压裂水平对致密气藏开采的影响及优化研究

刘 畅

（辽河油田钻采工艺研究院， 辽宁 盘锦 124010）

压裂水平对致密气藏开采的影响及优化研究

刘 畅

（辽河油田钻采工艺研究院， 辽宁 盘锦 124010）

由于不同气藏地区的储气层的储物性不同，因而开采方式及渗流机理也存在很大的差异。以致密气藏为研究对象，主要研究压裂水平对其排采的影响，并提出优化方案，以苏里格东区气藏为例，深入研究和分析其各种参数，并以此为基础设计优化措施。可以看出，地层的渗透率及其各向性能都能影响压裂裂缝的在水平井中的排采能力，压裂水平对致密气藏开采的影响及对开采进行优化对未来致密气藏的开采起着重要的意义。

压裂裂缝；致密气藏；开采优化

自致密气藏的开采历史以来，渗透率是人类摸寻开采致密气藏方案中的重要环节，渗透率过低，就会加大渗流的难度，从而使整个系统连通性降低，而在一般气藏中解决这一问题的方案基本是采用水平井，对于致密气藏来说，水平井解决不了渗透率底的这一问题。因而通过研究分析，单井及整体的采收率若想提高，必须增加气藏的泄气面积，而这种提高需要分段压裂来实现，通过提高流体的连通性，来改善气井的排采能力[1,2]。通过分段压裂的方式是提高排采量的重要方案，不过这种方案在不同的工况下，也会产生不同的效果，这是因为压裂裂缝参数会直接影响渗流效果，如压裂裂缝的长度会影响裂缝线性流动的时长，进而会造成裂缝互扰，这就会直接影响气藏的排采能力，从而影响各井最优压裂水平参差不齐[3,4]。因此，针对不同储气层进行有目的性、有规律性的压裂设计，具体问题具体分析是非常必要的。

1 压裂水平井产能影响因素分析

开采地质、开采工艺是致密气藏排采好坏的重要因素，而对于开采地质来说储层渗透率（Kh）、气藏薄厚（H）、垂向水平渗透比（Kv/Kh），都是影响气藏排采能力的重要因素，对于开采工艺来说裂缝数目（N）、半长（Lf）、水平段长（L）及其导流水平（KfWf）也都是影响气藏排采能力的重要因素[5,6]。以苏里格东区为例，该地区地层具有 6.3%的孔隙度，而Kh为0.1×10-3μm2，垂向水平渗透比为1.0，L为1 000 m，N为5条，KfWf为108 μm2·cm。储层可以被裂缝的垂向完全穿透，在实践时第三层会出现射孔，本次研究是采用 LGP的方法对生产10 a进行模拟。

运用正交实验法，通过对开采地质及开采工艺的研究，我们获得了压裂水平对致密气藏开采的各项因素间的关系，并由主及次的分析出来，基础数据如表1所示。

根据上述基础数据选取L18（37）正交实验进行试验规划，气藏地层的各向异性及渗透率是影响压裂裂缝提高致密气藏开采水平的主要因素，而对于开采工艺来说影响压裂裂缝提高致密气藏开采水平的主要因素则是N和L，如图1所示。不同地质具有不同的储层特点，因而，必须做到具体问题具体分析，对不同地质状况下的不同储层进行有针对性的模拟，以此得出每种地质及储层的最优压裂水平，并对其进行汇总。

表1 基础数据Table 1 Basic data

Fig.1 The influence of fracturing level on tight gas reservoir图1 压裂水平对致密气藏开发的影响development

2 不同储层压裂水平井优化设计

2.1 无因次水平段穿透比

图2 定义数据图Fig.2 The defined pattern of data

因为气藏的压裂水平与真实模拟规模有关，因而定义水平段穿透比尤为重要， L与裂缝的井筒方向长度之比，如图2所示。根据对开采地质的影响研究我们知道储层渗透率（Kh）和垂向水平渗透比（Kv/Kh）对致密气藏的压裂水平影响最大，其中储层渗透率分别取 0.01×10-3、0.03×10-3、0.05×10-3、0.10×10-3、0.20×10-3、0.40×10-3、0.60×10-3μm2，垂向水平渗透比分别取0.2、0.4、0.6、0.8，假设N不变，对变量裂缝间距进行改变，进而获得水平段穿透比，如图3所示即为对不同地质储层优化及或得优化后穿透比之汇总。

图3 不同地质储层最优水平段穿透比汇总Fig.3 The summary of optimal horizontal section penetration ratio of different geological reservoir

储层中，都有规律可循，Kh增大则Kv/Kh则变小，水平段最优穿透比也随之下降，而在实验开始时下降趋势较大，而在结束时则较为缓慢；②在储层渗透率不大时，水平段最优穿透比基本不会受到Kv/Kh影响，当储层渗透比不断增大时，Kv/Kh则对水平段最优渗透比的影响有着相应的增大。这是因为 Kh越小，KfWf也越小，这也体现出对储层导流效果的改善，而裂缝间距也对储层渗透率有所影响，间距越小裂缝互扰性对储层渗透影响越敏感，Kh的增大，会使裂缝互扰性增强，使水平穿透比对 Kh敏感性减小，进而使平行段最优穿透比下降。

2.2 无因次裂缝穿透比

如图2所示，Lf与模型沿裂缝方向无因长度之比即为无因次裂缝穿透比。模型中的裂缝穿透比要设定为不同值，如图4所示，通过对不同的地质储层进行优化模拟，从而获得裂缝优化后的穿透比并对其进行汇总。

