制，探討了頁巖中存在的天然結(jié)構(gòu)弱面對縫網(wǎng)形成造成的影響［52-53,65-68］。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，壓裂工作液及支撐劑材料與粒徑等因素對裂縫的起裂和擴展方式也有較大影響［69-71］。

2.1.2 地層虧空誘發(fā)地應(yīng)力演化

老井生產(chǎn)會導(dǎo)致地層出現(xiàn)虧空，根據(jù)孔隙彈性力學(xué)［72-73］相關(guān)理論，孔隙壓力變化會導(dǎo)致地應(yīng)力場的大小和方向發(fā)生變化，使得儲層地應(yīng)力在初始的原位地應(yīng)力的基礎(chǔ)上發(fā)生演化，形成包含三維空間演化和一維時間演化的四維地應(yīng)力。

地層的四維地應(yīng)力演化常通過流固耦合方法［74-75］進行分析。流固耦合方法將儲層的滲流場與固體變形場進行耦合，通常分為全耦合、顯式耦合和迭代耦合3 種方法［76］。其中，全耦合方法將孔隙壓力和巖石骨架位移放在同一個線性系統(tǒng)進行求解，其數(shù)值求解具有較好的穩(wěn)定性、準確性和收斂性，但是相應(yīng)地需要更多的數(shù)值計算資源［76-80］。顯式耦合方法則將孔隙壓力和巖石骨架位移分開在不同線性系統(tǒng)求解，再在特定時間步通過孔隙彈性力學(xué)理論對壓力和位移的數(shù)值解進行修正，該方法計算效率高，但是計算準確性和收斂性無法得到的［81］。迭代耦合方法同樣將孔隙壓力和巖石骨架位移分開求解，但是在每一個運算時間步都對兩者進行耦合迭代，保證收斂性，因此這種方法在提高數(shù)值運算效率的同時也可以保證較好的穩(wěn)定性和收斂性［82-84］。

基于孔隙彈性力學(xué)和流固耦合方法，研究人員提出了多種數(shù)學(xué)模型。具體地，建模過程一般采用有限元［82,85-89］、有限體積［82,90］、有限差分［82,89］等方法，并結(jié)合牛頓法將非線性方程線性化，見表1。

表1 四維地應(yīng)力場的流固耦合模型總結(jié)Table 1 Summary of fluid-solid coupling model of 4D geostress field

流固耦合模型可以定量計算在天然裂縫、水力裂縫、復(fù)雜地應(yīng)力狀態(tài)等情況下的壓裂水平井生產(chǎn)造成的虧空和虧空誘發(fā)的地應(yīng)力動態(tài)變化［88,91-94］。此外，也可以通過CT、數(shù)字巖心、應(yīng)力加載等室內(nèi)物理實驗方法表征頁巖中的流固耦合滲流與變形機理［95-96］。

在流固耦合建模時，需要針對頁巖中的流體流動特征和巖石骨架變形規(guī)律開展研究。低滲基質(zhì)滲流、裂縫流體、吸附作用、擴散現(xiàn)象、應(yīng)力敏感、孔隙結(jié)構(gòu)等因素都是流固耦合問題的重要控制因素［97-100］。為表征頁巖的彈塑性變形，根據(jù)動量平衡和巖石載荷情況，建立應(yīng)力平衡方程，常使用相應(yīng)的本構(gòu)模型(例如線彈性模型、摩爾庫倫模型、Drucker-Prager 模型及其修正形式、劍橋模型等)求解巖石骨架位移、應(yīng)變和應(yīng)力等關(guān)鍵變量［101］?？梢?，流固耦合常采用有限元法、有限差分方法、有限體積法，部分模型也會綜合使用這幾種數(shù)值方法求取地層壓力動態(tài)演化和地應(yīng)力演化規(guī)律，同時，由于存在多物理場耦合，各物理場的數(shù)值求解穩(wěn)定性和收斂性的改善與提高是研究的重點，而不同物理場之間穩(wěn)定、收斂的耦合方式選擇也需要開展針對性研究。

由流固耦合建模分析可知，生產(chǎn)造成的地層虧空會對地應(yīng)力的大小和方向造成影響，并會出現(xiàn)主應(yīng)力轉(zhuǎn)向的情況，導(dǎo)致儲層地應(yīng)力場在原位地應(yīng)力的基礎(chǔ)上出現(xiàn)時空演化，形成動態(tài)地應(yīng)力場。部分區(qū)域甚至出現(xiàn)最大水平主應(yīng)力方向與最小水平主應(yīng)力方向互換的情況，增加了儲層地應(yīng)力場的非均勻性和復(fù)雜程度［88-89］。

