压裂软件的现状及发展趋势

压裂软件的现状及发展趋势

孟庆民

(中石化胜利油田分公司采油工艺研究院)

摘要：压裂是目前低渗透油田主导的增产措施，压裂相关的软件技术发展的也非常迅速。压裂软技术贯穿于从整体开发-单井设计-压后返排优化全过程，是技术人员的重要工具，通过软件，可以更加深入的认识油藏和评价施工效果。通过对常用的压裂优化软件的使用经验，分析了压裂软件的现状及发展，探讨了目前软件存在的问题，提出了下步压裂软件的发展趋势，并对压裂优化软件的发展提出了看法。

主题词：压裂软件 整体压裂 单井设计 发展趋势

1 压裂软件现状

压裂是低渗透油藏重要增产措施，压裂设计软件是优选油层改造措施和优化设计措施的基本手段。目前压裂优化软件已经形成了较为完善的体系，由区块整体压裂设计、单井压裂优化设计、施工实时监测和分析等三类组成。

目前，区块整体压裂优化设计软件主要有3种优化设计方法，即优化采收率法、净现值法和累计增产量法。优化采收率法最为科学，但是由于涉及油田开发方面的许多比较复杂的因素和问题，实际上难以做到真正的目标优化。净现值法涉及裂缝模型因素和油田开采经济分析问题，裂缝模拟的准确性和经济分析模型的可靠性均会对优化结果产生影响。累计增产量法着重分析油层内有效裂缝对增产量的影响，避开了裂缝模型、裂缝具体形状(主要指高度变化等)和经济分析因素。这类软件主要用以确定地层是否适合整体压裂改造，优选裂缝规模以及预测整体压裂效果。目前整体压裂软件主要是国内的中国石油大学和西南石油大学开发的，可以完成五点、反九点、矩形井网的优化。

单井压裂设计软件主要以国外的产品为主，如FracproPT、E-StimPlan、Terrfrac、GOHFER、Meyer，国内有西南石油大学开发的3D-HFODS软件。压裂设计软件一般包括压裂设计、酸压设计、压裂充填设计、小型压裂分析、产能预测、经济评价、液体/支撑剂库等功能。压裂裂缝模型从二维发展到了全三维，从简单的井身结构优化发展到了复杂结构的水平井优化。FracproPT软件系统是拟三维压裂软件工具，提供支撑剂和酸化压裂增产的设计、模拟、分析、执行和优化功能。FracproPT的独特技术是它的实时数据管理和分析能力；其中包括灵活的，根据裂缝分析可进行校正的裂缝模型；以及压裂处理后进行生产分析和经济优化的油藏模拟功能。FracproPT2007版本（10.4.57）支持水平井的压裂设计模拟，而且可以和油藏模拟软件作接口，模拟压裂后产能变化。E-StimPlan是由压裂专家K.G. Nolte、Mike Smith先生创建的NSI公司开发的全三维压

裂设计与分析软件，它不仅继承了压裂酸化领域的最新研究成果，适合压裂工程师进行压裂优化设计，尤其是Nolte、Smith创建的压裂压力诊断技术，特别适合现场工程师进行现场压裂分析。E-StimPlan压裂设计分析软件具备目前进行压裂优化设计所需要的压裂设计、压裂分析/诊断、压裂油藏模拟和经济优化评价功能，能够完成压前地层评估、压裂方案设计与优化、全三维压裂模拟与敏感性分析、压裂过程及压后压力降落实时数据采集与分析、压力历史拟合和压裂效果评价等工作。E-Stimplan从5.51H版本后，可以支持水平井的压裂模拟。全三维压裂与酸化设计和模拟软件GOHFER由STIM-LAB 公司开发，采用三维网格结构算法，动态计算和模拟三维裂缝的扩展，计算过程中充分考虑了地层各相异性、多相流多维流动、支撑剂输送、压裂液流变性及动滤失、酸岩反应等有关各种因素，能够计算和模拟多个射孔层段的非对称裂缝扩展。基于STIM-LAB 长期从事导流特性、压裂液、支撑剂、酸化及酸液等相关研究(近20 年之久)所获得的第一手测试数据，GOHFER 配置了相当丰富的压裂液、酸液和支撑剂综合数据库，该数据库储存并可计算大部分压裂液和酸液的流变特性，STIM-LAB 公司每年都对该数据库进行扩展升级。Terrfrac是由美国Cliffton教授开发，水力裂缝扩展理论最为完善，它采用了二维流动方式实现了裂缝扩展的全三维模拟，主要应用地热开发、核废料处理等领域，但是它仅针对水力压裂已知方案模拟，可以对压裂裂缝扩展的敏感性因素进行分析，在国外很少见到该软件设计的油田压裂实例。 MEYER是一套拟三维压裂设计分析软件，其优点是采用类似人工智能的技术进行压裂设计和分析，在压裂充填设计方面有一定的优势，在国内外相对应用较少。

