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沙特致密气藏开发井距优化有何不同?

最近沙特阿拉伯致密气藏的开发迎来了春天,这是因为沙特阿拉伯日益增长的天然气需求以及水平井分段压裂技术的成熟促进了其国内致密气藏的开发。采用水平井分段压裂技术对气藏尤其是低渗气藏的有效开发取决于井间距离(下文简称井距)。该文给出了适用于沙特气藏环境下实施水平井分段压裂几种井距开发模式。

理论背景

上图为水平井多级压裂不同流动阶段的示意图:(a)早期线性流(b)早期径向流(c)线性流(d)径向流

忽略井筒存储效应,多段裂缝系统中存在多种流体模型:早期线性流、早期径向流、线性流以及径向流(如上图所示)。流体的早期阶段属于线性流,沿着垂直于裂缝面的方向流向裂缝。当裂缝之间互不干扰且流入井筒中的大部分流体都来自裂缝(此时裂缝尖端效应没有影响到其压力特征),才会形成线性流。流体进入裂缝尖端后,进入早期径向流阶段,且此时缝间没有连通。

流体流动的各个阶段可能持续时间非常短,也可能在整个流动过程中根本不会出现,这主要取决于裂缝的长度和裂缝间距。随后,裂缝之间发生相互干扰,进入线性流阶段,形成了水平井中最常见的流动。最后地层中出现径向流,流体沿径向流入井眼/裂缝系统。在径向流阶段,整个裂缝系统相当于一条单缝。当波及到储层边界或者与周围邻井形成井间干扰时,流动最终形成拟稳态。

拟稳态条件下,从动态生产开始直至气藏枯竭为止,该阶段下的流动速度主要取决于井距、气井以及储层特征。

方法

气藏模型的最大特点在于能够对不同气藏和压裂方案进行产能预测。然而,这需要考虑各种可行性方案并进行大量的模拟。为了简化问题,对不同气藏和裂缝敏感参数进行模拟,首次为气藏生产速率和20年来的累积产量的影响因素提供依据。可以根据敏感性分析的结果,选取关键参数来减少用来模拟的模型数量。模型中的参数变量包括储层渗透率、储层厚度、垂直-水平各向异性参数以及裂缝特征。

模型描述

用于敏感性分析和优化研究的气藏模型几乎是相同的,唯一区别为模型中的网格尺寸。敏感性分析的目的是确定水平井中影响产气量的参数。对地层参数和裂缝参数的影响进行研究需要在一个无限大的地层中进行,只有这样才可以消除边界效应对产气量的影响。

该项研究假定气体通过裂缝和水平井段流入井筒,对水平井裸眼段多级压裂完井进行了模拟。由于已经证实横向裂缝最适合致密气藏开发,所以模拟时只考虑了横向裂缝的作用。为了描述井眼处的附加压降,上述模拟研究中还考虑了流体的非达西流动。

选择储层渗透率分别为0.01、0.1和1毫达西(mD),储层厚度为30-100英尺、垂向渗透率与水平渗透率的比值分别为0.01、0.1、1的中低渗气藏进行井距模拟研究。井距优化时考虑了各种可能存在的裂缝半长,这些裂缝半长涵盖了从酸化压裂产生的短裂缝到水力压裂产生的较长支撑缝。设置的水力裂缝的数量为3、6、12,相应的裂缝间距为880、440、220 英尺。

我们应充分考虑每种情况的特殊布井方式。为了使面积为10560×10560平方英尺、水平井段长为3000英尺的模拟气藏能够有效的排采,在x方向布井的数量为2、4和6个,对应的气藏渗透率分别为0.01mD、0.1 mD和1 mD,只在y方向上对井距进行优化。

敏感性分析

气藏参数

水平井进行分段压裂时,要确定累积产气量的敏感性参数,主要包括气藏渗透率、储层厚度以及垂向-水平各向异性比值。气藏的渗透率不同,其泄流面积和累积产气量也会不同。相比于渗透率为0.01 mD的气藏,渗透率为1 mD的气藏中的水平井20年来的产气量更大一些。通常情况下,低渗气藏的衰竭时间要比高渗气藏的衰竭时间长。因此,高渗气藏需要采取大井距少井数的开发模式才能实现20年以上的高效开发。

除气藏渗透率之外,也研究了储层厚度变化对气藏产量的影响。结果表明:在无限大的气藏中,储层厚度对气藏的累积产量影响并不大。

裂缝参数

敏感性分析中,渗透率的变化范围是0.01—1.0 mD。结果表明:横向裂缝的数量越多,气井累积的产量越高。且在渗透率为0.01 mD的气藏中,累积产气量与横向裂缝数量之间的相关性比渗透率为1.0 mD的气藏明显。

类似的现象也出现在水平井的长、短裂缝对产气量的模拟过程中。水平井的裂缝越长,累积产气量越大,在致密气藏中,裂缝长度对产量的影响尤为明显。假设不考虑裂缝的特性,中高渗气藏的水平井同样也需要优化井距。这间接表明了高渗气藏中通过分段压裂水平井提高最终采收率的空间不大。因此,上述结论只适用于均质气藏和干气藏的条件下,不能一概而论。

井距优化

井距优化与气藏渗透率

我们考虑采用渗透率为0.01 mD、0.1 mD、1 mD的气藏,因为它们是沙特中低渗气藏的代表。为了确定不同渗透率气藏的最优井距,每一种渗透率的气藏都进行了多次井距模拟实验。结果表明:通常情况下,小井距多井数的开发模式获得的产量较高,这一现象在开发初期时尤为明显,20年生产期内所累积的总产气量相应也会稍高一些。井距越小,平均每口井的泄流面积也越小,波及到边界所需的时间就会更短。如果在20年的生产期内提前波及到了储层边界,则会产生井间干扰现象。

气藏渗透率和井距之间的关系表明:为了在指定的生产期内开发气藏,渗透率越小的气藏,其井距也应该越小。

井距与裂缝数量

在致密气藏中,水平井横向裂缝的数量是影响井距的重要因素之一。为了找出最优井距,我们考虑了渗透率值分别为0.01 mD、0.1 mD的两个气藏。

在渗透率为0.01mD的气藏中,为了避免流动干扰,水平井的三条横向裂缝需要间隔500米,如果具有12条横向裂缝,则需要大约700米的距离。随着横向裂缝数量的增多,气藏的接触表面也相应增加,因此将会获得更高的产量,开发初期时尤为显著,当然气藏衰竭的也更快。总而言之,与水平井相交的裂缝数量越多,开发气藏所需的井数就越少,相应井距就越大。

井距与裂缝半长

裂缝半长是井距优化研究中的另一个控制参数。对生产了20多年的水平多级压裂井进行井距优化,模拟了气藏渗透率为0.01mD和0.1mD的水平井产气量。由于渗透率为1.0mD的气藏产气量对裂缝特性并不敏感,因此不再考虑高渗气藏的情况。此外,还考虑了独立裂缝条数为3条、6条、12条,裂缝间距分别为100、200、300英尺的几种情况。

随着裂缝半长的增大,气藏的接触面积也增大,从而获得更高的产量、更大的泄流面积,井距也可以更大。另外,我们可以发现两个有趣的结论,一是裂缝数量较少、半长较短的水平井需要的井距较小,然而长裂缝越多,所需的井距就越大。二是裂缝半长和裂缝数量影响接触面积,进而影响井距优化。上述结论只适用于均质储层,这是因为在均质储层中每条裂缝对流体所起的作用是相同的。

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