常压页岩气立体开发特征及缝网干扰规律研究.pdf
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1、doi:10.11911/syztjs.2023090引用格式:张莉娜,任建华,胡春锋.常压页岩气立体开发特征及缝网干扰规律研究 J.石油钻探技术,2023,51(5):149-155.ZHANGLina,RENJianhua,HUChunfeng.Three-dimensionaldevelopmentcharacteristicsandfracturenetworkinterferenceofatmosphericshalegasreservoirJ.PetroleumDrillingTechniques,2023,51(5):149-155.常压页岩气立体开发特征及缝网干扰规律研究张莉娜
2、,任建华,胡春锋(中国石化华东油气分公司勘探开发研究院,江苏南京210011)摘要:为明确页岩气藏立体开发井的压裂施工特征和生产规律,以南川常压页岩气藏为研究对象,分析了压裂干扰现象、缝网沟通机理以及对老井生产的影响。分析结果表明,立体开发井施工压力纵向上与地质静态参数具有一致性,平面上与井距正相关,与井间采出程度负相关;受储层物性和保存条件的影响,下部气层井产能优于中部气层井,优于上部气层井;同开发层系加密井压裂时,根据老井套压变化特征,可将新老井缝网干扰划分为高导流缝间沟通、高导流缝与低导流缝的沟通和低导流缝间沟通等多种方式。结合试井解释结果,明确压裂干扰对同开发层系试采井 EUR、典型曲
3、线的影响分为 4 类,对不同开发层系井日产水平影响较小。其中,当空间距离小于 200m 的不同层系页岩气井进行拉链压裂时,新井施工压力会大幅升高。研究结果为常压页岩气田方案部署、压裂设计和压裂过程中动态优化调整提供了理论依据。关键词:常压页岩气;提高采收率;立体开发;缝网干扰;数值模拟;南川地区中图分类号:TE349文献标志码:A文章编号:10010890(2023)05014907Three-Dimensional Development Characteristics and Fracture Network Interferenceof Atmospheric Shale Gas Res
4、ervoirZHANG Lina,REN Jianhua,HU Chunfeng(Research Institute of Exploration&Development,Sinopec East China Oil&Gas Company,Nanjing,Jiangsu,210011,China)Abstract:In order to clarify the characteristics of fracturing operation and the production dynamics of three-dimensionaldevelopingwellsinshalegasres
5、ervoir,theNanchuanatmosphericshalegasreservoirservedasthesubjectforanalyzingfractureinterferencephenomena,fracturenetworkconnectivitymechanisms,andtheirimpactontheproductionofoldwells.Thestatisticsshowedthatthefracturingpressureofthree-dimensionaldevelopingwellsalignedverticallywithgeologicalstaticp
6、arameters,andexhibitedapositivecorrelationwithwellspacinghorizontally,whileshowinganegativecorrelationwiththeproductiondegree.Affectedbythereservoirsphysicalpropertiesandpreservationconditions,wellsinthelowergaslayerexhibitedbetterproductivitycomparedtothoseinthemiddleanduppergaslayers.Wheninfillwel
