超低渗透油藏分段多簇压裂水平井渗流特征研究

王 欢， 廖新维， 赵晓亮， 李小锋， 王 明， 宋金鑫

(1.中国石油大学(北京) 石油工程教育部重点实验室， 北京 102249； 2.中国石油长庆油田分公司 苏里格气田研究中心， 陕西 西安 710018； 3.中国石油长庆油田分公司 第三采油厂， 宁夏 银川 750001; 4.西部钻探吐哈录井工程公司， 新疆 鄯善 838202)

0 引言

水平井技术和水力压裂技术目前已经成为开发超低渗透油藏的关键技术.水平井试井和渗流问题已经有大量的研究，国内一些研究学者建立了水平井的试井模型，但是没有详细的分析它们的渗流规律和影响因素[1-6]，另外一些研究学者在不同的油藏条件下对水平井和压裂水平井的渗流规律及影响因素进行了研究[7-13].近几年，国外相关学者对非常规油气藏体积改造水平井的渗流规律进行了大量研究[14-17].然而目前针对超低渗透油藏分段多簇压裂水平井的渗流规律及影响因素研究较少.本文以姬塬油田黄39区块长8超低渗透油藏为背景，建立了某典型分段多簇压裂水平井A井的单井模型，采用等效局部网格加密技术(EQ-LGR)模拟了水平井分段多簇压裂裂缝[18].利用模型通过数值试井技术，分析了超低渗透油藏分段多簇压裂水平井的渗流规律，研究了井筒储集系数，表皮系数，主裂缝导流能力，裂缝半长，渗透率以及应力敏感对分段多簇压裂水平井渗流规律的影响.

1 分段多簇压裂水平井数值模型的建立

黄39区块长8油藏位于盆地天环凹陷东部构造活动带，主力油层长81和长82系三角洲前缘沉积砂体.该油藏为砂岩储层，裂缝较发育，基质平均渗透率为0.32 mD，平均孔隙度为7.31%，属于超低渗透油藏.储层温度和压力分别为74 ℃和21.8 MPa，饱和压力为5.6 MPa，原始含油饱和度为54.1%.采用该区块的储层和流体物性数据，并结合压裂软件模拟优化的裂缝参数和分段射孔参数，建立了典型分段多簇压裂水平井A井的单井数值模拟模型(如图1所示).模型维数为60×96×8，网格步长为10 m×10 m×5 m.模型中部一口水平井，水平段长600 m.压裂段数为5段，整体呈纺锤形，中间3段共12簇裂缝半长均为280 m，两端两段共8簇裂缝半长均为160 m.模型其它基本参数如表1所示.

图1 水平井模拟裂缝形态3D图与数值模拟模型

2 渗流规律影响因素分析

2.1 井筒储集

图2 不同井筒储集系数下 压力及压力导数特征曲线

从图2可以看出，井筒储集对分段多簇压裂水平井前期渗流影响较大，井筒储集系数的增大会使压力和压力导数曲线向右平移.当井筒储集系数较小时，压力导数曲线出现两个“凹”，进一步增大井筒储集系数，第一个“凹”变的不明显，而井筒径向流变的更加明显.但是井筒储集系数过大，一些渗流特征可能会被掩盖掉.此时可以将其分为6个渗流阶段：第1阶段，井筒储集阶段，压力和压力导数重合，都是斜率为1的直线.第2阶段，裂缝线性流阶段，压力导数为斜率为1/2的直线段.第3阶段，垂直径向流阶段，主要是由于裂缝中流体向井筒径向流动造成的，压力导数曲线呈水平直线段.第4阶段，过渡流阶段，压力导数曲线出现下凹，表现出双重介质的特性.第5阶段，系统椭圆流阶段，压力导数曲线呈1/4斜率的直线段.第6阶段，边界影响流阶段，由于为封闭边界，所以压力和压力导数曲线均上翘.

2.2 表皮系数

图3 不同表皮系数下压力 及压力导数特征曲线

由图3可以看出，随着表皮系数的增大压力曲线中间阶段有所抬升，压力导数驼峰处峰值增大，峰值出现的时间也推迟.峰值大小取决于CDe2S，由于表皮系数S位于指数位置，因此表皮系数是影响峰值大小的主要因素.

2.3 导流能力

图4 不同主裂缝导流能力下压力 及压力导数特征曲线

由图4可以看出，增大主导流裂缝的传导率(CF)，会使压力和压力导数曲线中间渗流阶段抬升.主裂缝导流能力不但能够影响井筒径向流是否出现，而且影响其出现的早晚和长短.本例中主裂缝导流能力为250 mD·m时，井筒径向流最为明显.

2.4 裂缝半长

图5 不同裂缝半长下压力 及压力导数特征曲线

由图5可以看出，对于分段多簇压裂水平井来说，裂缝半长(Lf)对压力和压力导数的影响较小，没有常规单缝对它们的影响大.原因主要是分段多簇压裂水平井中每簇裂缝之间缝间距很小(只有10～30 m)，而裂缝半长相对较长(230～310 m)，井筒径向流过后，裂缝之间很快就出现压力干扰，不会出现裂缝径向流，而是进入过渡流阶段.

