海上低渗透油藏试验井组整体压裂可行性研究

＊马魁魁 刘俊相 季鹏

（中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司 天津 300451）

海上低渗透油藏试验井组整体压裂可行性研究

＊马魁魁 刘俊相 季鹏

（中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司 天津 300451）

相关研究已经证明，在低渗透油藏方面，海上资源的储藏量要远远高于陆地，对海上资源的有效开发将对我国能源紧张状况缓解起到重要作用。随着技术的发展，海上资源利用的效率有了一定程度的提升。但是海上资源开采会受到环境方面的限制，成本会相应的提升，承担的风险也会更大。为了规避风险就需要先进的技术来提供支撑。本文就海上低渗透油藏试验井组整体压裂可行性研究作简要阐述。

海上低渗透油藏；整体压裂可行性；研究

在资源开发方面，我国有丰富的海洋油气资源，但是由于受到环境的影响，及油田自身有一定的复杂性，开采的效益往往不是很理想。为了达到理想的效果可以实施整体压裂改造。常规的压裂方法都是应用于规则的井网并且水力裂缝的方向也是一致的情况下。而对于复杂的油田则是滚动开发的方式。在断层存在的情况下，要考虑到地应力的方向，常规的方法在此种情况下就不适用。需要借助于其它的方法及技术，从而达到预期的目标，获得更高的经济效益。能源稳定不只是与企业的经济效益相关，同时与社会发展与稳定也有密切的关系，对于保障国家能源安全有重要的意义。

1.低渗透油藏压裂模型建立

基本假设。依据油藏的特点与裂缝的渗流特征，建立油藏模型与数学模型，其中油藏模型是三维的，而数学模型是二维的。两种模型需要满足的条件是，油藏是三维油水两相非达西渗流，启动梯度压力只有油相所有。需要考虑到地层的应力敏感效应。油藏流体微可压缩，而且压缩系数是保持不变的。对于毛管力与重力的影响可以忽略。油水相是定压生产。裂缝的形式是垂直裂缝，形状是长方体。裂缝中流动与达到渗流相符。裂缝在时间的作用下会逐渐的失效。

依据裂缝与油藏二者间的接触面满足压力与流量相等条件，可以建立油藏与裂缝内边界的连续条件，同时加上外边界条件，构成相应的模型，模型求解的过程中，为了保证计算的精度与速度，会自动选择时间步长进行迭代。

2.近井筒模块功能

随着技术发展，井身结构的复杂性也在同步发展，近井筒模块可以对该区域内的现象与措施进行模拟操作，从而进行实时优化。在油藏数值模拟中，对水力裂缝的处理方法可以分为两种，隐式方法与显式方法。其中后者指的是水力裂缝进行描述时，采用的是网格形式，为了体现其高渗透性，在应用的时候同时也应用了连通系数法与等值渗流阻力方法，将网格渗透率放大。隐式是指采用效半径法，表皮系数法在油藏模拟中体现裂缝的增产效应，从而对产量进行预测。表皮里系数法的实质是将裂缝看作是扩大后的井筒半径，由水力裂缝引起的油藏非均质性在应用该方法的情况下，则无法有效反应。利用网格方法的同时，通过对渗流方程离散方式的改变来改变对裂缝的模拟，其本质上是网格加密，等值渗流阻力，连通系数三种方法结合在一起。其优势就在于可以对任意方位的裂缝描述。

网格由两部分组成，自身所在的点与周围相邻的点，在分布上与传统的网格点相比具有更大的灵活性。在数值模拟工作中常用的网格有径向网格，直角网格，曲线网格，六角形网格。对于径向网格而言可以将其看作是FEBI网格的特殊形式，利用该方法生成的网格其实只是由直线构成的多边形，但是应用实际中不会受到影响。

