李 賓

（遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010）

致密油藏是一種儲層孔隙度低、滲透率較小的油藏，原油流動能力相對較差。為了提高致密油藏的產(chǎn)能，體積壓裂水平井成為一種有效的增產(chǎn)技術(shù)。致密油藏具有復雜的滲流機制，例如裂縫擴展、孔隙介質(zhì)滲流、吸附解吸等，研究滲流特征可以幫助深入了解致密油藏中原油的流動規(guī)律，從而指導優(yōu)化壓裂設計和生產(chǎn)操作，可以評估體積壓裂水平井的產(chǎn)能分布規(guī)律和有效作用半徑，從而指導合理的井網(wǎng)布置方案，合理的井網(wǎng)布置可以最大限度地開發(fā)致密油藏的潛力，提高整體產(chǎn)能，有助于預測井的產(chǎn)能表現(xiàn)。通過建立模型和仿真分析，可以預測不同參數(shù)下的產(chǎn)能水平，評估生產(chǎn)經(jīng)濟性，為決策提供科學依據(jù)[1]。本研究主要是從流線模擬、壓裂級數(shù)及滲流特征出發(fā)，對致密油藏體積壓裂水平井滲流特征進行分析，從雙重介質(zhì)模型及參數(shù)敏感性等角度出發(fā)，對致密油藏體積壓裂水平井產(chǎn)能預測問題進行研究，為推動我國致密油藏開發(fā)領域的發(fā)展奠定基礎。

1 致密儲層特征及縫網(wǎng)形成基本原理

1.1 致密儲層地質(zhì)特征

致密油藏的孔隙度通常較低，即儲層中可存儲原油的空隙空間較少，是由于巖石顆粒之間的緊密堆積和粒間膠結(jié)導致的。油藏的滲透率較小，即巖石中原油流動的能力較弱，是由于巖石孔隙連通性差、孔隙喉道狹窄，以及巖石微觀結(jié)構(gòu)的復雜性等因素所造成的。油藏中的孔隙度通常呈現(xiàn)非連通的分布特征，即孔隙之間缺乏有效的連通路徑，導致原油在儲層中流動困難，難以有效開發(fā)。儲層孔隙度小、孔隙喉道細小，致密油藏中存在較高的毛細管壓力，毛細管壓力是原油在細小孔隙和細小喉道中流動所需克服的阻力，會進一步限制原油的流動性。油藏中存在一些具有較大孔隙度和滲透率的喉道區(qū)域，通常稱為“甜點”，這些喉道區(qū)域是原油流動的主要通道，對儲層的有效開發(fā)至關重要。油藏中常常存在多相滲流，即液體相和氣體相同時存在于儲層中的流動，多相滲流會影響原油的流動行為，包括相對滲透率、滲流阻力等[2]。由此可見，致密油藏的儲層特征包括低孔隙度、小滲透率、高孔隙度非連通性、高毛細管壓力、多孔喉道特征以及多相滲流特性，這些特征使得致密油藏的開發(fā)具有一定的技術(shù)挑戰(zhàn)。

1.2 縫網(wǎng)形成原理分析

致密油藏的縫網(wǎng)形成涉及多個因素，主要包括巖石力學性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造和巖石裂縫生成機制等。在巖石力學性質(zhì)方面，致密油藏的巖石通常具有較高的巖石強度和韌性，由于巖石的抗壓性和抗剪切性較強，當?shù)貞Τ^巖石的強度極限時，巖石會發(fā)生破裂，這種破裂可以形成裂縫，并在巖石中形成縫網(wǎng)。在地質(zhì)構(gòu)造方面，地質(zhì)構(gòu)造對致密油藏的縫網(wǎng)形成也有重要影響，構(gòu)造活動會導致地層的應力分布發(fā)生變化，從而產(chǎn)生裂縫[3]。在巖石裂縫生成機制方面，在致密油藏中，巖石裂縫的生成主要涉及四種機制。①構(gòu)造應力：地應力場的變化導致巖石發(fā)生應力積累，超過巖石的強度極限時，會形成構(gòu)造性的裂縫；②壓力釋放：當油藏內(nèi)部的壓力釋放時，巖石會發(fā)生彈性回縮和塑性變形，從而形成裂縫；③化學侵蝕：地下水中的溶解物質(zhì)可以與巖石發(fā)生化學反應，溶解出巖石中的某些成分，導致巖石弱化并形成裂縫；④流體運移：地下流體的運移也可能引起裂縫的形成，流體的滲透和壓力變化會導致巖石中的裂縫擴展和形成縫網(wǎng)[4]。

