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沙特致密氣藏開發井距優化有何不同?

最近沙特阿拉伯致密氣藏的開發迎來了春天,這是因為沙特阿拉伯日益增長的天然氣需求以及水平井分段壓裂技術的成熟促進了其國內致密氣藏的開發。采用水平井分段壓裂技術對氣藏尤其是低滲氣藏的有效開發取決于井間距離(下文簡稱井距)。該文給出了適用于沙特氣藏環境下實施水平井分段壓裂幾種井距開發模式。

理論背景

上圖為水平井多級壓裂不同流動階段的示意圖:(a)早期線性流(b)早期徑向流(c)線性流(d)徑向流

忽略井筒存儲效應,多段裂縫系統中存在多種流體模型:早期線性流、早期徑向流、線性流以及徑向流(如上圖所示)。流體的早期階段屬于線性流,沿著垂直于裂縫面的方向流向裂縫。當裂縫之間互不干擾且流入井筒中的大部分流體都來自裂縫(此時裂縫尖端效應沒有影響到其壓力特征),才會形成線性流。流體進入裂縫尖端后,進入早期徑向流階段,且此時縫間沒有連通。

流體流動的各個階段可能持續時間非常短,也可能在整個流動過程中根本不會出現,這主要取決于裂縫的長度和裂縫間距。隨后,裂縫之間發生相互干擾,進入線性流階段,形成了水平井中最常見的流動。最后地層中出現徑向流,流體沿徑向流入井眼/裂縫系統。在徑向流階段,整個裂縫系統相當于一條單縫。當波及到儲層邊界或者與周圍鄰井形成井間干擾時,流動最終形成擬穩態。

擬穩態條件下,從動態生產開始直至氣藏枯竭為止,該階段下的流動速度主要取決于井距、氣井以及儲層特征。

方法

氣藏模型的最大特點在于能夠對不同氣藏和壓裂方案進行產能預測。然而,這需要考慮各種可行性方案并進行大量的模擬。為了簡化問題,對不同氣藏和裂縫敏感參數進行模擬,首次為氣藏生產速率和20年來的累積產量的影響因素提供依據??梢愿鶕舾行苑治龅慕Y果,選取關鍵參數來減少用來模擬的模型數量。模型中的參數變量包括儲層滲透率、儲層厚度、垂直-水平各向異性參數以及裂縫特征。

模型描述

用于敏感性分析和優化研究的氣藏模型幾乎是相同的,唯一區別為模型中的網格尺寸。敏感性分析的目的是確定水平井中影響產氣量的參數。對地層參數和裂縫參數的影響進行研究需要在一個無限大的地層中進行,只有這樣才可以消除邊界效應對產氣量的影響。

該項研究假定氣體通過裂縫和水平井段流入井筒,對水平井裸眼段多級壓裂完井進行了模擬。由于已經證實橫向裂縫最適合致密氣藏開發,所以模擬時只考慮了橫向裂縫的作用。為了描述井眼處的附加壓降,上述模擬研究中還考慮了流體的非達西流動。

選擇儲層滲透率分別為0.01、0.1和1毫達西(mD),儲層厚度為30-100英尺、垂向滲透率與水平滲透率的比值分別為0.01、0.1、1的中低滲氣藏進行井距模擬研究。井距優化時考慮了各種可能存在的裂縫半長,這些裂縫半長涵蓋了從酸化壓裂產生的短裂縫到水力壓裂產生的較長支撐縫。設置的水力裂縫的數量為3、6、12,相應的裂縫間距為880、440、220 英尺。

我們應充分考慮每種情況的特殊布井方式。為了使面積為10560×10560平方英尺、水平井段長為3000英尺的模擬氣藏能夠有效的排采,在x方向布井的數量為2、4和6個,對應的氣藏滲透率分別為0.01mD、0.1 mD和1 mD,只在y方向上對井距進行優化。