3.岩石垂向非均一性对裂缝延伸的影响

所谓的非均一性是指岩层在垂直方向上力学性质的不一致性。其原因主要有岩层的不一致性与岩性之间的界面造成的。在压裂设计中，裂缝的垂直延伸方向是压裂工程实施需要重点考虑的，会对压裂的效果产生影响，甚至会影响到施工的成败。压裂过程中，裂缝在长宽高三个方面同时拓展，而高度则会随着时间变化而逐渐的缩小。在隔层不存在的情况下，裂缝向上或者是向下延伸没有限度。在隔层存在的前提下，其强度与厚度不够，裂缝就有可能会穿透。如果裂缝在隔层中延伸超过了一定标准就会影响到施工效果，主要是经济效果。如果延伸的范围过大，穿过了透水层或者是渗透层，对压裂作业而言其后果是十分不利的。对于低渗透油藏压裂而言，裂缝延伸到水底，就会导致底水上窜，油井会因此而报废。因此在开采作业中必须对裂缝延伸的方向及其机理进行深入的研究。对其延伸的范围进行正确的判断，并以此来选择合理的施工参数，从而提升压裂的成功率。

影响到裂缝延伸的方向是多方面的，地应力差，弹性模量差，界面强度，压力分布，压裂液流变性，地层非均质性，压裂施工排量都会对裂缝的延伸方向产生影响。有研究人员认为，影响裂缝延伸方向的主要因素是隔层与产层产生的应力差。

裂缝面应力分析。为了便于研究工作的开展，在模型建立的时候，采用了某些假设条件。底层，产层，盖层之间的岩石是均质连续性弹性体。同时隔层与产层之间存在应力差，水平主应力值方面，产层的数值要小于其隔层的最小应力数值。在裂缝的长度与宽度方面，裂缝的宽度要小于其长度的数值。其原因就在于压裂过程中，受到应力作用的影响，隔层与产层之间存在应力差，从而存在应力梯度。流体压力在缝高剖面的分布是非均匀性质的。同样是为了便于分析，可以对裂缝面上存在的应力分布作以假设。地层由三部分组成，产层，底层与盖层，层间地应力均互不相等，但存在相同的应力梯度。当缝高与缝长二者相接近时，需要考虑到缝剖面垂向压降。

裂缝高度方程建立与求解。假设裂缝存在上下层穿透的情况，可以列出相应的方程组进行求解，求解的结果是上扩缝与下延缝。对裂缝高度求解其方程是非线性的超越方程，利用解析的方法具有较大难度。对于非线性方程组的求解可以考虑到的牛顿法与快速下降法。作为两种非常重要的求解方法，快速下降法对于初值可以进行有效的收敛，需要注意的是其收敛的速度，是线性收敛。收敛速度在接近真实解领域队附近时会逐渐变慢。如果需要提高求解的精度，那么迭代的次数变化将会非常的剧烈。相比之下，利用牛顿法，有较快收敛速度的同时对初值有严格限制。在选择不当存在的情况下会出现迭代失败。为了准确而又快速的得出需要的结果可以考虑到将二者有效的结合在一起，初值利用快速下降法进行求解，之后再利用牛顿法进行逼近。

地应力梯度与流体重力梯度与缝高垂向存在规律。流体重力与地应力梯度比值增大时，裂缝在底层与盖层会不断的延伸。并且二者在延伸的方向上是相反的。当二者接近时，其产生的影响就会相互抵消。在二者相差较大情况下，底层与盖层中裂缝延伸的速度是不同的。依据存在的特点可以对射孔位的位置进行适当调整，从而使生成的裂缝对生产工作开展有利。

4.海上低渗透油藏试验井组整体压裂可行性研究的实际应用

以某油田为例，该油田为长方形，东西向度。油组埋深在2500米左右，跨度在20米，有效厚度在4米范围内。油组二的埋深与油组相差无几，中低孔低渗透。考虑到该区域内砂田分成情况，在区域内进行正常的井网布置是难以达到预期效果的，为了有效的降低开采过程中的风险，方案设计为一注两采。试验井组进行试验，压裂油井。裂缝的走向为东西向，压裂过程中需要控制好水平应力方位。

