非均质致密油储层水平井体积压裂产能预测

史晓东

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318；2.中国石油大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆 163712)



非均质致密油储层水平井体积压裂产能预测

史晓东1，2

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318；2.中国石油大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆 163712)

针对致密油水平井体积压裂产能预测方法不成熟、常规计算方法误差较大的问题，运用裂缝离散单元的半解析方法，建立非均质致密油储层水平井体积压裂产能模型，通过对裂缝和基质内多层流动的耦合求解，得到水平井定压条件下产量的变化情况。研究方法适用于压裂后大液量返排的水平井产能预测。应用研究成果对目标致密油试验区20口水平井进行预测，符合率达86.4%。研究成果对于丰富致密油开发方案编制具有重要意义。

致密油；非均质；水平井；体积压裂；产能预测；大庆油田

0 引 言

松辽盆地北部致密油储量资源丰富，是大庆油田持续稳产的重要资源基础。针对储层厚度薄、孔喉致密、常规开发难度大的现状，利用水平井体积压裂的方式，增大井与油藏的接触面积并提高产量。体积压裂水平井产能评价是油藏工程和采油工程领域的重要内容，目前，中国学者[1-7]关于压裂井产能评价方法的研究主要分稳定渗流和不稳定渗流2种。稳定渗流主要从势函数理论和保角变换出发，但由于生产过程中储层压力不断发生变化，稳态产能计算结果与真实值相比会存在一定的偏差。不稳定渗流主要采用格林函数、纽曼乘积和拉普拉斯变换的方法[8-13]，得到定产量生产井底压力的变化情况。但以上研究无法求解定压条件下产量的变化规律，也不能描述储层非均质性和人工裂缝形态对产能的影响[14-21]。

在封闭边界拉普拉斯空间下的源函数解的基础上，结合裂缝离散单元的半解析解，将裂缝内流动处理为稳定渗流，耦合求解单油层向裂缝流动方程，不考虑层间纵向窜流，将多层流动叠加方程求解得到多层压裂水平井定压条件下产量的变化，形成了考虑储层非均质性及任意人工裂缝形态的致密油水平井体积压裂产能预测方法。

1 水平井沿程非均质渗流模型建立

1.1 水平井模型建立假设

将沿水平井筒方向的储层分为多段具有不同渗透率的非均质储层(图1)。储层外边界封闭，不同渗透率分区在分界面处压力和流量连续。为了便于研究，提出以下几点假设：①储层分区内为均质、各向同性地层；②裂缝在纵向上压穿整个储层；③流体流动为二维单相微可压缩非稳态渗流；④忽略重力的作用；⑤裂缝的导流能力不随时间改变。

图1 压裂水平井沿程非均质示意图

1.2 油藏流动模型

利用平行板理论和张量理论，将裂缝性油藏简化为各向异性的等效连续介质，模型中裂缝储层的等效渗透率等于无裂缝基质渗透率与裂缝系统的渗透率的张量之和，将裂缝网格和边界网格处理为四周封闭条件下拉普拉斯空间的点源函数积分解，将裂缝和分区边界进行网格离散(图2)，可以描述储层非均质程度对产能的影响，建立任意网格在特定压力条件下基质渗流的边界积分方程：

(1)

图2 网格离散示意图

1.3 人工裂缝内流动模型

人工压裂裂缝具有孔隙度小、导流能力强的特点，流体在裂缝中的流动可简化为稳定线性流动。对于裂缝的流动，因为人工裂缝缝面处油藏压力和人工裂缝压力相等，裂缝最远端为封闭边界，流入第1个网格流量定为0，建立不同人工裂缝单元单条裂缝左翼单元的压力与井底流压的关系，可以描述人工裂缝数量、长度及其与水平井的夹角水平井产能的影响，如下式：

(2)

(3)

2 致密油水平井分区产能模型耦合求解

假设储层由基质、压裂形成的主裂缝及次生裂缝组成，SRV区(体积压裂中人工裂缝对储层性储层的改造区域)中次生裂缝为双重介质(图3)。首先计算SRV外区基质内的流体流动方程，然后求解SRV区次生裂缝内流体流动方程，最后计算流体在主裂缝及水平井中的流动方程。

图3 模型基本假设以及求解顺序示意图

3 实例分析

以大庆油田致密油试验区储层实际物性参数为例(表1)，结合Matlab编程的手段对该模型求解并形成计算软件，预测不同水平井各自压裂规模下的初期稳定产量(表2)。

表1 致密油试验区物性参数

表2 致密油水平井产量预测计算结果

由表2可知，预测过程中，由于微地震监测存在误差、水平井压裂后返排工作制度差异，导致个别井计算误差较大(如L26-5、y1-5)，但整体预测精度较高，平均符合率达85.9%。应用文中方法对目标致密油试验区稳定生产时间较长的20口水平井进行预测，符合率达86.4%。

