特低渗储层压裂水平井产能因素分析

陈 艳，吕军强，邓学峰，符伟兵，熊 佩

(1.中石化华北分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006;2.中石化华北分公司第一采油厂，甘肃庆阳 745000;3.中石化华北分公司工程技术研究院，河南郑州 450006)

特低渗储层压裂水平井产能因素分析

陈 艳1，吕军强2，邓学峰3，符伟兵3，熊 佩3

(1.中石化华北分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006;2.中石化华北分公司第一采油厂，甘肃庆阳 745000;3.中石化华北分公司工程技术研究院，河南郑州 450006)

基于井筒与油藏耦合的压裂水平井产能计算模型，优化了裂缝的流入动态，并综合考虑特低渗储层启动压力梯度和应力敏感的影响，建立了特低渗油藏压裂水平井的产能方程。通过室内实验确定某特低渗油田储层的启动压力梯度和应力敏感系数，计算裂缝间距、裂缝半长和水平段长等参数对水平井产能的影响。计算结果表明，裂缝间距与裂缝半长对产能影响显著，并且该方法预测产量准确，对特低渗油藏压裂水平井开发具有指导意义。

特低渗;压裂;水平井;启动压力梯度;应力敏感

水平井是开发特低渗油藏的有力手段，但由于储层渗透率低，水平井的产能低、稳产期短，为了提高油井产量与延长稳产期，需对特低渗油藏水平井进行分段压裂，进一步扩大泄油面积。压裂裂缝的间距与缝长直接影响水平井的产能，如果裂缝间距不合理将产生缝间干扰，影响水平井产能［1］。特低渗油藏压裂水平井产能的研究一直以来都是一个热点，从郎兆新教授用严格的渗流理论提出压裂水平井的产能公式以来，有很多学者对压裂水平井产能公式进行了研究。由最初假设每条裂缝产量相等，发展成为考虑水平段的压裂水平井井筒、裂缝、油藏耦合流动模型，取得了一系列的进展［2-5］，但这些研究都没有同时考虑启动压力梯度和应力敏感对水平井产能的影响。众多研究表明，特低渗储层在生产时，不仅具有启动压力梯度的非达西渗流现象，而且储层渗透率随着地层压力降低呈指数下降，并且这种伤害是不可逆过程，称之为应力敏感［6-9］。在井筒与油藏耦合模型的基础上，通过优化裂缝流动模型，并综合考虑启动压力梯度和应力敏感的影响，得到满足特低渗油藏压裂水平井产能的计算模型。计算结果表明，该产能方程能较为准确地预测特低渗油藏压裂水平井的产能。

1 特低渗储层渗流特征

目前研究特低渗油藏渗流机理时，常用的渗流模型主要引入启动压力梯度项的非达西模型，模型如下:

式中，v—渗流速度，m/s;k—渗透率，10-3μm2;μ—流体黏度，mPa·s;G—启动压力梯度，MPa/m;ΔP—驱动压差压力，MPa。

在特低渗油藏生产过程中，由于地层压力的下降，使岩石骨架受压变形，孔隙空间变小，裂缝的张开度变小。开始时，孔隙与裂缝变化范围较大，相对容易变形，渗透率递减较快;当围压进一步增加时，变形相对较难，岩石渗透率变化小，这种变化关系可以用数学方程近似表示为指数关系。

式中，ki—油藏初始状态下渗透率，10-3μm2;αk—压敏系数，MPa-1;Po—原始地层压力，MPa;Pe—目前地层压力，MPa。

2 压裂投产水平井产能方程

假设油层中心有一口水平井，与供给边界距离为Re，井筒长度为L，井筒半径为rw，水平段进行分段压裂，压出N条垂直裂缝(图1)。

裂缝等距离分布并且穿过整个油层厚度，裂缝半长为Xf，裂缝的宽度为w，不考虑裂缝的时效性。流体从油层流向裂缝，然后沿裂缝进入井筒，或者从油层直接流入水平井筒，最后沿着水平井筒流到水平井根端。考虑水平井筒内流体流动的压降，得到压裂水平井产能方程为

式中，pwfi—裂缝的流压，MPa;μo—原油黏度，mPa·s;k—储层渗透率，10-3μm2;h—储层厚度，m;qofi—每条裂缝产量，m3/d;kf—裂缝渗透率，10-3μm2;d—裂缝半间距，m;Re—距供给边界距离，m;Xf—裂缝半长，m;m—质量流量，kg/s;w—裂缝宽度，m;rw—井筒半径，m。

