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水平井分级分簇压裂后的产能预测方法_杨帆.pdf
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1、准噶尔盆地某区块水平井储层致密,非均质性强,采用分级分簇进行大规模体积压裂后投产产量差异大,产能影响因素的不明确使水平井产能评价成为难点。结合开发现状,按照地质与工程一体化的思路分析水平井产能的影响因素,明确优质甜点钻遇率,储层地质参数中的可动油孔隙度、岩石脆性、闭合应力以及压裂施工参数中的液量、加砂量、排量对产能影响较大。基于直井试油井资料,优选可动油孔隙度和岩石脆性构建储层品质指数对水平井段进行分段分级评价,考虑不同级别储层对产能的贡献以及闭合应力对压裂裂缝的影响,分别对储层地质参数及压裂施工参数进行归一化。在此基础上,采用多元线性回归的方法建立了水平井产能预测模型,模型参数易于获取,操作
2、简单。经5口井的实际应用验证,预测产量与实际年产量平均相对误差为11.4%,证明该模型能够满足生产需要。关键词:测井解释;产能预测;水平井;压裂;影响因素;储层品质中图分类号:P631.84 文献标识码:ADoi:10.16489/j.issn.1004-1338.2023.02.008A Method of Productivity Prediction for Multi-Fractured Horizontal WellYANG Fan1,GAO Yanwu1,SHAO Guanghui1,LIU Jieli2,XU Rui2,ZHOU Jufeng2(1.Geological Rese
3、arch Institute,China National Logging Corporation,Xian,Shaanxi 710077,China;2.Xinjiang Branch,China National Logging Corporation,Karamay,Xinjiang 834000,China)Abstract:The reservoir of horizontal wells in a block of Junggar basin is tight and highly heterogeneous.After large-scale volume fracturing
4、by classification and clustering,there is a large difference in production.The factors affecting production capacity are not clear,which makes it difficult to evaluate the production capacity of horizontal wells.Combined with the development status,the influencing factors of horizontal well producti
5、vity are analyzed according to the idea of integration of geology and engineering.And it is clear that the high-quality sweet spot penetration rate,movable oil porosity,rock brittleness,closure stress in reservoir geological parameters and fluid volume,sand addition volume and discharge volume in fr
6、acturing construction parameters have a great impact on productivity.Based on the vertical well test data,the movable oil porosity and rock brittleness are optimized to build a reservoir quality index to conduct staged evaluation of horizontal well sections.Considering the contribution of different
7、levels of reservoirs to productivity and the impact of closure stress on fracturing fractures,the geological parameters of the reservoir and fracturing operation parameters are normalized respectively.On this basis,the productivity prediction model of horizontal wells is established by using the met