7、lsinthesamedevelopmentlayerwerefractured,basedonthecharacteristicsofcasingpressurechangesinoldwells,thefracturenetworkinterferencebetweenoldandnewwellscouldbeclassifiedintohigh-conductivityfractureconnection,high-lowconductivityfractureconnection,andlow-conductivityfractureconnection.Basedontheinter
8、pretationresultsofwelltests,theinfluenceonestimatedultimaterecovery(EUR)andtypicalcurvesofoldwellscausedbyfracturinginterferencewereclassifiedinto4types,whileminimalimpactwerecausedonthedailyproductionlevelsofwellsindifferentdevelopmentlayers.However,whenzipperfracturingwasconductedonshalegaswellsin
9、differentlayerswithaspatialdistanceoflessthan200m,thefracturingpressureofnewwellssignificantlyincreased.Theseresearchresultshaveprovidedatheoreticalbasisfortheplandeployment,fracturingdesign,anddynamicoptimizationandadjustmentduringthefracturingprocessinatmosphericshalegasfields.Key words:atmospheri
10、cshalegas;enhancedrecovery;three-dimensionaldevelopment;fracturenetworkinterference;numericalsimulation;NanchuanArea收稿日期:2023-05-22;改回日期:2023-08-23。作者简介:张莉娜(1989),女,山东滨州人,2012 年毕业于中国石油大学胜利学院石油工程专业,2015 年获中国石油大学(华东)油气田开发工程专业硕士学位,助理研究员,主要从事非常规油气藏动态分析、数值模拟等工作。E-mail:。基金项目:中国石化“十条龙”重大科技攻关项目“南川复杂构造带页岩气勘探
11、开发关键技术研究”(编号:P19017-3)、中国石化科技部项目“常压页岩气效益开发技术政策优化研究”(编号:P21087-4)联合资助。第51卷第5期石油钻探技术Vol.51No.52023年9月PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESSep.,2023随着对清洁能源需求的日益增长和水力压裂技术的不断发展,页岩气在许多国家蓬勃发展,但绝大多数页岩气井均表现出初期递减率高、采收率较低的特征。B.Kurtoglu 等人12较先提出利用水力压裂提高页岩气采收率的手段。端祥刚等人3总结了提高页岩气井采收率面临的技术与科学问题。其中,立体开发调整是目前可行性最强的一种提高采收率手段46。
12、但立体调整过程中,压裂干扰现象不可避免78,当井距较小时可能对老井生产造成负面影响910。专家学者已在井间干扰现象方面做了很多研究,J.P.Detring 等人1112认为当老井附近出现明显压降时裂缝易连通,老井复产后加密井井口压力会下降;郭旭洋等人13介绍了国内外页岩油气藏的井间、层间干扰现象及诊断方法的研究进展;A.Ataei 等人14利用解析模型,采用 RTA、PTA 双对数曲线分析法判断干扰情况;FangSidong 等人15采用 EDFM 技术,模拟了 3 种缝网干扰下裂缝属性对生产特征的影响;王军磊等人16利用地质工程一体化技术,模拟研究了页岩气立体开发缝网延伸特征及生产规律。以上
