非均质气藏水平井非对称立体压裂优化方法

2019-06-12刘熔冰曹兴荣

钻采工艺 2019年5期

刘熔冰，刘林，曹兴荣，刘斌

（1中国石油天然气股份有限公司浙江油田分公司生产运行处2中石化西南油气分公司石油工程技术研究院3长庆油田分公司第十采油厂）

刘熔冰等.非均质气藏水平井非对称立体压裂优化方法.钻采工艺，2019，42（5）：118-120

SF气田蓬莱镇组储层垂深为700～1 900m，地压系数为1.23～1.46，岩性以细砂岩为主，渗透率为0.1～0.3 mD，孔隙度为8%～10%，以小孔-细喉组合为主，横向变化大，尖灭较频繁，透镜体发育。由于河道砂体窄，砂、泥岩互层现象严重，水平井有效储层钻遇率仅为30%，加之平面上富气区有限，单井钻遇的储层普遍以Ⅱ、Ⅲ类为主。前期水平井分段压裂采用均质储层分段压裂设计思路，由于水平段存在多个渗流“阻隔带”，单条水力压裂裂缝储量控制有限，水平井分段压裂后平均测试产量1.63×104m3／d，投产率仅为46%，气藏开发难度大，亟待开展砂泥岩互层、透镜体砂岩水平井分段压裂优化设计方法研究。

一、非对称立体压裂优化设计思路

非对称立体压裂目标为提高非均质储层水平井储量动用程度，其优化设计总体思路是：以气藏渗流特征为基础，以划分水平井段储层渗流阻隔带为关键，以独立渗流单元为目标，结合砂体平面和纵向展布，进行优化设计。技术核心是将水平段非均质储层转化为均质独立渗流单元，包括渗流特征研究、渗流阻隔带确定、独立渗流单元划分、均质储层优化设计。

二、气藏渗流特征及地质模型建立

1.气藏渗流特研究

国内外大量研究表明，气藏渗透率较低，含水饱和度较高的状态下，气体渗流时必须考虑启动压力的影响，启动压力的存在使得气体呈现下凹型的非线性渗流。通过室内实验测定了致密储层启动压力值，在此基础上建立了气藏渗透率与启动压力梯度的关系，揭示了致密砂岩气藏渗流规律，表1为气藏启动压力测试情况。

表1 气藏启动压力测定

通过实验数据回归可拟合出储层渗透率与初始启动压力梯度的关系式：

式中：λ—启动压力梯度，MPa／m；K—储层渗透率，mD。

建立的启动压力梯度随储层物性（渗透率）的关系，对非均质储层生产压差控制与人工布缝位置选择提供了依据。

2.地质模型建立

SF气田蓬莱镇组气藏不连续的分布有Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类储层，不论那一类储层类型，砂体都是由连续的大段与不连续的小段组合而成的，通过水平井实钻砂体情况可以归纳三种情况，含阻隔带的交互层模型、连续同种类型储层模型、多砂体组合模型，从而确定了基本的地质物理模型如图1所示。

图1 非均质储层基本地质模型

三、均质独立渗流单元划分

在特定渗透率和渗流带宽下，在一定生产时间内，压力未波及到渗流带边缘，且产量贡献较小，可视为渗流阻隔带。

1.数学模型建立

1.1 考虑启动压力梯度的运动方程

当考虑启动压力梯度时，流体渗流过程中总压降应为流体流动压降与启动压力之和，若同时考虑重力的影响，水相和气相的运动方程可用式（2）表示：

将密度和体积系数加入到运动方程，可获得气相和水相的质量流速：

1.2 气、水两相渗流方程及压力方程

引入势函数Φα＝pα-ραgH-λαΔL，联立连续性方程、考虑启动压力梯度的运动方程，可得气相、水相渗流方程如式（4）：

引入气水饱和度满足归一条件Sw+Sg＝1整理可得：

式中：Ct—为综合压缩系数。

2.渗流阻隔带确定方法

考虑到Ⅳ类储层基本不具有流动特征，将低渗透阻隔带的渗透率设定为0.015 mD、0.03 mD、0.05 mD、0.1 mD，同时将阻隔带的厚度设置在1～25 m之间。

（1）以阻隔层渗透率0.1 mD，厚度5 m为例（压力波穿透阻隔层），模拟3个月和1年后的压力分布图，见图2、图3。

从图2、图3可以看出，在隔层渗透率0.1 mD，隔层厚度5 m，在3个月时，左边储层压力波未穿透阻隔层，但是当1年以后，压力波穿透阻隔层，动用右边储量。

（2）不同阻隔层渗透率下渗流单元划分界限确定。分别模拟阻隔层渗透率为0.1 mD、0.05 mD、0.03 mD、0.015 mD，生产3年后不同阻隔层厚度下压力波传播情况，由此确定渗流单元划分的阻隔层厚度界限。

图2 3个月后压力分布图

图3 1年后压力分布图

在阻隔层渗透率为0.1 mD情况，厚度从1 m增加到25 m，隔层压力阻隔能力逐渐增强，达到20 m时，3年后压力波未能穿透阻隔层，左边储层未能动用右边储层，左右两个储层需要分为两个渗流单元带，见图4。综合0.1 mD、0.05 mD、0.03 mD、0.015 mD阻隔层渗流单元的划分界限厚度，根据渗流单元划分界限与阻隔层渗流率的关系，拟合关系如图5所示。