8、hod of multiple linear regression.The parameters of the productivity prediction model are easy to obtain and operate.The actual application of 5 wells has verified that the average relative error between the predicted output and the actual annual output is 11.4%,which proves the model meets the need
9、s of the production.Keywords:log interpretation;productivity prediction;horizontal well;fracture;influencing factor;reservoir quality基金项目:中国石油集团测井有限公司十大科技项目“测井油藏与地质研究”课题“重点勘探领域测井解释评价核心技术攻关”(CNLC2022-08B02)第一作者:杨帆,男,1986 年生,工程师,从事复杂岩性储层的测井评价研究工作。E-mail:杨帆,等:水平井分级分簇压裂后的产能预测方法第47卷 第2期177 0 引 言储层压裂改造是致密
10、油藏开发中的重要环节,压裂后单井的产能预测关系到油田勘探部署和开发方案的调整优化,一直是石油工作者的研究热点1。随着钻井和开发等技术的进步,越来越多的油田采用长井段的水平井和分级分簇的大规模体积压裂方式来提升致密油藏的开发效果。同时,在储层压裂后的产能预测方面也开展了大量的研究工作。目前测井行业常用的预测方法有2种:基于产能主控因素分析法2-5,优选可以表征储层品质和工程品质的参数,通过与单井油气产量构建关系,达到预测产能的目的;基于流体在基质和裂缝中的渗流机理6-8,通过公式推导建立产能预测模型,比如Joshi模型、郎兆新模型等。前者操作流程简便,侧重于分析测井参数与产能的关系,对压裂施工的
11、因素考虑较少;后者已有较多成熟的模型可借鉴,但实际应用时,往往会出现目标地层不完全满足某一模型的适用条件,或者一些模型参数多且数值难以确定的问题。准噶尔盆地某开发区块储层岩性复杂,覆压孔隙度为6%16%,覆压渗透率小于0.1 mD*,呈中、低孔隙度、特低渗透率特征,经过不断的探索和实践,确定了水平井密切割、高强度体积压裂的技术措施,促进了水平井的高效开发和规模建产。但随着开发阶段的深入,出现了水平井产能差异大,部分加密井产能不达标的现象,利用传统的产能预测方法无法全面表征单井产能的变化,制约了全区的开发进程。因此,针对已投产水平井单井产量的差异,按照地质与工程结合的思路优选水平井产能主控因素并
12、展开分析,明确了储层地质参数及压裂施工参数对产能的影响,在参数归一化的基础上,建立了地质因素和压裂施工因素融合的水平井年产能预测方法。1 水平井产能影响因素水平井开发是一项复杂而庞大的工程,涉及到地层资源条件、储层特性、钻完井方式、储层改造以及采油工艺等诸多环节,水平井产能受多种因素的共同影响,中国多个油田水平井的开发实践均证实了这一点5,9-11。研究区块甜点段集中,水平井开发小层相对固定,且具有一套成熟的工业化开发流程,使水平井的许多地质、施工参数相差不大,在此背景下,*非法定计量单位,1 mD=9.87 104 m2,下同通过生产经验结合灰色关联法12综合确定了影响水平井产能的主控因素。
13、1.1 优质甜点钻遇率水平井设计时会选择最优质的甜点层段作为靶层,优质甜点钻遇率是影响水平井产能的首要因素。在水平井长度一定的情况下,钻遇到的优质甜点比例越高,单井的控藏面积就越大,为体积压裂提供的物质基础就越丰富。同时,地层层理和泥岩隔层会影响压裂裂缝的延伸和扩展13,如果水平井的井身轨迹都在优质甜点中,更容易形成复杂缝网,有利于原油的移动,从而提高水平井的产量。研究区水平井的水平段设计长度基本固定,钻遇优质甜点的比例与年累积产量与有较好的正相关性(见图1)。因此,水平井钻井时应精细地质导向,保障井身轨迹在优质甜点中穿行。00.51.01.5y=0.009 8x-0.022 8R2=0.54
14、4 20255075100年累计产油量/104 t优质甜点钻遇率/%图1 水平井优质甜点钻遇率与年累积产油量的关系1.2 储层地质参数研究区储层的储集空间主要为溶蚀孔(粒内溶孔和粒间溶孔),原生剩余粒间孔和晶间孔次之,见少量的微裂缝,构造裂缝不发育,孔喉呈微纳米级特征。与储层产能相关的地质因素主要为可动油孔隙度、岩石脆性以及闭合应力,选取具有相同射孔方式且压裂工艺与规模基本一致的直井,用以消除压裂施工等因素的影响,利用直井单层试油段的数据分析各参数与产能之间的关系。1.2.1 可动油孔隙度可动油即游离油,通常在储层大孔隙中以游离态形式赋存,是目前主要可采出原油的部分。可动油孔隙度是储层获得产能
