斜交裂缝对水平井产量影响模拟方法探讨

鄢雪梅，王欣，谢正凯，王永辉，李永平，段瑶瑶

（1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；2.中国石油集团科技管理部，北京 100007）

斜交裂缝对水平井产量影响模拟方法探讨

鄢雪梅1，王欣1，谢正凯2，王永辉1，李永平1，段瑶瑶1

（1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；2.中国石油集团科技管理部，北京 100007）

为了探讨水平井筒方向对分段压裂产量的影响，文中采用数值模拟方法，在系统划分网格的基础上，运用Eclipse软件中的近井模型（NWM），建立起包含水平井筒和斜交裂缝的数值模拟模型，通过定义水平井筒与最小水平主应力不同夹角相对于0°时的减产率来表征斜交裂缝对压后产量的影响。结果表明：随着地层渗透率的增加，井筒方向对压裂产量影响程度减小；地层渗透率大于0.005×10-3μm2，当水平井筒与最小水平主应力夹角小于30°时，减产率小于3%。该研究成果为水平井钻井方向的选择提供了理论依据。

水平井；分段压裂；近井模型；斜交裂缝；减产率

0 引言

目前，水平井和分段压裂技术已成为低渗油气藏开发的主体技术。为了最大限度地提高单井产量，要求所钻井筒与最小水平主应力方向一致，以期压裂时形成多条横切裂缝，但最小水平主应力方向的井壁稳定性最差，导致钻井事故频发，影响了钻井速度和井筒质量，因此急需找到井筒方向和压后产量的平衡点。对于水平井压后产量的计算已有一系列的研究[1-17]，但无论是解析方法还是数值方法，都只能模拟横切裂缝和纵向裂缝时的产量，而对于与水平井筒呈一定夹角裂缝，即斜交裂缝下的产量计算未见报道。2006年，徐严波等应用复位势理论和势叠加原理等基本渗流理论，建立了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能计算新模型，该模型可以模拟裂缝与水平井筒成任意角度时的产量，但由于该模型为解析方法，仅针对单相流体进行计算，只能反映拟稳态时的产能特征。

本文采用数值模拟方法，在系统划分网格的基础上，运用Eclipse软件中的近井模型（NWM），建立了包含水平井筒和斜交裂缝的数值模拟模型，通过定义水平井筒与最小水平主应力成不同夹角相对于0°时的减产率来表征斜交裂缝对产量的影响。

1 模型建立

1.1 全局模型

模拟压裂斜交裂缝对水平井产量的影响，最重要也是最困难的是网格的处理方式，因为划分的网格需要同时考虑裂缝位置、裂缝长度、裂缝角度和裂缝与井筒的连接。以往，建立数值模拟模型时局限于沿着井筒方向和垂直井筒方向建立块中心网格，使得后期无法正确放置多条斜交裂缝。本文建立的模型主轴分别为最小水平主应力和最大水平主应力方向，即垂直于裂缝方向和沿着裂缝方向，使得后续对裂缝和井筒的处理都相对简单。

根据单井控制面积、水平井筒与最小水平主应力夹角、油田实际压裂段数、裂缝长度，建立物理模型（见图1）。根据对称原则，只需划分右半边的网格。划分x轴方向的网格时，需要考虑每条裂缝与井筒连接点在x方向的分量、井筒端部E点在x方向的分量、单井控制区域边界点B在x方向的分量，同时，对于每条裂缝所处x方向，采用局部网格加密和“等效导流”的方法进行描述。划分y轴方向的网格时，需要充分考虑每条裂缝的长度、井筒端部C点在y方向的分量、单井控制区域边界点A在y方向的分量。

图1 井筒与最小水平主应力斜交模拟物理模型

1.2 有效模型

全局模型建立之后，需要通过设置红色框所示的边界来建立单井控制的有效模型。本文运用了Eclipse软件中的近井模型NWM。

NWM模型主要是为了方便数模研究人员将某一口特殊井从全区地质模型中抽取出来，进行针对性的研究。利用NWM模型从全局模型中划分局部模型的功能，首先，根据全局模型中所对应的单井控制区域的4个边界点（如图1所示的A，B，C，D）所在的网格位置，划分出如图2a红色框所示的局部模型，这对应于图1红色框所示的单井控制区域；其次，将边界条件设置为非流动边界，使得除单井控制区域以外的全局模型部分不参与流动，如图2b所示；再次，运用NWM对水平井筒进行连接，如图2c所示。这样就建立起了包含水平井筒和斜交裂缝的有效数值模拟模型。

