水平井分段压裂各段产能评价技术研究进展

李亭, 张金发*, 管英柱, 尹国君, 杨琦, 张庆惠

(1.长江大学石油工程学院, 武汉 430100; 2.油气钻采工程湖北省重点实验室(长江大学), 武汉 430100;3.吉林油田公司油气工程研究院, 松原 138000; 4.中联煤层气有限责任公司, 北京 100011;5.中国石油勘探开发研究院, 北京 100089)

伴随全球油气资源需求量的增加及油气勘探开发的进展,水平井分段压裂技术已成为高效开发低渗透油气藏、致密砂岩油气藏、页岩油气藏的重要技术手段。相比直井,水平井具备泄油面积大、单井产量高等优势[1],其产量约为直井的3倍[2],已在长庆油田特低渗透油藏[3]、苏里格气田致密砂岩气藏[4]、涪陵页岩气藏[5]等得到广泛应用并大幅提高了油气整体开发效益。近年来,水平井分段压裂技术在裂缝参数优化[6]、压裂段数规模[7]、压裂配套设备[8]及压裂作业效率[9]等取得一系列重大突破,但在水平井分段压裂后掌握各段产量分布情况方面仍存在不足。针对油气井产量测试多由井口计量得到,具体于水平井压裂的各段产量却难以确定。水平井分段压裂后各层段产量贡献特征不明,亟须开展水平井分段压裂产能评价技术了解各层段产出情况及主力产出层段等信息,以便指导后续水平井压裂工艺优化和最佳生产制度制定,进而提升压裂改造效果和水平井开发经济效益。为准确查明水平井分段压裂的各段产量贡献率,现分析水平井分段压裂产量测试存在的问题,总结水平井分段压裂生产剖面测试技术进展,并提出相应的发展建议。

1 水平井分段压裂产能评价存在问题

1.1 测试仪器输送困难

非常规油气藏超长水平段压裂改造不断实现新突破,水平段长度和压裂段数持续增加。长庆油田H90-3井完成5 060 m超长水平段井的施工,压裂改造68段,创下亚洲陆上页岩油最长水平段的施工纪录。尽管水平段长度不断增加,但由于水平井井眼轨迹、井深结构复杂,给测试仪器及仪器输送工具带来一系列问题,如测试仪器难以推送至指定位置、仪器易遇阻遇卡受损、难以保证合理稳定的测速等。

1.2 测试资料解释困难

水平井分段压裂各段产能评价技术最大的问题即为监测数据的解释。一方面,产量测试所监测的数据存储量极大,对于这些数据的传输、保存均有巨大挑战。另一方面,常规解释模型不适用水平段多相流复杂的流动方式。相比直井,水平井井下流体流动较复杂,水平井段多相流因重力分离形成气、油、水分层的层流流动方式,流型还将受到井斜、井径和气体流量等变得更为复杂。刘文红等[10]借助流型识别仪探究水平管内油、气、水三相流流动特征,得到水平管内油、气、水三相流流型存在9种类型的结论。刘军锋等[11]在水平条件下开展油、气、水三相流流动模拟试验得到大管径水平管油、气、水三相流存在8种复杂流型。同时油、气、水三相间存在滑脱效应,复杂的流型将给资料解释带来困难。此外,传统产出剖面测井仪在垂直井筒中居中测量,这种测量不再适合复杂分层流动的水平井段。

2 水平井分段压裂各段产能评价技术进展

2.1 产出剖面测井技术

产出剖面测井是应用较早且较成熟的一种水平井分段压裂各段产能评价技术,该技术借助输送工具将测井仪器输送至井下,测试水平井各层段自然伽马、温度、压力、流量、持率等参数,再经反演计算即可得到水平井各段流体产出特征。

