工程因素对页岩气井产水的影响分析
2019-10-21游园
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摘要：涪陵焦石坝页岩气田是无边底水页岩气藏，开发过程中部分气井产水量较大严重影响了气田正常生产。运用数理统计方法对比分析裂缝尺寸与裂缝间距的分布关系，以及高、低产水井的裂缝间距、液量与水气比的分布关系，发现裂缝间距过小，致使缝长方向延伸受限，同时由于注入地层液量较大，大量液体滞留井筒附近，是导致高产水井放喷阶段及试采初期水平井产水较高的主要工程原因;并得到了低产水井工程参数的合理范围，为页岩气田高效开发提高参考依据。
关键词：页岩气井;高产水;裂缝间距;液量
涪陵焦石坝页岩气田属于中深层、高压、无边底水、弹性驱动的页岩气藏。该气藏具有层理缝发育、脆性矿物含量高、水平应力差差异系数小，弹性模量高的特点。目前在开采过程中部分井产水量较大，严重影响了气井产量。目前针对页岩气井产水的影响因素研究较少，国内外针对高产水的原因尚无开展详细分析。因此确定气田产水量的影响因素，对于提高气田的开发效益具有非常重要的意义。本文在总结气田产水特征的基础上，重点从工程角度出发，分析了工程因素对页岩气井产水的影响。
1、气田产水特征
通过采出水离子全分析数据，区块产出水为压裂返排液，地层不出水。已投产井试气及试采阶段返排液量259.5m3-6557.6 m3，平均返排液量1346.8 m3，返排率0.7%-21.2%，平均返排率3.9%。区块整体返排率较低，但部分井出现高产水特点。
气井在试采阶段呈现出区域性差异，南区产水量远高于其他区域，北区西翼产水较高。以单日产水量来看，当日总开井173口，其中15口气井当日产水量为0，是分布在北区和东区的间歇产水井，北区及东区平均产水量1.54方/天，其中北区西翼平均产水量5.97方/天，明显高于北区平均产水量;南区平均产水量39方/天。
因南区气井投产时间短，累计产量低，现阶段主要以累产气量1000×104m3阶段的水气比分布划分出高、中、低产水区。高产水区水气比大于1.5 m3/104m3，中产水区水气比为0.45-1.5 m3/104m3，低產水区水气比为小于0.45m3/104m3。按照上述分类，南区属于高产水区，北区西翼水气比0.3-2.11 m3/104m3，属于中高产水区，北区其他区域及东区属于低产水区。
2、影响因素分析
前文总结出区域上南部产水量远高于其他区域，说明地质因素是影响产水的重要因素。该区域的地质情况与其他区存在较大的差异，垂深大、大尺度裂缝发育，构造复杂，应力方向多变。这些地质上的特点导致了南部地质条件不利于改造体积及裂缝复杂度的提高，压裂液滤失到周边区域不多，大多留在了主裂缝及近井筒附近中，液体在试气放喷阶段和试采的初期即大量的返排出地层。
前文统计发现，在地质条件分布稳定的北区也出现西翼9口井产水量明显高于邻井，说明在地质条件相同的前提下，工程因素对产水也有较大影响。
国外相关文献认为返排率受裂缝形态的影响[1] ，在本文研究中亦发现此现象。高产水G19井微地震监测结果表明，相同层位井段的全缝长与裂缝横向波及宽度成负相关关系，横向波及宽度>150m，全缝长<500m，说明裂缝沿井筒方向过度扩展，可导致缝长方向延伸受限。由于注入地层液量较多，加之裂缝缝长方向扩展受限，大量液体滞留在近井筒附近，导致放喷阶段及试采初期水平井产水较高。
工程因素中排量、液量、裂缝间距是影响裂缝形态的重要参数，北区各井排量基本一致，本文重点分析北区西翼9口中高产水井及8口低产水邻井的裂缝间距及压裂液量对产水的影响。
2.1裂缝间距的影响分析
研究认为，裂缝间距对裂缝扩展形态均有较大影响。较高的弹性模量会引起较强的缝间干扰，导致缝长延伸受限，那么对于高弹性模量地层，需增加裂缝间距，减小分缝间干扰[2] 。缝间距较小，缝长均有所减小，限制了裂缝扩展延伸。
页岩水力压裂过程中出现分支裂缝延伸时，各条分支缝在相距较近的条件下平行延伸，裂缝间出现相互应力干扰，产生附加诱导应力，这种多条裂缝间的相互干扰又促使形成更为复杂的网状裂缝。水力裂缝形变诱导应力场的平面模型，平板中央有一长为2a直线状裂缝，裂缝穿透平板，作为用于裂缝面上的应力为p。
该模型中的平板问题属于平面应变问题，根据弹性力学理论可得到该模型的解析方程如下：
在应力场变化平面模型的基础上，在多人工裂缝条件下，对应力场进行模拟计算，假设在一定有效净压力下，对裂缝间距20-200m条件下的诱导应力场的变化情况进行模拟分析。
对比不同裂缝间距条件的计算结果（表1），裂缝间距逐渐减小，水平最大、最小两个应力方向上的诱导应力差值逐渐增大。
当裂缝间距在小于25m后，水平最大、最小两个方向上的诱导应力差值达到13MPa以上，明显大于原始最大、最小水平主应力的差值（5-6MPa）。但在裂缝中心位置（射孔簇位置）诱导应力的差值达到了8MPa，此时诱导应力的差值与原始最大、最小水平主应力的差值相当，主裂缝沿最大水平主应力方向延伸趋势减弱，主裂缝在在近井区域无序的延伸可能会造成簇间、段间干扰，限制裂缝延伸长度和改造体积。
3、结论
（1）通过总结涪陵页岩气田产水特征，发现总体上产水量呈区域性分布，因此研究认为地质条件是影响产水的重要因素。高产水区域垂深大、大尺度裂缝发育，构造复杂，应力方向多变的地质特点不利于改造体积及裂缝复杂度的提高，压裂液滤失到周边区域不多，大多留在了主裂缝及近井筒附近中，液体在试气放喷阶段和试采的初期即大量的返排出地层。
（2）分析低产水区高产水井的微地震监测结果与裂缝间距的分布关系，结果表明裂缝间距对裂缝扩展形态均有较大影响。高产水井裂缝间距较小，缝间干扰严重，导致裂缝沿缝长方向延伸受限，加之注入地层液量较多，大量液体滞留井筒附近，导致放喷阶段及试采初期水平井产水较高。
参考文献：
[1] 李玉梅，李军，柳贡慧，于丽维，刘明，鹿吉庆.页岩气藏水平井水力裂缝敏感参数数值分析[J].断块油气田，2015，22（2）：258-262
[2] 常鑫，程远方，时贤，韩修庭，唐梅荣等.水平井分段压裂簇间应力作用分析[J].中国海上油气，2016，28（2）：109-119
[3] 刘立峰，冉启全，王欣，李冉等.致密储层水平井体积压裂段间距优化方法[J].石油钻采工艺，2015，37（3）：84-87
[4] 房大志，曾辉，王宁，张勇等.从Haynesville 页岩气开发数据研究高压页岩气高产因素[J].石油钻采工艺，2015，37（2）：58-62
（作者单位：中国石化江汉油田分公司石油工程技术研究院）