2.1.3 返排過程中的裂縫閉合

頁巖油氣藏水平井開發(fā)中，壓裂縫的閉合是很重要的物理現(xiàn)象，直接影響水平井產(chǎn)能和井間干擾程度。目前已經(jīng)形成了基于裂縫表面“微凸體”的接觸力學(xué)預(yù)測模型，可以用于壓裂縫閉合的預(yù)測。王一帆等［102］指出裂縫閉合程度與其平均接觸壓力增長速率呈負相關(guān)，且單個微凸體與光滑表面接觸面積也影響裂縫閉合量。同時，Taleghani A D等［103］認為裂縫的閉合模式有3 種，分別為均勻閉合、裂縫尖端后退閉合以及裂縫口閉合。Chuprakov等［104］開發(fā)用于彈性開口平面裂縫的高級數(shù)值求解器，可以精確計算出蝕刻裂縫寬度在空間上的不均勻分布情況，并發(fā)現(xiàn)壓力下降后殘余寬度減小，這將導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流剖面的減小和產(chǎn)能指數(shù)的下降。Zhang 和Emami-Meybodi［105］建立半解析兩相返排模型來預(yù)測裂縫性質(zhì),可以預(yù)測裂縫滲透率、滲透率模量和裂縫半長的損害程度。也有學(xué)者針對裂縫閉合時間展開相應(yīng)的研究，李達等［106］通過利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建裂縫強制閉合模型，用該模型計算滲透率變化和不同縫高對井口壓力的影響，結(jié)果表示裂縫滲透率越大或者縫高越小，裂縫閉合時間越短。由于在關(guān)井過程中，裂縫由于流體的泄漏而閉合，由于裂縫表面并不是光滑接觸面，而是由一個個“微元體”構(gòu)成，因此可以使用作用在裂縫壁上的正應(yīng)力與裂縫寬度之間的非線性關(guān)系來模擬接觸后的閉合。

2.2 井間干擾機制的分類

根據(jù)以上論述，由于井間干擾同時受到動態(tài)地應(yīng)力場和水力縫網(wǎng)形成與擴展機制的影響，因此，井平臺批量鉆井與批量壓裂和加密井壓裂與重復(fù)壓裂中的井間干擾機理存在一定的區(qū)別，需要分開討論(圖1)。

圖1 井平臺首次批鉆批壓與加密井壓裂井間干擾機理對比［36,88］Fig.1 Comparison of well interference mechanisms between the first batch drilling and batch fracturing and the infill well fracturing of the well pad［36,88］

井平臺首次批量鉆井、批量壓裂產(chǎn)生的井間干擾主要是歸因于井間、段間和簇間的應(yīng)力干擾和連通壓裂竄擾，不涉及地層虧空誘發(fā)的動態(tài)地應(yīng)力場的影響。因此，主要從水力壓裂裂縫的應(yīng)力干擾、應(yīng)力陰影等作用研究井間密切割縫網(wǎng)的形成機制，并判斷相鄰水平井之間是否出現(xiàn)水力裂縫溝通、天然裂縫激活和壓裂竄擾等現(xiàn)象。

加密水平井壓裂和重復(fù)壓裂常伴有老井生產(chǎn)造成地層虧空的現(xiàn)象。因此，開展水力裂縫研究之前，需要先計算老井虧空造成的地層孔隙壓力變化、在原位地應(yīng)力基礎(chǔ)上產(chǎn)生的地應(yīng)力大小變化和主應(yīng)力轉(zhuǎn)向程度，明確四維地應(yīng)力場的非均勻性及復(fù)雜程度。之后，在該復(fù)雜應(yīng)力場內(nèi)開展加密井水力裂縫或老井重復(fù)壓裂裂縫起裂與擴展研究，同時考慮裂縫應(yīng)力干擾與老井虧空對縫網(wǎng)的影響機制，最終表征井間水力壓裂縫網(wǎng)，再據(jù)此評價井間干擾。

2.3 井間干擾主控因素

頁巖油氣藏井間干擾的主控因素可以分為儲層條件和工程參數(shù)兩類。其中，地質(zhì)建模和地質(zhì)力學(xué)建模有助于識別易于發(fā)生井間干擾的儲層條件，但是儲層條件屬于不可控因素；而鉆完井相關(guān)工程施工設(shè)計與參數(shù)等也決定井間人工縫網(wǎng)的連通狀態(tài)，進而影響井間干擾的作用方式與程度，屬于人為可控因素。

2.3.1 儲層條件

儲層中，天然裂縫、層理、斷層等天然結(jié)構(gòu)弱面都可以影響井間干擾，水力裂縫與天然裂縫交互后可以產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，影響井間的連通特性［107］，而與層理交互后垂直縫的縫高則可能受到抑制，進而限制井間干擾范圍［108］；基質(zhì)滲透率和地層壓力分布等都可能影響井間干擾，當(dāng)滲透率較高、各向異性較強、地層壓力較高時，井間干擾的影響可能偏弱［107,109-110］；同時控制水力裂縫形態(tài)的巖石力學(xué)參數(shù)與地應(yīng)力場量對井間干擾也有極大的影響。

2.3.2 工程參數(shù)

工程參數(shù)方面，井間距、壓裂設(shè)計與加密井壓裂和重復(fù)壓裂時機都是重要的主控因素。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示井間干擾可以傳播至水平井井外1.6 km 以上［16,111］。研究認為降低井間距導(dǎo)致井間干擾加劇，使得單井EUR 下降，進一步導(dǎo)致井間干擾對產(chǎn)能的損害［112］。McDowell 等［113］則認為在三維水平井布井方式中，相同井距下的水平井會有不同的干擾結(jié)果，尤其是垂向上不同深度的水平井之間的干擾強于同一水平面內(nèi)的水平井。

