川西水平井分段压裂效果影响因素分析

龙 学

(中国石化集团西南石油局井下作业公司)

川西浅中层气藏连续开发10多年，位于构造主体部位的J3P气藏和J2S22、J2S24气藏优质天然气储量已大幅度动用，现转而对XM滚动区的J3P气藏及某区J2S21、J2S23气藏进行规模开发。由于这些气藏储层砂体在平面上的展布范围小，多为分支条带状或透镜体状，且储层物性较差，孔隙度在4%～14%范围内，渗透率的非均质性强，在裂缝发育带，渗透率很高，可达几个毫达西，在裂缝欠发育带，渗透率又可低达0 mD，多数都属Ⅱ～Ⅲ类储层，富集的天然气储量多为相对劣质的储量，采用直井和定向斜井压裂开发的方式沟通的天然气“储渗体”或“富气单元”较少，压裂增产效果较差，采收率低，不能满足高效开发的需要。目前多采用水平井和水平井分段压裂的开发方式开发，其中，J2S气藏压裂效果总体较好，但压后产量的差异较大，一些井获得了中—高产气流，一些井获得了低产气流，还有的井处于工业气流的下限。XM滚动区J3P气藏水平井压裂效果相对较差，有50%以上的井压后未获得工业气流。为了探索川西浅中层气藏水平井分段压裂效果差异的原因，寻求提高压裂增产效果的技术对策，本文对影响川西水平井压裂效果的因素进行了系统分析，提出了提高水平井分段压裂增产效果的对策建议。

1 川西水平井分段压裂现状

截止目前，在川西某区及XM滚动区浅中层气藏部署的水平井达数十口，这些水平井经分段压裂后增产效果总体较好，大部分水平井获得了工业产能，获得的天然气无阻流量在2.8565×104～27.6×104m3/d，平均单井获得的天然气无阻流量14.3360×104m3/d，是相邻直井压后平均无阻流量的1.15～7.97倍。但J3P气藏压裂的水平井中，只有不到50%的井获得了工业产能，还有50%以上的井压裂后未获得工业天然气产能。某区J2S气藏压裂井虽然都获得了工业气流，但压裂效果差异较大，压后获得的天然气无阻流量大于15×104m3/d的井占38.39%；无阻流量在10×104～15×104m3/d范围的井占33.33%；无阻流量在10×104m3/d以下的井占27.78%。按无阻流量的25%配产，某区J2S气藏压裂水平井中只有25%的井输气产量在5×104m3/d以上，属中低产工业气井，其它的J2S水平井和部分J3P水平井均属低产工业气井。

2 水平井分段压裂效果的影响因素

2.1 储层物性对压裂效果的影响

储层物性主要指储层孔隙度和渗透率。孔隙是油气储集空间，孔隙度越大，越有利于油气储集，储层含油气性越好；渗透率是油气渗流条件的表征，渗透率越高，越有利于油气的渗流，压裂后增产效果越好，产量越高。反之，储层孔隙度越低，越不利于油气储集，渗透率越低，越不利于油气渗流，压后增产效果越差，甚至没有产量(表1)。

2.2 水平井筒分布方向对压裂效果的影响

(1)水平井筒方向与砂体展布方向的关系对压裂效果的影响

表1 川西浅中层气藏储层物性与水平井压裂效果统计表

水平井筒方向与砂体展布方向的关系主要指水平井筒部署方向是否与有利砂体分布或延展的方向一致。

因为储层砂体是油气富集的物质基础，而川西浅中层气藏储层的沉积微相主要是水下分支河道沉积，砂体多呈分支条带状展布特征，砂体在平面上的展布宽度窄，且砂体含气性与物性和厚度密切相关，物性好和厚度较大的砂体，含气性好，多为优质砂体，只有水平井筒方向部署在这类砂体展布范围之内，压裂后才可望获得工业天然气产能，或压裂增产效果才好(表2)。由表2可见，分段压裂后天然气无阻流量大于9×104m3/d以上的水平井，其水平井筒方向都与有利砂体展布方向相同或相近，而天然气无阻流量在5×104m3/d以下的水平井，其水平井筒方向都与有利砂体展布方向不一致。因此，为了提高水平井的压裂增产效果，应尽可能将水平井筒部署在有利砂体展布范围内。

表2 水平井筒方向与有利砂体展布方向的关系对压裂效果的影响表

(2) 水平井筒方向与地应力方向的关系对压裂效果的影响

水平井分段压裂最好效果是形成多条垂直于水平井筒的横向裂缝，最忌形成沿水平井筒轴线延伸的纵向裂缝(图1)。只有水平井筒方向与最小水平主应力方向一致时，分段压裂才能形成多条垂直于水平井筒的横切裂缝而获得最佳的效果，否则，若水平井筒方向与最小水平主应力方向垂直时，压裂便形成一条沿水平井筒分布的纵向裂缝而获得最差的效果。川西浅中层水平井压裂效果明显地体现着这一规律(表3)。由表3可见，分段压裂后，天然气无阻流量在8×104m3/d以上的水平井，其水平井筒方向都与最小水平主应力方向一致，而天然气无阻流量在5×104m3/d以下的水平井，其水平井筒方向都与最小水平主应力方向不一致。因此，要提高水平井压裂增产效果，应尽可能将水平井筒部署在最小水平主应力方向上。

图1 水平井压裂裂缝形态示意图[1]

2.3 分段压裂参数对压裂效果的影响

(1) 加砂量对压裂效果的影响

由川西压裂水平井平均单段无阻流量与平均单段加砂量的关系曲线可见(图2)，随着平均单段加砂量的增加，压后平均单段贡献的天然气无阻流量呈总体上的增大趋势，表明随着单段加砂量的增加，支撑裂缝导流能力增加，压后平均单段贡献的天然气无阻流量增加，因此，为了提高每段裂缝的导流能力，进而提高单井的压裂增产效果，应合理提高平均单段的加砂量。

