页岩气体积压裂水平井产能影响因素研究.pdf

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簟21●奠4期蹭：藏2014年8月DOI：10．3969／j．issn．1006—6535．2014．04．026页岩气体积压裂水平井产能影响因素研究陆程，刘雄。，程敏华，李兵(1．中国地质调查局油气资源调查中心，北京100029；2．中油勘探开发研究院，北京100083；3．中国地质大学，北京100083)摘要：针对页岩气开发中体积压裂水平井的产能影响因素问题，利用数值模拟技术，在考虑页岩气等温吸附和解吸条件下，建立有限导流页岩气体积压裂水平井开采模型。通过研究天然微裂缝渗透率、基质一微裂缝sigma系数、储层改造体积、人工裂缝导流能力、诱导裂缝导流能力、诱导裂缝密度以及非达西因子等因素对产量的影响，得到人工裂缝导流能力、天然微裂缝渗透率和改造体积大小对累计产气量的贡献率分别为28．66％、22．50％、22．35％，是影响单并产能的最主要的3大因素。气井产能优化设计对页岩气储层改造具有一定指导意义关键词：页岩气藏；SRV；水平井；人工裂缝导流能力；诱导裂缝密度中图分类号：TE348文献标识码：A文章编号：1006—6535(2014)04-0108-05的体积压裂区。当赋存在基质孔隙和微裂缝中的引言游离气被采出后，，吸附气将通过解吸作用进入体积压裂水平井是开发页岩气的重要技术之天然微裂缝和诱导裂缝，再汇聚到人工裂缝，最终一。由于页岩气特殊的赋存机理，以及储层天然裂流人井筒生产出来(图1)。缝发育、脆性系数高等特点，常规的单一对称双翼针对页岩气体积压裂后3种裂缝网格互相交裂缝模型已不能满足页岩气建产的需要，只有不断错彼此连通的复杂性，以及3种裂缝网格各自与页提高有效的储层改造体积，形成最大化的缝网展岩基质孔隙模型的连通关系，选取经典的Warren布，扩大优势渗流通道，才能实现提高单井Et产和andRoot模型。最终采收率的目的。虽然国内外诸多学者参与到利用该模型进行如下动态过程的模拟：①基质页岩气研究的课题中来，但有关页岩气渗流机理尚系统：内部不考虑渗流，只发生扩散。表面采用纯未定论，建立适用于体积压裂水平井页岩气的产能气体Langmuir等温吸附方程考虑吸附解吸作用；评价方程还有一定难度。②裂缝系统：在满足有限导流和达西渗流条件下，笔者在陆程¨研究的基础上，建立了页岩气藏模拟天然微裂缝、诱导裂缝网格和人工裂缝3套网水平井体积压裂模型，研究对比各优选参数对产能格，建立有效的储层体积改造区SRV，并考虑高速的贡献高低，以期为页岩气的高效开发提供依据。非达西校正；③前2套系统的耦合关系：参照War—renandRoot模型中的sigma系数进行修正。1模型的建立1．2模型参数1．1建模条件在ECLIPSE中选择WarenandRoot模型，考根据已有资料J，水平井压裂过程中与页岩虑规则体积压裂，建立9段等间距人工压裂水平井层中天然裂缝相交互错，生成众多诱导裂缝，进一页岩气模型，再建立与人工裂缝相垂直和平行的等步形成人工裂缝、天然微裂缝和诱导裂缝相互交错问距诱导裂缝(图2)，模型参数如表1所示。收稿日期：20131208；改回日期：20140216基金项目：国家科技重大专项“复杂油气田地质与提高采收率技术”(2009ZX05009-004-03)；中央高校基本基金“低渗透储层压裂开采井网流管模拟器开发”(2010ZYIO)作者简介：陆程(1984一)，男，助理研究员，SPE会员，2007年毕业于中国地质大学(北京)石油工程专业，2010年毕业于该校油气田开发工程专业，获硕士学位，现从事油(气)藏工程、非常规油气勘探开发等方面的研究工作。 110特种油气藏第21卷根据王晓冬和陆程¨’的研究，上述模型满足极大提高储层动用率，实现对储层在长、宽、高3个有限导流条件。方向的“立体改造”。