壓裂設(shè)計中的液量、砂量、段間距、簇間距、段長、排量、壓裂液性質(zhì)等施工參數(shù)的變化都與井間干擾有關(guān)。一般認為壓裂規(guī)模越大，井間裂縫竄擾更嚴重，導(dǎo)致井間干擾現(xiàn)象更明顯，而且過大的壓裂規(guī)模往往引發(fā)井間干擾對產(chǎn)能的損害［114］。壓裂液與支撐劑在各段和各簇裂縫中的不均勻分布也會引起裂縫的非均勻擴展，影響井間裂縫連通［115］。高施工壓力和高排量也可能提高造縫效率，增強井間壓力連通［116］。產(chǎn)液剖面數(shù)據(jù)顯示，減小簇間距會導(dǎo)致更多的無產(chǎn)能裂縫簇的出現(xiàn)，但是相應(yīng)地會形成較小規(guī)模的壓裂縫網(wǎng)，能有效抑制井間干擾作用［117］。King 等［118］指出階梯式升排量壓裂更易產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)并激活天然裂縫，增強井間干擾作用。Chun 等［119］認為減小支撐劑尺寸可以減緩天然裂縫的閉合過程，進而增加井間干擾存在的時間。

加密井壓裂和重復(fù)壓裂常伴有老井生產(chǎn)誘發(fā)的地層虧空，因此壓裂時機的選擇也會影響井間干擾程度。隨著老井生產(chǎn)時間的增加，地層虧空和地應(yīng)力變化變強，導(dǎo)致加密井壓裂更易形成復(fù)雜縫網(wǎng)，并可能出現(xiàn)裂縫竄擾的情況。加密井壓裂與老井壓裂投產(chǎn)時間間隔越短，加密井縫網(wǎng)形態(tài)越類似于老井縫網(wǎng)［6］。Sangnimnuan 等［120］認為重復(fù)壓裂裂縫傾向于擴展至未被首次壓裂裂縫控制的區(qū)域，但重復(fù)壓裂時機的確定需要綜合考慮地層應(yīng)力差、天然裂縫、地層虧空和首次壓裂設(shè)計等因素的影響。

3 頁巖油氣藏水平井井間干擾的現(xiàn)場診斷

井間干擾現(xiàn)象對頁巖油氣開采效率影響較大，因此，在現(xiàn)場準確識別診斷井間干擾現(xiàn)象并提出相應(yīng)對策指導(dǎo)現(xiàn)場施工變得十分關(guān)鍵。一般采用壓力監(jiān)測、流量監(jiān)測、鉆井?dāng)?shù)據(jù)分析、微地震監(jiān)測、示蹤劑監(jiān)測、小型壓裂測試等方法判別現(xiàn)場的井間干擾現(xiàn)象。表2 歸納了主要井間干擾診斷方法和特點。

表2 井間干擾診斷方法及效果Table 2 Well interference diagnosis methods and their effects

3.1 壓力監(jiān)控

由于相關(guān)數(shù)據(jù)豐富且較易獲取，最常見的井間干擾診斷方法是監(jiān)測地面壓力和井底壓力。Sardinha等［121］通過分析壓裂、返排和投產(chǎn)初期的井口壓力數(shù)據(jù)并與產(chǎn)量數(shù)據(jù)對比，確定了井間縫網(wǎng)的縱向與橫向展布范圍，認為井間裂縫連通會隨著時間而消失，微地震數(shù)據(jù)也佐證了該方法的有效性。這項研究也為判別長期或短期井間干擾提供了一種方法。Awada 等［122］指出為了優(yōu)化井間干擾監(jiān)測準確度，首先要將各井長時間關(guān)井以建立基準壓力恢復(fù)曲線，之后各井依次恢復(fù)投產(chǎn)以獲得多種壓力恢復(fù)曲線進行對比，可以較好地觀察到井間干擾現(xiàn)象，但是該方法受井距、地層滲透率和裂縫導(dǎo)流能力影響較大。Kumar 等［123］認為在低滲儲層中，壓裂時監(jiān)測到的井口壓力突變的主因是裂縫斷裂導(dǎo)致的巖石彈性響應(yīng)，而生產(chǎn)時的監(jiān)測井壓力突變的主因是井間水力裂縫連通。一種井間干擾分析方法采用單級主壓裂數(shù)據(jù)來分析壓后壓降數(shù)據(jù)，結(jié)合Miller-Dyes-Hutchison(MDH)法計算壓力恢復(fù)曲線，并可區(qū)分井間干擾具體誘因是裂縫連通還是巖石孔隙彈性變形［124-125］。

3.2 生產(chǎn)動態(tài)和試井井間干擾監(jiān)控方法

近年來，數(shù)據(jù)解釋方法不斷得到改進。壓力瞬態(tài)分析(PTA)和速率瞬態(tài)分析(RTA)常見于壓力數(shù)據(jù)分析的工業(yè)實踐中。PTA 主要用于短期常規(guī)試井分析，RTA 主要用于長期壓力和產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析。

壓力瞬態(tài)分析(PTA)是評價關(guān)鍵井、儲層參數(shù)的最佳方法之一，它的合理解釋對于獲得油田開發(fā)和井優(yōu)選的關(guān)鍵參數(shù)至關(guān)重要。利用這項技術(shù)能夠分析儲層滲透率、裂縫性質(zhì)、油藏模型以及邊界距離等。但由于試井解釋存在不確定性，因此Cobanoglu 等［126］通過列舉試井分析中的缺陷實例，制定了包括QA/QC 步驟的六步PTA 解釋工作流程，確定了儲層性質(zhì)、PTA 模式反應(yīng)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)、壓力/速率數(shù)據(jù)中的物理誤差和井筒儲存效應(yīng)5 個主要的不確定領(lǐng)域，開發(fā)了對每個不確定領(lǐng)域進行評估的技術(shù)，并提出了每個不確定領(lǐng)域的缺陷。

