任廣磊，陳 奎，楊文娟，李雪晴

（中國(guó)石化華北分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州450006）

1 前言

結(jié)合大牛地氣田大98井區(qū)的氣藏地質(zhì)特征、流體性質(zhì)，建立相應(yīng)的水平井?dāng)?shù)值模擬概念模型，開(kāi)展該井區(qū)水平井單井設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，制定合理的開(kāi)發(fā)政策，是致密低滲氣藏高效開(kāi)發(fā)中必須研究的關(guān)鍵問(wèn)題［1］。關(guān)于氣田水平井的單井設(shè)計(jì)優(yōu)化，公開(kāi)報(bào)道的文獻(xiàn)非常多［2－4］。本文同時(shí)兼顧了壓裂縫位置、壓裂縫排列方式、壓裂縫長(zhǎng)、壓裂縫間距等因素的影響，尤其是基于儲(chǔ)層滲透率，建立了水平井壓裂縫長(zhǎng)度、壓裂縫間距的定量地質(zhì)設(shè)計(jì)模型，這種定量地質(zhì)設(shè)計(jì)方法鮮有報(bào)道。針對(duì)大98井區(qū)多段壓裂水平井整體開(kāi)發(fā)部署，本文應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)，開(kāi)展大98井區(qū)多段壓裂水平井單井設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2 壓裂水平井單井設(shè)計(jì)優(yōu)化

不同井型有不同的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)和適用范圍，對(duì)于一個(gè)具體氣藏主要采用何種井型進(jìn)行開(kāi)發(fā)，需要從氣藏地質(zhì)特點(diǎn)和各種井型開(kāi)發(fā)效果對(duì)比分析綜合確定［5－7］。

2．1 水平段長(zhǎng)度優(yōu)化

建立不同水平段長(zhǎng)度水平井單井模型，計(jì)算氣井開(kāi)發(fā)指標(biāo)，并進(jìn)行模擬試井，從氣井無(wú)阻流量及累產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)方面分析優(yōu)化壓裂水平井水平段長(zhǎng)度。

計(jì)算結(jié)果表明，均質(zhì)模型條件下，水平段在600～2 000 m范圍內(nèi)，低滲氣藏多段壓裂水平井穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度、無(wú)阻流量隨著水平段長(zhǎng)的增加、壓裂段數(shù)的增多隨之增加，穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度、無(wú)阻流量與水平段長(zhǎng)基本呈線性關(guān)系（圖1（a）（b））。非均質(zhì)模型條件下，水平段在1 100～1 500 m 范圍內(nèi)，水平井產(chǎn)能與水平井段長(zhǎng)并不成正比，而是水平段鉆遇含氣砂體越長(zhǎng)，水平井產(chǎn)能越高、采出程度越高（圖1（c）（d））?？紤]實(shí)際氣藏砂體的連續(xù)性和分布規(guī)律以及鉆井工藝難度，建議水平段長(zhǎng)度控制在800～1 200 m。

2．2 水平段延伸方向優(yōu)化

一般認(rèn)為人工壓裂縫主要沿最大地應(yīng)力方向延伸，大牛地氣田最大主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|75°。為了研究大牛地氣田水平段延伸方向與最大主應(yīng)力夾角對(duì)壓裂水平氣井的影響，分別建立90°、80°、60°、45°、30°這五種情況下水平段延伸方向，對(duì)水平氣井進(jìn)行單井模擬。

計(jì)算結(jié)果表明，不同水平段延伸方向?qū)Τ跗跓o(wú)阻流量沒(méi)有明顯差異，人工壓裂縫方向?qū)饩a(chǎn)氣能力影響?。▓D2）。但是，隨著水平段延伸方向與最大主應(yīng)力夾角由90°轉(zhuǎn)到30°，氣井穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度由16．7%年降低到6．0%，采出程度降低了64．1%。因此，水平段延伸方向盡可能垂直于最大主應(yīng)力方向。

2．3 水平段垂向位置優(yōu)化

設(shè)置水平氣井在氣層中的偏心距分別為：0．4、0．2、0、－0．2、－0．4，計(jì)算其對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響。

計(jì)算結(jié)果表明，不同水平井偏心距穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度、模擬無(wú)阻流量沒(méi)有明顯差異，即水平段在氣層中的偏心距對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能及累產(chǎn)氣量沒(méi)有影響。但為了有利于水平段在儲(chǔ)層中穿行，建議水平井段盡量位于儲(chǔ)層中部。

圖1 不同模型條件下水平段長(zhǎng)度優(yōu)化對(duì)比

圖2 水平段延伸方向優(yōu)化對(duì)比

2．4 壓裂縫位置優(yōu)化

結(jié)合大98井區(qū)的實(shí)際地質(zhì)及滲流特征基本數(shù)據(jù)，建立所有壓裂縫均穿過(guò)含氣砂體和部分壓裂縫穿過(guò)含氣砂體的單井模型。計(jì)算結(jié)果表明，所有壓裂縫均穿過(guò)含氣砂體時(shí)的穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度、模擬無(wú)阻流量均高于部分壓裂縫穿過(guò)含氣砂體時(shí)的穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度、模擬無(wú)阻流量（圖3、圖4），建議壓裂縫應(yīng)盡量穿過(guò)含氣砂體。