2影响因素分析页岩储层通过压裂改造后被集体“打碎”，最诱导裂缝导流能力、诱导裂缝密度、SRV大小、非大限度地将具有极小导流能力的微裂缝、诱导裂缝达西因子；②储层系统：微裂缝渗透率、基质一裂缝和具有较大导流能力的人工裂缝联系在一起，致使sigma系数，结果见表2。流体从基质流经人工裂缝最后到井筒的距离最短，由表2可知，对累计产气量影响最大的参数是表2敏感参数对累计产气量影响贡献数据影响因素对累计产气量贡献值／％人工裂缝导流能力28．66微裂缝渗透率22．5O改造体积22．35Sig~na系数14．92非达西因子8．3O诱导裂缝导流能力1．85诱导裂缝密度1．44人工裂缝导流能力，其次为微裂缝渗透率和改造体当压裂液泵注结束后，往往压裂液压力下降到积，两者所占比例几乎相当。诱导裂缝导流能力及不足以维持裂缝张开水平，导致裂缝闭合，势必影其密度对产量的贡献微乎其微，这与以往认为在体响其导流能力。因此，体积压裂完井阶段要选用适积压裂中，形成的次生裂缝越多、导流能力越强、气当类型的支撑剂，以便生产过程中裂缝内的压力损井产量就越高的认识有所不同。下面对各影响因失降低到最低水平，达到维持裂缝最佳导流能力的素进行逐一分析。效果。2．1人工裂缝导流能力人工压裂的结果是在近井地层中留下一条高2O传导能力的渗流通道，便于流体从远井地带流到井底或注入剂由井底向地层疏散。由图3可知，人工∞15裂缝导流能力由0．305×10Ixm·m增至15．25X10Ixmm，累计产气量随着导流能力的提高增幅显著，压降漏斗波及范围变大。尤其是有效蠢10SRV区域内。在开采初期，累计产气量的增幅速率明显高于低导流能力时，贡献率接近30％。从5某种程度上说，裂缝导流能力要比裂缝半长对增产效果的影响更加重要。而裂缝导流能力实际上是通过裂缝渗透率和已支撑裂缝宽度来决定的，其实质为单位压力梯度下裂缝允许储层输送流体的流量j。显而易见，对于页岩气体积压裂而言，人图3人工裂缝导流能力对累计产气量影响工裂缝在储层和井筒之间起到不可替代的运移通2．2诱导裂缝道作用，只有裂缝允许流体进入的流量越大，生产井的产量才会越高。在整个系统中(图1、2)，无论鉴于体积压裂产生的诱导微裂缝与人工裂缝其他参数对系统有什么影响，如果人工裂缝允许流和天然微裂缝之间构成复杂的缝网系统。为此，围体进入流量的能力减弱，则会影响单井产量及最终绕该体系中诱导裂缝导流能力及其密度2个因素采收率。对单井累计产气量的影响展开研究。 第4期陆程等：页岩气体积压裂水平井产能影响因素研究111由图4可知，诱导裂缝导流能力由0．153~10为固定的915．0m，而后通过模拟宽度和高度的变t．zm·m增至1．530x10一mm，但累计产气量的化，达到研究改造体积体积变化对累计产气量和近增幅非常微弱，尤其是投产初期几乎没有任何变化。井地带压力分布特征的影响。由图6可知，随着改这是由于诱导裂缝导流能力的高低只能代表单位压造体积体积的增大，累计产气量增幅明显，近井地力梯度下诱导裂缝允许进入缝内流体的流量大小，带的压降范围明显扩大。无论是从天然微裂缝或基质孔隙进入其中的游离页岩气开发中，人工裂缝在具有最大的导流能气，还是从基质表面扩散后进人其中的解吸气，两者力的同时，还应具有绝对大的横截面积，这样才能均不与井筒之间发生直接的渗流关系。在诱导裂缝保证地层很容易的将流体运移到裂缝内。裂缝横内经过压力损失后，进人人工裂缝的剩余流体也只截面积是通过产气带内的裂缝高度和有效裂缝半是起到为人工裂缝补充储层流体的作用，而最终影长来确定的，有效储层的厚度都是有限的，这就意响产量的关键还需考虑人工裂缝的导流能力。味着裂缝高度范围将受到一定限制，需要设计尽可20能大的裂缝半长用以弥补裂缝的横截面积。由图2、6可知，增加改造体积有效宽度等效于延伸了裂缝半长，而增加改造体积高度实际上与增加裂缝高15度是等同的，因此，扩大储层体积改造的本质从一2啦I{定程度上讲也就是延长裂缝半长，扩大裂缝的横截l0面积Ⅲ氍515∞2删旷1O田氍图4诱导裂缝导流能力对累计产气量影响5在2条人工裂缝中间不断添加诱导裂缝条数，达到模拟增加有效储层与人工裂缝之间渗流通道数量对累计产气量有何种影响的目的。