塔里木油田库车山前裂缝性砂岩改造后地层系数变化规律分析

刘洪涛，杨向同，周鹏遥，巴旦

(中石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆 库尔勒 841000)

张志雄

(中石油塔里木油田分公司库车油气开发部,新疆 库尔勒 841000)



塔里木油田库车山前裂缝性砂岩改造后地层系数变化规律分析

刘洪涛，杨向同，周鹏遥，巴旦

(中石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆 库尔勒 841000)

张志雄

(中石油塔里木油田分公司库车油气开发部,新疆 库尔勒 841000)

塔里木盆地库车山前气井储层为低孔裂缝性碎屑岩地层，储层基质渗透性较差，渗流能力较弱，未经措施改造的油气井通常难以获得工业产能，大部分井都需要进行措施改造作业。另外，即使经过措施改造的井，由于裂缝性储层的复杂性，导致同区域措施改造后的井产量差别很大，甚至存在个别井措施改造不到位或措施改造过度的情况，使得部分井达不到配产要求或直接经济成本的增加。通过对已有的措施改造前、措施改造后的地层系数进行分析，结合措施改造液量、地层天然裂缝与地应力的夹角等因素，建立措施改造规模与地层系数的函数。该方法可为措施改造后产能预测提供重要参数，通过对实际生产井的预测，证实了该计算公式的有效性，为油气井措施改造设计提供重要的参考依据。

裂缝性砂岩；产能；地层系数；措施改造液量

1 问题的提出

塔里木油田库车山前裂缝性储层地质情况复杂，压力高，温度高，基质渗透率0.1～1.0mD,孔隙度 6%～9%。储层天然裂缝比较发育,属于低孔隙裂缝性地层[1]，多数井需要进行措施改造方可获得工业产能，措施改造风险大，成本高，改造后产能变化大，准确把握改造规模与产量间的关系对保障工程安全及提高经济效益有重要意义。针对塔里木油田库车山前裂缝性复杂地层产量变化大、措施改造决策困难的情况，通过对已有资料的地质统计分析，利用试井技术对措施改造前后的地层系数进行分析，综合裂缝发育程度、测井解释成果、裂缝与地应力的夹角等认识，建立措施改造规模与地层系数关系，为改造设计提供重要的参考依据。

2 改造后产能影响因素分析

根据渗流原理[2,3]，地层产能与地层渗透性、地层厚度、生产压差、流体黏度、地层污染情况紧密相关。渗透率、产层厚度、生产压差、黏度、污染系数直接影响产能，井眼半径以对数形式影响产能。在确定地层压力、流体黏度、井径、污染等情况后，地层系数KH(K为渗透率，H为产层厚度)对产能起着重要影响。

前期研究成果[4，5](表1)显示，基质孔隙度在8.34%以下的地层裂缝对系统总渗透率的贡献率从79.8%到100.0%，其平均值为96.4%。已有的资料表明，在库车山前低孔隙致密地层中，地层的生产能力取决于裂缝规模及裂缝导流能力，基质产能很低。

2.1 裂缝密度与产能关系

图1是裂缝密度与产能关系统计分析图，可以看到产量出现了某种趋势性的分布，随着裂缝密度增加，产量增加，说明裂缝密度与产能存在较大的相关性。

表1 裂缝对总系统渗透率贡献率统计表

2.2 裂缝走向和最大主应力夹角与改造后产能关系

根据地质力学理论，裂缝走向和最大主应力夹角对改造效果也起影响作用，裂缝走向与最大主应力夹角小的裂缝，易于保持张开[6]。图2为统计获得的库车山前裂缝走向和最大主应力夹角及改造后无阻流量的关系，由于该数据并不能直接对产量造成影响，无法建立相关关系，从趋势上看，裂缝走向和最大主应力夹角与改造后无阻流量的关系呈反比。

图1 裂缝密度与产能关系统计分析图 图2 裂缝走向和最大主应力夹角及改造后无阻流量的关系

2.3 原始地层系数(KH)与改造后产能关系

图3是措施改造前原始地层系数与改造后产能关系图，可以看到数据显示出一定的相关性，相关系数为0.3003。由于裂缝性地层渗流能力取决于裂缝发育程度，因此该数据与裂缝密度密切相关；但地层系数不单取决于裂缝密度，还与裂缝宽度相关。根据裂缝渗流理论，完全开放、无堵塞裂缝渗透率计算公式[7]为：

(1)

式中： Kf为裂缝渗透率，D；Wf为裂缝宽度，cm。

从式(1)可以看出，缝宽对渗透率的影响巨大，如果将裂缝内的填充看作是缝宽的函数，则可以认为裂缝条数和缝宽两项参数决定了裂缝地层渗流能力的大小。

2.4 地层φH与改造后产能的关系

采用数据统计学方法，将孔隙度φ与地层厚度H的乘积和改造后地层无阻流量建立关系图，结果见图4。从图4上可以看到两者没有明显的相关性，各项相关分析均无法建立或建立后呈负相关，因此显示两者并无密切关联。

