致密油直井缝网压裂初期产能影响因素分析

2020-12-29王威

石油化工高等学校学报 2020年6期

王威

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

致密油是一种渗透率极低（小于或等于0.2 mD）、单井一般无自然产能或自然产能低于工业油流的非常规能源，需借助大型压裂等技术手段实现经济开采[1-2]。大庆油田致密油主要集中在扶余油层，渗透率0.1～2.0 mD。为改善大庆油田致密油区块的开发效果，在一些致密油区块开展了直井缝网压裂试验，随着研究的深入，缝网压裂后初期产能的效果评价和初期产能的影响因素分析成为了重点研究内容[3-4]，它既是提高油田开发效果的关键环节之一,也为油井产能的预测提供重要依据。灰色关联法是极具特色的数据处理技术，是一种较准确、快速的分析方法。利用该方法分析和计算灰色关联度，不仅能够确定主要影响因素，还能有针对性地改进和筛选压裂方案[5-10]。然而，传统灰色关联分析方法考虑的是两条曲线形态的相似程度，而没有考虑两条曲线之间距离的大小。因此，对于因素之间的数值关系相差不大的模型，两曲线间的距离影响较大，在实际计算中会产生一定的误差，必须加以考虑[11-12]。为此，针对传统灰色关联分析方法在现场应用的实际情况，为了降低传统方法的应用风险，综合考虑了样本因素之间的相近程度和相似程度，提出了改进的灰色关联分析模型方法，利用该方法确定了缝网压裂后初期产能的主要影响因素，并通过实例验证了该方法的实际使用效果，为类似区块的缝网压裂工艺的筛选和改进提供指导。

1 直井缝网压裂技术简介

常规压裂在压裂过程中只形成一条单一裂缝。在低孔特低渗储层条件下，仅靠一条压裂主缝，油层基质向裂缝供油供气能力有限，很难达到预期的增产效果，因此必须采取其他压裂措施，产生更多的复杂裂缝。在压裂过程中，通过一定的工艺控制，当裂缝延伸净压力大于两个水平主应力的差值与岩石的抗张强度之和时容易产生分叉缝,多个分叉缝进一步扩展及延伸就会形成“缝网”系统，其中，以主裂缝为“缝网”系统的主干，分叉缝可能在距离主缝延伸一定长度后又恢复到原来的裂缝方位,最终形成以主裂缝为主干的纵横“网状缝”系统。这种实现“网状”裂缝系统效果的压裂技术称为“缝网压裂”[13-14]。直井缝网压裂与常规压裂工艺相比，可在地下形成缝网状通道，从而扩展空间体积，增加渗流通道，解决难采储量动用难题，适于低效开发区块的经济有效动用。

2 研究区基本概况

研究区位于大庆长垣外围油田的东部，区块主力油层是扶余油层。该区域储层物性差，孔隙度为5%～12%，多数储层渗透率小于1 mD。天然裂缝发育差，通过岩心观察和电成像测井资料分析，该区块裂缝线密度均小于0.1条/m。原油性质差，原油黏度一般为4～8 mPa⋅s。储层流度低，一般在0.2 mD/(mPa⋅s)。自然产能低，甚至无自然产能[15]，常规压裂难以达到工业产能目标。区域采用直井缝网压裂方式生产，对单井产量峰值进行统计，其中单井初期产量最高6 t/d，最低1.8 t/d，单井产能变化较大。因此，对该区域进行初期产能影响因素分析至关重要。

3 压裂井产能影响因素研究

3.1 传统的灰色关联分析

灰色关联分析方法可以在样本容量很小的条件下，对系统因素进行数据处理，发现主要矛盾，在随机的因数序列间找出它们的关联性，识别主要特征和主要影响因素[16-17]。系统特征行为序列X0(k)={X0(k)|k=1,2,⋅⋅⋅,n}，相关因素行为序列 Xi(k)={Xi(k)|k=1,2,⋅⋅⋅,n}(i=1,2,⋅⋅⋅,m)，其中，n 为系统特征行为序列的个数，即井数；m为相关因素行为序列的个数，即影响因素。

在传统的灰色关联分析中，X0(k)与Xi(k)在第k点处的关联系数为

X0(k)与Xi(k)的灰关联度为

式中，ρ为分辨系数，ρ越大，分辨能力越弱，通常取值为(0，1)，一般取 0为X0(k)与Xi(k)在第k点的绝对差；为绝对差值阵的最大差为绝对差值阵的最小差。

传统灰色关联方法对参考序列的准确性依赖性较强，当参考序列的特征有一定的规律时，传统灰色关联分析方法具有一定的实用性，而当参考序列的特征比较分散时，传统的灰色关联分析方法的准确性将大打折扣。

3.2 改进的灰色关联分析方法

为更系统地描述时间序列在发展过程中的关联程度，在B型关联度模型[18]和传统的灰色关联度模型的基础上，提出了改进的灰色关联度模型。其基本思想是：在传统的灰色关联模型的基础上，用B型关联度中描述“相似性”物理特征的一阶斜率差、二阶斜率差及描述“相近性”物理特征的位移差来共同反映序列间的关联程度。