Fig.4 The summary of optimal fracture penetration ratio of图4 不同地质储层最优裂缝穿透比汇总different geological reservoir

如图 4所示可以得出以下规律:①在不同的地质储层中，Kv/Kh会随Kh增大而减小，而裂缝最优穿透比也会随之下降，在实验开始的时候下降幅度较大，在结束时下降幅度缓慢。储层压裂水平分为如下几个阶段，具体分为裂缝线性流、拟径向流和系统线性流、拟径向流等几个阶段，地质及裂缝的各项数据都会影响各阶段的时长。

当Kh不大时导流效果也不好，而Lf的增加会改善泄气效果，Lf的增加也会增加线流期的时长，这时会出现裂缝互扰，致使降低产量。另外，Kv/Kh的下降，也会改善裂缝端部的流动，降低裂缝中部的流动，从而提高压裂水平。②在 Kh不大时，Kv/Kh对裂缝最优穿透比影响不大，而随着Kh的增大Kv/Kh对裂缝最优穿透比的影响也会增强。因为Kh越小，储层导流能力越差，Kv/Kh对个方向渗透差基本不存在影响，从而对裂缝最优穿透比也影响不大;随着Kh的增大，Kv/Kh对各项渗透差影响也随之增大。

2.3 裂缝间距

图5 不同Kv/Kh储层的裂缝拟径向流阶段流动图Fig.5 The quasi radial flow phase flow chart in fracture of different Kv/Khreservoir

在模拟时，设定L不变，改变变量N的数目，从而改变裂缝间距。而通过对地质储层之研究，通过改变裂缝间距，得到最佳裂缝间距值，并进行汇总，如图5所示。根据图5所示，可知：①在不同地质储层中，最佳裂缝间距会受到Kh及Kv/Kh影响，间距会随Kh增加及Kv/Kh减小而增加，反之变小；②在Kh不大时，Kv/Kh对裂缝最优间距的影响不大，而随着Kh增加时，Kv/Kh对裂缝最优间距的影响也会随之增加。因为在泄气体积相同时这是由于相同泄气体积时，Kv/Kh会下降，如图6所示。根据图5所示，可知：对于裂缝来说，水平流动也会随之改善，拟径向流动也会随之减弱，对于系统来说，线流阶段会提前，裂缝互扰会增强，而间距的增加可有效抑制裂缝互扰。Kv/Kh越大，裂缝中部流动会减缓，裂缝互扰会被抑制，从而致使裂缝间距下降。因此，要视不同地质储层的工况来选择最佳的裂缝间距。裂缝间距的扩大，会降低致密气藏的来开采量，也会造成浪费;而裂缝间距的减小，会增大缝间互扰，从而增加致密气藏的开采难度。

Fig.6 The summary of optimal fracture spacing of different图6 不同地质储层最优裂缝间距汇总geological reservoir

3 结 论

（1）在致密气藏中，影响压裂水平的主要因素是地层渗透率、底层各向异性及裂缝密度。

（2）在不同地质储层中，各影响因素存在相关性也存在差别。Kh越小Kv/Kh对压裂水平的影响的差异也越小。

（3）Kh越小，Kv/Kh越大，缝间互扰情况也越小，水平段及裂缝穿透比会达到最佳，而压裂裂缝间距也会随之下降。

［1］曾保全，程林松，李春兰，等．特低渗透油藏压裂水平井开发效果评价[J]．石油学报，2010，31（5）：791-796．

［2］朱如凯，邹才能，张鼐，等．致密砂岩气藏储层成岩流体演化与致密成因机理-以四川盆地上三叠统须家河组为例[J]．中国科学 D辑：地球科学，2009，39（3）：327-339．

［3］袁向春．断块油藏水平井地质设计和生产参数优化[J]．油气地质与采收率，2003，10（4）：40-41+44．

［4］刘月田．各向异性油藏水平井渗流和产能分析[J]．石油大学学报:自然科学版，2002，26（4）：40-44+47．

［5］李旭成．致密气藏压裂水平井稳态产能研究[D]．成都：西南石油大学，2014．

［6］位云生，贾爱林，何东博，等．致密气藏分段压裂水平井产能评价新思路[J]．钻采工艺，2012，35（1）：32-34．

Effect of Fracturing Level on Tight Gas Reservoir Production and Its Optimization Research

LIU Chang
（Liaohe Oilfield Company Drilling & Production Technology Research Institute, Liaoning Panjin 124010，China）

Due to different reservoir properties of gas reservoirs in different regions of the gas layer, production methods and percolation mechanism are also very different. In this paper, taking tight gas reservoirs as the object of study, impact of fracturing level on the production was investigated, and optimization programs were put forward. Using Eastern Sulige gas reservoir as an example, in-depth research and analysis of the various parameters were carried out, and then optimization measures were designed. Through the research, it’s pointed out that the permeability and other properties of the formation can affect drainage capacity of fractures in horizontal wells.

Fracture; Tight gas reservoirs; Production optimization

TE 357.1

A

1671-0460（2015）08-1862-03

2015-02-09

刘畅（1989-），男，辽宁盘锦人，助理工程师，2011年毕业于大连理工大学高分子材料与工程专业，研究方向：从事致密油储层压裂液体系研发工作。E-mail：gl104313@163.com。