基于多因素关联体系的重复压裂选井选层方法研究及应用

2020-06-04詹耀华鲁明晶胡阳明苏玉亮王文东

钻采工艺 2020年2期

詹耀华，鲁明晶, 毕曼，胡阳明，苏玉亮，王文东

(1中国石油大学石油工程学院·华东 2长庆油田油气工艺研究院)

选井选层一直是伴随着重复压裂技术发展的一个重要的研究内容[1]。重复压裂选井选层考虑的影响因素很多，且各个因素之间有着十分复杂的非线性关系，给选井选层分析造成了很大的困扰[2-3]。

目前重复压裂较为成熟的选井选层方法主要分为三类，一是构成认定法[4-6]，通过模糊识别、隶属度理论及各井与重复压裂理想井的欧式贴近度来选取重复压裂井，该方法未能体现各主控因素对重复压裂效果的影响大小的区别；第二类是基于人工神经网络算法[7-10]的气井压裂选井选层方法，其训练过程对现场数据要求较高,要求具有大量重复压裂井的生产、压裂施工等数据；第三类方法则是基于初次压裂后的气藏动态、静态数据,在确定各类因素对重复压裂效果的影响前提下，采用数学统计方法，做出重复压裂决策。对于前两类重复压裂选井选层方法目前已经较为成熟，而第三类方法目前还相对缺乏较为系统全面的研究。

针对苏里格气田重复压裂井较少，重复压裂资料不足的情况，本文基于易获得的地层静态参数、初次压裂施工及生产动态资料，考虑地应力场对复压效果的影响，建立基于五个关联多因素参数选井选层决策系统，采用数理统计、模糊识别的方法确定决策系统中各参数界限，应用于苏里格气田研究区块，选取重复压裂增产潜力井。

一、多因素关联体系的建立

重复压裂改造效果受加砂量、压裂液注入量等压裂施工参数，目的层渗透率、孔隙度、含气饱和度、有效厚度等地层参数以及邻井开发动态等多种因素影响[11]。单个因素与重复压裂效果的相关性低，通过某个或某几个因素进行分析，无法确定从本质上反映影响重复压裂改造效果的标准及准则，本文引入五个关联多因素的参数将这些物理参数根据具体的相关概念联系起来，进行定量研究。

1. 多孔弹性应力转向系数Πpore

多孔弹性应力转向系数定义为重复压裂前水平主应力之差与气藏压力梯度产生的应力差的比值[12]。若气藏就地应力差小，生产压差大，重复压裂产生的新裂缝沿与前次人工裂缝不同的方向起裂和延伸，更大范围地沟通老裂缝未动用的气层，从而使产量大幅度增加。

(1)

式中：σhmax—最大就地水平应力；σhmin—最小就地水平应力；α—地质构造应力系数;σ*—孔隙压力梯度产生的应力差；γ—泊松比；pi—初始油藏压力；pwf—井底压力。

2. 泄气体积V

泄气体积(V)描述的是单井在开发过程中，地下参与流动气体所占孔隙体积[13]。对于致密气藏，压裂井的泄气体积大小主要受压裂裂缝长度影响，初次压裂人工裂缝越长，泄气体积越大，反之越小。致密气藏压裂井泄气体积计算公式如下：

(2)

式中：V—泄气体积；Ct—岩石的综合压缩系数；c—压力系数；pi—原始地层压力；pwf—井底流压；q(t)—产气速率。

3. 瞬时采出程度IRR

瞬时采出程度定义为累积产量与泄气体积之比[13]。该参数能间接反映初次压裂人工裂缝导流能力的好坏。初次压裂人工裂缝导流能力越高，则瞬时采出程度越高，其计算采用公式(3)：

(3)

式中：IRR—瞬时采出程度;Q(t)—目标井t时刻的累产量;V(t)—t时刻的泄气体积。

4. 产量递减系数Did

产量递减系数为初次压裂下气井的初始产量递减率与递减时间的乘积。产量递减率越小，说明气藏供气能力强，供气体积大，气藏的质量好。产量递减系数用公式(4)表示：

DiD=Di·t1F

(4)