2.1.1 测井仪器类型

受限于水平井井深结构的特殊性和多相流流动的复杂性,传统产出剖面测井仪难以满足水平井分段压裂动态监测的要求。目前产出剖面测井仪主要采用阵列式产出剖面测试仪器。一种是Schlumberger公司研发的流体扫描成像(flow scanner image,FSI)测井仪,该测井仪较好解决水平井多相流分层流动复杂的难题,可对150 ℃、100 MPa的储层进行测试[12]。FSI测井仪共装备5个微型转子流量计、6对电探针和光学探针[13],可测量自然伽马、磁定位用于确定井深,持气率、持水率用于分析流体特征,压力、温度用于定性分析产出状况,流量、持液用于确定气井总产量和各层产量,其示意图如图1所示[14],该测井仪受井斜影响较大,在大斜度井中应用受限。四川盆地涪陵页岩气田25口水平井通过FSI测井仪进行产气剖面测井试验,掌握了水平井各段层产气能力,确定了气井最佳工作制度[15]。此外,南海西部珠江口盆地文昌油田1口开发水平井也取得了较好效果[16]。另一种是Sondex公司研发的多阵列成像(multiple array production suite,MAPS)测井仪,该测井仪较好适应于水平井或大斜度井产出剖面测井。MAPS测井仪主要包括阵列式电容持率仪(CAT)、阵列式涡轮流量仪(SAT)和阵列式电阻持率仪(RAT),其示意图如图2所示[17],该测井仪适应性强,在国外应用较为普遍。四川盆地黄金坝页岩气区块1口井应用MAPS测井仪完成水平井产气剖面测井,准确获得该井压裂后各段产气贡献特征等信息,为后续压裂参数优化提供了科学指导。此外,在大牛地气田1口水平井也得到了应用[18]。近年来国内测井仪发展也取得了一系列进步,针对涡轮流量计在产液量较低的水平井中涡轮启动困难,崔文昊等[19]、朱洪征等[20]研发井下存储式浮子流量计有效解决了低液量水平井产液剖面测试难题。针对稠油油藏通常存在边底水,导致油井普遍含水量较高,同时对于稠油油藏多采用热采开发导致测井仪需满足直径小且耐高温的要求,刘明[21]研发一种稠油热采井产液剖面测试仪。可看出随着复杂油藏勘探开发力度的加大,测井仪器已不断得到优化。

图1 FSI测井仪示意图[14]

图2 MAPS测井仪示意图[17]

2.1.2 仪器输送方式

测井仪器输送方式包括硬电缆输送、井下爬行器输送、水力输送和连续油管输送等[22-23]。硬电缆输送快速下井易使测井仪器受损,若仪器落井则不易打捞,仅适用于水平段短或井斜小的井。水力输送易污染储层,测量项目少,输送距离短,不适用带压测井作业,多用于水平井找水。目前常用于水平井产出剖面测井技术的输送方式多为井下爬行器输送和连续油管输送[24-25],其两者技术特征如表1所示。

表1 2种常用仪器输送方式技术的特点

2.1.3 测井资料解释

产出剖面测井技术主要基于水平井井筒油、气、水三相流分层流动特征建立相关数学模型进行测井资料解释。常用生产测井资料解释方法主要有哈桑漂流模型、DDL图版及斯伦贝谢滑脱模型[26]。厘清水平井多相流流动特征是资料解释的关键,长江大学已建设气举试验基地多相流实验平台、西安交通大学已建成动力工程多相流国家重点实验室等,这些多相流实验平台将为测井资料解释提供保障。目前产出剖面测井数据解释软件较多,其中法国KAPPA公司研发基于最优化原则的Emeraude生产测井解释软件是全球认可度最广和使用最多的测井资料解释软件[27]。国内公司研发的测井解释软件主要代表有Smart、Watch和Lead等[28]。此外,也有不少学者展开研究,郭海敏等[29]编写水平井油、水两相产出剖面测井解释HWPPI软件系统,并应用于塔里木盆地哈得4油田某井,其解释成果与实际油水产量数据相近,证实该解释方法正确可行。

2.2 分布式光纤监测技术

20世纪70年代以来,光纤传感随高速光纤通信技术的发展逐渐受到关注,分布式光纤传感技术根据原理可分为分布式光纤温度传感、分布式光纤声波传感、分布式光纤应变传感和分布式光纤振动传感[30-31]。其中,在石油领域用于水平井压裂监测的分布式光纤监测技术主要包括分布式光纤温度监测技术(distributed temperature sensing,DTS)和分布式光纤声波监测技术(distributed acoustic sensing,DAS),DTS/DAS可实时监测整个水平井段温度和声波剖面以定量评价产液剖面、监测压裂液分布剖面、评估和诊断压裂增产措施等[32-33]。

