致密油藏体积压裂水平井渗流特征与产能预测

李 宾

（辽河油田勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010）

致密油藏是一种储层孔隙度低、渗透率较小的油藏，原油流动能力相对较差。为了提高致密油藏的产能，体积压裂水平井成为一种有效的增产技术。致密油藏具有复杂的渗流机制，例如裂缝扩展、孔隙介质渗流、吸附解吸等，研究渗流特征可以帮助深入了解致密油藏中原油的流动规律，从而指导优化压裂设计和生产操作，可以评估体积压裂水平井的产能分布规律和有效作用半径，从而指导合理的井网布置方案，合理的井网布置可以最大限度地开发致密油藏的潜力，提高整体产能，有助于预测井的产能表现。通过建立模型和仿真分析，可以预测不同参数下的产能水平，评估生产经济性，为决策提供科学依据[1]。本研究主要是从流线模拟、压裂级数及渗流特征出发，对致密油藏体积压裂水平井渗流特征进行分析，从双重介质模型及参数敏感性等角度出发，对致密油藏体积压裂水平井产能预测问题进行研究，为推动我国致密油藏开发领域的发展奠定基础。

1 致密储层特征及缝网形成基本原理

1.1 致密储层地质特征

致密油藏的孔隙度通常较低，即储层中可存储原油的空隙空间较少，是由于岩石颗粒之间的紧密堆积和粒间胶结导致的。油藏的渗透率较小，即岩石中原油流动的能力较弱，是由于岩石孔隙连通性差、孔隙喉道狭窄，以及岩石微观结构的复杂性等因素所造成的。油藏中的孔隙度通常呈现非连通的分布特征，即孔隙之间缺乏有效的连通路径，导致原油在储层中流动困难，难以有效开发。储层孔隙度小、孔隙喉道细小，致密油藏中存在较高的毛细管压力，毛细管压力是原油在细小孔隙和细小喉道中流动所需克服的阻力，会进一步限制原油的流动性。油藏中存在一些具有较大孔隙度和渗透率的喉道区域，通常称为“甜点”，这些喉道区域是原油流动的主要通道，对储层的有效开发至关重要。油藏中常常存在多相渗流，即液体相和气体相同时存在于储层中的流动，多相渗流会影响原油的流动行为，包括相对渗透率、渗流阻力等[2]。由此可见，致密油藏的储层特征包括低孔隙度、小渗透率、高孔隙度非连通性、高毛细管压力、多孔喉道特征以及多相渗流特性，这些特征使得致密油藏的开发具有一定的技术挑战。

1.2 缝网形成原理分析

致密油藏的缝网形成涉及多个因素，主要包括岩石力学性质、地质构造和岩石裂缝生成机制等。在岩石力学性质方面，致密油藏的岩石通常具有较高的岩石强度和韧性，由于岩石的抗压性和抗剪切性较强，当地应力超过岩石的强度极限时，岩石会发生破裂，这种破裂可以形成裂缝，并在岩石中形成缝网。在地质构造方面，地质构造对致密油藏的缝网形成也有重要影响，构造活动会导致地层的应力分布发生变化，从而产生裂缝[3]。在岩石裂缝生成机制方面，在致密油藏中，岩石裂缝的生成主要涉及四种机制。①构造应力：地应力场的变化导致岩石发生应力积累，超过岩石的强度极限时，会形成构造性的裂缝；②压力释放：当油藏内部的压力释放时，岩石会发生弹性回缩和塑性变形，从而形成裂缝；③化学侵蚀：地下水中的溶解物质可以与岩石发生化学反应，溶解出岩石中的某些成分，导致岩石弱化并形成裂缝；④流体运移：地下流体的运移也可能引起裂缝的形成，流体的渗透和压力变化会导致岩石中的裂缝扩展和形成缝网[4]。

2 致密油藏体积压裂水平井渗流特征分析

2.1 流线模拟

在致密油藏体积压裂水平井技术的应用过程中，流线模拟的目的是评估井网布置和压裂设计的效果，预测原油的流动路径和产能分布。通过流线模拟，可以模拟原油在储层中的流动路径和传输过程，有助于评估不同井网布置方案对产能的影响，流线模拟可以揭示井之间的干扰程度、油藏的驱替效果及潜在的油藏死角，从而指导合理的井网布置和开发方案。通过流线模拟，可以确定原油在储层中的主要流动通道和高产能区域，有助于预测不同部位的产能水平，评估井的有效作用半径和增产潜力。流线模拟的结果可以为油藏开发提供合理的产能预测，帮助决策制定和资源配置。流线模拟可以帮助优化体积压裂水平井的设计，通过模拟不同的压裂参数和液体系统，可以评估裂缝的覆盖程度、裂缝的长度和宽度等参数对产能的影响，有助于确定最佳的压裂设计方案，提高压裂效果和产能。流线模拟可以帮助优化生产管理策略，通过模拟原油在井筒和管网中的流动路径，可以评估生产井之间的干扰程度和产能损失情况，有助于制定合理的生产调控措施，最大限度地提高整体产能和经济效益[5]。在致密油藏体积压裂水平井技术的应用过程中，流线模拟通常采用3种方法。

