压裂水平井裂缝参数优化研究_图文(精)

2006年3月第21卷第2期

西安石油大学学报(自然科学版

Jourml of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition

Mar.2006Ⅷ21N02

文章编号:1673—064X(200602—0029—04

压裂水平井裂缝参数优化研究

Optimization of the fracture parameters of fractured horizontal wells

高海红1,程林松1,曲占庆2

(1中国石油大学石油天然气工程学院,北京102249;2.中国石油大学石油工程学院,山东东营257061

摘要:裂缝是影响压裂水平井产能的主要因素,为了成功的压裂水平井,在压前的施工设计中要充分考虑裂缝参数的优化.利用电模拟实验研究了裂缝参数与压裂水平井产能的关系,所考虑的裂缝参数包括:水平井筒与裂缝夹角、裂缝长度、水平井筒长度、裂缝数目、裂缝位置及裂缝间距等.研究表明:产能随水平井筒与裂缝夹角的增大而增大,超过45。后产能增加的趋势变缓;产能随裂缝长度的增加而增加,但在具体的油藏地质条件下存在最优的裂缝长度和水平井筒长度的匹配;实验中压裂水平井的最优裂缝数为3~5条,其中外裂缝对产能的贡献最大;产能随裂缝问距的增大相应增加.裂缝参数的优化研究可为压裂水平井的施3-设计提供理论性指导.

关键词:水平井;压裂设计;裂缝参数优化;产能

中图分类号:TE357.1+3文献标识码:A

国内外油田开发实践证明,水平井压裂后可更大范围地沟通未动用的油气层…,极大地提高油藏的采出程度,目前已成为广泛应用的采油新技术.压裂后裂缝是影响

产能的主要因素,因此在压裂施工设计中,要充分优化裂缝的参数设计,如水平井筒与裂缝的夹角、裂缝长度与水平井筒长度的匹配以及裂缝间距等裂缝参数,以保证压裂后水平井的产能. 国内外学者L24J对于裂缝参数的优化问题研究最多的是裂缝

数以及裂缝和水平井筒长度的优化,对于水平井筒与裂缝夹角以及裂缝间距等问题考虑较少,而且利用数值模拟方法比较费时,在实际矿场应用受到限制.本文利用经

典的电模拟实验方便快捷地研究了各裂缝参数与压裂水平井产能的关系实验中利用电流密度比的大小表征产能比,减小了实验误差,简化了计算过程 1电模拟实验理论

1.1电模拟实验原理

电模拟的直接理论基础就是水电相似原理,即描述渗流场和电流场的数学方程相似.渗流场中,不可压缩的地下流体通过多孔介质的稳定渗流符合达西定律及拉普拉斯方程;而电流场中,电流在导电介质中的流动满足欧姆定律及拉普拉斯方程当两场的几何形状和边界条件相似时,稳态渗流场与稳态电流场相似[“,各相似系数如下:

几何相似系数

cL=了X=iY=了Z; (1 电导率相似系数

q=半; (2 压力相似系数

收稿日期:2005—11-14

基金项目:国家自然科学基金资助项目“水平井压裂改造及砾石充填防砂技术研究”(编号:50274055 作者简介:高海红(1975一,女,山东商河人,博士.主要从事油藏工

程与油藏渗流理论研究

万方数据

一30一西安石油大学学报(自然科学版

G=盟AU; 速度相似系数。 1.3实验数据处理方法

电模拟实验中液体介质会产生极化现象,导致

G。詈; (4 流量相似系数

co=旦I.

(5 各相似系数之间应满足

CQ=cLC。巴. (6 利用相似系数,由模拟电流场的物理量便可得到实际油藏渗流场的各参数.

上述各式中,x,y,z为油藏中的长度,13a;z, y,2为电流场中的长度,m;k为渗透率,”m2;P为黏度,Pa・s;p为电导率,1“Q・m;Ap为压差,Pa; △u为电压差。v;口为渗流速度,m/s;i为电流密度,A/m2;Q为流体流量,m3/s;,为电流,A.

1.2实验装置

电模拟实验装置如图1所示,在一装有电解液的长、宽、高分别为

1500rnm,1500rm,350mm的有机玻璃槽里,自来水作电解液模拟油层,水深模拟地层厚度,以良导体铜片作供给边界,将模型放在水的中央模拟位于地层中部的压裂水平井.将电流表与模拟井串联,可测得模拟井的电流密度.为了保证实验模拟的是稳定流动条件,用交流电路时,使用稳压器,以保证电流恒定【6].为防止水极化,用信号发生器提高电源频率.

电模拟实验中利用直径为21Tin].的铜棒模拟水平井,利用长30rmn、宽2nm的薄铜片模拟裂缝, 将铜棒和薄铜片以不同角度焊接在一起模拟压裂水平井实验所用电解液为自来水,铜的电导率比自来水的电导率高得多,因此模拟裂缝的导流能力较高.

方形有机玻璃槽.2定位丝杠;3步进电机;4,探针

5供给边界;6直流稳压电源;7频率发生器;

8高精度万用表;9定位主控葙;10定位键盘

图1电模拟实验装置电导率值不稳定,直接计算压裂水平井的产能误差很大[7,“,因此引入电流密度比的概念,采用单位电压差下压裂水平井模型与同样条件下直井模型的电流密度比表示油藏条件下同样条件的压裂水平井与直井的产能比.这种同等条件下的比较既体现了水平井压裂后的产能特点,又避免了实验中电导率值不确定带来的实验误差.

若几为油藏条件下单位生产压差的压裂水平井的流量,即产能指数,rn3/(s・pa,J。为油藏中直井产能指数(公式中下标h表示压裂水平井,v表示直井,由公式(5得到产能比

岛一笪坐红竺岛门、J, C∞I。,△p。1

、。其中电流强度

,=徂. (8 式中,A为电流传导的截面积,m2.将公式(3,(8 代人公式(7,整理得

厶:鱼!鱼!亟h—ih/A—Uh rq、】。C∞A。,C口v t。/△U。。

“ 在同等条件下。给定相同的流量相似系数CQh =CO,和压力相似系数qh=qv.使用相同实验装置时,Ah=A,,则公式(9简化为

Jh ih/AUh

J。一iv/AUv’

(10 即产能指数比.,h∥,与同等条件下单位电压差下的电流密度比值

(ih/AUh/(iv/AU,~致.因此电模拟实验中,电流密度比的大小表征了压裂水平井产能的大小,不需要利用相似系数将实验数据变换到模拟油藏参数来计算产能,大大减小了实验误差. 2压裂水平并产能影响因素的讨论裂缝是影响压裂水平井产能的主要因素,因此下面研究裂缝的相关参数,如裂缝与水平井筒的夹角、裂缝长度、裂缝数目以及裂缝间距等对产能的影响.定义