赵红兵

油气田开发

致密油藏水平井体积压裂产能影响因素及预测方法

赵红兵

（西安石油大学， 陕西 西安 710065）

致密油是指其覆压基质渗透率≯0.1 mD的砂岩、灰岩等储集油层。与常规油气相比，致密油的储层相对常规油气更致密，资源丰度也远远低于常规油气，但致密油藏含油气面积一般远大于常规油气，并且其“甜点区”常在部分区域集中分布，圈闭对致密油藏控制相对较弱。在常规压裂改造技术条下，单井的试油试采产量极低，且面临动液面下降快、产量递减快的困境，故目前致密油藏多采用长井段的水平井配合大面积的体积压裂的改造方式进行开发。主要介绍了影响致密油藏水平井产能的主要因素，并对其产能预测方法进行了探讨。

致密油；水平井；体积压裂；影响因素；预测方法

随着常规油气勘探情况的恶化，占资源总量80％以上的非常规能源开始进入人们的视野，并逐渐引起人们的关注。页岩气，煤层气，致密油，天然气水合物等非常规油气资源的勘探和开发已逐渐成为当前和未来石油工业的重要研究方向[1-3]。在多种非常规油气资源中，致密油因其分布广泛，资源潜力大而越来越受到能源行业的关注。它被石油行业誉为“黑金”，并且在全球能源结构中发挥了重要作用。

近年来受钻井水平和开发技术的进步影响，多种油藏尝试采用水平井的开发方式并取得了良好的效果，尤其在低渗透特低渗的致密油藏开发方面，水平井的开采方式已经是替换原有开发手段而达到增产和提高采收率的重要方法。目前，致密油藏多采用长井段的水平井配合大面积的体积压裂的改造方式进行开发，在这样的开发模式下，研究致密油藏水平压裂井长时间持续高产的主要因素，并对其产能预测方法进行研究，对后续致密油的高效开发具有重要指导意义。

1 致密油藏水平压裂井产能影响因素

1.1 油气藏的地质因素

1.1.1 烃源岩及地层流体特征

烃源岩是成油气成藏的物质基础，优质的烃源岩是超低渗致密油藏富集的主要控制因素。如果储层烃源岩具有较高的有机质丰度，则产生的生烃增压作用也更强，并有较大的生烃量和更短的排烃周期，使得更大的总烃量被带入与之接触的砂岩孔隙中，这对致密油藏水平压裂井产能产生较大的影响。如果在地层原油中的溶解气油比较高而黏度较低，则油在缝隙内的流动阻力将较低。在相同的地层条件下，地层中原油的溶解气油比越高，原油越容易从地层流入井底，则会在井眼中积聚更多的石油。

1.1.2 孔隙大小和分布

致密油储层孔隙分布情况较为复杂，且尺寸不一，其中，大孔隙的分布规律对致密油藏水平压裂井产能影响最明显。水平井附近分布的孔隙的孔隙度越大[4]，累计采油量的增加越明显，初期开发效果也越好；水平井井筒分布的主要是孔隙度越小的孔隙时，油井的产量下降越快，日产油量也明显越低，此种孔隙分布类型的水平井的开发效果最差。

1.1.3 渗透率

影响致密油累计产油量最大的因素即为基质渗透率。由于致密油储层内纵向上隔夹层较为发育，储层非均质性较为严重，横向连通性较差，导致垂向渗透率减少。分析不同渗透率对致密油藏水平压裂井产能的影响，结果表明，随着水平井筒的储层渗透率越低，日产油量下降越快，下降幅度越大。随着水平井筒的储层渗透率的增加，油井的日产油量下降减缓，累计产油量增加。

1.1.4 天然裂缝发育程度及分布

致密油藏中普遍分布有天然裂缝，天然裂缝分布主要影响致密油藏开发初期的日产油量。在致密油藏中天然裂缝发育较好，致密油水平井的单井产量就越高。原因有两方面[5]，一方面，天然裂缝的存在使得基质中孔隙得到连通，极大地提高了油在储层的渗流能力；另一方面，压裂使得人工裂缝和天然裂缝合并形成复杂的裂缝网络系统，进一步提高了流体在储层的渗流能力。