RTA 也可以被稱為現(xiàn)代遞減曲線分析(DCA)方法。傳統(tǒng)的DCA 處理的是偽穩(wěn)態(tài)流型，是一種經(jīng)驗/半經(jīng)驗的方法。當(dāng)有低頻率(周或月)生產(chǎn)數(shù)據(jù)時，RTA 可以對儲層參數(shù)做出令人信服的估計。然而，近年來，在研究RTA 在高頻試井?dāng)?shù)據(jù)上的適用性方面做了大量的工作。然而，傳統(tǒng)的PTA 在一些特殊情況下難以解釋。有學(xué)者Mishra［127］建立復(fù)雜油藏系統(tǒng)的綜合模型(數(shù)值試井建模與模擬)，研究不同儲層參數(shù)對RTA 類型曲線的敏感性，探討了RTA 類型曲線的診斷能力。同時Ibrahim［128］采用速率瞬態(tài)分析(RTA)結(jié)合產(chǎn)能遞減曲線分析(DCA)對不同頁巖氣井進行了分析，計算得到有效裂縫的體積和幾何形狀。水相RTA 分析結(jié)果表明，在沒有可動地層水的頁巖氣井中，存在氣提前出井、邊界主導(dǎo)流動(BDF)現(xiàn)象。同時當(dāng)可動水飽和度較高時，浸泡過程會對井的性能產(chǎn)生負面影響。對返排數(shù)據(jù)進行評價可以幫助估算裂縫幾何形狀，判斷頁巖層質(zhì)量及其浸泡過程的有效性。Yadav 和Motealleh［129］提出了一種不穩(wěn)定產(chǎn)量分析(RTA)方法，可以識別線性流和邊界控制流兩種流態(tài)中出現(xiàn)的井間壓裂竄擾和重復(fù)壓裂干擾，并指出，在出現(xiàn)裂縫連通或重復(fù)壓裂后，需要重新開展RTA 分析以提高壓力和產(chǎn)量分析的準確性，確定井間連通裂縫的展布范圍。此RTA 方法的有效性受基質(zhì)滲透率影響較大。

還有一種類似RTA 的方法，F(xiàn)iallos 等［130］通過建立非侵入式離散裂縫模型(EDFM)方法，結(jié)合商用黑油油藏數(shù)值模型，基于對裂縫性質(zhì)、實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)和井筒圖像測井的后續(xù)分析資料，通過多井歷史匹配來連接裂縫，來估算裂縫導(dǎo)電性和復(fù)雜性的空間變化對井間干擾裂縫幾何形狀的影響。Vincent和Portier［131］提出了在多井干擾測試中，在壓力不完全穩(wěn)定的情況下，考慮整個干擾測試序列來解釋干擾測試和獲取儲層參數(shù)，并將解釋結(jié)果與其他學(xué)科的輸入?yún)?shù)進行比較，以實現(xiàn)最完整和穩(wěn)健的儲層特征描述，分析井間干擾情況。

在現(xiàn)場試井作業(yè)過程中，也可能觀測到井間干擾，這里更多指在現(xiàn)場試井中包括兩口或多口壓裂水平井(源井和監(jiān)測井)，并提供井間水力裂縫連通性(或不連通性)的信息。Kumar 等［132］認為生產(chǎn)過程中的壓力干擾測試包括監(jiān)測井的壓力變化，以響應(yīng)源井的產(chǎn)量變化。如果源井發(fā)生產(chǎn)量突變(關(guān)井或重啟)，則會導(dǎo)致監(jiān)測井的壓力分布發(fā)生變化，則可以推斷源井和監(jiān)測井存在干擾。

3.3 鉆井?dāng)?shù)據(jù)分析

與井口壓力和流量數(shù)據(jù)類似，鉆井?dāng)?shù)據(jù)也具有現(xiàn)場較易獲得、數(shù)據(jù)量豐富的優(yōu)點，也可以用來診斷井間干擾。Kalinec 等［133］提出了一種鉆井機械比能的修正算法，對地層孔隙壓力和主應(yīng)力進行評價，并成功在美國鷹灘某頁巖油加密水平井鉆井過程中識別出異常低壓區(qū)域，判別了老井虧空的影響范圍，為加密井的鉆完井和壓裂改造可能遇到的井間干擾風(fēng)險預(yù)測提供了關(guān)鍵參數(shù)。Wutherich 等［134］也提出一種機械比能計算方法，可以識別由老井縫網(wǎng)造成的地層異常低壓區(qū)域，該方法也可以側(cè)面表征老井有效縫網(wǎng)的展布范圍。此方法在美國俄亥俄州尤蒂卡頁巖油產(chǎn)區(qū)超過20 口水平井的應(yīng)用均獲得較好效果。Jacobs［135］建議在鉆頭后安置加速度計并分析其信號，評價高應(yīng)力壓裂屏障和巖石脆性，分析可壓裂性，由此可以根據(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)求得的機械比能，有效識別異常低壓區(qū)域，進而確定老井生產(chǎn)造成的地層虧空范圍，因此對井間干擾預(yù)測與定量評價具有關(guān)鍵意義。此外，鉆井?dāng)?shù)據(jù)也可以用來識別高應(yīng)力壓裂屏障和巖石脆性，評價井間干擾關(guān)鍵主控參數(shù)。