敏感性分析

氣藏參數

水平井進行分段壓裂時,要確定累積產氣量的敏感性參數,主要包括氣藏滲透率、儲層厚度以及垂向-水平各向異性比值。氣藏的滲透率不同,其泄流面積和累積產氣量也會不同。相比于滲透率為0.01 mD的氣藏,滲透率為1 mD的氣藏中的水平井20年來的產氣量更大一些。通常情況下,低滲氣藏的衰竭時間要比高滲氣藏的衰竭時間長。因此,高滲氣藏需要采取大井距少井數的開發模式才能實現20年以上的高效開發。

除氣藏滲透率之外,也研究了儲層厚度變化對氣藏產量的影響。結果表明:在無限大的氣藏中,儲層厚度對氣藏的累積產量影響并不大。

裂縫參數

敏感性分析中,滲透率的變化范圍是0.01—1.0 mD。結果表明:橫向裂縫的數量越多,氣井累積的產量越高。且在滲透率為0.01 mD的氣藏中,累積產氣量與橫向裂縫數量之間的相關性比滲透率為1.0 mD的氣藏明顯。

類似的現象也出現在水平井的長、短裂縫對產氣量的模擬過程中。水平井的裂縫越長,累積產氣量越大,在致密氣藏中,裂縫長度對產量的影響尤為明顯。假設不考慮裂縫的特性,中高滲氣藏的水平井同樣也需要優化井距。這間接表明了高滲氣藏中通過分段壓裂水平井提高最終采收率的空間不大。因此,上述結論只適用于均質氣藏和干氣藏的條件下,不能一概而論。

井距優化

井距優化與氣藏滲透率

我們考慮采用滲透率為0.01 mD、0.1 mD、1 mD的氣藏,因為它們是沙特中低滲氣藏的代表。為了確定不同滲透率氣藏的最優井距,每一種滲透率的氣藏都進行了多次井距模擬實驗。結果表明:通常情況下,小井距多井數的開發模式獲得的產量較高,這一現象在開發初期時尤為明顯,20年生產期內所累積的總產氣量相應也會稍高一些。井距越小,平均每口井的泄流面積也越小,波及到邊界所需的時間就會更短。如果在20年的生產期內提前波及到了儲層邊界,則會產生井間干擾現象。

氣藏滲透率和井距之間的關系表明:為了在指定的生產期內開發氣藏,滲透率越小的氣藏,其井距也應該越小。

井距與裂縫數量

在致密氣藏中,水平井橫向裂縫的數量是影響井距的重要因素之一。為了找出最優井距,我們考慮了滲透率值分別為0.01 mD、0.1 mD的兩個氣藏。

在滲透率為0.01mD的氣藏中,為了避免流動干擾,水平井的三條橫向裂縫需要間隔500米,如果具有12條橫向裂縫,則需要大約700米的距離。隨著橫向裂縫數量的增多,氣藏的接觸表面也相應增加,因此將會獲得更高的產量,開發初期時尤為顯著,當然氣藏衰竭的也更快??偠灾?,與水平井相交的裂縫數量越多,開發氣藏所需的井數就越少,相應井距就越大。

井距與裂縫半長

裂縫半長是井距優化研究中的另一個控制參數。對生產了20多年的水平多級壓裂井進行井距優化,模擬了氣藏滲透率為0.01mD和0.1mD的水平井產氣量。由于滲透率為1.0mD的氣藏產氣量對裂縫特性并不敏感,因此不再考慮高滲氣藏的情況。此外,還考慮了獨立裂縫條數為3條、6條、12條,裂縫間距分別為100、200、300英尺的幾種情況。

隨著裂縫半長的增大,氣藏的接觸面積也增大,從而獲得更高的產量、更大的泄流面積,井距也可以更大。另外,我們可以發現兩個有趣的結論,一是裂縫數量較少、半長較短的水平井需要的井距較小,然而長裂縫越多,所需的井距就越大。二是裂縫半長和裂縫數量影響接觸面積,進而影響井距優化。上述結論只適用于均質儲層,這是因為在均質儲層中每條裂縫對流體所起的作用是相同的。

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