2 致密油藏體積壓裂水平井滲流特征分析

2.1 流線模擬

在致密油藏體積壓裂水平井技術(shù)的應用過程中，流線模擬的目的是評估井網(wǎng)布置和壓裂設計的效果，預測原油的流動路徑和產(chǎn)能分布。通過流線模擬，可以模擬原油在儲層中的流動路徑和傳輸過程，有助于評估不同井網(wǎng)布置方案對產(chǎn)能的影響，流線模擬可以揭示井之間的干擾程度、油藏的驅(qū)替效果及潛在的油藏死角，從而指導合理的井網(wǎng)布置和開發(fā)方案。通過流線模擬，可以確定原油在儲層中的主要流動通道和高產(chǎn)能區(qū)域，有助于預測不同部位的產(chǎn)能水平，評估井的有效作用半徑和增產(chǎn)潛力。流線模擬的結(jié)果可以為油藏開發(fā)提供合理的產(chǎn)能預測，幫助決策制定和資源配置。流線模擬可以幫助優(yōu)化體積壓裂水平井的設計，通過模擬不同的壓裂參數(shù)和液體系統(tǒng)，可以評估裂縫的覆蓋程度、裂縫的長度和寬度等參數(shù)對產(chǎn)能的影響，有助于確定最佳的壓裂設計方案，提高壓裂效果和產(chǎn)能。流線模擬可以幫助優(yōu)化生產(chǎn)管理策略，通過模擬原油在井筒和管網(wǎng)中的流動路徑，可以評估生產(chǎn)井之間的干擾程度和產(chǎn)能損失情況，有助于制定合理的生產(chǎn)調(diào)控措施，最大限度地提高整體產(chǎn)能和經(jīng)濟效益[5]。在致密油藏體積壓裂水平井技術(shù)的應用過程中，流線模擬通常采用3種方法。

（1）數(shù)值模擬方法。數(shù)值模擬是最常用的流線模擬方法之一，該種方法基于流體力學原理和儲層特征，使用計算機模擬原油在儲層中的流動行為，常用的數(shù)值模擬軟件包包括CMG、Eclipse 等。數(shù)值模擬方法可以考慮復雜的儲層結(jié)構(gòu)、多相流動和壓裂效應等因素，提供詳細的流動路徑和產(chǎn)能分布信息。

（2）解析模型方法。解析模型方法是基于解析解的流線模擬方法，通過對流體流動的解析方程進行求解，得到原油的流線和產(chǎn)能分布，常用的解析模型方法包括解析解法、半解析解法等。解析模型方法具有計算速度快的優(yōu)勢，適用于簡化的儲層模型和較簡單的流動情況。

（3）人工智能方法。近年來，人工智能方法在流線模擬中得到了廣泛應用，通過機器學習和深度學習技術(shù)，可以利用大量的實驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，建立預測模型來模擬原油的流動路徑和產(chǎn)能分布。人工智能方法可以輔助傳統(tǒng)的數(shù)值模擬和解析模型方法，提供更高效的預測和優(yōu)化能力。?

2.2 壓裂級數(shù)