3.4 微地震數(shù)據(jù)分析

微地震數(shù)據(jù)能夠幫助識別壓裂縫網(wǎng)的體積和復(fù)雜程度，因此可以用來判斷井間裂縫干擾情況［136-143］。對水力裂縫周圍的薄弱層面穩(wěn)定性受到影響后產(chǎn)生的高頻率彈性波進行數(shù)據(jù)處理，便可以得出裂縫方位、長度、寬度等信息［144］。Alfataierge［145］等通過對11 口水平井的分析認為根據(jù)微地震數(shù)據(jù)得到的有效支撐縫網(wǎng)比實際偏大，容易高估井間縫網(wǎng)連通程度。對微地震數(shù)據(jù)進行合理的分析可以提高對體積壓裂縫網(wǎng)的識別精度，避免高估儲層改造體積，例如，可以采用聚類分析和三角剖分等方法識別不規(guī)則邊界，消除未響應(yīng)區(qū)域數(shù)據(jù)的誤差［146］。

3.5 示蹤劑監(jiān)測手段

示蹤劑監(jiān)測也是研究水平井水力裂縫擴展與縫網(wǎng)展布的一種手段，可以用來識別井間縫網(wǎng)［147-148］。現(xiàn)場實驗顯示，壓裂液示蹤劑監(jiān)測結(jié)果的分布比支撐劑示蹤劑結(jié)果分布更廣，同時壓裂液示蹤劑更容易流入老裂縫，而支撐劑則更容易通過裂縫抵達不同層系。示蹤劑數(shù)據(jù)還顯示，對比支撐劑與壓力數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)支撐劑侵入與壓力干擾呈正相關(guān)，而壓裂液侵入與投產(chǎn)200 d 后的長期壓力干擾無相關(guān)性，說明支撐縫是井間干擾的關(guān)鍵因素，而僅發(fā)生壓裂液交換不一定代表會產(chǎn)生明顯的井間干擾［123］。

3.6 小型壓裂測試法

小型壓裂測試可以計算地層壓力、破裂壓力、閉合應(yīng)力、漏失壓力、瞬時停泵壓力等關(guān)鍵參數(shù)［149］。McClure 等［150］提出一種考慮裂縫柔度的小型壓裂測試方法，該方法的優(yōu)點是考慮了閉合裂縫、剛度與有效正應(yīng)力的關(guān)系，提升了復(fù)雜應(yīng)力條件下的閉合壓力和最小主應(yīng)力的估算精度。Kamali 和Ghassemi［151］在小型壓裂測試方法中加入了水力裂縫與天然裂縫交互對閉合應(yīng)力估算干擾的修正，有利于提高復(fù)雜井間縫網(wǎng)的識別精度。Ji 等［152］提出一種基于有限差分與有限元流固耦合數(shù)值模擬的小型壓裂測試方法，用于評估不同壓裂施工參數(shù)對應(yīng)的井間儲層改造規(guī)模，可以用于在施工前預(yù)測井間干擾強度。由于常規(guī)小型壓裂測試方法僅考慮簡單平面縫的閉合過程，因此不能準確計算復(fù)雜縫網(wǎng)形態(tài)和地應(yīng)力狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)，Zheng 等［153］提出考慮壓力差、應(yīng)力差、非均質(zhì)性和復(fù)雜水力縫網(wǎng)的小型壓裂測試方法，可以用于識別復(fù)雜井間縫網(wǎng)的裂縫多次閉合。

4 頁巖油氣藏水平井井間干擾的對策

井間干擾對水平井正常生產(chǎn)影響較大，有效地應(yīng)對和干預(yù)井間干擾對于保證井平臺的生產(chǎn)效率十分關(guān)鍵。井間干擾對策可以按照鉆采前和鉆采中分為兩類：(1)在密集鉆井、密切割壓裂之前進行精細而完善的地質(zhì)工程一體化分析，優(yōu)化鉆完井設(shè)計；(2)在鉆采過程中通過工藝與參數(shù)優(yōu)化，減小或避免井間干擾的負面影響。表3 總結(jié)了各種井間干擾干預(yù)對策和特點。

表3 井間干擾干預(yù)方法及效果Table 3 Well interference intervention methods and their effects

4.1 鉆采施工前的地質(zhì)工程一體化設(shè)計

圖2 展示了井間干擾的地質(zhì)工程一體化流程圖。Cipolla 等、Gupta 等和Ajani 等［20,154-155］均認為頁巖油氣開采的優(yōu)化設(shè)計需要依托地質(zhì)工程一體化平臺開展，首先利用地質(zhì)、地震、油藏、測井與油層物理參數(shù)評價數(shù)據(jù)等建立靜態(tài)模型，之后根據(jù)地質(zhì)力學(xué)模型、滲流模型和壓裂模型等動態(tài)模型定量計算縫網(wǎng)產(chǎn)量和壓裂對壓力與地應(yīng)力演化的影響。他們認為水力壓裂分段分簇設(shè)計與優(yōu)化必須要結(jié)合壓裂建模、地質(zhì)力學(xué)建模、微地震數(shù)據(jù)、產(chǎn)液剖面數(shù)據(jù)和油藏數(shù)值模擬手段。Shoemaker 等［156］認為，為了確定最優(yōu)井距和壓裂方式、減小井間干擾，需要進行的一體化建模，流程是：油層物理參數(shù)建模、地震解釋、巖石物理建模、地質(zhì)建模、地質(zhì)力學(xué)建模、壓裂縫網(wǎng)建模、完井優(yōu)化建模和油藏數(shù)值模擬(圖2)。