图2 单井控制有效模型的建立

2 实例应用

2.1 模型的建立

以某砂岩气藏为例，建立水平井筒与最小水平主应力成5种不同夹角α（0°，30°，45°，60°，90°）的模型（见图3）。主要模拟参数:水平井筒长度1 000m，区域面积2 000m×1 000m，人工裂缝5条，人工裂缝半长150m，人工裂缝导流能力30×10-3μm2·cm。

2.2 模拟结果及分析

为了解不同渗透率情况下水平井筒方向对压后产量的影响，模拟过程中地层渗透率取值（0.005，0.010，0.100，0.300）×10-3μm2，基本覆盖了该区块渗透率的范围。同时定义减产率:

式中:q为水平井筒与最小水平主应力成α夹角下的累计产量，104m3；q0为α=0°时的累计产量，104m3。

图3 水平井筒与最小水平主应力不同夹角模型

从模拟结果可以看出（见图4）:对于所取4种渗透率的致密地层，当α=0°时，压裂形成横切裂缝时的产量最高；α=90°时，压裂形成纵向裂缝时的产量最低。随着水平井筒与最小水平主应力夹角的增大，减产率增大；渗透率越低，减产率越大。如:α为90°情况下，渗透率为0.300×10-3μm2时，减产率仅为2.41%，而渗透率为0.005×10-3μm2时，减产率达到19.29%；当α小于30°时，减产率小于3.00%，渗透率为0.005×10-3μm2时的减产率也只有2.80%，因此，钻井研究者可以根据地层实际渗透率和该研究结果合理选择钻井方向。

图4 不同渗透率下斜交裂缝减产率

3 结论

1）建立水平井筒与最小水平主应力成不同夹角时，压裂斜交裂缝对产量影响的数值模拟方法。

2）对于低渗气藏，横切裂缝下的产量最大。

3）随着地层渗透率的增加，水平井筒方向对压后产量影响程度减小。地层渗透率大于0.005×10-3μm2，水平井筒与最小水平主应力夹角小于30°时，减产率小于3.00%。

4）所建模型适用于致密砂岩水平井分段压裂形成双翼对称裂缝，而对于页岩水平井压裂形成复杂网格裂缝时斜交裂缝对产量的影响还有待进一步研究。

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（编辑 朱丽）

Prelim inary simulationmethod of hydraulic heterotropic fractures on production of horizontalwell

Yan Xuemei1,W ang Xin1,Xie Zhengkai2,Wang Yonghui1,Li Yongping1,Duan Yaoyao1

(1.Langfang Branch,Research Institu te of Petroleum Exp loration&Developm ent,PetroCh ina,Langfang 065007,China;2.Science and Technology M anagement Department,CNPC,Beijing 100007,China)

In order to investigate the influence of horizontal well direction on the production aftermulti-stage fracturing,based on the systematical gridding,thispaper uses reservoir simulationmethod and the NWMmodel in Eclipse to build the simulationmodel containing the horizontalwell and heterotropic fractures,which is the key to simulation of heterotropic fractures.In addition,we define the production reduction rate to indicate the influence ofhorizontalwelldirection on the production after fracturing.Results indicate that the influence of horizontal well direction on production reduces as the formation permeability increases;when the formation permeability ishigher than 0.005md and the intersection angle between the horizontalwelland theminimalhorizontal insitu stressof the formation issmaller than 30°,the production reduction rate is less than 3%.Thisstudy can provide theoreticalbasis for the drilling direction design ofhorizontalwell.

horizontalwell;staged fracturing;NWM;heterotropic fracture;production reduction rate

国家科技重大专项“低渗、特低渗透油气田经济开发关键技术（二期）”（2011ZX05013）；中石油股份公司重大专项“体积压裂设计、实时监测及改造后评估技术研究”（2012FCGYLGZ001）

TE357

A

2013-06-15；改回日期：2013-09-12。

鄢雪梅，女，1982年生，工程师，2005年毕业于西南石油大学石油工程专业，主要从事储层改造方面的工作。E-mail: yanxuemei69@petrochina.com.cn。

鄢雪梅，王欣，谢正凯，等.斜交裂缝对水平井产量影响模拟方法探讨[J].断块油气田，2013，20（6）:788-790.

Yan Xuemei，Wang Xin，Xie Zhengkai，et al.Preliminary simulation method of hydraulic heterotropic fractures on production of horizontal well[J].Fault-Block Oil&Gas Field，2013，20（6）:788-790.

10.6056/dkyqt201306027