表3 水平井筒方向与最小水平主应力方向的关系对压裂效果的影响

图2川西浅中层水平井平均单段加砂量与天然气无阻流量关系曲线

(2)平均砂比对压裂效果的影响

由川西压裂水平井平均单段无阻流量与平均单段砂比的关系曲线可见(图3)，随着平均砂比的增加，天然气无阻流量呈总体上的增加趋势，表明随着平均砂比的增加，水力裂缝的支撑效果变好，支撑裂缝导流能力增加，压后天然气无阻流量增加。因此，为了提高每段裂缝的导流能力，进而提高单井压后增产效果，应合理提高每段裂缝的平均砂比。

图3川西压裂水平井平均单段无阻流量与平均单段砂比的关系曲线

(3)分段数量对压裂效果的影响

由川西水平井分段压裂后单井总无阻流量与分段数量的关系曲线可见(图4)，水平井压裂后无阻流量与分段数的关系大致可分为两段，在分段数量为8段以内时，天然气无阻流量较高，且随着分段数量增加，单井天然气无阻流量呈总体上的增加趋势；当分段数量超过8段以后，单井无阻流量很小，并随着分段数量的增加呈总体上的下降趋势，表明随着压裂分段数量的增加，地层中的天然气经裂缝流向井筒的流动通道或途径增加，汇集到井筒中的天然气量增加，因此，压后天然气无阻流量或产量增加[2-3]。但分段数量不能无限增加，因为水平井段上的各条裂缝之间存在着油气渗流干扰[4]，在给定长度的水平井段内，随着压裂段数量增多，裂缝间距减小，裂缝之间的渗流干扰增大，天然气经裂缝流向水平井筒的流动阻力增加，进而影响天然气向井筒的流动。因此，当分段数量增加到一定数量之后而继续增加压裂分段数量时，天然气无阻流量或产量反而下降。

图4川西压裂水平井单井总无阻流量与分段数量的关系曲线

川西水平井经多级多缝分段压裂后，每段裂缝贡献的天然气无阻流量并不与分段数量呈正相关关系，而是呈较明显的负相关关系，即随着单井压裂分段数量的增加，每段裂缝贡献的天然气无阻流量呈明显的下降趋势(图5)。因此，从天然气开发成本与经济性角度看，川西水平井压裂中对分段数量的追求并非越多越好，应尽可能控制在适宜的范围之内。

(4)分段间距对压裂效果的影响

由川西压裂水平井分段压裂间距与天然气无阻流量的关系曲线可见(图6)，分段间距与压后天然气产能的关系复杂，分段间距在120 m以内时，随着分段间距的增加，压后天然气无阻流量呈不严格的总体上升趋势，表明随着分段间距的增加，裂缝间的渗流干扰减小，天然气在裂缝中的流动阻力减小，因此，压后天然气的产量或无阻流量呈总体上的上升趋势。当分段间距大于120 m时，随着分段间距的增加，压后天然气无阻流量呈总体上的下降趋势，表明在水平井段长度一定的情况下，分段间距的增加意味着裂缝数量的减小，而裂缝数量的减小，天然气从地层流向井筒的通道减少，天然气无阻流量减小。因此，采用多级多缝分段压裂时，分段间距应尽可能保持在120 m左右为宜。

图5川西压裂水平井单段天然气无阻流量与分段数量的关系曲线

图6 川西水平井分段压裂间距与产能的关系曲线

3 结论与建议

川西浅中层气藏水平井分段压裂效果主要与储层物性、水平井筒部署方向、砂体展布方向和地应力分布方向、平均单段加砂量、平均单段砂比、分段数量、分段间距等密切相关，储层孔隙度和渗透率越高、水平井筒部署在有利砂体展布范围内与最小水平主应力方向一致、分段压裂的平均单段加砂量越大、平均砂比越高，水平井分段压裂后的平均单井或单段产量越高，压裂增产效果越好；反之，则平均单井或单段贡献的天然气产量越低，压裂增产效果越差，甚至不能获得工业天然气产能。

当分段压裂的段数在8段以内和分段间距在120 m附近时，随着分段数量和分段间距的增加，压裂后天然气产能增加，但分段数量超过8段和分段间距超过120 m以后，随着分段数量和分段间距的增加，压裂后天然气产量则随之减小，压裂增产效果变差。

因此，建议在部署川西浅中层水平井时应尽可能将水平井筒部署在储层物性较好和含气性较好的有利砂体展布范围之内，且水平井筒方向应尽可能与最小水平主应力方向一致；在进行水平井分段压裂时，应合理增加平均单段加砂量和平均砂比；在给定水平井筒长度的情况下，应将分段数控制在8 段以内，分段间距控制在120 m左右，以期获得良好的增产效果，实现川西浅中层气藏剩余天然气储量的有效开发。

1 刘振宇，刘洋，贺丽艳，等. 人工压裂水平井研究综述[J]. 大庆石油学院学报，2002，26(4)：96-99.

2 唐汝众，温庆志，苏建，等. 水平井分段压裂产能影响因素研究[J]. 石油钻探技术，2010，38(2)：80-83.

3 曾凡辉，郭建春，徐严波，等. 压裂水平井产能影响因素[J]. 石油勘探与开发，2007，34(4)：474-477.

4 李树松，段永刚，陈伟，等. 压裂水平井多裂缝系统的试井分析[J]. 大庆石油地质与开发，2006，25(3)：67-69.