2.2.1 DTS/DAS技术特点

光纤既是传感介质又是传输介质,光纤附近的温度、压力和应变等物理场改变,将造成光纤传输的激光信号强度、光谱和传输时间等参数变化,通过光纤传感解调可将其变化参数解调为电信号,便可完成外界物理场的实时监测[34]。分布式光纤传感技术在解调光信号时主要采用后向散射:瑞利散射和拉曼散射,其中,DTS基于后向拉曼散射效应,DAS基于后向瑞利散射效应[35]。DTS/DAS在水平井分段压裂动态监测中的技术优势如下。

(1)可实现长距离的长期或短期监测。DTS多模测量最大探测距离可达12 km,DAS单模测量最大探测距离可达50 km[36],且传感距离越大,系统成本则越低。

(2)测量精度高,适应范围广,可在高温条件下使用。DTS测量精度为±1 ℃、分辨率为±0.01 ℃,温度可达300 ℃[37];DAS通过光相位检测实现声波测量,以光波长为“标尺”,灵敏度极高,可探测微地震等微弱信号。

(3)安装便捷,监测周期灵活,综合成本低。光纤传感器是唯一能够传送至井下的部件,所有信号处理和调节均通过地面光电装置实现。

(4)DTS不受流动状况干扰,测量稳定、无延迟,可抗电磁干扰。

(5)DAS定位准确性高。高定位精度使声场图像更精细,为数据解释提供保障。

基于以上技术优势,DTS/DAS在水平井分段压裂动态监测中得到了迅速发展,但在技术装备和数据解释方面仍存在以下不足。

一是在技术装备方面,光纤的完整性是DTS/DAS监测的基础,若光纤一处受损将导致整个测试作业的失败,水平井分段压裂施工阶段需泵注大量压裂液和支撑剂可能会对光纤具有一定的磨损;光纤一般固定于套管外壁,这将给固井、完井工艺增加困难,特别是射孔工艺的施工难度明显提高,射孔作业需避开光纤以防光纤断裂受损,现在仍没有成熟的光纤避射技术。

二是在数据解释方面,DTS/DAS监测数据量大,对于这些数据的传输、保存及解释均有巨大挑战。目前基于监测数据反演解释压裂水平井产出剖面仍存在较多不足。

DTS/DAS已成为美国、加拿大等国外非常规油气储层压裂动态监测的重要技术手段且展现出很好的现场应用效果[38],国内已开展了DTS/DAS的研究和应用尝试,但目前仍处于零星先导性试验阶段[24]。Halliburton公司[39]于2006年在印度尼西亚某井首次应用DTS监测小型压裂作业,通过定性分析实时温度剖面变化得到了压裂裂缝扩展高度参数。松辽盆地长岭凹陷水平井段长818 m的某井应用DTS监测不同生产制度下的温差变化,得到各产层压裂后产能贡献率,该井是中国首口压裂井进行温度测试评估压后产量的井[40]。中国石化石油工程技术研究院于2016—2021年进行DTS攻关研究,研发了高分辨率分布式光纤温度传感器、耐高温高压双参量融合传感光缆等技术,最终形成了一套高分辨分布式光纤温度压力监测系统样机[24]。DAS监测较DTS监测发展较晚,Shell公司于2009年在加拿大某致密气井中首次应用DAS监测测井、射孔和压裂作业[41]。近年来,DTS+DAS联合监测正成为水平井分段压裂监测的新兴手段。Maersk公司于2014年在丹麦某油田首次应用DTS+DAS联合监测水平井压裂作业,证实联合监测温度和声波信号能更好地对各级裂缝情况进行压裂效果评估[42]。中国石油川庆钻探工程有限公司于2020年在长庆油田ZP1水平井应用连续油管内置光纤DAS+DTS联合监测水平井压裂后生产动态特征,明确了产层各段产气和出液情况,了解了产能贡献特征,为后期水平井压裂参数优化提供了科学依据[43]。从DTS/DAS现场应用来看,DTS+DAS联合监测具有较大发展前景,将成为分布式光纤监测技术的重点研究和现场应用对象。