压裂监测和分析软件主要包括压裂施工监测软件用于实时监测施工参数，分析压力变化趋势以及预测裂缝扩展及缝内输砂状态，并预报事故以指导施工。因此，所采用的裂缝扩展模型对监测分析结果具有重要影响，目前现场解释软件一般采用拟三维模型。目前的大部分压裂设计软件都集成了施工参数监测功能，可以实时监控施工参数，如Gohfer、FracproPT。其中FracproPT还可以实时计算裂缝参数，为施工提供指导。压裂后试井分析是通过对井底的压力和流量进行反演分析，得到地层的静态参数和裂缝的形态信息。Stimplan中集成了试井分析模块。但是由于常规的压力恢复测试需要时间长，影响了该方法的应用，而且有大量的压力测试资料出现不了径向流。采用现有的试井解释方法，一般解释结果多解性强。中科大提出了早期试井理论，研究了早期井底压力在时间较小时的情形，采用小信号提取技术和特殊的数学变换，提出了早期试井分析技术和分析图版，有效地解决了上述问题，目前该软件已经商业化。

2 存在问题讨论

2.1 软件整合性差，没有形成从压裂开发到压后返排一体化压裂设计优化技术

目前的整体压裂优化软件、单井压裂设计软件都是互相独立的软件，无法进行整合。目前市面上还没有一套商业化的压裂返排软件，而压裂后的关井时间、放喷制度正是现场所关心的，不合理的返排制度会影响压后产能。目前国外压裂软件也在进行接口研究，FracproPT2007版本新增了用于Eclipse输出接口和其它高级数值模拟器的输出接口ResSim，可以与油藏模拟软件，如eclipse软件进行数据共享。ResSim接口使得现在当储集层模型正确的模拟多次水力压裂时运算多层储层多相生产的全三维模型成为可能，使用FracproPT裂缝延伸模型的结果，并且将它们自动转化成油藏模拟软件的适当格式。它使网格设置过程完全自动化，并且对储层和裂缝网格块的网格块特性进行初始化。因为ResSim接口属于FracproPT 系统，所以FracproPT软件的所有内部结果（例如从裂缝面到储层的滤失剖面）都可以传输到该油藏模拟软件。该功能尤其对复杂结构井，如水平井的产能预测非常实用。虽然软件之间的接口使得软件之间可以数据共享，但是也使得软件购置费用增加。

2.2 整体压裂软件

对于整体压裂垂直裂缝，已在改进的黑油模型基础上，建立了三维两相油藏-裂缝数值模拟模型，可以对五点井网、反九点井网人工裂缝与井排夹角为0º和45º条件下，水力压裂对区块单元内油水井生产动态的影响进行模拟研究，形成了一套较成熟的技术体系，对提高油藏的整体开发水平起到了很大的促进作用。由于油藏条件的复杂性，常用的正方形井网模拟方法无法满足工程需要。对于垂直裂缝，需要考虑在压裂裂缝与井排夹角为任意角度的条件下的整体压裂数值模拟方法。随着水平井单井开发效果的提高，也急需要开发水平井开发压裂井网设计方法，以确定合理的井网部署与压裂改造裂缝的匹配，目前国内相关应用报道较少。

2.3 单井设计软件

单井压裂设计优化整体来看技术比较成熟，裂缝模型基本上是采用的全三维，可以进行裂缝形态模拟、产能预测、测试压裂分析。单井设计存在的一些需改进的地方，如单井只能预测单相（油或者气）产能模拟，不能模拟油水、油气两相的预测，产能预测模型相对简单，大部分情况下与实际产能相差较大；压裂防砂功能较弱，没有单独的针对压裂防砂的裂缝模型；不能完成多方案同时模拟，智能性不强。

2.4 压裂返排软件