Pathak 等［157］提出了一種使用GIS 地理信息系統(tǒng)建模的方法評估和預(yù)測井間干擾風(fēng)險。該方法結(jié)合GIS 數(shù)據(jù)和估算的壓裂規(guī)模，將井間干擾風(fēng)險從高到低分為4 級，并分別給出對策：對于風(fēng)險較高的老井需要監(jiān)控井口壓力、減小新井壓裂規(guī)模、調(diào)整新井射孔避開可能的竄擾區(qū)域或施行暫堵方案，而且井口壓力與流量監(jiān)測需要至少持續(xù)3 個月；對于風(fēng)險較低的老井則只需監(jiān)測井口處的油管和環(huán)空壓力。Shoemaker 等［156］通過三維地震數(shù)據(jù)進行各向異性地應(yīng)力場精細評價成功優(yōu)化了二疊紀盆地某區(qū)塊的立體水平井井網(wǎng)的橫向和縱向井距。Pei等［158］則通過對水力縫網(wǎng)復(fù)雜程度進行建模分析，定量表征了天然縫網(wǎng)與水力縫網(wǎng)對井間干擾的影響。

由于地層虧空誘發(fā)的地應(yīng)力演化是影響井間干擾的主要因素之一，在原位地應(yīng)力基礎(chǔ)上通過孔隙彈性力學(xué)方法和流固耦合算法預(yù)測四維地應(yīng)力場動態(tài)演化可以定量確定主應(yīng)力轉(zhuǎn)向區(qū)域和應(yīng)力大小變化區(qū)域，進而為井距、分段分簇和壓裂規(guī)模優(yōu)化提供參考［38,88,158-159］。

地質(zhì)工程一體化設(shè)計和精細建模有助于在鉆采施工前評估水平井密集布井和規(guī)?；瘔毫言斐傻木g干擾作用以及潛在風(fēng)險，可以從機理上預(yù)測相關(guān)地質(zhì)工程參數(shù)與井間干擾的聯(lián)系。例如，由于天然裂縫發(fā)育地層更傾向于連通鄰井之間的水力縫網(wǎng)，因此需要調(diào)整壓裂規(guī)模以控制井間干擾；局部存在的高應(yīng)力碳酸鹽巖或泥巖則較難壓裂改造，是天然的壓裂屏障，一體化設(shè)計中對此類壓裂屏障的準確識別和合理利用也可以避免井間裂縫竄擾、減小井間干擾負面影響［160-161］。此外，完善的一體化設(shè)計對于井間距設(shè)計和壓裂設(shè)計也有重要的指導(dǎo)作用，在其指導(dǎo)下，北美數(shù)個頁巖油氣產(chǎn)區(qū)的布井策略已經(jīng)從最初的盲目加密變?yōu)楝F(xiàn)在的適當(dāng)增大井間距以減小井間干擾［4］。

地質(zhì)工程一體化設(shè)計的另一個優(yōu)勢是可以根據(jù)整體模型來分析井間干擾現(xiàn)象存在的時效性，并可以定量預(yù)測井間干擾對井平臺EUR 或積極或消極的影響，為油田現(xiàn)場決策提供關(guān)鍵參考依據(jù)［154］。

現(xiàn)主流地質(zhì)工程一體化的建模平臺是建立在斯倫貝謝公司開發(fā)的petrel 平臺上的。模型含有“六性”相關(guān)屬性，即有機碳含量TOC、巖性、物性(孔隙度、滲透率、飽和度等)、脆性(楊氏模量、泊松比、脆性指數(shù)等)、含油氣性(含氣量)以及地應(yīng)力特性(主應(yīng)力、方位等)，特殊情況還要考慮電性參數(shù)(伽馬、密度等)，同時模型中也能夠考慮天然裂縫的影響，模型還能夠考慮滲透率對裂縫起裂和閉合的影響，提高了裂縫建模的精度[162]。

4.2 鉆采過程中的干預(yù)方法

進入鉆采過程后，可以根據(jù)出現(xiàn)的井間干擾現(xiàn)象及時調(diào)整相關(guān)工程參數(shù)及工藝，對井間干擾進行干預(yù)，并降低井間干擾對產(chǎn)能的負面影響。干預(yù)方法的核心是保護已有水力裂縫和壓裂優(yōu)化，減小井間干擾的負面影響，具體包括關(guān)井、注液填補地層虧空、暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂、優(yōu)化分段分簇設(shè)計與壓裂液用量等方法。

4.2.1 已有水力裂縫保護

老井生產(chǎn)造成地層虧空誘發(fā)孔隙壓力和地應(yīng)力發(fā)生復(fù)雜變化，進而導(dǎo)致新井壓裂出現(xiàn)復(fù)雜縫網(wǎng)并與已有水力裂縫交互，誘發(fā)井間干擾。據(jù)此，現(xiàn)場常采用老井注液的方式填補地層虧空并將地應(yīng)力場恢復(fù)至原位地應(yīng)力狀態(tài)，以此保護老井縫網(wǎng)和產(chǎn)能不受加密井投產(chǎn)造成的損害。Vincent 等［163］分析了蒙大拿州17 口老井注液的效果，發(fā)現(xiàn)其中5 口井顯著減小井間干擾的負面效果。Bommer 等［164］和Bommer 和Bayne［165］通過在巴肯頁巖油產(chǎn)區(qū)的6 口老井中注液成功保護了老井裂縫與產(chǎn)能免受加密井壓裂的負面干擾，并發(fā)現(xiàn)該方法可以有效降低井平臺鉆采成本。Guo 等［6］對鷹灘頁巖油產(chǎn)區(qū)的分析認為，恢復(fù)地應(yīng)力所需的老井注液總體積與地層虧空程度成正比，為了有效恢復(fù)地應(yīng)力狀態(tài)所需的注液量至少要達到老井產(chǎn)液量的77%。Zheng等［166］通過油藏數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)不同的老井保護方式的效果從高到低排序依次為注氣、注液和關(guān)井。

