压裂水平井裂缝布局研究

陈辉，孙秀芝，吕广忠 （中石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东 东营257015）

随着勘探技术的进步，胜利油田低渗油藏储量在探明储量中所占比例逐年增大，已成为新增探明储量的主要增长点和产能建设的重要阵地。然而新增低渗透储量品质逐年变差，常规开发难度也越来越大。对于低丰度特低渗透油藏来说，传统的直井衰竭式开采，产量递减快，采收率低，经济效益差。与直井相比，水平井开发具有产量高、投资回收快、可以改善开发效果等优点，特别在实现薄层、低品位油藏的经济有效开发上具有优势。对于特低渗透油藏来说，存在孔隙结构复杂、渗流阻力大及储层连通性差等特点，利用常规直井难以达到理想的生产效果，水平井压裂作为开发低渗透油藏的主要技术手段［1］，可以极大地提高低渗透油藏的采出程度。裂缝作为油气流动的主要通道，其各项参数在提高低渗透油藏采出程度方面起着至关重要的作用，因此有必要就压裂裂缝对水平井开发效果的影响做进一步研究。

1 裂缝参数研究

对于特定油藏来说，在确定水平段层位及水平井方向后，裂缝参数是影响产能和生产效果的重要因素［2～4］。因此有必要对压裂水平井裂缝参数 （表1）进行优化，主要包括：裂缝条数、裂缝间距模式、裂缝长度布局模式和裂缝与井筒夹角等。

表1 裂缝参数对比变量

表2 不同裂缝条数对应的初始产量

1．1 裂缝条数

针对某一特定区块，裂缝条数是影响产能和生产效果的重要参数［5］。在水平井长度一定的情况下，应该存在相对合理的裂缝条数［6］，利用数值模拟首先对不同裂缝条数的初始产量进行对比（表2），可以看出，压裂裂缝条数越多，初产越高。那么是否裂缝条数越多，开发状况越好？

将产量进行无因次化 （无因次产量 ＝N条裂缝的水平井产量／无裂缝水平井产量），并对不同裂缝条数下的采收率提高幅度进行对比，得出裂缝条数对采收率的影响对比图（图1）。相对于特定水平井来说，水平井长度一定，即储量控制程度一定，结合裂缝条数对应的最终采收率的贡献量，可确定合理的裂缝条数。在裂缝较少时，裂缝条数的增加对提高采收率的作用明显；当增加到一定裂缝条数时，新增裂缝的贡献率明显降低。而对于该油藏而言，合理裂缝条数在5～7条之间，此时无因次产量已无明显提高，采收率提高幅度明显下降。

图1 裂缝条数对采收率的影响对比图

1．2 裂缝间距模式

裂缝间距模式共分为3类：外密内疏模式、等间距模式和外疏内密模式（图2）。

图2 裂缝间距模式

图3 不同裂缝间距模式对应的含油饱和度图

图4 不同裂缝间距模式采收率对比图

从不同裂缝间距模式对应的含油饱和度图（图3）可以看出，由于裂缝间距的稀疏不等会使裂缝间产生干扰，对后期水平井的波及范围有不同程度的影响。通过不同裂缝间距模式采收率对比图（图4）可以得出，等间距的裂缝排列效果是最优的。究其原因，裂缝的不等间距分布使得裂缝密集段初期采油速度过快，地层能量枯竭过快。而等间距模式在合理裂缝间距的条件下可以最大程度地使得波及范围达到极限泄油半径的距离，提高最终采收率。

1．3 裂缝长度布局模式

裂缝长度布局模式共分为3类：U型模式、均匀模式和反U型模式（图5）。

为避免水平井波及范围对最终采收率造成影响，使每种布局模式的6条裂缝总长度相同。从不同裂缝长度布局模式对应的含油饱和度图（图6）可以看出，水平井波及范围几近相同，但最终采收率有所差别（图7）。产生这种差别的原因是不同位置的裂缝对水平井总采油量的贡献不同。