2.2.2 光纤井下安装方式

依据分布式光纤在井下安装位置的差异,可将光纤安装方式划分:永久式安装和回收式安装,其特点如表2所示。此外,依据分布式光纤安装类型的差异,可将其划分为单头安装和双头安装[44],其示意图如图3所示。光纤两端均通过井口,绕U形接头返回至地面,即双头安装,该安装类型较单头安装难度大。双头安装类型在测量过程中,激光器可分别从两头发送脉冲激光至光纤内部,具有更好的分辨率和精确度,可自动对光损耗重新校准,更加适合水平井这种需要分析微小温度变化的油井。

表2 分布式光纤井下安装方式

图3 分布式光纤安装类型[44]

2.2.3 DTS/DAS数据解释方法

分布式光纤监测技术正逐步应用于水平井分段压裂效果评价中,但基于DTS/DAS数据的定量解释仍是难题,目前关于分布式光纤监测技术的数据定量解释主要集中在基于DTS数据分析。基于DTS监测数据反演解释压裂水平井产出剖面的相关研究尽管较早,但仍存在较多不足,如模型假设考虑因素与水平井压裂井下实际情况存在差异、反演目标参数维数较大导致计算耗时和反演效率低、现场应用的实用性较低等。

作为该研究领域的核心团队,罗红文等[45]基于Levenberg Marquart(L-M)算法建立一套DTS数据反演解释模型,提出反演目标参数的初始赋值方法,形成了一套基于DTS数据的低渗气藏水平井产出剖面解释方法,并通过反演解释1口模拟实例压裂水平井的DTS数据证实了此方法的可行性。但是该模型受限于缺乏现场实测DTS数据,其解释分析的准确性有待深入验证,为此,冯晓炜等[46]进一步研究基于DTS数据的低渗气藏水平井产出剖面解释方法,首先,对温度数据预处理,其次,基于能量守恒和质量守恒建立温度正演模型,最终,建立温度反演算法,并用此方法完成鄂尔多斯盆地5口水平井压裂段的DTS温度数据解释,解释结果误差较小,符合生产需求,为低渗气藏水平井分段压裂效果评价提供了技术支持。Li等[47]建立水驱油藏水平井温度模型为正演模型,基于MCMC(Markov chain Monte Carlo)算法建立反演模型,通过DTS数据反演得到水平井产液剖面。目前建立的反演模型主要基于L-M算法和MCMC算法,这2种方法不适合人工裂缝数量较多的情况,为此,罗红文等[48]以耦合的压裂水平井温度剖面预测模型作为正演模型,基于模拟退火(simulated annealing,SA)算法建立DTS数据反演模型,通过对反演流程优化,形成一套基于DTS水平井压裂产出剖面和裂缝参数定量解释方法,并用此方法完成川西地区低渗透气藏1口分段压裂水平井FH-01井的DTS数据反演,其产出剖面反演解释结果与测井实测值较吻合。此外,由于解释模型过于理想化假设,难以表征生产过程中的动态变化,李海涛等[49]、刘为明等[50]开展气藏压裂水平井温度剖面室内模拟实验,该实验装置填补了国内水平井温度剖面动态模拟实验方面的空白,为基于DTS数据的产出剖面定量解释奠定了实验基础。

2.3 示踪剂监测技术

产出剖面测井技术工艺复杂、成本高、适应范围窄,分布式光纤监测技术施工难度大、资料解释复杂、成本高、技术不成熟,示踪剂监测技术(safe environment-friendly chemical tracer test,SECTT)作为水平井分段压裂各段产能评价技术的重要手段,具备工艺简便、准确度高、适应范围广的优势。SECTT基本原理是指压裂施工阶段,筛选出的不同种类示踪剂分别伴随每段压裂液泵注至储层各压裂监测层段,随后生产阶段,在井口对产出流体定期取样并送至实验室进行化验,检测各层段示踪剂的种类及浓度并绘制各段示踪剂的产出曲线,依靠示踪剂解释方法进行分析,便可得到水平井分段压裂各层段的产能贡献率。SECTT应用于储层压裂效果评价,除了可实现水平井分段压裂产能评价以外,还可实现压裂裂缝评价,由于储层压裂后裂缝类型的差异将会显现不同特征的示踪剂产出曲线,常见单裂缝和复杂裂缝的示踪剂产出曲线如图4所示[51]。

图4 示踪剂返排曲线与裂缝类型的关系[51]