若将天然裂缝的方向归类为垂直于井眼和平行于井眼的两个方向[4]，就可以将天然裂缝等效处理为井眼不同方向的渗透率，并分析不同裂缝方向和数量对致密油藏水平压裂井产量的影响。结果表明，随着水平井筒附近垂直裂缝和水平裂缝条数的增加，水平井的初产和累产水平都有显著的增加。

1.1.5 含油性“甜点”分布对产能的影响

致密油的赋存状态很复杂。致密油储层中的油主要以油斑、油迹和少量油浸的储层形式存在，夹杂部分干砂层段，这样的赋存特征使得致密油藏横向非均质性极强，井与井之间含油气性差异较大，使得不同水平井间很难有较稳定的储层钻遇率，井与井产能差异明显，所以对于含油气性“甜点区”的钻遇率将直接影响致密油藏水平压裂井初产和累产效果。

1.2 水平井的工艺参数

1.2.1 水平井的长度

通常，当其他条件相同时，增加水平段井筒的长度，会使得泄油气半径增大，致密油藏水平压裂井产能也会增加，这是因为，裂缝数目没有发生变化，而水平段长度增加使得缝间干扰现象减弱，使致密油藏水平压裂井产能增加，并且较长的水平段意味着相较于短水平段会钻遇更多的“甜点区”，这也是引起产能增加的另一个重要因素。但从实际生产情况来分析，水平段长度与产能之间不是无限的线性正相关，而是在一个合适的水平井长度下才保证了油井的高产能。

1.2.2 水平井的完井类型

完井类型对致密油藏水平压裂井产能的影响也有很多研究，但完井方式多由储层物性和开发技术共同决定，其和产能的影响可以通过调整模型的参数方式进行评价。

1.3 体积压裂工艺

1.3.1 压裂缝数量

压裂缝数量[6]是影响压裂水平井产能的一个重要因素，对于低渗透油藏，地层的压力传导较慢，则需要通过增加压裂缝数量来增加其产能。对水平井进行体积压裂后，在投产初期，压裂缝数量越多，日产量也就越大，但随着压裂条数的增多，裂缝间会产生相互干扰，且裂缝间距越近，缝间干扰越严重，产量递减会越快。同时，压裂缝数量的增加也会使经济投入增加，所以合理的压裂缝显得极为关键。

1.3.2 压裂缝长度

由于储层非常致密，故为了达到更大的泄流半径，则需要的裂缝长度越长。裂缝长度与致密油藏水平压裂井产能近似呈现线性正相关的趋势，对于渗透率相对较大，储层物性较好的致密油储层，裂缝长度对其产能的影响更加显著。但当裂缝长度不断增长，不但使得投入资金增加，还反而使得裂缝长度对产能的这种影响效果变差，所以在目前的压裂操作中通常将裂缝长度控制在140~200 m的最优长度内。

1.3.3 裂缝间距

裂缝间距主要从缝间干扰和储量动用程度两个方面影响产能。对于基质型油藏来说[7]，裂缝间隔增大，储层动用程度相对减小，反而随着裂缝间距增大产能减小，因此基质型油藏主要以增加储层动用率的角度来增加压裂后的产能；对于裂缝性油藏，在合理范围内随着裂缝间距的增加，缝间干扰现象减弱，使得水平井的日产油量与裂缝间距呈正相关，但这种正相关不是无限的，当裂缝间距超过一定程度后继续增加，水平井的产能反而会减小。对于裂缝-基质型油藏[8]，压裂操作后的产能与压裂缝间距有正相关的趋势。