由图5可知，不但投产初期裂缝条数对累计产气量没有影响，而且随着条数的增加累计产气量几乎没有变图5诱导裂缝密度对累计产气量影响化。这是由于投产初期的产气量是由聚集在天然20微裂缝和基质孔隙中的游离气汇聚到人工裂缝后流入井筒被开采出来的，这也从一方面验证了页岩l5气开采过程中气体分阶段流动过程的正确性⋯。宝在开采的中后期，随着诱导裂缝密度增加，缝间距＼减小，势必出现压降漏斗叠加，发生缝间相互干扰10的情况，结果使流入诱导裂缝内的流量减弱，因此，雠在诱导裂缝密度达到一定范围后，进一步考虑其对5产能的影响是没有必要的，而且在实际压裂后这部分参数信息也极难获取和定量分析。2．3改造体积大小由于水平井长度固定，改造体积整体的长度即图6储层改造体积对累计产气量影响 112特种油气藏第21卷另外，像页岩气这种极低渗透储层对于有效裂积大小是影响单井产量最主要的因素，而诱导裂缝缝长度的压力损失非常敏感，由于裂缝宽度有限，导流能力和诱导裂缝密度对累计产气量的直接影尤其是在裂缝端部其导流能力相对较弱。而增加响微弱；储层系统中天然微裂缝渗透率和sigma系裂缝半长，不但可以提高裂缝的横截面积，还可以数对单井产量的影响尤为重要，当裂缝中的流动完通过长度的增加弥补导流能力的损失，即低渗全满足达西渗流时，累计产气量是最高的。透储层扁(裂缝宽度)、长(裂缝半长)型裂缝开发参考文献：效果好。[1]陆程，刘雄，程敏华，等．页岩气藏开发中水力压裂水2．4微裂缝渗透率及其他平井敏感参数分析[J]．特种油气藏，2013，20(5)：114除以上因素，天然微裂缝渗透率、基质一微裂一ll7．[2]江怀友，等．世界页岩气资源与勘探开发技术综述缝sigma系数和非达西等3个因素，同样也对单井[J]．天然气技术，2008，2(6)：26—30．产量大小起到不可忽视的影响作用。尤其是天然[3]陈祚，薛承谨，等．页岩气体积压裂技术在我国的应用微裂缝渗透率对了累计产气量的贡献率接近四分建议[J]．天然气工业，2010，30(10)：1—3．之一，这一结果与M．D．Zuber和陆程研究指出的[4]伊怀建，等．低渗透致密储层气体低速非达西渗流地地层渗透率是优化单井增产技术的关键性指标相层压力分布及产能分析[J]．特种油气藏，2012，19一致。而由储层自身品位所决定的因素，即微裂缝(1)：70—73．渗透率和基质一微裂缝sigma系数之和在累计产[5]张士诚，牟松茹，等．页岩气压裂数值模型分析[J]．气量贡献中所占比例已经接近40％(表2)。由此天然气工业，2011，31(12)：81—84．可见，压裂工艺和完井措施的好坏直接影响人工裂[6]林景哗，夏丹．低渗透砂岩气藏产能递减规律[J]．大缝导流能力和改造体积大小，其对单井产能的影响庆石油地质与开发，2013，32(1)：82-86．[7]王晓冬，张义堂，刘慈群．垂直裂缝井产能及导流能力固然重要，然而在页岩气藏规模建产前，应对详查优化研究[J]．石油勘探与发，2004，31(6)：78—81．阶段的储层岩心进行常规测试分析，优选品位良好[8]ZhangX，DuC，DeimbacherF，eta1．Sensitivitystudiesof的目标层进行施工设计同样不可或缺。horizontalwellswithhydraulicfracturesinShalegasres—3结论ervoirs[J]．IPTC13338，2009：1-9．[9]CipollaC，LolonE，MayerHoferM，eta1．Reservoirmodel—(1)建立新型水平井开采页岩气体积压裂模ingandproductionevaluationinshale—gasreservoirs[J]．型，对比研究裂缝和储层2套系统中不同参数对单IPTC13185，2009：l一9．井产能的影响。编辑张耀星(2)裂缝系统中人工裂缝导流能力和改造体