2.3.1 示踪剂筛选原则

完整SECTT步骤包括示踪剂优选、示踪剂用量计算及溶液配制、示踪剂随压裂液泵注各压裂层段、示踪剂井口取样、样品中示踪剂含量监测、示踪剂产出分析及解释。可以看出,示踪剂是整个SECTT的“血液”,示踪剂性能好坏直接决定各段产能监测的准确性。示踪剂筛选原则应从示踪剂物理与化学性质、储层流体与温压特征、施工经济与安全性等角度考虑,性能优异的示踪剂需具备以下条件。

(1)各示踪剂在储层流体中无本底浓度或本底浓度极低以便准确鉴定。

(2)各示踪剂具备较强酸碱适应能力,在pH1～14下均可稳定存在。

(3)各示踪剂在地层温度、压力下化学性质稳定,与储层流体及岩石配伍性好,同时在地层岩石表面无吸附或吸附量极小。

(4)因示踪剂随压裂液混合注入储层,要求示踪剂与压裂液配伍性好,对压裂液性能无影响。

(5)各示踪剂易识别,储层流体及岩石中不存在示踪剂的成分或含量极少。

(6)同时使用多种示踪剂时,各示踪剂间需无化学反应,取样分析无干扰。

(7)各示踪剂来源广、种类多、用量低、成本低,可满足水平井分段压裂段数规模。

(8)各示踪剂检测灵敏度高,分析方法简便,结果可靠。

(9)各示踪剂对储层及油气无污染,环保、安全无毒,满足HSE要求。

2.3.2 示踪剂类型划分

SECTT所用示踪剂可分为化学示踪剂、放射性同位素示踪剂、稳定性同位素示踪剂和微量物质示踪剂,表3给出了各类示踪剂特点及适用性。化学示踪剂是应用最早的示踪剂,尽管表现出众多缺陷,但由于种类多,当水平井分段压裂的段数较多时,仍然是备选对象。耿宇迪等[52]以有机化合物为材料合成12种新型化学示踪剂,该系列示踪剂具备与地层吸附量极低、与酸化液配伍性良好等特性,并对某致密油田WP460-14井定量监测9个压裂段的产油产水能力,有效解决了致密油气田水平井分段酸压改造产能监测的难题。金成志[53]通过物理化学方法研制16种YTJ系列化学示踪剂,该系列示踪剂具备化学成分和物质光度双重特征,并应用于所研究油田PP2井,该水平井压裂段数为10段,示踪剂分段追踪结果直观反映了各段压裂后的产出状态,其水平井各段早期、后期产能贡献率如图5所示,可看出该水平井压裂早期各段产能贡献程度不同,后期各段产能贡献程度趋于平稳。放射性同位素示踪剂是最成熟的示踪剂,但由于放射性造成环境和人员安全而受到限制,在现场应用较少。稳定性同位素示踪剂因种类少、检测手短复杂等不利于技术推广,在现场应用较少。微量物质示踪剂解决了前3种示踪剂的众多缺点,适用范围广,是目前示踪剂研究的热点。陈福利等[54]优选了12种稀土微量元素示踪剂,并对新疆吉木萨尔芦草沟组XX1井进行示踪剂检测,判断出水平井分级压裂改造后的产油大小和裂缝特征。此外,微量物质示踪剂在绥中36-1油田[55]、中国东部某油田平102井[56]也取得了良好的现场使用效果。

表3 各类示踪剂对比

图5 PP2井水平井各段早期、后期产能贡献率对比[53]

