页岩气压裂水平井组布井参数研究

郭小哲,张子明,孔祥明,刘学锋,张文昌

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院,北京102249; 2.中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院,辽宁盘锦124000; 3.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津300452)

页岩气压裂水平井组布井参数研究

郭小哲1,张子明2,孔祥明1,刘学锋3,张文昌2

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院,北京102249; 2.中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院,辽宁盘锦124000; 3.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津300452)

为定量评价布井参数对页岩气储层井组生产的影响程度,应用页岩气储层特殊渗流理论,运用Eclipse数值模拟软件建立压裂水平井组双重介质概念模型,进行了布井方式、裂缝连通程度、等井间距、总井间距固定下的不等井间距、等水平段长度、总水平段长度固定下的不等水平段长度等6个方面的数值模拟研究,分析了影响水平井组生产效果的关键因素。结果表明,井间距是第一关键因素,水平段长度是第二关键因素,井间距扩大到500m,水平段长度设置为1200m以上,间隔交错布井方式生产效果最佳;井间裂缝重叠区域较大时增产效果明显;在总井间距固定时布置不等井间距井网,适当增大最大井间距可提高开发效果;总水平段长度固定时布置不等水平段长度井网,且水平段外侧长中间短的井组生产效果较好。研究成果为页岩气储层压裂水平井网部署提供了参考。

页岩气;水平井;井组;布井;压裂;数值模拟

随着页岩气储层单井体积压裂技术及渗流机理的逐渐完善,针对井组的“工厂化”压裂与生产也迅速发展起来。页岩气藏规模化高效开发离不开井组的优化部署,在考虑单井压裂与渗流机理的基础上,研究井间距、水平段长度、裂缝区域等对井组整体生产效果的影响具有重要实用价值。

目前国内外针对页岩气藏开发的研究多集中在单井的渗流机理及生产规律方面[1-16],涉及体积缝网、扩散、滑脱、应力敏感及产能影响因素等。在井网开发方面,同步压裂或“工厂化”压裂施工及设计的相关文献[17-21]较多,但关于井组的部署参数对生产的影响研究较少;Syed[22]针对注CO2开发页岩气进行了井间距的对比研究, F.Lalehrokh[23]对适用井距进行了优化,刘国良等[24]对水平井长度和排距组合方案进行了优选。就目前文献调研来看,各因素影响程度的综合定量对比还没有相关报道。因此,本文应用Eclipse软件对某页岩气储层部署了4口压裂水平井,研究不同井网模式对生产的影响,优选合理方案。

1 水平井组模型建立

根据页岩气藏地质特征及流体性质,采用E-clipse软件的双重介质模型进行数值模拟研究。地质模型中储层长宽均为3600m,纵向上等分3小层,总厚度为36m,平面采用不等距网格,x方向网格大小为20～100m,y方向网格大小为1～100m,网格总数为144×116×6=100224个,储层深度为2400m(图1)。模型主要地质参数及压裂参数见表1。在模型上布署4口水平井,分别研究不同布井方式、不同井间裂缝连通程度、不同井间距和不同水平段长度对生产的影响。

表1 模型基本参数表Table 1 Basic parameters of model

2 不同布井方式

若水平井长度一样,平行布井、交错布井及不同交错方式布井都会对生产有影响。为定量对比其对日产气量的影响,设计了如图2所示的5种布井方式。并对这5种布井方式进行数值模拟分析,得到不同生产年份的日产气量对比(图3)。

图3中纵坐标是以方案5为基准的日产气量倍数,由图中可看出:①方案1的间隔交错布井方式产气量要明显优于其他方案,其次为方案3的两端交错和方案4的逐次交错,平行布井效果最差,分析其原因为交错井网渗流区域整体大于平行井网,而间隔布井的渗流区域又大于其他井网;②交错布井生产效果约在第2年达到峰值,随后逐年降低,这是因为初产时采出气来源于裂缝系统,随着生产的延续及储层压降的深层传播,由于储层基质渗透率极低,中后期产量逐渐降低。