（1）数值模拟方法。数值模拟是最常用的流线模拟方法之一，该种方法基于流体力学原理和储层特征，使用计算机模拟原油在储层中的流动行为，常用的数值模拟软件包包括CMG、Eclipse 等。数值模拟方法可以考虑复杂的储层结构、多相流动和压裂效应等因素，提供详细的流动路径和产能分布信息。

（2）解析模型方法。解析模型方法是基于解析解的流线模拟方法，通过对流体流动的解析方程进行求解，得到原油的流线和产能分布，常用的解析模型方法包括解析解法、半解析解法等。解析模型方法具有计算速度快的优势，适用于简化的储层模型和较简单的流动情况。

（3）人工智能方法。近年来，人工智能方法在流线模拟中得到了广泛应用，通过机器学习和深度学习技术，可以利用大量的实验数据和模拟数据，建立预测模型来模拟原油的流动路径和产能分布。人工智能方法可以辅助传统的数值模拟和解析模型方法，提供更高效的预测和优化能力。?

2.2 压裂级数

压裂级数是指在体积压裂水平井技术中，压裂操作中使用的压裂阶段或次数。压裂级数的选择会对水平井生产产生影响，较高的压裂级数通常会导致更广泛的裂缝网络覆盖，通过增加压裂阶段或次数，可以在更多的区域内形成裂缝，增加储层的渗透性和有效流动路径，可以提高水平井的有效排采面积，增加产能。增加压裂级数可以促进裂缝之间的连接，多级压裂可以在不同的位置和方向上形成裂缝，这些裂缝可以相互连接，形成一个更连续的裂缝网络，裂缝的连接性可以提高储层的渗透性和有效流动能力。较高的压裂级数可以更好地实现压裂液的分布均匀性，在每个压裂阶段，压裂液会进入储层并形成裂缝，而压裂液的分布均匀性会影响裂缝的长度、宽度和连接性，通过增加压裂级数，可以更好地控制压裂液的分布，使得裂缝的发育更加均匀，较高的压裂级数会增加压裂操作的成本和工期，每个压裂阶段都需要投入一定的时间和资源，因此在确定压裂级数时，需要综合考虑投入与产出之间的经济性，经济效益评估包括预测产量增加、投资回收期、开采成本等因素。在开展压裂级数优选的过程中，首先对油藏进行资源评估和储量预测，了解油藏的特征、储量范围和分布，根据储层特征和油藏性质，确定压裂技术的一些关键参数；使用数值模拟软件或解析模型，对不同的压裂级数进行模拟和优化，通过模拟可以预测不同级数下的裂缝网络扩展、产能分布和油藏的受压裂程度；对模拟结果进行敏感性分析，评估不同参数对压裂效果和产能的影响，包括裂缝宽度、排量、压力和压裂液体组成等参数的变化；基于模拟结果和敏感性分析，进行经济评估，考虑开采成本、油价、产量和回收等因素，评估不同级数下的经济效益。综合考虑储层特征、模拟结果和经济评估，确定最佳的压裂级数方案，该方案可以平衡油藏的最大产能和经济可行性。

2.3 渗流特征

在初始流动阶段，致密油藏中的渗流规律主要由储层的低渗透性和岩石孔隙的毛细力效应主导。由于油藏的孔隙和裂缝非常小，原油的流动速度较慢，在这个阶段，储层渗透率较低，产能较小，而且由于原油黏度高、渗透率低等因素，产量会迅速下降。在压裂裂缝扩展阶段，通过体积压裂技术，原油在储层中形成了裂缝网络，从而增加了渗流通道，在这个阶段，渗流规律主要由压裂裂缝的扩展和连接性质决定，裂缝的长度、宽度和分布对渗流路径和产能分布产生重要影响，此阶段的产量可能有明显的增加。在压裂后持续生产阶段，渗流规律受到裂缝和储层非均质性的影响，裂缝的渗流导致较高的产能，但随着时间的推移，裂缝可能会发生闭合和堵塞，导致渗透率的下降和产量的衰减，此阶段需要采取适当的产能维持措施，如增施压裂、酸化处理或水平井的再压裂，以延长产能的维持期。在后期持续生产阶段，裂缝的有效渗流路径可能已经衰减，储层的产能下降明显，此时，需要考虑采取增施压裂、水平井的多段压裂、改进的注采方式或增施增产技术等措施，以提高产能和延长油藏的经济寿命。