对于水平井的垂直裂缝来说，往往油藏厚度有限，裂缝高度也就较低，与裂缝长度差距较大，把油藏厚度的一半看做径向流的流动半径，误差较大，假设一个圆，其面积与裂缝面积相等，则取该圆半径作为径向流的流动半径，更接近实际情况。裂缝流动模型还要考虑裂缝汇聚效应额外增加的压降，则裂缝内总的流动压降模型为:

把公式(1)、(2)和(4)代入(3)，可以得到考虑启动压力梯度和压敏效应的压裂水平井产能计算公式。

3 压裂水平井产能影响因素分析

以某特低渗油藏为例进行产能影响因素分析。该油藏的基本数据如下:储层平均渗透率0.4×10-3μm2，油层厚10 m，储层启动压力梯度0.045 MPa/m，应力敏感系数0.02 MPa-1，原油黏度6 MPa·s，地层温度65℃，水平段长600 m。应用方程计算不同裂缝间距、裂缝段长和水平段长等参数对水平井产能的影响，如图2、图3和图4所示。从图2可以看出，当水平井筒长度一定，裂缝条数不同时，产量随着裂缝条数的增加而增加，但是随着裂缝条数的增加，产量的增加幅度变小，当裂缝条数达到5～8条时(裂缝间距75～120 m)，产量达到最大值。从图3可以看出，水平井产量随着裂缝半长的增加而增加，但随着裂缝半长的增加，产量增加的趋势变缓，计算最优裂缝半长为120 m。从图4可以看出，随着水平段长的增加，压裂水平井的产能增加，但是增加的幅度逐渐变小，计算最优水平段长为800 m，同时计算结果显示，由于储层渗透率低，水平段长对油井产量影响不显著，追求长水平段并不能显著增加单井日产油能力。

4 计算实例

计算了该特低渗油田4口水平井压裂后的产能(表1)，这4口水平井裂缝间距为90～130 m，设计裂缝半长为120 m，基本符合压裂参数优化设计结果，压后均取得了较好的产能，并且利用公式预测产能与实际产能较为接近，具有可参考价值。

表1 水平井产能计算结果

5 结论

1)通过优化裂缝的渗流模型，同时考虑储层启动压力梯度和应力敏感的影响，建立了特低渗储层压裂水平井的产能模型。

2)计算实例表明，特低渗储层中裂缝间距与裂缝半长对产能影响显著，而水平段长度的影响较弱;综合考虑启动压力梯度和应力敏感影响的产能模型能较好地预测特低渗储层压裂水平井的产能，对指导特低渗油藏开发具有积极意义。

［1］顾岱鸿，田冷.低渗油藏裂缝对水平井产能影响的实验研究［J］.断块油气田，2005，12(5):31-33.

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［8］孙晓旭，杨胜来，李武广.考虑启动压力梯度和压敏效应的超深层气藏产能方程的建立［J］.断块油气田，2011，18(3):360-362.

［9］陈民锋，姜汉桥，郑伟，等.低渗透压敏油藏极限注采井距研究［J］.断块油气田，2010，17(5):579-582.

Analysis of Fracturing Horizontal Well Productivity in Special Low Permeability Reservoir

CHEN Yan1，LÜ Jun-qiang2，DENG Xue-feng3，FU Wei-bing3，XIONG Pei3
(1.Exploration and Production Research Institute of SINOPEC North China Company，Zhengzhou 450006，Henan，China;2.The First Oil Production of SINOPEC North China Company，Qingyang 745000，Gansu，China;3.Petroleum Engineering of SINOPEC North China Company，Zhengzhou 450006，Henan，China)

Based on the wellbore-reservoir coupling calculation model of fracturing horizontal well productivity，we optimize the crack into dynamic，and consider the influence of the special low permeability reservoir starting pressure gradient and stress sensitivity，and establish a special low permeability reservoir fracturing horizontal well productivity equation.Based on this，through the indoor experiment to determine a special low permeability oil reservoir of start-up pressure gradient and stress sensitivity coefficient，we calculate fracture spacing，fracture half length and level of the parameters such as length on the influence of the horizontal well productivity.Calculation show that crack spacing and crack half length is significant effects on productivity.The prediction output is accurate，and has guiding significance to the special low permeability reservoir fracturing horizontal wells.

special low permeability reservoir;fracture;horizontal well;starting pressure gradient;stress sensitivity

TE243.1

B

1008-9446(2013)04-0017-04

“十二五”国家重大专项(大型油气田及煤层气开发):2011ZX05045

2013-01-09

陈艳(1981-)，女，重庆人，中石化华北分公司勘探开发研究院助理工程师，硕士，主要从事油气田开发工作。