图5 裂缝长度布局模式

图6 不同裂缝长度布局模式对应的含油饱和度图

考虑不同位置裂缝对总采油量的贡献不同，就不同位置裂缝对采油量的贡献值（图8、表3）进行对比。由于端点裂缝波及范围大于中间裂缝波及范围，水平井端点裂缝到中间裂缝对采油量贡献比是逐渐降低的。因此，对于压裂水平井应适当加大水平井两端的压裂规模，有意形成U型的缝长分布，以进一步提高水平井增产效果。

图7 不同裂缝长度布局模式对应的采收率对比

图8 概念模型裂缝代码示意图

1．4 裂缝与井筒夹角

研究考虑缝长小于、等于、大于裂缝间距时，在不同裂缝与井筒夹角（30、45、60°）的情况下，相对于裂缝垂直于井筒情况下采收率下降幅度的影响。图9为缝长大于裂缝间距时，4种不同裂缝与井筒夹角的含油饱和度变化示意图。

通过裂缝与井筒非正交情况下采收率下降幅度对比图（图10）分析研究表明，裂缝夹角越小导致裂缝间的干扰越严重，采收率下降幅度越大。当缝长小于等于裂缝间距时，裂缝与井筒夹角对采收率的影响较小，采收率下降幅度在7%以内。随着缝长的增大，裂缝与井筒夹角对采收率的影响越来越大，尤其是当缝长大于裂缝间距时，影响程度尤为明显。总的来说，裂缝与井筒夹角大于50°的情况下，采收率下降幅度不大，在5%以内。当缝长小于等于裂缝间距时，裂缝与井筒夹角对采收率的影响程度不大，且非常接近。因此，若裂缝较长时，应尽可能使得裂缝与井筒正交，以降低其对最终采收率的影响。

表3 不同位置裂缝贡献对比表

图9 不同裂缝与井筒夹角（缝长大于裂缝间距）及其对应的含油饱和度变化示意图

图10 裂缝与井筒非正交情况下采收率下降幅度对比图

2 结论与认识

通过以上研究，得出压裂水平井裂缝布局优化原则：

1）裂缝条数 对于水平段长一定的水平井，存在最佳裂缝条数，即最佳裂缝间距。

2）裂缝均匀间距 若间距不均匀，随生产时间的增长，裂缝密集处裂缝间的干扰作用逐步加强，后期将更为明显，导致局部地层压力下降过快，影响开发效果。

3）缝长U型分布 不同位置裂缝对水平井总采油量贡献不同，水平井端点裂缝对总采油量贡献最大，因此应尽可能增大水平井两端缝长，有意形成缝长U型分布，以提高水平井开发效果。

4）裂缝与井筒正交布局 裂缝与井筒正交时效果最好，夹角大于50°时，采收率下降幅度小于5%。当缝长小于等于裂缝间距时，裂缝与井筒夹角对生产效果影响较小。

［1］冷风，曾明 ．复杂断块深层低渗油藏中裂缝的研究及应用［J］．西部探矿工程，2004，16（8）：80～81．

［2］张学文，方宏长，裘怿楠，等 ．低渗透率油藏压裂水平井产能影响因素［J］．石油学报，1999，20（4）：51～55．

［3］魏明臻，王鸿勋，张士诚 ．水平裂缝参数优化技术研究［J］．断块油气田，1998，6（3）：36～39．

［4］姜晶，李春兰，杨敏 ．低渗透油藏压裂水平井裂缝优化研究［J］．石油钻采工艺，2008，30（4）：50～52．

［5］单娴，姚军 ．压裂水平井生产效果影响因素分析［J］．油气田地面工程，2011，30（2）：74～76．

［6］高海红，程林松，曲占庆 ．压裂水平井裂缝参数优化研究［J］．西安石油大学学报（自然科学版），2006，21（2）：29～32．