页岩储层中多级压裂对水平井生产动态的影响

页岩储层中多级压裂对水平井生产动态的影响引言近年来，我们对诸如Marcellus页岩的特低渗透储层的开发利用产生浓厚的兴趣。Marcellus（马塞勒斯）页岩是坐落于阿巴拉契亚盆地的天然气的一个重要来源。埋藏于地下4500到8500英尺，我们通常要通过水平钻井技术结合大型水力压裂来开采。页岩储层需要大量的增产措施才能获得经济效益，近期在水平钻井和多级水力压裂方面的改进已经收到良好的效果。随着技术的最新研究进展以及与水平钻井和水力压裂的结合，多级压裂作业已经被证实能够非常成功地增加页岩的初期生产。正如预期的那样，关于大量增产参数的优化研究也正在进行。然而，最能直接影响这些非常规页岩井的终期产量参数并没有完全确立。本文的主要目的就是研究在水力压裂过程中所用的基本增产参数对页岩生产动态的影响。作者收集了历史产量数据以及增产措施的相关信息，并且分析了西维吉尼亚州和宾夕法尼亚州的大量水平井。应用商业性油藏模拟对考虑吸附气的双重介质进行历史拟合，并预测长期的产量动态。本文探究了包括压裂级数、裂缝长度、注水量、填砂量等增产参数对产量的影响，而对每一个参数的理解与掌握对于生产井的优化有着重要的意义。研究方法（1）数据收集生产井、完井及增产数据是在西弗吉尼亚州和宾夕法尼亚州的Marcellus页岩井收集的。所有可获得的完井和生产的电子资料也是在西弗吉尼亚州和宾夕法尼亚州收集的。表1总结了所有水平页岩井的数据统计信息。表1数据统计信息（2）井的研究选择最终选择的标准包括：持续至少两年的报告产量，战略地理位置，典型的产量下降趋势。经过一系列详细的筛选过程，Marcellus的26口水平井作为初步选择。这些井能够代表Greene,Lycoming,Susquehanna,WetzelCounty这四个不同地区的Marcellus页岩。而其中的14口井作为产量历史拟合的最终研究对象，见表2。表2井的研究（3）历史拟合在这项研究中，商业性油藏模拟被用来建立页岩中水平井的基本模型。表3总结了研究中所需要的基本模型参数。为了对每口独立井的预测产量与实际记录产量进行拟合，三个参数是可变的。在历史拟合过程中对三个参数进行了调整，包括裂缝（天然裂缝）渗透率、水力压裂裂缝半长和水力裂缝孔隙度。多次操作每一口井，以确保预测产量能够匹配实际的产量，如表4中详述。表3基本模型参数表4历史拟合确定的最终模型参数（4）长期产量预测历史拟合的结果被应用于每一口井来预测未来五年和十年的累计产量。表5描述了每一级裂缝对应的产量。这些数值可以用来研究水力压裂措施中各参数对水平页岩井的长期产量的影响。表5预测的累计产量分析与讨论数据的范围如下：·裂缝级数：6-15级·裂缝长度：213-586英尺·每级裂缝的注水量：7,500-15,500桶·每级裂缝的填砂量：343,000-960,000磅（1）通过对数据的研究，我们发现累积产量与裂缝级数、裂缝长度之间没有明显的关系。长期预测产量数据可以说明裂缝级数并不一定相关于水平井整个生产周期的增产效果。例如，从表5中的井S1可以看出，最多的裂缝级数并没有对应最高的累积产量。研究结果还显示，井S1在初期经历了一个巨大的气流（很可能是由于地层中存在高密度的裂缝），但是对于增产效果并不明显。（2）正如模型预测的那样，5年与10年的累计产量与每级裂缝的长度之间的关系如图1所示。随着裂缝长度的减小，初期产量有所增加。但是，裂缝级数与初期产量的关系可以解释为，随着更多裂缝被沟通到井筒，初始的烃流量也会增加。而较短的间距也会影响初期产量，但是不会影响最终采收率。从中可以得到裂缝的平均长度大约在300英尺左右，对于油藏开发提供了较为理想的采收率与经济效益。图1累积预测产量与裂缝长度的关系曲线（3）图2描述了不同生产周期的每级裂缝产量与注水量的关系。可以发现，初期产量基本不受注水量的影响；但是提高注水量可以增加长期产量。这种关系会随着时间的增加越来越明显，在Greene和Lycoming区域尤为显著，如图3所示。值得一提的是，图2并没有涵盖SusquehannaCounty的数据，因为这个油藏的压力要明显高于其他三个区域的油藏压力，从而影响结果。曲线的趋势可能是由于增加的注水量会溶解更多的矿物质，这些矿物质先前封闭了天然裂缝，从而导致水接触到的区域渗透率变高。更多的水会允许更多的矿物质冲刷出来增加了与新的天然裂缝的沟通，因此也解释了从历史拟合中得到的较高的天然裂缝渗透率会引起长期产量增加。图2产量与注水量的关系曲线图3Greene&Lycoming十年预测产量与注水量的关系曲线（4）与水驱相似，图4显示了不同生产周期的每级裂缝产量与填砂量的关系。二者有类似的相关趋势。图4也不包括SusquehannaCounty的数据，同样在Greene和Lycoming区域关系尤为显著，如图5所示。图4产量与填砂量的关系曲线图5Greene&Lycoming十年预测产量与填砂量的关系曲线（5）最后一个影响因素考虑水-砂比。图6显示了不同生产时间的关系曲线，正如期望的情形，水-砂比越大，长期产量越高。图6产量与水-砂比的关系曲线结论·压裂级数主要影响水平井的初期产量，随着裂缝级数的增加，初期产量有所提高，但是对累积产量没有明显的影响；·随着裂缝长度的减小，水平井的初期产量增加；·较短的间距也会影响初期产量，但是不会影响最终采收率；·初期产量不会受注水量或者填砂量的影响，但是增大注水量或者填砂量会增加水平井的长期产量，这种关系会随着时间的增大而更加显著。