除了上述化学示踪剂、放射性同位素示踪剂、稳定性同位素示踪剂及微量物质示踪剂外,气示踪剂、量子点示踪剂也得到发展并在现场取得较好的应用效果。大多数关于示踪剂的研究集中产液特征的评价,对于产气特征的研究相对少。为评价大庆地区火山岩储层产气特征,邓大伟[57]按压裂段数优选24种气剂对该区W水平井24段的产气贡献情况进行了评价,得到了各段的产出贡献占比,此外,该系列气示踪剂评价的产气能力结果与测井解释成果基本吻合,进一步证实了气示踪剂在水平井多段压裂每段的产气贡献评价的准确性。Kosynkin等[58]研发了一种纳米颗粒A-Dots为载体的示踪剂,A-Dots颗粒成本很低,表现出极强稳定性,对环境无污染,是一种极具应用潜力的商用荧光示踪剂,该成果不仅丰富了示踪剂的种类,更为油藏纳米颗粒技术带来了新的发展方向。碳量子点是一种新型纳米碳材料,由分散的类球状碳颗粒组成,尺寸极小(小于10 nm)[59]。碳量子点示踪剂因具备特殊荧光属性、化学传感及生物成像等特性而受到关注,该技术将示踪剂通过量子点技术标记于聚合物中,聚合物可吸附在陶粒或石英砂等支撑剂表面形成聚合物涂层,如图6所示[60],当油、气、水与聚合物涂层接触后便可释放示踪剂,再通过对产出流体所含示踪剂分类、化验、解释,便可得到水平井分段压裂后各段产液情况。该技术具有费用低、使用范围广、施工风险低、可长期监测水平井分段压裂产液剖面等优势。国外利用碳量子点已研发60余种智能标记物。在中国安塞油田ZPX井[61]、俄罗斯秋明油田某水平井[62]等进行现场应用,可准确得到水平井分段压裂后各段产液、产油贡献率,为水平井分段压裂各段产能评价及压裂优化设计提供了新方法。

图6 含量子点示踪剂的支撑剂涂层[60]

2.3.3 示踪剂解释方法

早期SECTT解释方法只能定性获得生产井与注水井间的连通性及高渗透段所处位置。Abbaszadeh-Dehghani等[63]改进Brigham-Smith模型,提出示踪剂在流管中流动的解析解,并编写井间示踪剂产出曲线解释软件,从此示踪剂解释方法才真正由定性判断转为定量分析。目前,SECTT产出曲线采用半定量-定量化解释方法:解析法、数值法和半解析法。解析法解释精度较差,受实际矿场条件的影响。数值法以数值模拟为手段,其解释方法的合理性及精度受地质模型、差分处理、解法选取和步长大小等影响,解释结果可靠度存有争议。此外,该方法相对复杂,工作量大,对软件操作人员要求高。由于解析法中的浓度求解无任何截断误差、浓度的解总保持合理解范围内,数值法中的压力求解较稳定、数值可满足现场操作需要,通过流线方法将2种解释方法中的可靠性较高部分组合在一起便形成半解析法,该方法是一种较为合理、实用的解释模型,无辅助算法不稳定的问题,突破了解析法和数值法的瓶颈,是当前示踪剂解释的主流方法。张毅等[64]建立描述示踪剂运移规律的半解析法模型,考虑到示踪剂的弥散、吸附滞留及分配示踪剂滞后等因素,并运用所建立的半解析法对大港油田官104断块某井组试验区资料进行了解释,其解释结果基本与取心井资料解释结果一致。吕国胜等[65]介绍了一种改进后的解析法——时间飞行法,该方法克服解析法精度低的缺陷,具备效率高、操作简便的优势,并分别运用飞行时间法和半解析法对渤海某油田活化水驱B1井组SECTT结果进行了解释,两种解释方法所得结果基本吻合,但飞行时间法适用范围窄、获取参数相对较少,并以此提出了飞行时间法的适用范围,可作为半解析法的补充。

产出剖面测井、分布式光纤监测和示踪剂监测作为水平井分段压裂产能评价3大主体技术,表4给出了3种技术的优缺点及适应性。可以看出:产出剖面测井技术虽测试工艺及资料解释较另外2种技术较成熟,但测试精度低、安全性低,目前经济效益较差。分布式光纤监测技术虽具备高测试精度、可连续实时监测的优势,但成本高且目前监测数据解释又是一大难题。但示踪剂监测技术成本较低、适用范围广、具备较好的测试精度及一定的资料解释水平,将是未来水平井分段压裂产能评价技术的重要发展方向。

3 水平井分段压裂各段产能评价技术展望

基于上述水平井分段压裂产能评价技术进展,未来产出剖面测井技术、分布式光纤监测技术和示踪剂监测技术应着重从测试工艺和数据解释两方面难点展开攻关。

3.1 测试工艺

针对产出剖面测井技术,应进一步简化测试工艺,减小工程因素对测试精度的影响;井深结构复杂给测试仪器及仪器输送工具带来难题,应开展仪器小型化改造技术[66],减小起下作业时的摩擦阻力,提高测井仪器在井下的通过性,扩大测井仪器的适用范围;研发国内自主阵列测试仪器,同时测井仪器及仪器输送工具应具备耐高温耐高压性能以满足井下复杂环境。