盡管注氣和注液的保護效果高于關(guān)井，但是關(guān)井在現(xiàn)場較易實現(xiàn)，而注氣和注液則受制于現(xiàn)場供應(yīng)、泵注設(shè)備等的制約，不一定具備普適性。此外，注液/注氣保護老井所需的總注入量較大，如果采用一般注液設(shè)備所需時間過長，可能影響現(xiàn)場施工進度，但是如果采用壓裂設(shè)備進行注液則有可能超過破裂壓力造成新裂縫，增加井間干擾分析的不確定性和復(fù)雜程度。因此，現(xiàn)場需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法進行井間干擾干預(yù)。

4.2.2 加密井/重復(fù)壓裂優(yōu)化

水力壓裂縫網(wǎng)是導(dǎo)致井間干擾現(xiàn)象的直接原因，因此合理的分段分簇設(shè)計和壓裂工藝選擇有助于控制井間水力縫網(wǎng)展布，減小井間干擾現(xiàn)象的負面影響。

暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂是一種避免或減小井間干擾影響的主要手段，它可以對首次體積壓裂未有效改造的區(qū)域進行改造，提高老井縫控儲量及單井EUR［167］，也可以規(guī)避加密井壓裂誘發(fā)的井間干擾的消極影響。Kurtoglu 和Salman［14］認為重復(fù)壓裂應(yīng)該用于觀測到的井間干擾對產(chǎn)能具有促進作用的區(qū)域，可以提高井平臺產(chǎn)能，而對于已監(jiān)測到的存在井間干擾損害產(chǎn)能情況的區(qū)域則不應(yīng)使用重復(fù)壓裂技術(shù)。Gakhar 等［168］認為重復(fù)壓裂在鷹灘頁巖油的應(yīng)用可以提升井平臺總產(chǎn)能并消除井間干擾的負面影響，但是具體到某一口井則可能無法明顯提升單井產(chǎn)能，而且地層虧空較明顯的情況下重復(fù)壓裂的效果會下降。Kurtoglu 和Salman［14］和Gakhar等［168］均認為重復(fù)壓裂與老井注液在為地層增能方面原理接近，在減小井間干擾的影響方面具有一定機理上的共性。Barree 等［169］認為重復(fù)壓裂如果與首次壓裂設(shè)計相同，則很可能導(dǎo)致獲得較差的壓裂效果，在重復(fù)壓裂設(shè)計時尤其要注意地層虧空導(dǎo)致的異常低壓的影響，在壓裂后需要及時分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)以決定是否還應(yīng)該在同一地區(qū)繼續(xù)開展重復(fù)壓裂。Sangnimnuan 等［120］則認為地層虧空、天然裂縫、水平應(yīng)力差都對重復(fù)壓裂效果有明顯影響。Manchanda 等［123］認為老井重復(fù)壓裂可以有效降低加密井壓裂投產(chǎn)對產(chǎn)量的損害作用，同時也可以起到保護老井已有裂縫和老井產(chǎn)能的作用。此外，Gakhar 等［168］和Vidma 等［170］強調(diào)了暫堵劑對于提高重復(fù)壓裂對井間干擾干預(yù)的效果，認為近井筒暫堵劑可以有效激活未起裂裂縫簇，并且這種激活效果可以通過壓力監(jiān)測進行驗證，而位于儲層內(nèi)的暫堵劑則在主裂縫尖端形成低滲透屏障從而誘發(fā)二次裂縫及復(fù)雜縫網(wǎng)的生成，但是其有效性較難監(jiān)測。有效的遠場暫堵劑使用可以避免老井和加密井之間產(chǎn)生直接的裂縫連通，而使得新老井之間以復(fù)雜縫網(wǎng)的形式連通，可以有效降低井間干擾對產(chǎn)能的損害。此方法在巴肯頁巖油產(chǎn)區(qū)的應(yīng)用將新老井存在負面干擾的裂縫段數(shù)的比例由35%降至0%。

根據(jù)現(xiàn)場情況開展的針對性壓裂工藝優(yōu)化也可以有效降低井間干擾的負面影響。Anderson 等［115］介紹了一種單簇精確壓裂方法，使用滑套壓裂技術(shù)在每個壓裂段僅設(shè)計一簇裂縫，這樣可以確保每一段獲得均勻的壓裂液和支撐劑分配，并且可以在特定區(qū)域進行精確起裂，也可以有效控制加密井裂縫在新老井之間的展布。他們指出橋塞射孔完井更容易引發(fā)裂縫不均勻擴展和支撐劑不均勻運移，更容易誘發(fā)負面井間干擾。此方法在鷹灘頁巖油200 m小井距井平臺的一口加密井壓裂，取得了顯著效果，投產(chǎn)后6 個月內(nèi)加密井產(chǎn)油量穩(wěn)定且無下降趨勢。該案例說明在加密井采用多簇密切割壓裂不一定能夠取得最優(yōu)壓裂效果，進行精確可控的單簇壓裂在特定情況下反而可以提高加密井壓裂效果和產(chǎn)能。Patel 等［107］提出一種改進型拉鏈式協(xié)同壓裂方法，將兩鄰井協(xié)同壓裂和三鄰井協(xié)同壓裂交錯進行，獲得的井平臺總產(chǎn)能均優(yōu)于單獨開展兩鄰井和三鄰井協(xié)同壓裂的井平臺。拉鏈壓裂優(yōu)化的目標應(yīng)該是建立均勻性的裂縫，并盡量減少跨裂縫平面之間的標準偏差。從長遠來看，這些考慮將減少井間干擾、提高鉆井單元的排水性。Gupta 等［155］和Liang 等［171］也認為協(xié)同壓裂能夠更好地減小井間干擾對井平臺產(chǎn)能的負面影響。

