壓裂改造區域優化設計范文

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《爆炸與沖擊雜志》2016年第二期

摘要：

基于爆炸壓裂裂縫分布規律，提出爆炸壓裂縫網雙重介質復合流動產能模型，應用Laplace變換Stehfest數值反演，得到了定壓條件下封閉外邊界低滲透油藏爆炸壓裂生產井產能表達式。在模型正確性驗證的基礎上結合某低滲透油藏儲層特征參數研究了爆炸壓裂改造區域參數對封閉邊界油藏產量的影響，同時對爆炸壓裂改造改造體積優化設計進行了研究。研究結果表明，爆炸壓裂改造區域半徑主要影響生產中期產能，改造區域滲透率對生產早期和中期影響比較大，且對于實例油藏爆炸壓裂改造比為0．1時效果最好。

關鍵詞：

爆炸力學；爆炸壓裂；復合流動模型；改造區域半徑；優化設計；低滲透油藏

我國低滲透油藏資源豐富，此類油藏儲層孔隙吼道發育較差［1］，需采用增產改造措施改善低滲儲層物性以達到經濟有效開發的目的［2－3］。傳統水力壓裂技術能在一定程度上改善油層滲流能力，但受儲層物性和注水開發的限制水力壓裂裂縫長度通常較短［4－7］。爆炸壓裂技術是一種非常規壓裂技術，利用爆炸產生的沖擊波，沖擊井壁巖石，制造裂縫，爆生氣體進入裂縫并進一步擴展裂縫，達到改善低滲透儲層物性、提高油藏采收率的目的［8－11］。學者們從理論和試驗等2個方面對爆炸壓裂后裂縫分布規律進行研究［10，12－13］，結果表明爆炸近區壓裂裂縫分布較為復雜，爆炸點較遠處儲層基本不受影響。目前儲層產能模型主要基于雙重或單重介質模型，無法準確反映爆炸壓裂儲層改造特征，因而適合于爆炸壓裂滲流機理及產能預測模型方面的理論研究較少［14］。本文中在雙重介質模型的基礎上，結合爆炸壓裂儲層改造區域的特征，提出爆炸壓裂縫網雙重介質復合流動模型，求得拉式空間內定壓生產下不同邊界條件時油井產量半解析解，利用反演計算得到真實空間內產量變化規律，對改造區域范圍等產能影響因素進行分析及優化設計，以期為爆炸壓裂優化設計提供一定的參考。

1物理模型

根據爆炸壓裂儲層改造區域特征，考慮儲層存在2個不同的區域：靠近井筒區域受爆炸壓裂影響而形成眾多裂縫，將該區域考慮為縫網雙重介質區域；遠離井筒的區域受到爆破壓裂沖擊波影響較小，儲層基本保持原狀，考慮為單重介質結構。因此可以描述復合油藏為：井位于系統中心，井徑為rw，爆炸壓裂區域記為內區，改造區域半徑為r1；未改造區域記為外區，半徑為re，如圖1所示。

2數學模型

2．1模型建立與求解在厚度為h、原始地層壓力為pi的徑向圓形系統地層中，從t＝0時刻起有一口井定產量生產，那么儲層內壓力p（r，t）滿足下列定解問題。

2．2模型驗證.孔祥言等［17］推導了儲層為雙重介質時圓形封閉儲層中油井的擬穩態壓力半解析解。采用的某低滲透油藏實際礦產參數為：井筒半徑為0．124m，供給半徑250m，基質滲透率為0．00023μm2，原油黏度為13．5mPa•s，基質孔隙度為10．8％，原始地層壓力為30MPa，原油壓縮系數為0．0014MPa－1，井底流動壓力為8MPa，巖石壓縮系數為0．00038MPa－1，原油密度為0．75g／cm3，縫網裂縫滲透率為0．1μm2。將文獻［17］中模型計算結果與本文中推導得到爆炸壓裂復合流動模型結果進行對比。可以看出，當r1＝re即儲層完全被改造時，復合流動模型與文獻［17］中模型計算所得到的生產井動態數據吻合較好，但是本文中模型與之前模型相比可以考慮改造區域范圍的影響，可以更準確描述儲層實際改造情況。計算分析得到的爆炸壓裂改造前后生產井產量對比，如圖2所示，從圖中可以看出改造區域半徑對產能影響較大，對儲層進行爆炸壓裂改造可顯著提高產量。

