论文部分内容阅读
[摘要]为研究中高渗油藏分段压裂井开采机理和渗流规律，通过分段压裂物理模型的岩样筛选、模型制作和封装、模型抽真空及有效驱动的物理模拟评价等方法研究，进一步结合油藏压裂渗流规律。在相同驱替压差下，分段压裂井的压力梯度值要比普通井的压力梯度值高，且随着压裂裂缝半缝长的增加，压力梯度值也增加；当井段长度一定时，储层渗透率越低，分段压裂井的最佳分段数越多；当储层渗透率一定时，井段长度越长，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；对于油藏压裂井开采来说，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。
[关键词] 藏；压裂；物理模拟；数值模拟；渗流规律
中图分类号：TE319 文献标识码：A 文章编号：
在中国石油探明储量中，中高渗油藏储量占了很大比例。随着分段压裂井工艺技术的快速发展，分段压裂井取得很好的开发效果，同时分段压裂井暴露的问题也越来越多，迫切需要对分段压裂井的开采机理和渗流规律进行深入研究，以指导油藏的合理开发。笔者利用大型露头岩样高压物理模拟实验系统和油藏非线性渗流油藏数值模拟软件，建立了油藏分段压裂的物理模拟方法和油藏数值模拟方法，并利用这些方法，研究了分段压裂井联合布井和分段压裂井衰竭式开采方式下的渗流规律。为分段压裂井技术的大规模推广奠定了一定的基础。
1.分段压裂井物理模拟
在已有的研究中，已经提出了大型露头模型岩样的筛选标准，并给出了大型露头模型封装和饱和方法，以及压力和流场测试方法。在此基础上进一步研究了分段压裂井的物理模拟实验方法。
1.1分段压裂井物理模型的岩样筛选
油藏的理论研究和开发实践表明，渗透率已不能完全反映油藏的本质特征。在相同渗透率条件下，不同油区的储层开发差异较大。因此，选择用来模拟油田开发特征的露头岩样就显得非常重要。因此，为了使所取的露头模型具有代表性，就必须让所取的露头模型与所模拟的储层达到孔渗相近、孔吼半径分布特征和渗流特征相似及黏土矿物含量接近。
1.2分段压裂井的制作和封装
根据分段压裂井的设计方案和现场裂缝检测数据，结合相似理论，设计露头岩样裂缝的分段数和裂缝的导流能力。采用切割方法，在露头岩样中形成不同长度的切割缝，用不同的石英砂的粒径与胶结剂混合后充填裂缝，来模拟井和人工裂缝的导流能力。
在分段压裂井模型的封装过程中，没有采用常用的普通环氧树脂封装，因为这种封装方法由于环氧树脂固结速度太快时，封装材料会产生裂纹，从而造成封装失败。而是采用不饱和环氧树脂添加韧性剂，从而保证了模型的胶结强度。通过采用特殊环氧树脂和设计胶结流程，延缓了环氧树脂的胶结速度，保证了模型的封装质量。并用特殊材料预处理模型表面，防止胶结过程中的环氧树脂侵入裂缝体内，造成模型堵塞。
1.3分段压裂井模型抽真空饱和方法
模型体积大，渗透率高，封装成型后与外界连通的只有注采井及预留测压孔，且内部由于井和人工裂缝的存在，造成了严重的平面非均质性，利用常规的单点抽真空饱和方法无法保证所有部位都能完全饱和液体，且饱和时间长，无法对饱和过程和饱和效果进行监测。针对以上问题，设计了抽真率饱和实验装置。该装置采用多点抽真空饱和法，保证不同位置真空度都很高。同时设置了真空表来观察真空度变化情况，当达到真空后从非抽真空点饱和流体，再次观察真空度变化，当真空度恢复到大气压以后，说明所在位置已经饱和完全。该方法很好地解决了露头模型的抽真空及饱和问题。
1.4分段压裂井有效驱动的物理模拟评价