壓裂級數(shù)是指在體積壓裂水平井技術(shù)中，壓裂操作中使用的壓裂階段或次數(shù)。壓裂級數(shù)的選擇會對水平井生產(chǎn)產(chǎn)生影響，較高的壓裂級數(shù)通常會導致更廣泛的裂縫網(wǎng)絡覆蓋，通過增加壓裂階段或次數(shù)，可以在更多的區(qū)域內(nèi)形成裂縫，增加儲層的滲透性和有效流動路徑，可以提高水平井的有效排采面積，增加產(chǎn)能。增加壓裂級數(shù)可以促進裂縫之間的連接，多級壓裂可以在不同的位置和方向上形成裂縫，這些裂縫可以相互連接，形成一個更連續(xù)的裂縫網(wǎng)絡，裂縫的連接性可以提高儲層的滲透性和有效流動能力。較高的壓裂級數(shù)可以更好地實現(xiàn)壓裂液的分布均勻性，在每個壓裂階段，壓裂液會進入儲層并形成裂縫，而壓裂液的分布均勻性會影響裂縫的長度、寬度和連接性，通過增加壓裂級數(shù)，可以更好地控制壓裂液的分布，使得裂縫的發(fā)育更加均勻，較高的壓裂級數(shù)會增加壓裂操作的成本和工期，每個壓裂階段都需要投入一定的時間和資源，因此在確定壓裂級數(shù)時，需要綜合考慮投入與產(chǎn)出之間的經(jīng)濟性，經(jīng)濟效益評估包括預測產(chǎn)量增加、投資回收期、開采成本等因素。在開展壓裂級數(shù)優(yōu)選的過程中，首先對油藏進行資源評估和儲量預測，了解油藏的特征、儲量范圍和分布，根據(jù)儲層特征和油藏性質(zhì)，確定壓裂技術(shù)的一些關鍵參數(shù)；使用數(shù)值模擬軟件或解析模型，對不同的壓裂級數(shù)進行模擬和優(yōu)化，通過模擬可以預測不同級數(shù)下的裂縫網(wǎng)絡擴展、產(chǎn)能分布和油藏的受壓裂程度；對模擬結(jié)果進行敏感性分析，評估不同參數(shù)對壓裂效果和產(chǎn)能的影響，包括裂縫寬度、排量、壓力和壓裂液體組成等參數(shù)的變化；基于模擬結(jié)果和敏感性分析，進行經(jīng)濟評估，考慮開采成本、油價、產(chǎn)量和回收等因素，評估不同級數(shù)下的經(jīng)濟效益。綜合考慮儲層特征、模擬結(jié)果和經(jīng)濟評估，確定最佳的壓裂級數(shù)方案，該方案可以平衡油藏的最大產(chǎn)能和經(jīng)濟可行性。

2.3 滲流特征

在初始流動階段，致密油藏中的滲流規(guī)律主要由儲層的低滲透性和巖石孔隙的毛細力效應主導。由于油藏的孔隙和裂縫非常小，原油的流動速度較慢，在這個階段，儲層滲透率較低，產(chǎn)能較小，而且由于原油黏度高、滲透率低等因素，產(chǎn)量會迅速下降。在壓裂裂縫擴展階段，通過體積壓裂技術(shù)，原油在儲層中形成了裂縫網(wǎng)絡，從而增加了滲流通道，在這個階段，滲流規(guī)律主要由壓裂裂縫的擴展和連接性質(zhì)決定，裂縫的長度、寬度和分布對滲流路徑和產(chǎn)能分布產(chǎn)生重要影響，此階段的產(chǎn)量可能有明顯的增加。在壓裂后持續(xù)生產(chǎn)階段，滲流規(guī)律受到裂縫和儲層非均質(zhì)性的影響，裂縫的滲流導致較高的產(chǎn)能，但隨著時間的推移，裂縫可能會發(fā)生閉合和堵塞，導致滲透率的下降和產(chǎn)量的衰減，此階段需要采取適當?shù)漠a(chǎn)能維持措施，如增施壓裂、酸化處理或水平井的再壓裂，以延長產(chǎn)能的維持期。在后期持續(xù)生產(chǎn)階段，裂縫的有效滲流路徑可能已經(jīng)衰減，儲層的產(chǎn)能下降明顯，此時，需要考慮采取增施壓裂、水平井的多段壓裂、改進的注采方式或增施增產(chǎn)技術(shù)等措施，以提高產(chǎn)能和延長油藏的經(jīng)濟壽命。

3 致密油藏體積壓裂水平井產(chǎn)能預測研究

3.1 雙重介質(zhì)模型狀況

在致密油藏體積壓裂水平井的產(chǎn)能預測中，雙重介質(zhì)模型是一種常用的模擬方法，用于描述儲層中的兩種不同滲流介質(zhì)：裂縫介質(zhì)和母質(zhì)介質(zhì)。該模型考慮了裂縫與母質(zhì)之間的相互作用，以更準確地預測產(chǎn)能。①裂縫介質(zhì)，裂縫是在體積壓裂過程中形成的高滲透路徑，可以直接提供油藏中的流動通道，裂縫介質(zhì)主要描述裂縫的滲流特性，包括裂縫的長度、寬度、連通性，以及裂縫內(nèi)的流體流動行為，裂縫介質(zhì)通常被建模為一維線性裂縫系統(tǒng)或二維平面裂縫網(wǎng)格；②母質(zhì)介質(zhì)，母質(zhì)是指裂縫之外的低滲透儲層，由巖石孔隙和裂縫之間的非裂縫區(qū)域組成，母質(zhì)介質(zhì)主要描述母質(zhì)中的滲流特性，包括孔隙度、滲透率和滲流行為，母質(zhì)介質(zhì)通常被建模為三維連續(xù)介質(zhì)。在雙重介質(zhì)模型中，裂縫介質(zhì)和母質(zhì)介質(zhì)之間通過傳質(zhì)、傳導或擴散等機制進行流體的交換，通常情況下裂縫介質(zhì)具有較高的滲透性和可滲透性，流體可以快速通過裂縫傳導，而母質(zhì)介質(zhì)具有較低的滲透性和可滲透性，流體在其中通過擴散或其他機制進行慢速滲流。雙重介質(zhì)模型可以通過數(shù)學方程和數(shù)值模擬方法進行求解，模型參數(shù)需要根據(jù)實際數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果進行確定，包括裂縫屬性、母質(zhì)屬性及流體屬性等，利用該模型可以進行產(chǎn)能預測、壓裂設計和優(yōu)化。