2．5 壓裂縫半縫長(zhǎng)優(yōu)化

圖3 壓裂縫位置與穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度關(guān)系

圖4 壓裂縫位置與模擬無(wú)阻流量關(guān)系

建立不同滲透率和無(wú)因次半縫長(zhǎng)單井模型，計(jì)算不同裂縫半長(zhǎng)對(duì)氣井的影響。滲透率從（0．3、0．5、0．7、0．9）×10－3μm2到1．1×10－3μm2，無(wú)因次半縫長(zhǎng)（Xf／L）從0．05、0．1、0．15、0．2到0．25。

計(jì)算結(jié)果表明，滲透率一定時(shí)，半縫長(zhǎng)越長(zhǎng)，氣井無(wú)阻流量越大，并且成線性關(guān)系；對(duì)于穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度增加幅度由大變小。通過(guò)對(duì)不同無(wú)因次半縫長(zhǎng)采用交匯法可以得到最優(yōu)無(wú)因次半縫長(zhǎng)（表1）。對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行指數(shù)擬合，建立了不同滲透率條件下的最優(yōu)無(wú)因次半縫長(zhǎng)定量計(jì)算模型：

其中，k為氣層滲透率，10－3μm2。

大98井區(qū)氣層滲透率為（0．11～1．2）×10－3μm2，平均0．37×10－3μm2，計(jì)算得到氣層最優(yōu)半縫長(zhǎng)為176～111 m，平均半縫長(zhǎng)為158 m。

表1 不同物性條件下最優(yōu)無(wú)因次裂縫半長(zhǎng)結(jié)果

2．6 壓裂縫間距（壓裂段數(shù)）優(yōu)化

建立不同滲透率和不同壓裂縫間距單井模型，評(píng)價(jià)不同裂縫間距對(duì)氣井的影響。滲透率從（0．25、0．50、0．75）×10－3μm2到1．0×10－3μm2，壓裂縫間距從50 m、100 m、150 m、200 m、300 m 到400 m。計(jì)算結(jié)果表明，滲透率一定時(shí)，隨著壓裂縫間距變小，氣井模擬無(wú)阻流量和氣井穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度都增幅變緩。采用交匯法確定不同物性條件下壓裂縫間距，隨著物性由1×10－3μm2降低至0．25×10－3μm2，水平井最優(yōu)壓裂間距由200 m降至100 m。

根據(jù)不同物性條件下水平井最優(yōu)壓裂間距計(jì)算結(jié)果，綜合最優(yōu)化壓裂間距與模擬無(wú)阻流量、累計(jì)產(chǎn)氣量之間的關(guān)系（圖5），可以確定多段壓裂水平井最優(yōu)壓裂間距與氣層滲流能力之間的關(guān)系公式：n＝11．529e－0．75k，其中，n為最優(yōu)壓裂間距，m。

圖5 最優(yōu)壓裂縫間距與氣層滲透率回歸關(guān)系曲線

大98井區(qū)氣層滲透率為（0．11～1．2）×10－3μm2，平均0．37×10－3μm2，計(jì)算得到氣層最優(yōu)壓裂縫間距為94～213 m，平均裂縫間距為114 m。

2．7 壓裂縫形態(tài)優(yōu)化

在總壓裂縫長(zhǎng)一致的情況下，設(shè)計(jì)4種不同壓裂縫形態(tài)，分別模擬不同壓裂縫形態(tài)對(duì)氣井的影響，即U型模、等縫長(zhǎng)模型、V型模型、鋸齒型模型。

數(shù)值模擬結(jié)果表明，在總壓裂規(guī)模一致的條件下 ：鋸齒型壓裂縫分布無(wú)阻流量最高（圖6），等長(zhǎng)壓裂縫分布穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度最低（圖7）。由以上結(jié)果，綜合分析認(rèn)為人工壓裂縫鋸齒型分布最優(yōu)。

圖6 壓裂縫形態(tài)與模擬無(wú)阻流量關(guān)系

圖7 壓裂縫形態(tài)與穩(wěn)產(chǎn)期采出程度關(guān)系

3 結(jié)論

（1）水平段延伸方向盡可能垂直于最大主應(yīng)力方向，水平段盡量位于氣層中部。

（2）壓裂縫盡量穿過(guò)含氣砂體，大98井區(qū)最優(yōu)壓裂縫半縫長(zhǎng)為176～111 m，平均半縫長(zhǎng)為158 m；最優(yōu)壓裂縫間距為94～213 m，平均裂縫間距為114 m。壓裂縫采用鋸齒型分布最優(yōu)。

（3）基于儲(chǔ)層滲透率，建立了水平井壓裂縫長(zhǎng)度、壓裂縫間距的定量地質(zhì)設(shè)計(jì)模型。

［1］王衛(wèi)紅，劉傳喜，穆林，等．高含硫碳酸鹽巖氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)政策優(yōu)化［J］．石油與天然氣地質(zhì)，2011，32（2）：302－310．

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