3爆炸壓裂產能影響因素分析

低滲透油藏儲層爆炸壓裂開發效果受到很多因素的影響，基于低滲透油藏爆炸壓裂復合流動產能模型研究了儲層改造體和改造區域滲透率對儲層開發效果的影響。采用上述參數，在定井底流動壓力為8MPa下進行計算分析。

3．1爆炸壓裂改造區域半徑爆炸壓裂改造半徑對油井產能影響如圖3所示。改造區域半徑對產能的影響主要體現在生產中期，改造半徑越大，中期產能越高。生產早期壓力波及范圍較小，井筒附近的改造區域向井筒供液，改造區域半徑對該階段的油井產能沒有影響；生產20d以后壓力開始逐漸波及到邊界，改造區域半徑較小時產能迅速下降，改造區域半徑越大，縫網雙重介質區域竄流量越大，產能相應也就越高；生產約1000d之后，未改造區域儲層流體開始滲流，改造區域半徑越大，該階段未改造區域產能貢獻度越小，因而改造區域半徑對產能的影響逐漸減小。

3．2爆炸壓裂改造區域裂縫滲透率爆炸壓裂改造區域縫網雙重介質滲透率對生產井產能的影響，如圖4所示。在生產初期，滲透率對生產井產能影響很大；生產中期改造區域發生竄流，縫網區域內基質系統對產能的貢獻逐漸增大，裂縫滲透率對生產井產能影響逐漸減小；生產后期滲透率對生產井產能影響很小。其主要原因在于：縫網雙重介質中裂縫系統的滲透率遠遠大于基質系統滲透率，生產早期主要是裂縫系統內存儲的流體向井筒供液，滲透率對該階段產能影響較大；生產中期發生竄流，滲透率越大，裂縫網絡系統與基質系統滲透率差異越大，系統之間流體交換越容易，生產井產能越大，該階段基質內流體對產能貢獻度較大，因而裂縫滲透率對產能的影響逐漸減小；生產后期竄流結束后，油藏表現為均質流動特征，基巖和微裂縫壓力同步變化，裂縫滲透率對產能的影響很小。

4爆炸壓裂改造體積優化設計

低滲透油藏儲層爆炸壓裂改造過程中可以通過加大炸藥量增加壓裂改造區域的體積。改造區域體積越大，生產井產量就越高，但是當改造體積達到一定程度時，繼續增加改造區域體積對產能的影響會越來越小，因而最大的改造區域體積并不能達到最好的經濟效益。基于上述研究理論，定義壓裂改造比R為爆炸壓裂改造區域體積與油藏總體積的比值。在儲層總體積不變的情況下，壓裂改造比可以用于表征爆炸壓裂改造區域體積的大小，壓裂改造比與油井累積產量的關系如圖5所示。當改造體積較小時，生產井累積產量受改造體積影響較大，在該階段增加爆炸壓裂改造體積可以明顯的提高累積產量。當壓裂改造比大于0．1后，繼續增加改造體積時生產井產量增幅較小，因而該低滲透油藏存在最優的壓裂改造比為0．1，即爆炸壓裂改造區域半徑約為25m時效果最好。不同儲層物性對單位質量炸藥的改造范圍具有較大的影響，在確定最優改造半徑的條件下，采用實際儲層的巖石進行爆炸壓裂實驗以獲得壓裂改造范圍與爆炸量用量的對應關系，進而可以得到該儲層最優的炸藥設計量。

5結論

在雙重介質模型的基礎上，結合爆炸壓裂形成的裂縫分布規律，提出爆炸壓裂縫網雙重介質復合流動模型，求得拉式空間內定壓生產時不同邊界條件下生產井產能半解析解，利用反演計算得到真實空間內產量變化規律。

低滲透油藏爆炸壓裂產能受壓裂改造區域范圍、縫網改造區域滲透率等因素影響較大；對壓裂改造區域半徑、縫網改造區域滲透率等因素進行分析后發現爆炸壓裂改造區域半徑主要影響生產中期產能，改造區域滲透率對生產早期和中期影響均比較大。對儲層實施爆炸壓裂改造時存在最優的改造進行半徑，計算表明，當爆炸壓裂改造比為0．1時改造效果最好。

作者：劉靜華 韓國慶 景紫巖 單位：中國石油大學（北京）石油工程學院 中國石油勘探開發研究院西北分院