致密油水平井压裂数值模拟及裂缝参数优化

水平井压裂是致密油藏开发的必要技术手段。为了给出致密油水平井压裂的合理裂缝参数,以大庆油田致密油储层为例,使用油藏数值模拟软件Radial-X建立模型,模拟了致密油水平井压裂生产过程。结果表明,致密油仅在井、缝附近发生渗流,水平井开发的控制范围由水平段长度和压裂改造的缝长、缝密决定。通过水力压裂的裂缝参数敏感性分析得出:裂缝导流能力增加到一定程度即可达到增加水平井产能的目的;增加裂缝数量能提高水平井产能,但是水平井多条裂缝会互相干扰,大庆油田致密油高台子储层2 km井长模型5 a的最优裂缝条数约为20条,扶杨储层5 a的最优裂缝条数约为15条;增加裂缝长度对压后生产有利,但随着裂缝长度增加,产量增加幅度会减小。     

致密油储层基质块渗流特征

高效开发致密油藏需要分段多簇水平井体积压裂技术,以形成网络裂缝。压裂后的致密油藏为基质-裂缝双重孔隙介质,渗流过程复杂。由于缝网的复杂性及表述的困难性,导致产能模拟的不确定性。为此文中由易到难,先以一个基质块为研究对象,研究存在启动压力梯度的致密储层压裂后流体从基质块向裂缝的流动;再在一个基质块内建立考虑启动压力梯度的三维渗流模型,并给定不同的边界条件描述基质块衰竭开采的过程,利用有限差分方法建立隐式压力并求解模型。通过选取地质及流体参数进行实例计算,得到不同生产时间、不同启动压力梯度、不同基质块尺寸下的基质块压力分布、日产量、累计产量、可动用体积百分比、采收率等关系,定量地认识了一个基质块的渗流参数,为致密油储层渗流特征研究打下基础。     

致密油藏压裂水平井非稳态产能预测模型

考虑启动压力梯度和压敏效应影响下的基质—裂缝、裂缝—井筒的耦合流动,以椭圆渗流理论和叠加原理为基础,通过当量井径原理,建立了带有多条横向裂缝且裂缝间相互干扰的压裂水平井的非稳态产能预测模型,并分析了压裂水平井产量变化规律及各因素对产能的影响。实例计算结果表明,致密油藏压裂水平井初期产量高、递减快、高产期短,后期产量低、趋于平稳、稳产期长。启动压力梯度和应力敏感效应影响大,启动压力梯度、变形系数越大,压裂水平井单井产量越低。水平段长度越长、压裂缝条数越多、裂缝越长、导流能力越大,压裂水平井产量越高,但各自存在最优范围。     

致密油藏体积压裂水平井产量预测研究

致密油藏水平井体积压裂后形成不同尺度的孔-缝介质,不同尺度介质中的渗流规律不同,产量预测难度大。为此,在总结前人对不同尺度介质渗流规律认识的基础上,建立致密油藏体积压裂水平井产量预测模型,并用油田实际数据对其准确性进行验证。同时,对致密油藏体积压裂水平井产量的影响因素进行分析,发现不同介质的应力敏感系数对产量的影响程度从大到小依次为次级裂缝应力敏感系数、人工主裂缝应力敏感系数、基质应力敏感系数;高速非线性系数对产量的影响较大,而启动压力梯度对产量的影响较小。     

致密油藏体积压裂水平井分区复合产能模型

水平井体积压裂是实现致密油藏有效开发的关键工程技术手段,对致密油藏体积压裂水平井产能的准确模拟计算为体积压裂参数优化设计和压后生产动态预测提供了参考。基于致密油藏体积压裂水平井生产过程中油藏的实际流动形态特征,将水平井划分三线性流区域,结合Warren-Root模型,考虑储集层启动压力梯度和天然裂缝的影响,建立了致密油藏体积压裂水平井分区复合产能模型。结合现场生产数据验证了模型可靠性,并对产能影响因素进行了分析。结果表明:压后总体产量受到延伸主裂缝的条数、半长和导流能力的影响;启动压力梯度及改造区的弹性储容比和窜流系数对压后中后期产量影响大;未改造区窜流系数和弹性储容比影响后期产量的递减速度。该研究对深化认识致密油藏体积压裂水平井流动规律,完善致密油藏体积压裂渗流理论,提升致密油体积压裂优化设计都具有重要理论意义和实际价值。     