3 不同井间裂缝连通程度

水平井体积压裂时,压裂缝网区域越大,产量越高,而水平井组由于多井的影响,裂缝延伸长度和缝网区域大小会有差别,压裂后井间裂缝可能会产生沟通,甚至重叠。当井间距固定时,对井间裂缝是否连通或重叠进行数值模拟分析,5个方案分别为井间裂缝不连通、井间裂缝连通和井间裂缝重叠40m、80m、120m,对比其产量(图4)。

图4 纵坐标是以裂缝不连通为基准的日产气量倍数,由图中可看出:①生产初期由于产水和井间干扰双重影响,裂缝连通及低于40m重叠时日产气量较低,生产2年后,裂缝连通及重叠的效果得以显现,到第10年产气量达到最高,以后则小幅度下降;②裂缝连通及低于40m重叠的产量基本一致,主要原因是相对于近井渗流区域而言,远井渗流区域的影响已经很小,若其物性变化不大则对生产的影响难以体现。随着裂缝重叠区域加大,对增产的影响也逐渐增大,并且这一优势可保持到生产末期。因此,若从整体压裂或同步压裂考虑,井间裂缝重叠区域大更能提高产量。

4 不同井间距

井组中各井间距越小,储量控制程度越好,但储量可动用总面积相对减小;井间距越大,渗流区域越大,但井间的储量难以有效开采。为研究不同井间距对页岩气储层开采的影响,从等井间距和不等井间距两方面进行分析。

4.1 等井间距

各井间距相等,平行布井,设计6种方案,井间距分别为200m、300m、400m、500m、600m和700m,日产气量对比如图5所示。

以方案1为标准,由图5可知:①井间距越大,单井的渗流区域越大,产气量也相应越大,而且该特点能保持到开发后期;②整体趋势而言,开发前期井间距的影响程度逐渐增大,到第5年时达到最高,随后逐渐下降,这与页岩气井后期持续长时间低产有关;③生产初期,井间距越大产量越高,但井间距超过500m后增长幅度减小,随着生产的进行,大井距产量增长幅度逐渐变大,到第10年达到最大,后期井间距对增产倍数的影响逐渐降低,不同井间距的相对增长基本相等。

4.2 不等井间距

保持总井间距相等,井组中井间距各不相等,设计了5种方案如表2所示,并与400m等井间距(方案6)的产量进行对比(图6)。

表2 不同井间距方案表Table 2 The schemes for different well spacings单位:m

以方案6为标准,从图6可以看出:①总井间距不变的情况下,生产前期不等井间距对产量有明显影响,第2年时影响最大,第10年后不等井间距的影响基本消失;②相对等井间距而言,前期不等井间距都能提高生产效果,且井间距最大值越大效果越好。

5 不同水平段长度

水平井的水平段越长,单井控制储量越大,渗流区域也越大,但受水平段有限导流、钻完井工艺及成本的影响,水平段越长生产难度越大。为研究水平段长度对页岩气藏开采的影响,分别设计了水平井水平段等长度与不等长度两套方案。

5.1 水平井水平段等长度

每口井水平段长度相等,分别为600m、800m、1000m、1200m、1400m、1600m、1800m,产量对比如图7所示。

以方案1的600m水平段长度为标准,由图7可知:①随着水平段长度增加,产气量逐渐增大,近似呈线性关系,这是因为水平井长度越长,储层控制面积越大,气体流动区域越大,越有利于气体产出;②水平段长度对生产前期产量的影响要大于中后期,由初期时的较强影响转变为中后期的稳定影响;③虽然水平段越长产气效果越好,但考虑到长度增加使施工的成本和开采难度也在增加,应根据投入产出优选水平段长度。

5.2 水平井水平段不等长度

为了对比不同水平段长度对页岩气开采的影响,设计了6种方案(表3),方案中平均水平段长度都为1200m,并与1200m等水平段长度(方案6)的产量进行对比(图8)。