针对分布式光纤监测技术,保证光纤完整性是该监测技术的重点,可采用射孔工艺,结合光纤空间分布定位,形成成熟的光纤避射技术以保障光纤的质量和完整性;当光纤置于套管外壁时,应提升套管的性能指标,可研发耐冲蚀、耐腐蚀等性能优异的套管以防套管损坏影响光纤的完整性;光纤的强度和适应性需进一步提高以应对复杂储层环境,延长使用寿命;对于DAS监测,应开展数据超高保真光纤DAS技术[67]以提高DAS的数据信号质量。

针对示踪剂监测技术,其首要解决问题即为示踪剂的合成与优选,性能优异的示踪剂也将为数据基础带来便利。新型碳量子点纳米示踪剂性能优异,是目前示踪剂的重要发展方向之一,应进一步加强该类示踪剂的研发和制备,形成安全环保、种类多、精度高、成本低、应用价值高的产品;应加强示踪剂投放方法、用量计算、扩散及流动机理、取样方法等研究。

3.2 数据解释

针对产出剖面测井技术,相比其他2种水平井分段压裂产能评价技术的数据解释较成熟,现已形成大量商业性测井解释软件,准确掌握水平井井筒油气水三相流的复杂分层流动特征进而提高数学模型的精度至关重要。

针对分布式光纤监测技术,DTS/DAS监测数据量大,这些数据需建立数学模型进行计算处理从而得到水平井压裂的生产状况,目前关于分布式光纤监测技术的数据定量解释主要集中在基于DTS数据分析,但仍有较大缺陷。解释模型的假设应进一步贴切于井下实际情况,反演效率应进一步提高以适应反演目标参数维数大的情况,现场实际应用的实用性亟待进一步提升,此外,也应注重室内物理动态模拟实验和计算机软件处理能力作为解释模型的辅助工具。

针对示踪剂监测技术,半解析法是目前示踪剂解释方法的发展方向,但对于裂缝性特低渗透油藏等特殊油气藏已不再适用[68],应进一步优化解释模型对于复杂油气藏的适用性;不同示踪剂类型的理论解释模型并不完全一致,应根据每种示踪剂特征完善相应的模型;示踪剂取样时间、周期长短对于浓度的检测均有较大影响,应将其考虑到资料解释中;示踪剂监测会得到动态化、复杂的数据资料,应利用综合性处理思想与计算机结合开展示踪剂的解释。

4 结论

分析水平井分段压裂产能评价存在问题,梳理水平井分段压裂产能评价技术进展,并以此提出相应的技术展望,主要得到以下结论。

(1)水平井分段压裂产能评价存在测试仪器输送困难和测试资料解释困难的问题。目前,水平井分段压裂产能评价技术主要有产出剖面测井技术、分布式光纤监测技术和示踪剂监测技术。

(2)产出剖面测井技术是应用较早且较成熟的水平井分段压裂各段产能评价测试,测井仪主要有FSI测井仪和MAPS测井仪,但测试仪器因井身结构和井况而受到限制,此外,动态产出剖面测试费用较高。

(3)分布式光纤监测技术是水平井分段压裂各段产能评价测试的较新技术手段,按其工作原理可分为DTS和DAS技术,最大优势在于可对水平井压裂动态连续监测,可实时掌握各段产能贡献率,可及时调整压裂参数设计,但数据解释仍是目前最大的难题。

(4)示踪剂监测技术作为水平井分段压裂各段产能评价测试的重要技术手段不断取得进展,现已形成化学示踪剂、放射性同位素示踪剂、稳定性同位素示踪剂和微量物质示踪剂4大类型,其最大优势在于无需仪器、适用性强、安全性高,选取合适的示踪剂可弥补产出剖面测井技术和分布式光纤监测技术的不足,但数据解释仍需进一步加强。

(5)3种水平井分段压裂各段产能评价技术在测试工艺和数据解释两方面仍具有较大的改进空间,应进一步研发每种监测技术配套的成本低、适应性强的测试工艺和精度高、实用性强的数据解释方法。