目前致密油现场试验中，水平井体积压裂返排方式主要有压裂后大液量返排、压裂后小液量控排和压后闷井控排3种。文中产能预测方法主要针对压裂后大液量返排的水平井，可以准确预测考虑致密油藏非均质程度和任意人工裂缝形态的水平井产能，目前已应用于大庆油田致密油开发现场试验研究；对于压后采用小液量控排和闷井控排返排方式的水平井，此方法适用性较差，还需要进一步改进方法、完善模型。

4 结 论

(1) 在封闭边界拉普拉斯空间下的源函数解的基础上，结合裂缝离散单元的半解析解，建立分区渗透率下压裂水平井产能计算模型，应用研究成果对目标致密油试验区20口水平井进行预测，符合率达86.4%。

(2) 通过耦合叠加求解人工裂缝以及基质的多层流动，得到体积压裂水平井定压条件下产量的变化，可以描述不同人工裂缝参数对水平井产能的影响。

(3) 文中产能预测方法主要针对压后大液量返排的水平井，对于压后采用小液量控排和闷井控排返排方式的水平井，此方法适用性较差。

[1] 朗兆新，张丽华，程林松.压裂水平井产能研究[J].石油大学学报，1994，18(2)：43-46.

[2] 杜保健，程林松，曹仁义，等.致密油藏体积压裂水平井开发效果[J].大庆石油地质与开发，2014，33(1)：96-101.

[3] 蒋廷学，单文文.垂直裂缝井稳态产能的计算[J].石油勘探与开发，2001，28(2)：61-63.

[4] 王锋，刘慧卿，吕广忠.低渗透油藏长缝压裂直井稳态产能预测模型[J].油气地质与采收率，2014，21(1)：84-86.

[5] 黄勇，李春兰，程林松，等.低渗透油藏垂直裂缝井产能评价新方法[J].油气地质与采收率，2010,17(1)：99-101.

[6] 刘雄，田昌炳，姜龙燕，等.致密油藏直井体积压裂稳态产能评价模型[J].东北石油大学学报，2014，38(1)：91-96.

[7] 范子菲，方宏长，牛新年.裂缝性油藏水平井稳态解产能公式研究[J].石油勘探与开发，1996，23(3)：52-63.

[8] 姜瑞忠，李林凯，彭元怀，等.基于低速非线性渗流新模型的垂直压裂井产能计算[J].油气地质与采收率，2013，20(1)：92-95.

[9] LI Longlong,WU Minglu,YAO Jun，et al.A new method to forecast the productivity of perforated horizontal well[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2014，21(2)：45-50.

[10] ZHOU Yazhou,YIND Aiyin, ZHANG Chengli.Preparation and plug optimization of profile control agent in ASP flooding[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2014，21(5)：73-76.[11] 刘想平，郭呈柱，蒋志祥，等.油层中渗流与水平井筒内流动的耦合模型[J].石油学报，1999，20(3)：82-87.

[12] 金成志.松辽盆地北部陆相非均质致密油整体勘探开发“2+3”模式[J].大庆石油地质与开发，2014，33(5)：9-15.

[13] 崔宝文，林铁锋，董万百，等.松辽盆地北部致密油水平井技术及勘探实践[J].大庆石油地质与开发，2014，33 (5)：16-22.

[14] WANG Huan,LIAO Xinwei,ZHAO Xiaoliang,et al.A study on productivity and flow regimes of segmented multi-cluster fractured horizontal well in ultra-low permeability reservoir-a case of Chang8 ultra-low permeability reservoir in Ordos Basin[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2014，21(6)：107-110.[15] 宋小川.适用于大庆油田的变异系数计算方法[J].大庆石油地质与开发，2014，33(2)：58-61.

[16] 赵井丰，于广文.利用直井—水平井联合开发薄差储层[J].大庆石油地质与开发，2014，33(2)：62-65.

[17] 欧阳传湘，左晨晓，马成.莫北油田低渗透油藏开发压裂方案设计[J].大庆石油地质与开发，2014，33(2)：88-91.

[18] LIU Xingjun, YANG Shuangding, XIE Gang,et al.The study of relationship between fracture characteristic and yield of Chang8 section in Heshui area, Ordos Basin[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2014，21(6)：57-60.

[19] 张乔良，姜瑞忠，姜平，等.油藏流场评价体系的建立及应用[J].大庆石油地质与开发，2014，33(3)：86-89.

[20] 李海涛，胡永全，任岚.确定分段多簇压裂最优裂缝间距新方法[J].大庆石油地质与开发，2014，33(3)：105-108.

[21] 李存荣，贺杨，翁定为.苏德尔特油田裂缝型油藏体积改造技术应用与分析[J].大庆石油地质与开发，2014，33(4)：96-100.

编辑 张耀星

20151222；改回日期：20160307

国家科技重大专项“松辽盆地致密油开发示范工程”(2016ZX05071)

史晓东(1983-)，男，工程师，2009年毕业于东北石油大学油气井工程专业，现为该校石油与天然气工程专业在读博士研究生，主要从事致密油开发方面的科研工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.021

TE348

A

1006-6535(2016)03-0090-04