考虑启动压力梯度的特低渗透油藏压裂水平井产能预测模型

针对特低渗透油藏存在启动压力梯度的问题,在考虑压裂水平井裂缝半长、导流能力、间距等因素的基础上,建立了裂缝变质量入流与油藏非达西渗流的耦合模型,分析了不同启动压力梯度下裂缝参数对产能的影响.结果表明:启动压力梯度较大的油藏,应选择压裂更多条裂缝;水平井长度和裂缝条数一定时,可适当增加内部裂缝间距;裂缝总半长一定时,为减小缝间干扰,压裂时应尽可能增加外部裂缝半长.研究结果为特低渗透油藏压裂水平井设计提供了重要方法依据.     

基于离散裂缝的致密油藏重复压裂数值模拟研究

致密油藏储层物性差,大多采用压裂方式开发,当产量下降时需要重复压裂进行增产。建立了基质与人工裂缝相互耦合的致密油藏重复压裂渗流模型,采用离散裂缝模型对压裂形成的人工裂缝进行分析,用三种网格划分体系剖分基质系统、初次压裂裂缝、重复压裂裂缝系统。研究结果表明:裂缝长度和导流能力对重复压裂后的产能影响较大,在生产实际中应采用与储层性质匹配的裂缝长度和导流能力;启动压力梯度对于致密油藏的产能影响明显,在生产设计时需要重点考虑。     

致密油藏多段压裂水平井初始产能影响因素分析

致密油藏中基质渗透率非常低,通过体积压裂产生的人工压裂缝,可以有效改变水平井筒附近的地应力分布,同时通过水力压裂缝为桥梁,来增强天然裂缝与水力裂缝、以及水平井筒之间的联系,从而改善致密油藏内的流体渗流。通过将致密油藏划分为三个渗流区域,并假设线性流为三个流动区域中主要流动特征,对体积压裂水平井的初始产能进行了分析。研究表明,适当增加水力压裂缝的条数、增加压裂缝的半长,有利于激活双重介质的致密油藏中天然微裂缝,从而增加产能。     

致密油藏长缝压裂直井基质-裂缝耦合流动模型

致密油藏长缝压裂压力动态和产量变化规律目前尚未明确,开发方案设计缺少理论模型指导。针对长缝压裂基质-裂缝复合流动问题,建立了考虑储层启动压力梯度、裂缝内高速非达西渗流影响的长缝压裂直井基质-裂缝复合流动模型,并运用Laplace变换、点源函数、Stehest数值反演等方法进行求解,明确了致密油藏长缝压裂井压力响应特征和影响因素。研究结果表明,无因次压力及压力导数随启动压力梯度的增加而增大,但启动压力梯度对无因次压力及压力导数的前期影响较小,后期影响较大;非达西渗流系数对无因次压力及压力导数曲线的前期影响较大,随着非达西渗流系数的增大,无因次压力及压力导数增大;裂缝中非达西渗流系数越大,压裂井的产量越低,且压裂井的最佳裂缝半长越小。研究成果为致密油藏长缝压裂方案设计、试井分析等工作提供理论指导。     

低渗/致密油藏分段压裂水平井渗流特征的物理模拟及数值模拟

为了研究低渗/致密油藏分段压裂水平井的开采机理和渗流规律,通过建造高压仓、密封和改进多通道电阻率测量方法,研发了大型露头岩样高压物理模拟实验系统。通过分段压裂水平井物理模型的岩样筛选、模型的制作和封装、模型抽真空饱和以及有效驱动的物理模拟评价等方法的研究,建立了分段压裂水平井物理模拟实验方法。进一步结合低渗/致密油藏非线性渗流油藏数值模拟软件研究了低渗/致密油藏分段压裂水平井渗流规律。研究结果表明：在相同驱替压差下,分段压裂水平井的压力梯度值要比普通水平井的压力梯度值高,且随着压裂裂缝半缝长的增加,压力梯度值也增加;当水平井水平段长度一定时,储层渗透率越低,分段压裂水平井的最佳分段数越多;当储层渗透率一定时,水平井水平段长度越长,水平井压裂的最佳段数也越多,最佳裂缝半缝长反而呈现减小的趋势;对于低渗/致密油藏分段压裂水平井开采来说,对产量最为敏感的是压裂段数,其次是裂缝半缝长,而裂缝导流能力最为不敏感。