1.3.4 人工裂缝导流能力

在其他条件不变的情况下，水平井的初产水平与裂缝导流能力呈正相关。但这种正相关不是无限的，当裂缝导流能力达到0.11 µm2以后再提高导流能力，其增产效果不明显。

1.3.5 压裂工艺参数

压裂工艺参数直接决定裂缝性质，并影响井筒附近渗流，较大排量和高静压力是打开天然裂缝以形成更好的裂缝网络系统的关键。因此，体积压裂需要更大的排量以确保形成自然裂缝所需的静压。并且随着缝内静压力的增大还会产生更多的横向分支裂缝，增加裂缝带宽度而使得体积改造效果更佳，增大了储层总改造体积，这是油井持续高产的重要原因之一。大排量使得缝网系统形成，还需要足够的砂量保证储层中形成的裂缝在停泵后不会又重新闭合而丧失改造意义。大砂量是致密油体积压裂改造效果的另一个重要因素，加砂量为裂缝加入缝内支撑剂，使裂缝闭合在支撑剂上。而砂比决定了裂缝内支撑剂的浓度，缝内支撑剂越多，裂缝的导流能力越强，较高的裂缝导流能力是保证高产的必要条件。累计注入液量大则储层改造体积大，主裂缝带长度与累计注入液量成正相关，而主裂缝带长度是决定初期产油能力和累计产油能力的关键。

2 致密油水平井产能预测方法

2.1 统计分析法

通过对试生产初期数据整理分析后，结合排采期间的产量—压力等数据，用多元回归手段分析井口压力、井底压力、产量、时间、累计产油量、累计产液量等相关系数，得出产量与排液规律之间的关系式，而达到预测产能的目的。由于这种关系式依托于排采初期的排采规律分析，忽略了储层物性等动态数据，使得产能预测误差相对较大。

2.2 试井分析方法

以储层渗流力学为理论基础，综合分析了储层录井数据、岩心测试分析、射孔完善程度、裂缝长度预测、生产压差、低渗透油藏启动压力梯度、井筒完善程度、基质供液半径、油层厚度等，通过结合排采期间生产数据建立产能预测的数值模型。

2.3 水平井模糊聚类分析法

在生活中，判断一系列事物是否属于同一范畴的判断结果往往是难以确定和模糊的。模糊聚类分析能较好地解决这类问题。模糊聚类分析[9]通过原始数据的标准化、模糊相似矩阵的建立、模糊聚类的步骤根据客观事物之间的相似程度、特征和亲近疏离程度，通过建立模糊相似关系对客观事物进行聚类。

主控影响因素分析方法即参数灰色关联度的计算和重要性排序是以体积压裂水平井初始产能参数作为参考的母序列，剩余几个产能影响因素为子序列。计算了产能影响参数的相关系数[9]，得到了各参数的关联度排序。采用模糊聚类分析方法，用经过优选的体积压裂水平井产能影响主控因素为基础，将压裂水平井类别划分，并将分类结果结合到水平井体积压裂后的产能预测中。

2.3.1 原始数据标准化

体积压裂水平井产能的影响因素之间存在量纲差异，对数据进行标准差、最大值、极差等标准化方法处理，使不同数据位于同一区间，以相同的数量级参与到分类中，避免直接参与分类使某几个因素因为数量级大而弱化一些数量级较小参数的影响，产生较大的分类误差。

2.3.2 建立模糊相似矩阵

依据标准化后的参数数据，通过直接距离法、海明距离法、欧式距离法、夹角余弦法、最大最小法、算术平均最小法等计算相似系数方法确定影响因素的相似系数并建立相应的模糊相似矩阵。

2.3.3 水平井模糊聚类

模糊聚类分析方法可分为三大类：基于软分类空间的模糊聚类、基于模糊相似矩阵的直接聚类和基于模糊等价矩阵的传递闭包方法。当水平井数量较多时，可采用基于模糊相似矩阵的直接聚类方法进行分类。