为了评价分段压裂井的开发效果，提出了两个参数来评价其有效驱动的程度。（1）有效驱动系数。将流体在油藏中渗流流动分为3个区域：不流动区、非线性渗流区和拟线性渗流区：根据实验小岩心测得的非线性渗流曲线，结合露头模型实测压力梯度场，对模型平面进行渗流区域的划分，将平而模型中能够发生流动的面积（非线性渗流区面积与拟线性渗流区面积之和）与整个模型单元面积的比值称为有效驱动系数。有效驱动系数反映的是流体平面波及的状况。有效驱动系数越趋近于0，说明非线性渗流区和拟线性渗流区越趋近于0，整个模型基本上处于不流动区域；最大值为1，说明整个模型均处于流动状态。（2）有效产能系数。将露头模型实测产量与理论产量的比值定义为有效产能系数。有效产能系数反映单井产量的相对大小，其最大值为1，说明模型实测产量与理论产量相等。有效驱动系数和有效产能系数不仅能够体现非线性渗流对油藏有效开发的影响，而且油藏非均质程度、裂缝发育程度、井网与储层的匹配程度等因素都能够影响有效驱动系数和有效产能系数。因此有效驱动系数和有效产能系数能够综合反映分段压裂井的有效开发程度。
2.分段压裂水平井渗流特征
通过分析分段压裂井在不同条件下的压力、压力梯度、含油饱和度和渗流区域的变化规律来研究分段压裂井的渗流特征，并进行了分段压裂井开采井网参数的优选。
2.1分段压裂井联合布井物理模拟实验
从物理模拟实验看，在相同驱替压差下，分段压裂井的压力梯度值要比非压裂井的压力梯度值高，且随着压裂半缝长的增加，压力梯度值增加。分段压裂井的不流动渗流区域要比非压裂水平井的不流动渗流区域小，而分段压裂井的拟线性区域要比非压裂水平井的拟线性区域大。在相同的分段压裂井条件下，拟线性渗流区域随压差的增大而增大，不流动渗流区域随压差的增大而减小。因此，可以通过适当增加压裂规模或提高注采压差来有效地开发储层。
2.2物理模拟与数值模拟对比分析
分别用物理模拟与数值模拟两种方法来模拟井网不同注采方式下的开采结果和渗流规律。从研究结果可知：①无论是物理模拟，还是数值模拟，未压裂井作为注水井能够实现线状注水，且水量均匀推进，可以实现较大的波及面积。压裂井作为采油井也可以实现较大的泄油面积，且井筒压降小。②物理模拟的实验结果与数值模拟的结果基本吻合，达到了相互印证。从两者之间的差异可以看出，物理模拟更能揭示分段压裂井的渗流机理，并可以为数值模拟的参数选取提供指导。
2.3分段压裂井衰竭式开采数值模拟
利用油藏非线性渗流油藏数值模拟，分析不同因素对分段压裂井开采效果的影响。
（1）渗透率的影响
①当井长度一定时，分段压裂井随着渗透率的降低，最佳分段数越来越多。储层越致密，需要分段压裂的井段越多。②对于渗透率级别的改变，最为敏感的是分段数，其次是裂缝半缝长，裂缝导流能力最为不敏感。压力梯度场仅发生在裂缝附近，很难扩展到储层的远方。
（2）水平井长度的影响
当渗透率一定时，随着井长度的增加，压裂的最佳段数也逐渐增加，而且裂缝半缝长呈现减小的趋势，最优裂缝导流能力则基本没有变化。可见，对于井长度的改变，最为敏感的是分段数，其次是裂缝半缝长，裂缝导流能力最为不敏感。
3.结论
（1）通过分段压裂井物理模型的岩样筛选、分段压裂井的制作和封装、模型抽真空饱和办法及有效驱动的物理模拟评价方法的研究，创建了分段压裂井物理模拟实验方法。
（2）利用分段压裂井物理模拟方法，研究分段压裂井联合布井的渗流规律。在相同驱替压差下，分段压裂井的压力梯度要比未压裂井的压力梯度值高，且随着压裂半缝长的增加，压力梯度值增加。因此，通过适当增加压裂规模或提高注采压差来有效地开发储层。
（3）利用分段压裂井数值模拟方法，研究分段压裂井衰竭式开采方式下的渗流规律。研究表明：当井长度一定时，分段压裂随着渗透率的降低，最佳分段数越来越多；当渗透率一定时.随着井长度的增加，压裂的最佳段数也逐渐增加，而裂缝半缝长呈现减小的趋势。因此，对油藏分段压裂井开采来说，最为敏感的是分段数，其次是裂缝半缝长，裂缝导流能力最为不敏感。