改进的灰色关联系数为：

式中，d分别表示X0与Xi在第k点的位移差、一阶斜率差和二阶斜率差。

则改进的灰色关联度模型为：

当Xi≡X0+C,C为常数序列时则式（2）就是传统的灰色关联度模型。本文将用改进的灰色关联方法分析致密油藏直井缝网压裂效果的影响因素。

3.3 影响因素确定与分析

直井缝网压裂产能影响因素可以概括为工程因素和地质因素两个方面。工程因素主要包括加液量、加砂量、压裂段数和压裂液返排率；地质因素有压裂厚度、单井剩余地质储量、地层压力、压前含水、渗透率、含油饱和度等10个方面。影响致密油直井缝网压裂初期产能的影响因素具有不同的量纲和数量级，为保证分析结果的可靠性，需要对变量的时间序列进行无量纲化处理。本文采用基于Z-score标准化方法[19]对原始参数进行无量纲化处理(见表 1)。

表1 各因素无量纲化处理结果Table 1 Non-dimensional results of each factors

3.4 参数灰关联度计算及重要性排序

应用传统的灰色关联分析方法和改进的灰色关联分析模型，分别计算各影响因素与初期产能间的灰色关联度。将灰色关联度按照由大到小的顺序依次排列来确定各因素的重要程度。关联度越大，该影响因素对参考序列的影响程度越大；关联度越小，该影响因素对参考序列的影响程度越小。图1为传统的和改进的灰色关联模型分析。从图1可以看出，传统灰色关联方法计算出的关联度数值相差不大，难以区分初期产能的影响因素，而经过改进的灰色关联模型较好地识别了初期产能的影响因素，具有一定的适用性，能够满足压裂施工工艺和提高压裂效果的要求。

结合实际的现场资料和油藏工程原理，对影响因素进一步分析。由图1（b）综合权重的分析可以看出，在10项影响因素中，压裂厚度与压裂效果的关系最为密切，其灰色关联系数为0.889 7。从机理上分析，压裂厚度越大，相同条件下从地层渗流至压裂层段的流体量越多，对油井的产能贡献越大。因此，压裂厚度越大，表现为初期产能越大；其次为地层压力，灰色关联系数为0.877 5，地层压力的高低反映出地层能量的总体水平，地层压力越高，储层供液能力越强，地层压力较低，会导致地层原油脱气，脱气后流体的黏度变大，地层渗流阻力增加，从而导致压裂整体效果变差。所以，压后及时补充地层能量是十分必要的，单井剩余地质储量是压裂改造的物质基础，剩余地质储量越大，初期产能越高，储层被压裂改造的空间越大。

图1 灰色关联模型分析Fig.1 Analysis results of grey correlation models

工程因素方面：加砂量对产能影响最大。图2为加砂量、加液量与初期日产量的关系。从图2（a）可以看出，加砂量越大，支撑裂缝的导流能力越强，可以有效地增加裂缝的长度和宽度，但加砂量并非越大越好，较高的加砂量易造成砂堵，较低的加砂量又难以形成具有一定规模的缝网。因此，要根据实际情况选择合理的加砂量才会获得较好的压裂效果。从图2（b）可以看出，加液量对产能的影响相对较小，但是加液量过少，容易造成较大的滤失；加液量过大会引起停止泵注后裂缝的端部附近产生较大的未支撑区，造成支撑剂的分布较差。压裂液返排率也是影响油井初期产能的主要因素，从现场经验上看，若返排量过小，易造成较大滤失，会导致早期砂堵。因此，必须保证压裂液的返排率，以减少对储层的二次污染。

图2 加砂量、加液量与初期日产量的关系Fig.2 Relationship between volume of sand and liquid and initial production

综上所述，结合油藏工程原理，按照改进的灰色关联分析法，确定了5种影响缝网压裂初期产能的主要影响因素：压裂厚度、地层压力、剩余地质储量、加砂量和压裂液的返排率。因此，在对致密油储层进行缝网压裂时，要尽可能的对纵向上厚度大的油层优先压裂，同时选择地层压力、剩余地质储量较高的区块，增加压裂规模，提高压裂液的返排速度，才能取得较好的压裂效果。

4 现场应用效果

大庆外围油田X致密油区块储层平均渗透率为1 mD,平均孔隙度为10%，2018年开展缝网压裂先导性试验。设计的第一批缝网压裂井，地层压力12 MPa,主力层有效厚度1.8 m,平均加砂量为92 m3，加液量4 511 m3，结果如图3所示，压裂后初期日产油量为3.0～4.4 t/d。为了进一步提高该区块的缝网压裂效果，根据改进的灰色关联法分析结果，可以通过控制压裂厚度、加砂量和单井控制储量提高单井压后产量。根据分析结果，部署了第二批缝网压裂井，优选有效厚度大于2 m的层段进行缝网压裂，对欠注层段的5口水井及时酸化，平均地层压力提高到12.5 MPa；在工艺方面，将原方案加砂量提高12%，并及时返排压裂液，压裂后初期日产油量为4.9～6.7 t/d，与原方案相比，取得了较好的压裂效果，为新区块的有效动用提供了保障。