2.4 解析法

解析法主要运用物理模型，重点突破单井内的多条裂缝单相渗流问题，将不同条件下的地层流体流动状态用各种数学方法描述，其中物理模型的构建[10-11]需要考虑流体在储层内渗流、裂缝内的渗流、井筒内的管流和不同流态下的耦合情况，直接影响产能预测模型的精度。

2.5 半解析法

水平井半解析法产能预测模型[12-13]就是将油井分成小段，对每一段进行油藏渗流和井筒的耦合，然后经过迭代求得这一整段油井的压力分布和流入量分布，从而可以得到整个油井的产能。其步骤一般先利用拉普拉斯变换得到压裂水平井的产量-时间和压力-时间的变化规律，然后以表皮因子将裂缝对压裂水平井产能的影响表示，并将表皮因子耦合到水平井半解析法产能预测模型中。相较于解析模型，半解析模型可以解决油藏非均质性以及油藏边界类型对产能的影响。

3 结束语

1）影响致密油藏水平井体积压裂产能的因素众多，但主要受油气藏的地质因素、水平井的工艺参数以及体积压裂工艺的综合影响。

2）致密油藏水平井体积压裂产能的预测方法包含统计分析法、试井分析方法、水平井模糊聚类分析法、解析法和半解析法。随着致密油藏水平井开发技术的不断发展，其产能预测方法也逐渐完善，对后续致密油的高效开发具有重要指导意义。

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［3］杜江民，张小莉，钟高润，等．致密油烃源岩有机碳含量测井评价方法优选及应用——以鄂尔多斯盆地延长组长7段烃源岩为例[J].地球物理学进展，2016，31(06)：2526-2533．

［4］孙兵，刘立峰，丁江辉．致密油水平井产能主控地质因素研究[J].特种油气藏，2017，24(02)：115-119.

［5］孙海．页岩气藏多尺度流动模拟理论与方法[D].中国石油大学(华东)，2013．

［6］刘洪平，赵彦超，孟俊，等．压裂水平井产能预测方法研究综述[J].地质科技情报，2015，34(01)：131-139．

［7］邹易．水平井分段压裂裂缝参数优化研究[D].西安石油大学，2018．

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［10］刘洪平，赵彦超，孟俊，等．压裂水平井产能预测方法研究综述[J].地质科技情报,2015，34(01)：131-139．

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［12］韩国庆，吴晓东，陈昊，等．多层非均质油藏双分支井产能影响因素分析[J].石油大学学报(自然科学版)，2004(04)：81-85．

［13］李兵．致密油藏体积压裂水平井渗流特征与产能预测[D].西安石油大学，2018．

Influencing Factors and Prediction Methods of Volumetric Fracturing Productivity of Horizontal Wells in Tight Oil Reservoirs

（Xi 'an Shiyou University, Xi 'an Shaanxi 710065, China）

Tight oil refers to reservoir oil layers such as sandstone and limestone whose overlying matrix permeability is not greater than 0.1mD. Compared with conventional oil and gas, tight oil reservoirs are tighter, and their resource abundance is far lower than that of conventional oil and gas. However, the oil and gas area of tight oil reservoirs is generally much larger than that of conventional oil and gas, and its "sweet spot" is often found in some parts. The areas are concentrated and the traps have relatively weak control over tight oil reservoirs. Under the conventional fracturing technology, the production test of a single well is extremely low, and it faces the dilemma of rapid liquid level decline and rapid production decline. Therefore, currently tight oil reservoirs are mostly developed by long-section horizontal wells and large area volumetric fracturing method. In this article, the main factors affecting the productivity of horizontal wells in tight oil reservoirs were mainly introduced, and its productivity prediction methods were discussed.

Tight oil; Horizontal well; Volume fracturing; Influencing factors; Prediction method

2020-08-31

赵红兵（1995-），男，在读硕士研究生，陕西省汉中市人，研究方向：油气田开发工程。E-mail：hongbingzhao95@163.com。

TE348

A

1004-0935（2021）01-0096-04