宋彦男 曲占庆 肖春金

低渗透滩坝砂储层压裂评价决策方法

宋彦男1曲占庆1肖春金2

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院2.中国石化胜利油田石油工程技术研究院）

为了低渗透滩坝砂储层压裂改造的经济高效，建立一套压前评价决策方法。压前评价将数理分析与工程经验相结合，综合考虑了影响压后产能的储层性质，并对影响因素进行分析，总结了物性参数和施工参数对压后产能的影响规律，指志区块内其他井的压裂方案设计。分析了关键的影响因素，并指出了施工参数的影响规律和最佳取值范围。实践表明：压前评价设置5个等级的评语，结果与实际相符；研究内容为滩坝砂储层的压裂改造提供了评价和决策的可靠方法。图3表6参17

滩坝砂储层压前评价灰色关联

滩坝砂体是滨浅湖区常见的砂体。研究区块位于胜利大王北油田大37块。主力层位于沙二段，纵向发育7套砂组。区块内沙二段储层平均孔隙度15.2%，渗透率6.2～37.0 mD，平均16.4 mD，级差5.97，变异系数0.78，突进系数2.26，是一个多层系、非均质低渗透滩坝砂储层。该区的勘探开发始于20世纪80年代。目前暴露的主要问题是强非均质性导致的层间差异。油藏工程提出加密井网的调整方案。现需要对新井压裂投产，改善层间非均质性和油水关系，提高其他砂组的采出程度。但滩坝砂体砂泥交互严重，地质情况复杂，需要建立一套评价决策体系。本文以研究区块2012年、2013年29口压裂井参数为基础数据，利用灰色关联分析、模糊综合评判两种方法，建立压前评价体系，分析影响因素规律，从而建立一套适用于研究区块的压裂评价决策方法，指导压裂方案设计，解决工程实际问题。

1 压前评价方法的建立

以区块内29口压裂井的地质特征参数和施工参数作为基础数据。因压前评价不考虑施工参数的影响，故使用地质特征参数进行压前评价。现场采集的地质特征参数有地层压力（以压裂施工曲线的停泵压力表示）、储层有效厚度、孔渗饱参数。采用模糊综合评判法建立评价标准，利用灰色关联分析和专家评议相结合的办法，设立评语值和权重值。

1.1 压前评价方法

建立符合实际条件的评语集[1-2]。根据29口井的压后产能建立评语集：v=(效果突出,效果较好,效果一般,效果较差,效果很差)，即：

v=（1.0，0.8，0.5，0.2，0.1）

建立因素集U=(地层压力，有效厚度，含油饱和度油，孔隙度，渗透率)。将地质特征参数对压后产能进行灰色关联分析[3-6]，结果如表1所示。

表1 地质特征参数灰色关联分析结果表

分析结果表明，地层压力与压后产能关联度最高，有效厚度、含油饱和度、孔隙度三者的关联程度相近，渗透率的关联度最低。将影响因素细分为物性（有效厚度、含油饱和度、孔隙度）和流动性（地层压力、渗透率）两个层次，综合专家意见进行权重打分，结果如表2所示。

表2 二级划分与权重

针对大北油田沙二段储层的物性数据，通过理论分析和数理统计，每项分级区间值如表3所示。

表3 各项指标分级区间值

由公式（2）~（4）计算出uvj（dj），继而组建模糊关系矩阵R［7-10］：

式中：

a、b—指标参数；

dj—第j个评判因素的值；

d上、d下—第j个评语等级区间的上下限值。

1.2 实例应用

区块内x1井是2014年一口压裂投产井。x1井的基础数据如表4所示。

由公式（2）~（4）可计算出模糊关系矩阵：

根据公式（5）进行模糊综合评判计算，再根据公式（6）计算模糊评分，最后进行类型识别。

表4 x1井基本参数

由B1=A1·R1，B2=A2·R2可得二级评判的模糊矩阵：

由B=A·R由进行x1井的模糊综合评判

根据隶属度最大原则，计算结果最接近0.8，评判为“效果较好”。x1井压裂井段3133.6～3156.4 m，有效厚度14 m。投产后初期日产油11.7 t/d，稳定后产油9.06 t/d。此次措施有较好的效果，与模糊综合评判的结果相符。

x2井是2014年一口压裂投产井，x2井基础数据如表5所示。

表5 x2井基本参数

计算过程不再赘述，x2井模糊评判结果：

根据隶属度最大原则，计算结果更接近0.5，评判为“效果一般”。x2井压裂井段3 390.4～3 429.3 m，有效厚度4.3 m。投产后初期日产油3.3 t，稳定后日产油3.38 t；修井并调参一次，稳日定产油4.4 t。此次措施效果尚可，与模糊综合评判的结果相符。