图3 措施改造前原始地层系数与改造后产能关系图 图4 孔隙度*地层厚度与改造后产能相关分析图

图5 措施改造量与改造后最大产量相关分析图

图6 措施改造后地层系数相关分析图

2.5 措施改造量与最大产量统计分析

图5是措施改造量与求产过程的最大产量统计图。由图5可以看出，产量并不绝对随措施改造量的增加而增加，B区块措施改造量高于其他区块，但产量低于其他区块。图5显示，在措施改造量接近的情况下，最大产量出现了区域性分布的趋势，显示产量分布与地层自身固有的性质的关联。A井区明显高于其他井区。B井区明显低于其他井区，产能的大小有工程原因，但工程是有限制的，无法无限扩大。在一定的工程条件下，对产能起决定性因素的是地层自身固有的渗流能力。因此在地层压力、厚度、流体黏度已知的条件下，主要影响因素就是地层渗流能力。

3 措施改造前、后地层系数KH统计曲线及数学关系式的建立

前期研究显示，措施改造后地层系数与原始地层系数、措施改造量、裂缝走向与最大主应力夹角密切相关。原始地层系数、措施改造量与改造后地层渗流能力呈增函数关系，裂缝走向、最大主应力夹角与改造后地层渗流能力呈减函数关系[8]。

笔者建立了措施改造后地层系数相关分析图，结果见图6。图6中以措施改造前地层系数KH与措施改造量V的乘积和最大主应力方向与裂缝夹角b的比值为横坐标，以措施改造后地层系数KH为纵坐标，进行统计分析。数据分布显示为2个区域，对2个区域数据进行回归，得到了区域不同数据措施改造后地层系数的预测公式。经过大量研究分析发现，措施改造前地层系数KH在300mD·m以上者，适用图6中上部分析公式：y=1.133x0.0728；措施改造前地层系数KH在300mD·m以下者，适用图6中下部统计公式y=5×10-5x0.7530。

改造后地层系数计算公式：将回归图中的X值以原始地层系数(KH)原始、措施液量(V)、裂缝走向与最大主应力夹角(b)代入得到不同条件下改造后地层系数(KH)改造后的变化规律：

当原始地层系数KH>300mD·m时：

(KH)改造后=1.133×[(KH)原始V/sin(b)]0.0728

当原始地层系数KH≤300mD·m时：

(KH)改造后=5×10-5[(KH)原始V/sin(b)]0.7530

4 应用效果

确定措施改造后地层系数后，将地层压力、气体黏度、井眼半径、井底流动压力、常见的污染和紊流系数等地质和工程参数输入试井分析软件，选择地质模型，根据渗流理论可对该层改造后的产能进行预测[2,8]，表2是采用该方法对部分井的产能进行预测与实际生产情况进行的对比情况。

表2 XX区块各井产能预测与实际产量对比表

结果显示相对高产层的产量预测基本与实际产量接近，相对低产层能较好地在定性的范围内准确预测产能，进一步证明措施改造后地层系数预测公式能够建立措施改造规模与地层系数关系，为改造设计提供重要的参考依据。

5 结论

裂缝地层试井分析以地层系数(KH)作为确定地层渗流能力及相关研究的参数是保持裂缝性地层渗流能力分析准确性的关键环节，笔者通过统计分析方法获得了改造前后地层系数变化与改造液量、地层最大主应力方向与裂缝走向夹角的关系，并采用该关系获得的改造后地层系数(KH)对部分井进行了改造后产能预测，预测产量与实际生产产量接近，显示该公式较准确预测了不同改造条件下改造后的地层渗流能力，为改造设计提供了重要参考数据。

[1]田东江，牛新年，郜国喜，等.库车山前大北地区裂缝性气藏储层改造评价研究[J].油气井测试，2012，10(5)：21～23.

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[3]葛家理.油气层渗流力学[M]. 北京：石油工业出版社，1982.

[4]张福祥，王新海，李元斌，等.库车山前裂缝性砂岩气层裂缝对地层渗透率的贡献率[J]. 石油天然气学报(江汉石油学院学报), 2011，33(6)：149～152.

[5]吴永平，朱自谦，肖香姣，等.迪那2气田古近系储层裂缝特征及分布评价[J]. 天然气地球科学, 2011，22(6)：989～995.

[6]刘向君，罗平亚.岩石力学与石油工程[M].北京：石油工业出版社，2004.

[7]D.佳布，E.C唐纳森，等. 油层物理 [M]. 第2版.沈平平，等译.北京：石油工业出版社，2007.

[8]庄惠农．气藏动态描述与试井[M]．北京：石油工业出版社,2004.

[编辑] 黄鹂

2016-06-16

刘洪涛(1983-), 男,工程师，现从事试油技术研究及试油工程管理，liuhongtao-tlm@petrochina.com.cn。

TE344

A

1673-1409(2016)32-0060-04

[引著格式]刘洪涛，杨向同，周鹏遥，等.塔里木油田库车山前裂缝性砂岩改造后地层系数变化规律分析[J].长江大学学报(自科版),2016,13(32):60～63.