参考文献
[1]黄朝琴；裂隙介质两相渗流数值模拟研究[J]；中国科学：技术科学；2011年09期
[2]姚军；基于离散裂缝模型的裂缝性油藏注水开发数值模拟[J]；计算物理；2011年01期
[关键词] 藏；压裂；物理模拟；数值模拟；渗流规律
中图分类号：TE319 文献标识码：A 文章编号：
在中国石油探明储量中，中高渗油藏储量占了很大比例。随着分段压裂井工艺技术的快速发展，分段压裂井取得很好的开发效果，同时分段压裂井暴露的问题也越来越多，迫切需要对分段压裂井的开采机理和渗流规律进行深入研究，以指导油藏的合理开发。笔者利用大型露头岩样高压物理模拟实验系统和油藏非线性渗流油藏数值模拟软件，建立了油藏分段压裂的物理模拟方法和油藏数值模拟方法，并利用这些方法，研究了分段压裂井联合布井和分段压裂井衰竭式开采方式下的渗流规律。为分段压裂井技术的大规模推广奠定了一定的基础。
1.分段压裂井物理模拟
在已有的研究中，已经提出了大型露头模型岩样的筛选标准，并给出了大型露头模型封装和饱和方法，以及压力和流场测试方法。在此基础上进一步研究了分段压裂井的物理模拟实验方法。
1.1分段压裂井物理模型的岩样筛选
油藏的理论研究和开发实践表明，渗透率已不能完全反映油藏的本质特征。在相同渗透率条件下，不同油区的储层开发差异较大。因此，选择用来模拟油田开发特征的露头岩样就显得非常重要。因此，为了使所取的露头模型具有代表性，就必须让所取的露头模型与所模拟的储层达到孔渗相近、孔吼半径分布特征和渗流特征相似及黏土矿物含量接近。
1.2分段压裂井的制作和封装
根据分段压裂井的设计方案和现场裂缝检测数据，结合相似理论，设计露头岩样裂缝的分段数和裂缝的导流能力。采用切割方法，在露头岩样中形成不同长度的切割缝，用不同的石英砂的粒径与胶结剂混合后充填裂缝，来模拟井和人工裂缝的导流能力。
在分段压裂井模型的封装过程中，没有采用常用的普通环氧树脂封装，因为这种封装方法由于环氧树脂固结速度太快时，封装材料会产生裂纹，从而造成封装失败。而是采用不饱和环氧树脂添加韧性剂，从而保证了模型的胶结强度。通过采用特殊环氧树脂和设计胶结流程，延缓了环氧树脂的胶结速度，保证了模型的封装质量。并用特殊材料预处理模型表面，防止胶结过程中的环氧树脂侵入裂缝体内，造成模型堵塞。
1.3分段压裂井模型抽真空饱和方法
模型体积大，渗透率高，封装成型后与外界连通的只有注采井及预留测压孔，且内部由于井和人工裂缝的存在，造成了严重的平面非均质性，利用常规的单点抽真空饱和方法无法保证所有部位都能完全饱和液体，且饱和时间长，无法对饱和过程和饱和效果进行监测。针对以上问题，设计了抽真率饱和实验装置。该装置采用多点抽真空饱和法，保证不同位置真空度都很高。同时设置了真空表来观察真空度变化情况，当达到真空后从非抽真空点饱和流体，再次观察真空度变化，当真空度恢复到大气压以后，说明所在位置已经饱和完全。该方法很好地解决了露头模型的抽真空及饱和问题。
1.4分段压裂井有效驱动的物理模拟评价
