致密油藏水平井重复压裂 多级选井方法研究

陶 亮，郭建春，李凌铎，李 慧，贺 娜

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500； 2.西南石油大学，四川 成都 610500；3.中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

近年来，中国各大油气田借鉴国外体积改造成功经验，开展了对致密油气藏的探索与现场试验，取得良好的增产效果[1-5]。但由于地质和工程等多种因素认识不清，导致初次压裂改造不充分和水力裂缝失效，产量递减快，稳产期短，严重影响开发效果[6-10]。为了恢复这类生产井的产能，重复压裂技术是主要的增产措施[11-14]。选井是重复压裂技术取得成功的关键，国内外学者在重复压裂选井方面进行了大量的研究，主要有经验方法与数学方法。经验方法是基于矿场统计资料的研究方法，主要依靠生产动态数据和产量递减曲线分析选井的要求，这类方法具有一定的主观性、盲目性和风险性[15-16]。随后研究学者提出了模糊评判和人工神经网络等方法应用于重复压裂选井，增产效果得到大幅度提高[17-19]。灰色关联法可以综合考虑多个影响因素并对其定量化描述，在压裂井增产改造中得到广泛的应用[20-25]，但鲜有在水平井重复压裂选井中应用，同时致密油藏水平井体积压裂具有不同于常规压裂的储层物性、初次完井、生产动态等参数，且各参数关系复杂，在不同层次上对压裂效果同时作用，造成重复压裂选井十分困难。针对松辽盆地致密油藏试验区体积压裂水平井，建立多层次评价模型，利用理想重复压裂井对候选井重复压裂增产潜力优先级别排序和等级划分，可以快速对重复压裂井优选，对高效开发致密油藏具有重要意义。

1 油藏概况

松辽盆地致密油储层孔隙度为7.9%～15.8%，平均为11.5%，渗透率为0.10×10-3～10.50×10-3μm2，平均为1.25×10-3μm2，原油饱和度为46.2%，原油黏度为8.05 mPa·s，油藏埋深为1 780 m，初始地层压力为19.2 MPa，地层温度为92.5 ℃。储层物性和含油性较差，自然产能低，采用水平井大规模体积压裂技术开发，初期开发效果较好，平均日产油量达到26.8 t/d。但由于储层物性差、初次压裂水力裂缝失效、储层改造不充分等原因，目前日产油量降至3.2 t/d，开发效果变差。重复压裂技术是目前该区块提高产量的重要手段，急需开展重复压裂选井工作，提高开发效果。

2 多层次评价模型建立

2.1 多层次评价指标

将系统工程理论的层次分析法[26]运用于重复压裂选井，建立衡量压裂效果指标及评价体系，综合反映压裂效果的影响因素。其中，目标层为体积压裂水平井，决策层为储层物性参数、初次完井参数、生产动态参数，指标层为影响压裂后效果的因素集(图1)。

图1 重复压裂效果影响因素多层次评价体系

2.2 改进的灰色关联分析法

灰色关联分析法[27]是灰色理论中的重要内容，通过寻求系统中各因素的主次关系，确定影响各项评价指标的关键因素，在储层评价和油田增产改造方面广泛应用。引入灰色关联分析方法计算多层次评价体系中影响水平井体积压裂效果关键因素的权重系数，并对其排序，明确影响水平井体积压裂效果的主控因素，其表达式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

3 多级模糊选井方法

3.1 模糊聚类方法原理

通过选取影响体积压裂效果的关键因素，建立最具有重复压裂潜力的理想重复压裂井，求取候选井与理想重复压裂井的相对欧氏距离di。其值越小，表明和理想重复压裂井相似程度越高，越具有重复压裂潜力。对候选井聚类和等级划分，形成聚类图(图2)。

图2 候选井与理想重复压裂井聚类图

3.2 理想重复压裂井建立

理想重复压裂井即为最具有重复压裂潜力的井，其参数取值由各候选井储层物性参数、 初次完井参数、生产动态参数分布范围确定，与压裂效果成正相关参数取最大值，负相关参数取最小值，其中，初次完井参数中单簇砂量和单簇压裂液量取最小值，表明初次改造不充分，没有有效的沟通储层，重复压裂后更能获得高产量。根据候选井参数建立模糊等价矩阵，对模糊等价矩阵标准化，计算各候选井与理想压裂井的相对欧氏距离 ，计算表达式如下：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

4 现场应用

4.1 水平井体积压裂效果影响因素评价

选取目标区块16口体积压裂水平井，利用多层次评价模型，利用表达式(1)—(4)计算压裂效果影响因素权重系数(表1)。由表1可知，含油砂岩长度权重系数最大，对压裂效果影响最大，其次为压裂簇数和压裂段数。由二级权重系数可知，初次完井参数权重系数最大，对压裂效果影响最大，即储层改造体积为主控因素。由此可知，对于致密油藏，在储层物质基础一定的情况下，储层改造体积对产能影响最大，在不产生缝间干扰的前提下，尽可能提高布缝密度，可提高致密油藏水平井体积压裂效果。

表1 多层次影响因素权重系数

4.2 多次层评价模型验证

根据储层物性评价指标，计算综合评价因子。图3为压裂井所在储层分类，由综合评价因子分布范围，采取拐点法将储层分为Ⅰ(0.40

图3 压裂井所在储层分类图

4.3 水平井重复压裂多级选井

根据表1评价结果，选取影响压裂效果关键因素，确定最有重复压裂潜力的理想重复压裂井参数取值(表2)，利用式(5)—(9)计算各候选井与理想对研究区6口一级候选井开展了重复压裂设计与现场施工。明确影响水平井重复压裂效果主控因素，对原设计进行缩小裂缝间距，提高单簇压裂液量、单簇砂量处理，从而提高储层压裂改造体积。重复压裂后，初期日产油量平均为16.5 t/d，稳产期增加，开发效果大幅度提高。

表2 理想重复压裂井参数

重复压裂井的相对欧氏距离，并对其排序(图4)。由图4可知，候选井P10与理想重复压裂井相对距离最小，最具有重复压裂潜力，并将候选井分为3个等级，重复压裂潜力依次为一级、二级、三级，每级中的候选井重复压裂效果相近。

图4 候选井重复压裂潜力等级划分

5 结 论

(1) 综合考虑多种影响因素，将多层次评价与多级模糊聚类相结合，提出了理想重复压裂井的概念，对重复压裂潜力评价和等级划分，可以快速对重复压裂井优选，是一种值得推广的重复压裂选井新方法。

(2) 水平井含油砂岩长度为影响致密油藏体积压裂效果的主控因素，权重系数最大，其次为压裂簇数和压裂段数；在储层物质基础一定的情况下，储层改造体积对产能影响最大，在重复压裂设计过程中应重点考虑。根据综合评价因子，利用拐点法确立储层分类阈值，评价结果符合实际生产情况，准确度和可信度高。

(3) 应用多级选井方法对研究区块水平井重复压裂潜力优先级别进行排序和等级划分，级别越小越具有重复压裂潜力，同等级压裂效果相近，现场应用效果良好，大幅度提高了重复压裂选井的效率和准确性。