13、调研可以看出,前人在页岩气立体开发方面的研究以机理研究和数值模拟为主1718。基于这一局限,笔者以南川常压页岩气藏为研究对象,开展了页岩气立体开发井施工压力对比分析,明确了各开发层系施工特点,以指导立体开发方案部署顺序和压裂施工设计;对比分析了同开发层系加密、不同开发层系调整时压裂施工对老井的干扰现象,剖析缝网沟通机理,并结合干扰前后老井产能变化,完善了页岩气立体开发井压裂缝网干扰评价体系,以根据压裂期间老井套压变化或干扰后老井生产特征预测井间压裂改造效果,从而指导立体开发井动态优化调整。1常压页岩气立体开发特征研究南川地区一次井网水平井钻遇层位以五峰组龙马溪组小层为主,生产 5 年,2020
14、 年开始出现递减,现处于低压低产阶段,单井平均累计产气量 0.7108m3,综合递减率 24.6%。为保障老区的高效稳产,纵向上细分开发层系,不断探索立体开发的可行性。目前该区块已经按照“下部气层加密+中、上部气层调整”的模式实施了三层立体开发试验,3 套层系评价井均取得较好的试采效果,预测可大幅提高老区剩余储量的均衡动用。1.1压裂施工参数分布特征1.1.1纵向上与静态指标变化规律一致根据测井解释、试验分析结果,南川地区五峰组龙马溪组从上到下 9 个小层的孔渗、含气性逐渐变好1921。综合地应力、静态指标,可以将五峰组龙马溪组分为下部气层、中部气层和上部气层3 套开发层系22。其中,下部气层
15、埋深 3100m,压力系数 1.32,总有机碳含量 2.8%7.0%,孔隙度2.8%4.8%,含气量 4.27.2m3/t;中部气层埋深2920m,压力系数 1.25,总有机碳含量 1.5%2.6%,孔隙度 2.4%4.5%,含气量 1.84.6m3/t;上部气层埋 深 2650m,压 力 系 数 1.15,总 有 机 碳 含 量0.9%1.3%,孔隙度 2.9%4.4%,含气量 1.62.1m3/t。由五峰组龙马溪组应力剖面可知,下部气层最大水平主应力 67.376.4MPa、中部气层最大水平主应力 73.182.7MPa、上部气层最大水平主应力 76.882.9MPa,局部存在、小层 2
16、个应力高峰。据调研,压裂液难以突破高应力层实现裂缝纵向延伸2325。统计已实施的 50 余口立体开发井压裂施工情况可知,在埋深、地应力等因素作用下,从上至下各层系开发井的施工压力逐渐升高2627。下部气层破裂压力梯度 2.5MPa/100m,停泵压力 32.357.4MPa;中部气层破裂压力梯度 2.4MPa/100m,停泵压力 30.156.0MPa;上部气层破裂压力梯度2.3MPa/100m,停泵压力 25.541.2MPa。1.1.2平面上与井距、采出程度相关性明显平面上,井间加密施工难易程度受埋深、井间距离、老井采出程度、局部应力等多重因素综合影响。对比不同井距、采出程度时加密井施工压
17、力可以看出,当井距大于 450m 或老井动态控制储量的采出程度低于 60%时,加密井施工压力受老井的影响相对较小,此时破裂压力比老井略低 510MPa;当老井井距小于 450m 时,加密井破裂压力比老井低 920MPa(见表 1)。对比加密井与老井破裂压力梯度差值散点图也可以看出,随着井距增加或老井采出程度降低,新老井破裂压力梯度差值减小(见图 1 和图 2)。这一规律符合现场实践,随着新老井距离减小、井间储量动用程度提高,加密时的地层压力较原始地层压力小很多,加密井施工相对更容易,表现为破裂压力低、停泵压力低。如果地层亏空严重时,加密井在钻井、连续油管钻塞过程中还会发生漏失。150石油钻探技
18、术2023年9月1000.70.60.50.40.30.20.10150200250300350井距/m破裂压力梯度差值/(MPa(100 m)1)图 1 加密井与老井破裂压力梯度差值随井距变化散点图Fig.1 Scatter plot of fracture pressure gradient differenceof infill and old wells with well spacing0.70.60.50.40.30.20.104045505560657075邻井采出程度,%破裂压力梯度差值/(MPa(100 m)1)图 2 加密井与老井破裂压力梯度差值随采出程度变化散点图Fig.
