考虑裂缝导流能力时效的海上压裂井产能研究

谢丽沙 胡 勇 何逸凡 汪全林 张 弛

中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 300452

考虑裂缝导流能力时效的海上压裂井产能研究

谢丽沙 胡 勇 何逸凡 汪全林 张 弛

中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 300452

裂缝导流能力时效性是影响压裂井产能的重要因素之一。为了研究海上低渗压裂井的产能,在无限大地层压降公式的基础上,运用复势叠加原理,建立了压裂井的产能模型,并且考虑了裂缝导流能力时效性的影响。运用产能模型对海上低渗压裂井的产能进行研究。结果表明，裂缝导流能力时效性对油井生产规律有较大影响,考虑裂缝导流能力时效性后的生产规律更加符合生产实际。影响因素分析结果表明:渗透率越低,裂缝长度对产能的影响越大,而裂缝导流能力对产能的影响越小；渗透率越低、有效厚度越小的储层越需要通过压裂增加泄油面积,提高单井产能,增加海上低渗油藏的经济效益。

海上低渗透；压裂井；产能；导流能力时效性

0 前言

海上低渗透油藏由于储层薄、丰度低、物性差、经济成本高,需要压裂以扩大井控范围,提高单井产能[1-9]。BZ油田作为渤海典型的低渗透油田,具有储层物性差、异常高温高压等特点。油田开采早期投产了一批压裂井,但是由于衰竭开发,地层能量随着油田开采不断降低,导致压裂井裂缝导流能力不断降低,油井产量也随之下降。目前海上低渗油田直井压裂的产能研究资料较少,且大部分研究成果没有考虑裂缝导流能力时效性对油井产能的影响[10-15]。为进一步动用海上低渗储量,方便后期压裂井的实施,有必要对海上低渗油藏压裂井产能及影响因素进行深入研究。本文在无限大地层压降表达式的基础上,运用复位势叠加原理推导了考虑裂缝导流能力时效性的压裂井产能公式。研究了裂缝导流能力时效性对生产曲线拟合结果的影响,分析了裂缝半长、裂缝导流能力、储层渗透率、储层有效厚度等对海上低渗透油田压裂井产能规律的影响,为海上低渗透油藏的开发提供理论依据。

1 模型的建立

模型假设:流体单相线性非稳态流动；上下边界封闭,流体沿水平方向流动；裂缝不对称分布,裂缝高度等于油藏厚度；流体只通过裂缝流入井筒。

将直井压裂的裂缝划分成n个微元,利用无限大地层压降表达式,对裂缝微元进行势的叠加,则可以得到压裂井的产能公式[16-18]。

1.1 压裂井产能计算

无限大地层的压降表达式:

(1)

式中:Pi为原始地层压力,10-1MPa；x0、y0为点汇坐标；Ei为幂积分函数；η为导压系数,cm2/s；P(x,y,t)为任意时刻平面上点(x,y)处的地层压力,10-1MPa；K为储层渗透率,μm2；B为地下原油体积系数；h为储层厚度,cm；μ为原油黏度,mPa·s；q为点汇的体积流量,cm3/s。

将裂缝左右两翼划分成n等份,每一等份近似成一个点汇,计算每个点汇的坐标，见图1。

图1 裂缝微元划分

设井所处位置为坐标原点(0,0),左翼裂缝半长Ll,左翼裂缝任意等份j的中心坐标为(xlj,0),j为1到n的整数,则第j个点汇的坐标可以表示为:

同理可得右翼裂缝第j个点汇坐标:

设整条裂缝产量为qf,将左翼裂缝第j个点汇的坐标带入无限大地层任意一点的压降表达式,可得任意t时刻左翼裂缝上该点汇在平面任意一点(x,y)的压降表达式:

(2)

将左翼裂缝n个点汇在地层任意一点的压降进行叠加可以得到左翼裂缝n个点汇共同作用下地层任意一点(x,y)处的压降表达式为:

(3)

同理可得右翼裂缝n个点汇作用下地层任意一点的压降表达式为:

(4)

将左右两翼裂缝压降叠加,可得任意时刻整条裂缝作用下地层任意一点的压降表达式:

(5)

根据式(5)则可以计算在整条裂缝作用下地层任意一点的压力。假设裂缝顶端压力为左右两翼顶端平均压力,把裂缝顶端坐标代入(5),则可以求得裂缝顶端压力:

(6)

将裂缝顶端到井筒底部的流体流动近似为平面径向流,裂缝表皮为s,则裂缝顶端到井筒底部的渗流可以表示为:

(7)

如果忽略裂缝向井筒供液的滞留效应,则裂缝底部的压力可近似为井底压力。将裂缝顶端压力表达式(6)代入式(7),则可以得到流体从地层流入井底的压降表达式为:

(8)

1.2 裂缝导流能力时效性

目前陆上压裂井产能研究较多,但大部分产能公式都没有考虑裂缝导流能力时效性对产能的影响。而室内实验表明,裂缝导流能力随时间不断变化[19-20]:

Kfw=Kf0w0[1-βlg(t+1)]

(9)

式中:Kfw为任意时刻裂缝导流能力；Kf0w0为裂缝初始导流能力；β为与实验条件相关的参数。

根据实际岩心压裂裂缝导流能力随时间变化的关系,可以得到裂缝导流能力变化的典型曲线，见图2。

由式(9)可得裂缝导流能力为:

Kfw=Kf0w0[1-0.27lg(t+1)]

(10)

将裂缝导流能力关系式(10)代入(8),可以得到考虑裂缝导流能力时效性的压裂井产能模型。

图2 裂缝导流能力变化的典型曲线

(11)

假设流体只经过裂缝流入井筒,即q=qf,迭代求解可以得到压裂井产量。

2 裂缝导流能力时效性影响分析

运用本文建立的压裂井产能模型,分析裂缝导流能力时效性对产能变化规律的影响,结果见图3。模型参数:生产压差10MPa,储层渗透率10×10-3μm2,原油黏度1.25mPa·s,储层厚度10m,原油体积系数1.3,表皮系数8.7,裂缝导流能力500×10-3μm2,压缩系数1.59×10-3MPa-1,变导流能力系数0.27。

图3 裂缝导流能力时效性对产能的影响

如图3所示,考虑裂缝导流能力时效性与不考虑裂缝导流能力时效性的产能预测结果差距较大。生产早期,裂缝导流能力随时间变化剧烈,下降速度快,油井产量也不断降低。生产后期,裂缝导流能力趋于平稳,产量下降速度变缓。对于海上低渗透油田而言,衰竭开采地层能力下降较快,导致压裂井裂缝闭合,裂缝导流能力下降速度较快。因此需要注水开发,补充地层能量,降低裂缝导流能力下降速度,保持油井高产稳产,降低开发成本。

3 实例验证

A20井和C13井为渤海典型低渗透油田BZ油田的两口压裂井,根据油田实际参数,运用本文建立的考虑裂缝导流能力时效性的压裂井产能模型对这两口井的产能进行计算。

表1BZ油田压裂井参数取值表

井名A20C13油藏中深/m32813802地层渗透率/10-3μm2301储层厚度/m133448原油黏度/(mPa·s)1251原油体积系数1313表皮系数873井筒半径/cm5454裂缝半长/m9580初始生产压差/MPa144裂缝初始导流能力/(10-3μm2·m)1250400导流能力变异系数031035

图4 A 20井和C 13井产能预测拟合结果

如图4所示,不考虑裂缝导流能力时效性,A20和C13井的计算产能较高,不符合实际生产规律；考虑裂缝导流能力时效性后,计算产能与实际产能曲线更加吻合,从而验证了模型的准确性。A20井油藏中深相对较浅,储层物性较好,生产稳定,实际曲线与计算曲线拟合情况较好。C13井油藏中深相对较深,储层物性更差,实际生产过程中油井井况复杂,频繁关井,导致部分生产数据异常,影响拟合精度。从图4可以看出,排除井况影响,本文建立的产能模型可以运用于海上低渗压裂井的产能分析。

4 影响因素分析

运用本文建立的压裂井产能模型,分别计算裂缝半长、裂缝导流能力、储层渗透率、储层有效厚度对压裂井产能的影响,分析影响规律。

图5 裂缝半长的影响

如图5所示,不同储层渗透率级别下,裂缝半长越长,油井产能越高,储层渗透率越低,产能增幅越大。对于海上低渗透油田来说,储层渗透率越低,渗流阻力越大,增加裂缝长度可有效增加裂缝与地层接触面积；而储层渗透率越高,流体流动阻力越小,原油可有效地流入井底。因此储层渗透率越低,裂缝半长对压裂井产能影响幅度越大。

图6 裂缝初始导流能力的影响

如图6所示,不同渗透率级别下裂缝初始导流能力对压裂井产能影响规律也不相同。储层渗透率较低时,流体流动阻力较大,地层供液能力限制了产量的增加,因此随着裂缝初始导流能力的增加产能增幅越来越小。而储层渗透率较高时,流体流动阻力大幅度减小,地层供液能力充足,产量增幅明显。

图7 渗透率的影响

如图7所示,压裂前后储层渗透率对压裂井的产能影响规律不同,储层渗透率越低增产倍数越大。所以储层渗透率越低,越需要通过压裂来改造储层,改变井筒附近流体流动方式,降低渗流阻力以增加油井产能。

图8 有效厚度的影响

如图8所示,储层有效厚度越大,油井的产能越高,产能增加倍数越低。但在海上低渗油田实际生产过程中,油井生产成本较高,有效厚度必须达到一定界限,压裂后产能才有经济效益。

5 结论

对于海上低渗透油田压裂井开发,裂缝导流能力的时效性对油井产能具有较大影响,考虑裂缝导流能力时效性后的压裂井产能模型能够更加准确地描述海上低渗压裂井的产能规律。

运用本文建立的产能模型对压裂井产能进行影响因素分析,结果表明不同储层渗透率级别下裂缝半长、裂缝导流能力对产能的影响规律不同。渗透率越低,裂缝长度对产能的影响越大,而裂缝导流能力对产能的影响越小；地层渗透率越低、有效厚度越小，越需要通过压裂来改造储层,扩大井控范围,提高单井产能,增加海上低渗油藏的经济效益。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.011

2016-04-05

国家科技重大专项“渤海典型低孔低渗油藏勘探开发关键技术研究与实践”(CNOOC.KJ-125-ZDXM-07)

谢丽沙(1987-),女,四川绵阳人,油藏助理工程师,硕士,主要从事油气田开发研究工作。