为了评价分段压裂井的开发效果，提出了两个参数来评价其有效驱动的程度。（1）有效驱动系数。将流体在油藏中渗流流动分为3个区域：不流动区、非线性渗流区和拟线性渗流区：根据实验小岩心测得的非线性渗流曲线，结合露头模型实测压力梯度场，对模型平面进行渗流区域的划分，将平而模型中能够发生流动的面积（非线性渗流区面积与拟线性渗流区面积之和）与整个模型单元面积的比值称为有效驱动系数。有效驱动系数反映的是流体平面波及的状况。有效驱动系数越趋近于0，说明非线性渗流区和拟线性渗流区越趋近于0，整个模型基本上处于不流动区域；最大值为1，说明整个模型均处于流动状态。（2）有效产能系数。将露头模型实测产量与理论产量的比值定义为有效产能系数。有效产能系数反映单井产量的相对大小，其最大值为1，说明模型实测产量与理论产量相等。有效驱动系数和有效产能系数不仅能够体现非线性渗流对油藏有效开发的影响，而且油藏非均质程度、裂缝发育程度、井网与储层的匹配程度等因素都能够影响有效驱动系数和有效产能系数。因此有效驱动系数和有效产能系数能够综合反映分段压裂井的有效开发程度。
2.分段压裂水平井渗流特征
通过分析分段压裂井在不同条件下的压力、压力梯度、含油饱和度和渗流区域的变化规律来研究分段压裂井的渗流特征，并进行了分段压裂井开采井网参数的优选。
2.1分段压裂井联合布井物理模拟实验
从物理模拟实验看，在相同驱替压差下，分段压裂井的压力梯度值要比非压裂井的压力梯度值高，且随着压裂半缝长的增加，压力梯度值增加。分段压裂井的不流动渗流区域要比非压裂水平井的不流动渗流区域小，而分段压裂井的拟线性区域要比非压裂水平井的拟线性区域大。在相同的分段压裂井条件下，拟线性渗流区域随压差的增大而增大，不流动渗流区域随压差的增大而减小。因此，可以通过适当增加压裂规模或提高注采压差来有效地开发储层。
2.2物理模拟与数值模拟对比分析
分别用物理模拟与数值模拟两种方法来模拟井网不同注采方式下的开采结果和渗流规律。从研究结果可知：①无论是物理模拟，还是数值模拟，未压裂井作为注水井能够实现线状注水，且水量均匀推进，可以实现较大的波及面积。压裂井作为采油井也可以实现较大的泄油面积，且井筒压降小。②物理模拟的实验结果与数值模拟的结果基本吻合，达到了相互印证。从两者之间的差异可以看出，物理模拟更能揭示分段压裂井的渗流机理，并可以为数值模拟的参数选取提供指导。
2.3分段压裂井衰竭式开采数值模拟
利用油藏非线性渗流油藏数值模拟，分析不同因素对分段压裂井开采效果的影响。
（1）渗透率的影响
①当井长度一定时，分段压裂井随着渗透率的降低，最佳分段数越来越多。储层越致密，需要分段压裂的井段越多。②对于渗透率级别的改变，最为敏感的是分段数，其次是裂缝半缝长，裂缝导流能力最为不敏感。压力梯度场仅发生在裂缝附近，很难扩展到储层的远方。
（2）水平井长度的影响
当渗透率一定时，随着井长度的增加，压裂的最佳段数也逐渐增加，而且裂缝半缝长呈现减小的趋势，最优裂缝导流能力则基本没有变化。可见，对于井长度的改变，最为敏感的是分段数，其次是裂缝半缝长，裂缝导流能力最为不敏感。
3.结论
（1）通过分段压裂井物理模型的岩样筛选、分段压裂井的制作和封装、模型抽真空饱和办法及有效驱动的物理模拟评价方法的研究，创建了分段压裂井物理模拟实验方法。
（2）利用分段压裂井物理模拟方法，研究分段压裂井联合布井的渗流规律。在相同驱替压差下，分段压裂井的压力梯度要比未压裂井的压力梯度值高，且随着压裂半缝长的增加，压力梯度值增加。因此，通过适当增加压裂规模或提高注采压差来有效地开发储层。
（3）利用分段压裂井数值模拟方法，研究分段压裂井衰竭式开采方式下的渗流规律。研究表明：当井长度一定时，分段压裂随着渗透率的降低，最佳分段数越来越多；当渗透率一定时.随着井长度的增加，压裂的最佳段数也逐渐增加，而裂缝半缝长呈现减小的趋势。因此，对油藏分段压裂井开采来说，最为敏感的是分段数，其次是裂缝半缝长，裂缝导流能力最为不敏感。
参考文献
[1]黄朝琴；裂隙介质两相渗流数值模拟研究[J]；中国科学：技术科学；2011年09期
[2]姚军；基于离散裂缝模型的裂缝性油藏注水开发数值模拟[J]；计算物理；2011年01期