19、2 Scatter plot of fracture pressure gradient differenceof infill and old wells featuring the recovery degree 1.2产能对比分析非稳态产能分析方法以气藏不稳定渗流与井筒流动耦合为理论基础,利用气井生产数据,实现对气井产量、压力、无阻流量及采出程度等随时间变化的预测,并可拟合气井的地层参数,求取页岩气动态储量2829。国内外研究表明,对于低渗气藏的大型加砂压裂气井,会出现较长时间的地层线性流动,在忽略表皮效应的理想状态下,压裂井不稳定产能方程为:pR2 pwf2q=At+C(1)其中A=Z
20、T78.489Kh3.6KCtxf2(2)C=G(Fcd)lnxfrw(3)式中:pR为原始地层压力,MPa;pwf为井底流压,MPa;q 为产气量,104m3/d;t 为时间,d;A 为产能系数;C 为与人工缝导流性相关的附加值;为黏度,mPas;Z 为气体偏差系数;T 为地层热力学温度,K;K 为渗透率,mD;h 为气层有效厚度,m;为孔隙度;Ct为综合压缩系数,MPa1;rw为井筒半径,m;xf为裂缝半长,m;G(Fcd)为裂缝导流能力 G 函数。A 值越大,表明储层流动系数越大,产能越高;C 值越大,表明人工裂缝越短,流体渗流阻力越大。不稳态产能拟合结果表明:1)下部气层老井与下部气层
21、加密井的 A 值均为 12.3,中部气层井 A 值为 11.6,上部气层井 A 值为 5.2;2)C 值关系为:上部气层井下部气层老井中部气层井下部气层加密井(见图 3)。因此,下部气层井产能优于中部气层井,上部气层井产能最差;就改造效果而言,下部气层加密井受井间动用影响,改造难度小,相同压裂规模下改造效果最佳。下部气层老井下部气层加密井中部气层井上部气层井01 2001 0008006002004005101520253035404550t/d1(pR2-pwf2)/q/(MPa2(m3d1)1)图 3 不同类型立体开发井不稳态产能拟合曲线Fig.3 Unsteady productivit
22、y curves of different three-di-mensional development wells表 1 不同加密类型下的施工压力对比Table 1 Fracturing pressure comparison of different infill types加密类型老井间距/m加密前老井累计产气量/108m3井间采出程度,%破裂压力/MPa破裂压力梯度/(MPa(100m)1)下部气层老井35055057.186.41.93.0大井距加密4505500.958.056.885.12.03.0大井距加密4505501.064.554.281.31.82.9小井距加密3504
23、500.754.751.876.61.82.8小井距加密3504500.862.546.365.51.62.5第51卷第5期张莉娜等.常压页岩气立体开发特征及缝网干扰规律研究1512立体开发缝网干扰分析立体开发缝网干扰主要包括平面和纵向缝网干扰。平面缝网干扰,即同一开发层系新井或加密井与相邻老井的缝网沟通、干扰;纵向缝网干扰,即某一开发层系新井压裂时,与上、下开发层系老井之间的干扰。2.1平面干扰特征2.1.1压裂干扰现象为防止加密井压裂时与老井形成主缝窜通,影响加密井正常施工,现场在加密井压裂施工期间一般采取老井关井处理。据统计,老井关井期间套压变化可归为 3 种类型,可以通过对比压力变化,
24、粗略预测老井改造效果。1)平稳上升型。伴随加密井压裂施工,老井套压逐步增大,增大幅度平稳,且套压增大到一定数值后基本稳定。此现象通常发生在老井各段改造均衡情况下,当加密井与老井空间距离大于 280m 时,老井套压增大 2.06.5MPa;当加密井与老井空间距离在 240280m 时,老井套压增大 5.113.2MPa。这种类型的老井,往往在加密井压裂结束后开井复产时日产气量、套压高于关井前生产水平,随着关井期间压力增幅的不同,压裂受效时间(即恢复原日产油量时间)有所不同。2)迅速上升型。加密井压裂施工一开始,老井套压先迅速升高,然后呈小幅度增长趋势,并伴有上、下波动。此情况多发生在中小井距加密
25、方式下,或老井改造效果好、缝网复杂时。由于老井压后形成的缝网渗透性好,加密井在进行压裂时压力传播速度加快,所以老井的套压会迅速达到一定高值(压力增幅一般不低于 4.0MPa),后续套压的波动主要是压差作用下 SRV 内的水流入井底造成液面波动。这种类型的老井,开井复产后产液量有小幅增大。3)升降型。加密井压裂施工周期内,老井套压一直增长且增幅较大,后续下降至平稳。此种类型的老井主缝相对较长,且套压波动现象越早,表明老井主缝越长,施工压力波及时间越短,积液越快。重新开井后,产液量由 010m3/d 明显增加至5065m3/d。2.1.2缝网干扰机理及数值模拟研究加密井与老井产生压裂干扰形式多样,
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