3 致密油藏体积压裂水平井产能预测研究

3.1 双重介质模型状况

在致密油藏体积压裂水平井的产能预测中，双重介质模型是一种常用的模拟方法，用于描述储层中的两种不同渗流介质：裂缝介质和母质介质。该模型考虑了裂缝与母质之间的相互作用，以更准确地预测产能。①裂缝介质，裂缝是在体积压裂过程中形成的高渗透路径，可以直接提供油藏中的流动通道，裂缝介质主要描述裂缝的渗流特性，包括裂缝的长度、宽度、连通性，以及裂缝内的流体流动行为，裂缝介质通常被建模为一维线性裂缝系统或二维平面裂缝网格；②母质介质，母质是指裂缝之外的低渗透储层，由岩石孔隙和裂缝之间的非裂缝区域组成，母质介质主要描述母质中的渗流特性，包括孔隙度、渗透率和渗流行为，母质介质通常被建模为三维连续介质。在双重介质模型中，裂缝介质和母质介质之间通过传质、传导或扩散等机制进行流体的交换，通常情况下裂缝介质具有较高的渗透性和可渗透性，流体可以快速通过裂缝传导，而母质介质具有较低的渗透性和可渗透性，流体在其中通过扩散或其他机制进行慢速渗流。双重介质模型可以通过数学方程和数值模拟方法进行求解，模型参数需要根据实际数据和实验结果进行确定，包括裂缝属性、母质属性及流体属性等，利用该模型可以进行产能预测、压裂设计和优化。

在使用该种模型的过程中，首先需要收集和整理致密油藏的地质和工程数据，包括地质描述、岩石性质、裂缝特征、压裂液参数、油藏压力、产能数据等。对数据进行分析，以了解油藏的特征和潜在的产能影响因素，根据数据和实际情况，建立双重介质模型，将储层划分为裂缝介质和母质介质，确定模型的几何形状、尺寸和边界条件，选择合适的模型求解方法，如有限差分法、有限元法或解析解法等。对模型中的参数进行估计和校准，这些参数包括裂缝介质和母质介质的渗透率、孔隙度和裂缝属性等，可以使用实验数据、岩心分析、产能测试或历史产量数据等来确定这些参数，利用双重介质模型进行数值求解，模拟油藏的渗流行为和产能分布，根据模型的求解结果，预测水平井的产能。可以考虑不同的开发方案、压裂参数和裂缝网络布局对产能的影响，根据产能预测结果进行评估，并进行产能优化。分析不同参数和策略对产能的影响，优化压裂设计、裂缝网络布局和开发方案，以提高产能和经济效益。将产能预测结果与实际生产数据进行对比和验证，评估模型的准确性和可靠性，根据实际情况对模型进行调整和改进，以提高预测的准确性。

3.2 参数敏感性分析

在致密油藏体积压裂水平井产能预测中，进行参数敏感性分析是一种重要的方法，可以帮助评估不同参数对产能预测结果的影响程度。在开展参数敏感性分析的过程中，首先需要确定对产能预测具有重要影响的关键参数，为每个参数设定合理的变化范围，选择一个基准模型，即具有某些默认参数值的模型，用于比较和参考，这可以是根据实际数据和经验设定的一个典型模型，或者是之前已经验证过的模型。对每个参数进行变化，并根据设定的范围进行模拟，每个参数的变化可以是逐一变化，也可以进行多参数组合的变化。分析模拟结果，评估不同参数对产能预测的影响，可以比较不同参数值下的产能差异，确定哪些参数对产能具有重要影响，哪些参数对产能影响较小。根据敏感性分析的结果，得出结论并进行优化，确定对产能影响最大的参数，优先考虑对这些参数进行精确测量或优化调整，以提高产能预测的准确性。

4 结束语

渗流特征分析及产能预测研究对于致密油藏体积压裂水平井技术的应用十分关键，在开展渗流特征分析的过程中，需要对流线模拟方法及压裂级数进行合理的优选，可以引入双重介质模型开展产能预测工作，以保障渗流特征分析和产能预测可以高质量完成。