在使用該種模型的過程中，首先需要收集和整理致密油藏的地質(zhì)和工程數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)描述、巖石性質(zhì)、裂縫特征、壓裂液參數(shù)、油藏壓力、產(chǎn)能數(shù)據(jù)等。對數(shù)據(jù)進行分析，以了解油藏的特征和潛在的產(chǎn)能影響因素，根據(jù)數(shù)據(jù)和實際情況，建立雙重介質(zhì)模型，將儲層劃分為裂縫介質(zhì)和母質(zhì)介質(zhì)，確定模型的幾何形狀、尺寸和邊界條件，選擇合適的模型求解方法，如有限差分法、有限元法或解析解法等。對模型中的參數(shù)進行估計和校準，這些參數(shù)包括裂縫介質(zhì)和母質(zhì)介質(zhì)的滲透率、孔隙度和裂縫屬性等，可以使用實驗數(shù)據(jù)、巖心分析、產(chǎn)能測試或歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)等來確定這些參數(shù)，利用雙重介質(zhì)模型進行數(shù)值求解，模擬油藏的滲流行為和產(chǎn)能分布，根據(jù)模型的求解結(jié)果，預測水平井的產(chǎn)能?？梢钥紤]不同的開發(fā)方案、壓裂參數(shù)和裂縫網(wǎng)絡布局對產(chǎn)能的影響，根據(jù)產(chǎn)能預測結(jié)果進行評估，并進行產(chǎn)能優(yōu)化。分析不同參數(shù)和策略對產(chǎn)能的影響，優(yōu)化壓裂設計、裂縫網(wǎng)絡布局和開發(fā)方案，以提高產(chǎn)能和經(jīng)濟效益。將產(chǎn)能預測結(jié)果與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行對比和驗證，評估模型的準確性和可靠性，根據(jù)實際情況對模型進行調(diào)整和改進，以提高預測的準確性。

3.2 參數(shù)敏感性分析

在致密油藏體積壓裂水平井產(chǎn)能預測中，進行參數(shù)敏感性分析是一種重要的方法，可以幫助評估不同參數(shù)對產(chǎn)能預測結(jié)果的影響程度。在開展參數(shù)敏感性分析的過程中，首先需要確定對產(chǎn)能預測具有重要影響的關鍵參數(shù)，為每個參數(shù)設定合理的變化范圍，選擇一個基準模型，即具有某些默認參數(shù)值的模型，用于比較和參考，這可以是根據(jù)實際數(shù)據(jù)和經(jīng)驗設定的一個典型模型，或者是之前已經(jīng)驗證過的模型。對每個參數(shù)進行變化，并根據(jù)設定的范圍進行模擬，每個參數(shù)的變化可以是逐一變化，也可以進行多參數(shù)組合的變化。分析模擬結(jié)果，評估不同參數(shù)對產(chǎn)能預測的影響，可以比較不同參數(shù)值下的產(chǎn)能差異，確定哪些參數(shù)對產(chǎn)能具有重要影響，哪些參數(shù)對產(chǎn)能影響較小。根據(jù)敏感性分析的結(jié)果，得出結(jié)論并進行優(yōu)化，確定對產(chǎn)能影響最大的參數(shù)，優(yōu)先考慮對這些參數(shù)進行精確測量或優(yōu)化調(diào)整，以提高產(chǎn)能預測的準確性。

4 結(jié)束語

滲流特征分析及產(chǎn)能預測研究對于致密油藏體積壓裂水平井技術(shù)的應用十分關鍵，在開展?jié)B流特征分析的過程中，需要對流線模擬方法及壓裂級數(shù)進行合理的優(yōu)選，可以引入雙重介質(zhì)模型開展產(chǎn)能預測工作，以保障滲流特征分析和產(chǎn)能預測可以高質(zhì)量完成。