其中,Di表示初次压裂生产初期产量递减率，表达式如下：

(5)

式中：DiD—产量递减系数;Di—初始产量递减率;t1F—递减时间;q—产气速率。

5. 气藏衰减系数RDep

气藏衰减系数定义为邻井的平均采出程度，反映地层参数、与邻井位置及其累计产量的影响，侧面反映目的层的开采潜力[14]。气藏衰减系数用公式(6)表示：

(6)

式中：h—储层有效厚度；Bg—气体的体积系数；Qpi—临近井i的累积产量；Ø—地层孔隙度；ri—临近井i至目标油井的最小距离；n—邻近井数量。

二、关联多因素体系评价算法

关联多因素参量选井选评价算法是在Roussel N.P.[11]提出的选井选层方法上的改进，加入泄气体积及瞬时采出程度两个参数用以判断初次压裂裂缝质量，使该方法考虑的因素更全面，选井选层评价算法见图1。

图1 选井选层评价算法图

首先根据多孔弹性应力转向系数Πpore判断裂缝是否会发生转向，由于转向压裂能够更好的沟通储量未动用区域，因此首先通过该参数排除不能产生转向裂缝的井。

对于能够产生转向裂缝的井，根据泄气体积V和瞬时采出程度IRR进一步分析初次压裂裂缝质量。

图2中，区域一井泄气体积大，瞬时采出程度低，说明该区域裂缝表面积较大，但裂缝的导流能力低，可以通过重复压裂提高裂缝导流能力，该区域重复压裂潜力最大；区域二的井瞬时采出程度高，泄气体积小，说明该区域支撑剂未有效铺开，裂缝缝长短，泄气体积受限，因此该区重复压裂潜力较大；区域三的井泄气体积小，且瞬时采出程度低，说明该区域压力系数小，裂缝导流能力低且缝长短，该类井进行重复压裂的风险大；区域四的井泄气体积大，且瞬时采出程度高，属于高产井，不需要进行重复压裂改造。

图2 井区内各井泄气体积与瞬时采出程度散点图

对于区域一、区域二的井进一步进行产量递减规律分析和增产潜力分析，选取产量递减系数小且气藏衰减系数小的井，作为重复压裂目标井。

评价模型中各个参数(α、β、γ、ε)界限应结合具体区块获得的参数规律而定，在下文实例应用中介绍。

三、实例应用

将上述方法应用于苏里格气田S-14区块，确定评价模型各个参数的临界值，以优选重复压裂增产潜力高的井。

1. 重复压裂应力转向分析

重复压裂裂缝转向的潜力通过Πporo来衡量，Πporo<0.2则复压过程中易生成转向裂缝[11-12]。

统计S-14区块124口井的多孔弹性应力转向系数，该区块大多数井满足应力转向条件，易发生转向的井有93口，将初选的93口井进一步进行泄气体积和瞬时采出程度分析。

2. 泄气体积V和瞬时采出程度IRR分析

基于图2所示散点图法，通过泄气体积V和瞬时采出程度IRR将93口气井分为四个区域，各区域边界值如下：

区域一：V>α,IRR<β

区域二：V<α,IRR>β

区域三：V<α,IRR<β

区域四：V>α,IRR>β

选取区域一、区域二的井进一步分析，下面介绍划分各区域的参数α、β的确定方法。

重复压裂技术作为一种增产措施应该在初次压裂生产后低产低效的气井中进行选择，采用模糊综合评判方法进行低产低效井判断，通过确定因素集、求取隶属度、分配权重、最后进行模糊综合评判，得到各井对应的综合评判因子，该参数用以反映气井低产低效的程度[5]，作S-14区块124口井的泄气体积与综合评判因子的散点图,如图3。