2 影响因素规律分析

2.1 物性因素的影响

通过对地质参数的灰色关联分析可以看出，地层压力对压后产能的关联度最大，对压后产能的相关性最高；其次是储层厚度、含油饱和度、孔隙度，但三者的关联度相差很小，对压后产能的相关程度相近；渗透率对压后产能的关联度最小，对压后产能的相关性最低。地层压力、孔隙度、储层厚度、含油饱和度与产能呈正相关，值越大，压后产能越高。通常认为，渗透率越低越具有改造的价值[11]，因为渗透率越低，增油量越高；然而，对于压裂投产的新井，不存在“增油量”，且区块整体低渗，灰色关联分析结果也表明，渗透率对压后产能关联程度小，主要渗流通道是人工裂缝。因此，该区块储层渗透率与压后产能呈正相关，储层渗透率高，储层渗流环境好，压后产能高。

2.2 施工因素的影响

同区块不同井地质情况非常相近，将已压井的施工参数进行分析，对同区块待压井具有重要的指导意义。施工参数有排量、砂比、总液量、加砂量。对这4个施工参数的灰色关联分析结果如表6所示。

从灰色关联分析的结果来看，排量与压后产能的相关性最高；随后依次是砂比、总液量、加砂量，三者关联度相差较小，与压后产能的相关性相近。

（1）排量

排量的设计要从多方面考虑。当压裂液滤失性强或携砂性能较差时，要适当提高排量；当储层厚度小，需要控制缝高时，需要适当降低排量；在压裂过程中改变排量施工，能起到控制裂缝形态的作用。排量与压后产能的关系如图1所示。

表6 施工参数灰色关联分析结果表

图1 排量与压后产能的关系

随着施工排量的增加，压裂井的产能呈现增加的趋势。当排量增加到5～5.5 m3/min时，产能出现最大值；继续提高排量，产能增长趋势消失，有几口井出现产量下滑的现象。在对同区块进行压裂方案设计时，排量应不超过6 m3/min，若排量过高，裂缝纵向延伸过度，易出现串层现象，影响压裂施工效果。

（2）砂比

砂比是加砂量与携砂液量的比值。在砂量和总液量相同的条件下，砂比越高，铺砂浓度就越高，支撑缝宽也越大，可以提高裂缝的导流能力，增加压裂井的产能。砂比与压后产能的关系如图2所示。

提高砂比，压裂井的产能增加，几乎不产生降低趋势。尽量提高砂比、增加裂缝的宽度，是人们对压裂的普遍共识，然而，若压裂液滤失较为严重，或储层多薄互层，高砂比极易产生砂堵[12]。滩坝砂储层砂泥交互强，层多而薄，施工时先用低砂比加砂，逐渐提高砂比，平均砂比不宜超过25%，降低发生砂堵的几率。

图2 砂比与压后产能的关系

（3）总液量

实际施工时的总液量，反映了压裂的施工规模。增加了液量，就可以压开更长的裂缝，沟通、波及更多的储层，因而在一定范围内，压裂用液量越多，压裂井的产能就越高。但是用液量过多，会延长返排时间，使产层长时间、大范围浸泡在压裂液中，对产层造成伤害，影响压裂效果。总液量与压后产能关系如图3所示。

图3 总液量与压后产能的关系

随着总液量的增加，压裂井的产能呈现增加趋势，当总液量在450 m2左右时，产能出现最大值；继续增加液量，产能增加趋势消失，开始出现下滑。在对同区块进行压裂设计时，推荐在450~500 m2。

（4）加砂量

加砂量与压后产能的关系如图4所示。砂量增加，压裂井的产能也随之增加。当加砂量增加到40～50 m2时，产液量和产油量都出现最大值；再增加砂量，产能出现下滑趋势。在设计方案时，根据液量和砂比的设计结果，同时参考数据范围40～50 m2，以确定加砂量。

图4 加砂量与压后产能的关系

3 结论

（1）利用压前评价决策体系，综合考虑压后产能的影响因素，对待压井进行量化评价，能够指导待压井的压裂方案设计，具有很强的工程实际价值和指导意义。

（2）将灰色关联度分析和专家评议结合起来确定影响因素权重，既注重数理分析，又结合了工程实际经验，更科学合理，计算结果也更为准确。

（3）与压后产能关联最密切的物性参数是地层压力，施工参数是排量。地层压力越高，压后效果越好；合理设计施工排量，能取得更好的压后效果。

（4）为取得较好的压裂效果，选井选层首先考虑地层压力高、含油饱和度高的井位或层位；进行压裂设计时，排量、总液量、加砂量均有一个最优的取值范围；砂比虽然与产能显示出正相关，但是一味提高砂比不符合工程设计的思路，对于滩坝砂储层，在充分考虑薄互层发育情况、压裂液滤失能力的前提下，还应当考虑地层的加砂能力，制定合理的砂比。

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（修改回稿日期2015-08-10编辑文敏）

宋彦男，男，1989年出生，黑龙江大庆人，在读硕士研究生，主要从事采油工程技术研究工作。地址：（266555）山东青岛市黄岛区长江西路66号。电话：15314212776。E-mail：xiaonenya2008@163.com