在井距与裂缝长度，导流能力确定的情况下，选取不同的井距进行优化。通过对优化的结果可以得出，井组的产油量在注水前基本上是保持一致的，注水到一定的标准时油井开始受效，受效与井距存在相关性，受效的速度越快，井距就会越小。考虑到时间因素，井距越小其产油量越高。在井距逐渐缩小的情况下，油井产量出现递减的幅度就会相应的增大。井距的确立要从采收率，含水率，采油的速度，裂缝有效性方面综合来考虑。除过井距优化还有缝长优化与导能力优化。

整体压裂的可行性分析。工艺与技术的可行性。目标层在压裂方面，由于目标层的油层存有一定的间距并且都存在有效储层。有效储层可以作为单独的压裂层，在工艺方面采用的是滑套式分层压裂，一次施工可以达到压裂两层的目的，并且能够减少无效支撑裂缝。对岩层力学进行分析，储层在上下层之间的应用值存在的压力差在5MPa以上，压裂过程中，上下层可以有效的对裂缝起到遮挡作用。该地段的地层温度属于中温，满足施工的需要。闭合压力满足施工的需要，在闭合技术方面采用的是裂缝强制闭合，其目的在于减少遗留在地层中的压裂液带来的影响。在裂缝优化方面，各项值都在合理的范围内。

经济可行性方面，成本构成包括了钻井的费用，压裂的费用，油处理费用，油价存在的上涨的空间，操作与投资的费用也存在上涨的空间。采取整体压裂的方式可以获得较好的经济效益，在油价波动的过程中，经济效益也会产生相应的波动、实施与不实施压裂措施其油价的下限有明显的差距。综合以上方面来考虑，压裂技术的应用有助于该区域在开采的过程中经济效益的提升。

在该区域应用中所建立的模型考虑到了启动压力梯度，裂缝失效性，应力敏感效应，从而使模拟的结果更加符合油田的实际情况。结合优化的结果，裂缝高度控制，油价下限等方面，在该区域实施整体压裂与改造在经济上是可行的。

压裂施工。压裂施工首先要进行试压工作，合格后才能进行正式施工。在下沉剂压裂施工阶段可以细化为三个阶段。而在主施工阶段变化的情况则比较复杂，在施工的过程中还需要对井底的温度与压力进行监测，随着施工的进行，地层的温度会出现降低，恢复反复出现的情况，并且压降也会出现相应的变化。而温度与压降出现的变化则正好反映了裂缝在地下的变化情况。

结束语

压裂裂缝垂向模型的建立与求解是建立在力学理论与数值计算理论的基础之上的。通过该方法可以对裂缝延伸的方向规律进行分析。包括了拓展性与敏感性。分析各种因素对开采过程造成的影响，可以建立相应的模型，进行水力裂缝物理模拟实验。海上低渗透油藏压裂技术应用于实际存有一定的难度，一方面是技术自身，另一方面则是应用的环境。需要工作人员在不断积累经验的基础上进一步的深入研究。以提升技术应用的可行性与可靠性，从而提升的油藏经济效益。

[1]田冷,何永宏,王石头等.超低渗透油藏水平井参数正交试验设计与分析[J].石油天然气学报,2012(7).

马魁魁（1983～），男，中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司，研究方向：油气井工程。

((责任编：宋小蒙)

Research on the Feasibility of Integral Fracturing for the Experimental Well Groups of Low-permeability Oil Reservoir at Sea

Ma Kuikui, Liu Junxiang, Ji Peng

(Tianjin Branch Office, Marine Engineering Co. , Ltd, China National Petroleum Corporation, Tianjin, 300451)

The relevant studies have shown that in the aspect of low-permeability reservoirs, the resources reservoir at sea is far higher than that at land and the effective development of resources at sea will play an important role in releasing the tense energy situation in China. With the development of technology, the efficiency of resources at sea has a degree of improvement. But the exploitation of resources at sea is limited by the environment and the cost will have corresponding ascension, besides, the risk assumed will be bigger. In order to avoid the risks, it is required advanced technology to provide support. In this paper, it has taken simple introduction of the feasibility study on the integral fracturing for the experimental well groups of low-permeability oil reservoir at sea.

low-permeability oil reservoir at sea；feasibility of integral fracturing；research

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