2.5 改造区渗透率

图6 改造区不同渗透率下压力 及压力导数特征曲线

由图6可以看出，随着改造区基质渗透率的增大，压力和压力导数曲线均上移，基质渗透率较小时(0.1 mD)，压力导数曲线会出现明显的双“凹”特征；基质渗透率中等时(0.5 mD)，各个渗流阶段在压力导数曲线上反应的相对比较明显，出现了明显的井筒径向流阶段，且表现出双重孔隙介质储层特征；基质渗透率较大时(0.9 mD)，压力导数曲线表现出单“凹”特征，渗流阶段由井储阶段直接进入过渡流阶段.

2.6 应力敏感

图7 存在应力敏感与不存在应力敏感时 压力及压力导数特征曲线

应力敏感的存在会使渗透率和孔隙度随着压力的下降而下降.从图7可以看出，当考虑应力敏感时，压力和压力导数曲线都会有明显的抬升，驼峰和过渡段出现的时间推迟.压力导数曲线会有一定的变化，但整体上各个渗流阶段不会发生明显的变化.

3 结论

水平井进行分段多簇压裂是开发超低渗透率油藏的有效手段，利用数值试井的手段，研究了分段多簇压裂水平井的渗流规律及影响因素，主要得到以下结论：

(1)压力和压力导数曲线呈现双重孔隙介质的特征，出现下凹段.渗流阶段主要分为6个阶段，分别是：井筒储集阶段；裂缝线性流阶段；垂直径向流阶段；过渡流阶段；系统椭圆流阶段；边界影响流阶段.

(2)井筒储集系数的大小决定着垂直径向流在压力导数曲线上是否体现.表皮系数对分段压裂水平井的影响与对其它措施井的影响一样，都是压力导数曲线驼峰峰值随着表皮系数的增大而增大.

(3)主裂缝导流能力主要对前期和中期渗流阶段影响较大，随着主裂缝导流能力的增大，压力和压力导数曲线均上移；裂缝半长对压力和压力导数的影响较小.

(4)随着改造区渗透率的增大，压力和压力导数曲线不仅下移，而且压力导数形状也发生了较大的变化；应力敏感的存在会使压力和压力导数曲线上移，整体上各个渗流阶段不会发生明显的变化.

[1] 李笑萍．穿过多条垂直裂缝的水平井渗流问题及压降曲线[J]．石油学报，1996，17(2)：91-97．

[2] 廖新维，刘尉宁，陈钦雷．裂缝性油藏水平井试井分析研究[J]．油气井测试，1993，2(2)：11-21．

[3] 廖新维，徐 蓉，王晓东．水平井试井分析新图版的研制[J]．断块油气田，1996，3(6)：26-30．

[4] 姚 军，李爱芬，陈月明，等．盒状砂岩油藏中水平井试井分析方法[J]．石油学报，1997，18(3)：105-109．

[5] 李晓平，沈燕来，刘启国，等．双重介质油藏水平井试井分析方法[J]．西南石油学院学报，2001，23(5)：16-18．

[6] 李晓平，赵宏利，张烈辉，等．水平井试井分析的特征值方法[J]．油气井测试，2006，15(2)：5-8．

[7] 张奇斌，张同义，廖新维．水平井不稳定试井分析理论及应用[J]．大庆石油地质与开发，2005，24(5)：59-61．

[8] 李树松，段永刚，陈 伟，等．压裂水平井多裂缝系统的试井分析[J]．大庆石油地质与开发，2006，25(3)：67-69．

[9] 姚 军，殷修杏，樊冬艳，等．低渗透油藏的压裂水平井三线性流试井模型[J]．油气井测试，2011，20(5)：1-5．

[10] 石国新，聂仁仕，路建国，等．2区复合油藏水平井试井模型与实例解释[J]．西南石油大学学报，2012，34(5)：99-106．

[11] 任 龙，苏玉亮，王文东，等．分段多簇压裂水平井渗流特征及产能分布规律[J]．西安石油大学学报，2013，28 (4)：55-59．

[12] 徐梦雅，廖新维，刘姣姣．储层应力敏感性对致密气藏压裂水平井试井分析的影响[J]．陕西科技大学学报，2012，30(5)：57-61．

[13] 张艳玉，李卫东，崔国亮，等．低渗透双重介质油藏试井解释模型[J]．陕西科技大学学报，2012，30(3)：65-69．

[14] Clarkson C R,Pedersen P K.Tight Oil Production Analysis: Adaptation of Existing Rate-Transient Analysis Techniques[C]// Canadian Unconventional Resources and International Petroleum Conference.Calgary,Alberta,Canada: Society of Petroleum Engineers,2010:1-16.

[15] Brohi I,Pooladi-Darvish M,Aguilera R.Modeling Fractured Horizontal Wells As Dual Porosity Composite Reservoirs - Application To Tight Gas, Shale Gas And Tight Oil Cases[C]//SPE Western North American Region Meeting.Anchorage,Alaska,USA:Society of Petroleum Engineers, 2011:1-22.

[16] Xu B,Haghighi M,Li X,et al.Development of New Type Curves for Production Analysis in Naturally Fractured Shale Gas/Tight Gas Reservoirs[C]//6th International Petroleum Technology Conference. Beijing,China: International Petroleum Technology Conference,2013:1-15.

[17] Siddiqui S K,Ali A A,Dehghanpour H.New Advances in Production Data Analysis of Hydraulically Fractured Tight Reservoirs[C]//SPE Canadian Unconventional Resources Conference. Calgary,Alberta,Canada:Society of Petroleum Engineers,2012:1-38.

[18] 王文东，苏玉亮，慕立俊，等．致密油藏直井体积压裂储层改造体积的影响因素[J]．中国石油大学学报(自然科学版)，2013，37(3)：93-97．