Whitfield 等［172］綜合對比了關(guān)井、老井注液、大排量壓裂和重復(fù)壓裂等幾種主要手段對于井間干擾的干預(yù)效果，認為注液和重復(fù)壓裂效果最好，但在考慮成本和耗時的前提下，使用老井注液可以同時保證井平臺產(chǎn)能和鉆采效率，見表3。

5 結(jié)束語

現(xiàn)有研究已充分證明壓裂水平井的井間干擾對水平井網(wǎng)生產(chǎn)有顯著影響，因此，為了給頁巖油氣水平井井平臺的高效生產(chǎn)提供參考依據(jù)，現(xiàn)階段研究重點應(yīng)該放在井間干擾風(fēng)險預(yù)測、井間干擾診斷與井間干擾干預(yù)3 個方面。

井間干擾風(fēng)險預(yù)測的重要依據(jù)是精細地質(zhì)工程一體化設(shè)計，其中地質(zhì)建模部分需要綜合油層物理、地震、巖石物理、地質(zhì)、地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)，精細表征關(guān)鍵地質(zhì)、儲層和巖石力學(xué)參數(shù)的三維空間分布，并以此為依據(jù)開展包括壓裂縫網(wǎng)建模、完井優(yōu)化建模和油藏數(shù)值模擬在內(nèi)的動態(tài)預(yù)測，為布井和壓裂優(yōu)化提供關(guān)鍵參考。地質(zhì)工程一體化設(shè)計對高滲透通道、天然結(jié)構(gòu)弱面、壓裂屏障等影響井間干擾的關(guān)鍵地質(zhì)條件的確定可以提高井間干擾風(fēng)險預(yù)測精度，而壓裂建模和油藏數(shù)值模擬可以為四維應(yīng)力場、地層虧空和井間復(fù)雜縫網(wǎng)擴展提供重要參考依據(jù)，幫助優(yōu)化鉆完井參數(shù)以減小井間干擾負面影響的風(fēng)險。因此，提高地質(zhì)建模精度、完善和改進水力壓裂模型的可靠性和提高復(fù)雜縫網(wǎng)井網(wǎng)生產(chǎn)模型等相關(guān)研究都有利于井間干擾風(fēng)險預(yù)測精度提高。

井間干擾診斷方法的完善也有助于識別井間裂縫竄擾的區(qū)域以及確定壓裂液和支撐劑侵入鄰井的具體段簇情況，為現(xiàn)場對井間干擾現(xiàn)象具體誘因的診斷和后續(xù)干預(yù)措施的選擇和實施提供指導(dǎo)。已有井間干擾診斷方法主要集中在壓力監(jiān)測、流量監(jiān)測、示蹤劑、微地震和小型壓裂測試方法。由于壓力、流量和鉆井?dāng)?shù)據(jù)獲取方式簡單、數(shù)據(jù)量大，因此完善此類方法有利于油田現(xiàn)場的高性價比井間干擾診斷，據(jù)此，可以開展不穩(wěn)定產(chǎn)量和壓力分析等試井方法的改進研究提高診斷精度。

井間干擾的干預(yù)方法有多種，主要分為老井保護和壓裂優(yōu)化兩類，需要結(jié)合現(xiàn)場實際情況選擇最優(yōu)方法。一般認為注液對于母井的產(chǎn)能和縫網(wǎng)保護效果最佳，但是對注入液體供應(yīng)和泵注設(shè)備要求較高，并且干預(yù)措施一般需要持續(xù)數(shù)十天，耗時較長；關(guān)井、減小壓裂規(guī)模和精細單簇壓裂也可能減弱井間干擾的損害。對于此類研究的改進與完善，需要從老井注液對儲層地應(yīng)力場的恢復(fù)作用和壓裂機理兩方面出發(fā)，并且與地質(zhì)工程一體化設(shè)計中的靜態(tài)建模與動態(tài)預(yù)測模擬相結(jié)合。

現(xiàn)有國內(nèi)外研究進展說明，在精細描述地質(zhì)甜點的基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化井距和壓裂方式能夠提高井間復(fù)雜縫網(wǎng)與地質(zhì)甜點的接觸面積。此外，適當(dāng)增加水平井井間距并控制壓裂規(guī)模有利于減小水平井井間壓裂干擾對井均EUR 的不利影響。在一定范圍內(nèi)，井距與單井井均EUR 可能呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，但是此現(xiàn)象隨著目標區(qū)塊的不同可能產(chǎn)生極大差異，需要開展精細地質(zhì)工程一體化設(shè)計得出定量認識。