表3 水平段不等长度方案表Table 3 The scheme for different horizontal section lengths单位:m

以1200m等水平段长度为标准,从图8可看出:①相对于1200m等水平段长度而言,不等水平段长度方案前10年均产生了增产效果,第2～5年影响最为明显;10年后效果逐渐变低,且两端短中间长的方案1甚至出现生产效果变差的情况;②第1年和第2年的生产初期,水平段顺序依次增加的方案5效果最好,其次为两端长中间短的方案2;到第5年后,方案5的效果大幅变差,相比而言方案2保持较好水平;③整体生产特征说明,位于外侧的井水平段变长对产量影响明显,能增大控制面积,提高产气量,同时在总水平段长度不变的情况下,初期产量与最长水平段长度成正比关系,但到后期此关系不明显;因此,若采用不等水平段长度布井时应尽量考虑水平段外长内短或长短间隔井网,不可采用两端短中间长的井网。

6 各因素影响综合对比

综合对比各因素对整体生产的影响程度,如图9所示。

由图9可以看出:①等井间距对产量影响最大,与基准井距相比,最大日产气量相对值可接近3,布井时选取适当大的井间距是保证开发效果的关键,根据分析500m井间距效果较好;②等水平段长度对产量的影响仅次于等井间距,尤其是生产初期,最大相对值可达到2以上,生产5年后其最大相对值仍可达到1.5以上;③布井方式、裂缝重叠、保持总井距不变的不等井间距、保持总水平段不变的不等水平段长度4种因素影响较低;④综合各因素分析,建议布井时关键考虑井间距和水平段长度,其次可设计固定井距下不等井间距、固定总水平段长度下的不等水平段长度、体积压裂的裂缝网络较多重叠及间隔交错布井方式,以充分提高压裂水平井组的生产效果。

7 结 论

(1)布井的第一关键因素是井间距,应达到500m;第二关键因素是水平段长度,应达到1200m以上。

(2)水平井布井方式以间隔交错为最佳。

(3)井间裂缝连通及较少部分重叠对生产影响不大,只有当裂缝重叠区域较大(超过40m)时增产效果才明显,若井间距较大时可不考虑井间是否连通,井距较小时可适当扩大单井缝网半长以增大重叠区域。

(4)在总井间距固定时可选择布置不等井间距井网,适当增大最大井间距可提高开发效果。

(5)在总水平段长度固定时可选择布置不等水平段长度井网,水平段外侧长中间短的井组生产效果较好。

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Research on the Well Group Spacing Parameters for Fracturing Shale Gas Horizontal Wells

Guo Xiaozhe1,Zhang Ziming2,Kong Xiangming1,Liu Xuefeng3,Zhang Wenchang2
(1.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China; 2.Drilling and Production Technology Research Institute,Petrochina Liaohe Oilfield Conpang,Panjin, Liaoning 124000,China;3.CNOOC EnerTech-Drilling＆amp;Production Co.,Tianjin 300452,China)

In order to quantitatively evaluate the influence degree of well spacing parameters on the shale gas production of horizontal well groups,a dual-media conceptual model has been established based on the special percolation theory of shale gas reservoir by means of Eclipse numerical simulation software.The six aspects have been studied by numerical simulations,including well pattern mode,fracture connectivity,equal well spacing,unequal well spacing under certain total spacing,equal horizontal section length,unequal horizontal section length under certain total horizontal section length,and analyzed the key factors affecting the production efficiency of horizontal well groups.The results showed that well spacing was the first key factor,the horizontal section length was secondary factor.When the well spacing is increased to 500m and the horizontal section length is more than 1200m,the production effect is the best in the way of spaced and staggerse arrangement of wells.When the fracture overlapping area is increased,the effect of increasing production is obvious.If total well spacing is certain,and the well patterns that possess unequal well spacing and properly increase the max well spacing, the development effect will be improved.In case the total horizontal section length is certain,and the well patterns possess unequal horizontal section lengths,as well as the outside well has the longest length of horizontal section,or mid well hasthe shortest horizontal section,the production effect of well group will be better.The research results can provide a reference for the arrangement of horizontal well pattern in fracturing the shale gas reservoir.

Shale gas;Horizontal well;Well group;Well spacing;Fracturing;Numerical simulation

TE348

:A

中国石油大学(北京)科研

“页岩气藏压裂水平井气水两相渗流机理研究”(2462015YQ0215)。

郭小哲(1975年生),男,博士,副教授,现从事油气渗流理论与应用的科研与教学工作。邮箱: mbahgg@163.com。