15、的物质基础,如果孔隙中无可动油,即使进行体积压裂也无法获得产能。因此,可动油孔隙度是评价致密储层含油性的核心指标,常规孔隙度、饱和度评价方法难以对其进行有效表征。研究区采集了丰富的核磁共振测井资料,弥补了这一不2023年测 井 技 术178 足,前人结合岩石物理实验确定出孔隙中原油的赋存状态和可动油组分的T2起算时间14,实现了可动油含量的定量评价。可动油孔隙度与每米日产油量有较好的正相关性(见图2),说明可动油孔隙度越大,单井产量就越高。00.51.01.52.02.5y=0.213 9x-0.369 7R2=0.852 404128可动油孔隙度/%产油量/t(dm)-1图2 可动油孔隙度与
16、每米日产油量的关系1.2.2 岩石脆性致密储层的特性决定其必需经过压裂改造后才能获得工业产能,岩石脆性影响压裂的难易程度和压裂后裂缝的形态。研究表明,脆性较低的储层压裂后仅形成几何形态相对规则的裂缝,而脆性较高的储层在压裂后能形成复杂的网状裂缝,更有利于原油的渗流和开发15。研究区储层云质含量较高,总体脆性较好,从试油井段的分析结果看(见图3),脆性指数大于50%的储层具有更好的产能。4050y=0.088 1x-3.974 3R2=0.710 66070产油量/t(dm)-1脆性指数/%00.51.01.52.02.5图3 脆性指数与每米日产油量的关系1.2.3 闭合应力水平井钻井时,为使井
17、筒沟通更多的天然裂缝,同时保持压裂后人工裂缝的有效性,水平井的井身轨迹一般会与最小水平主应力方向保持一致。研究区目标地层的3个主应力关系:垂直应力 最大水平主应力 最小水平主应力,因此,裂缝面的闭合应力理论上等于最小水平主应力,由于水平井垂深的不同,闭合应力存在一定差别。闭合应力对压裂的影响主要体现在对支撑剂的压缩和嵌入16,进而影响压裂裂缝的导流能力。从图4可见,在闭合应力较低时,不同粒径支撑剂下裂缝的导流能力差别较大,但随着闭合应力的增加,裂缝的导流能力均呈现下降趋势。020406080100102030405060导流能力/(m2cm)闭合应力/MPa粒径20/40 目30/50 目40
18、/70 目70/140 目图4 不同闭合应力下裂缝导流能力的变化(据文献16修改)1.3 压裂改造参数研究区现阶段按照“密切割、高强度”的水平井改造思路,投产的水平井改造工艺基本相同,为水平井压裂施工规模的对比和优化奠定了基础。1.3.1 压裂液压裂液总量直接反映压裂规模的大小,压裂液的滤失性、黏度等性质决定其造缝能力,在压裂液的配方基本一致的情况下,对产能影响较大的参数为压裂液的用量。在地层条件相同时,压裂液总量越大,对地层的增压、增能作用越明显,造缝效果就越好。特别是在一些开发效果较好的页岩油气区块,压裂液的用量甚至达到万方以上13,说明压裂液用量对储层产能具有积极影响。1.3.2 支撑剂
19、支撑剂的主要作用是避免压裂形成的裂缝渗流通道闭合,增加地层的导流能力。支撑剂的使用一般要考虑裂缝面内支撑剂的铺置浓度、支撑剂的强度及粒径17-18。理论上,铺砂浓度越大,支撑剂强度越高、粒径越大,对裂缝的支撑作用就越好,裂缝的导流能力就越强。研究区水平井不同粒径支撑剂的配比差别不大,支撑剂对水平井产能的影响主要体现在用量和类型方面,每米支撑剂用量(加砂量)与水平井年平均日产油量呈正相关关系(见图5)。每米加砂量为2 m3左右时,水平井产量出现较大变化,说明支撑剂类型的影响不容忽视,总体上支撑剂使用陶粒为主的水平井产量高于使用石英砂的水平井产量。杨帆,等:水平井分级分簇压裂后的产能预测方法第47
20、卷 第2期179 0102030y=12.223x-4.940 8R2=0.487 440500134年平均日产油量/t2每米加砂量/m3图5 水平井每米加砂量与年平均日产油量的关系1.3.3 施工排量在岩石的机械参数泊松比、剪切模量、岩石脆性及2个水平主应力差等参数相同的条件下,压裂施工的排量对于造缝空间展布形态及造缝宽度具有决定性的作用,进而影响水平井的产能,文献19给出了施工排量与压裂缝宽度的关系XBP FPRXGwritrvf=-()|0 25611 4./(1)式中,Xw为压裂缝的宽度,in*;Brit为岩石的脆性指数,%,;Pr为施工排量,bbl/min*;Fv为压裂液的黏度,cP
21、*;Xf为设计裂缝半长,ft;G为岩石的剪切模量,106 psi*。可见,施工排量是影响裂缝宽度的重要参数,二者为正相关关系,但在实际施工中受客观条件限制,排量不可能无限增大,为达到更好的造缝效果,在条件允许范围内应采用较大的排量。2 水平井产能预测方法从上述分析可以看到,储层地质参数和压裂施工参数均对水平井的产能有影响,对于不同井来说,各单因素的影响权重是不一样的,为达到预测产能的目的,需要综合分析单井产能间的差异,评价多个因素共同作用时对水平井产能的影响。2.1 水平井样本的选取水平井样本的选取综合考虑地质目标、测井资料及压裂工艺3个方面。研究区L小层分布稳定,目前投产的水平井数量最多,其
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