基于UFD理论的致密气藏分段压裂优化

收稿日期：20150905；改回日期：20151115

基金项目：

国家自然科学重点项目“非常规天然气储层超临界二氧化碳压裂工程基础研究”（U1262202）及教育部长江学者和创新团队发展计划（RT1086）联合资助

作者简介：时贤（1984-），男，师资博士后，2007年毕业于中国石油大学（华东）电子信息工程专业，2014年毕业于该校油气井工程专业，获博士学位，现主

要从事非常规油气及深水钻完井岩石力学等方面的研究。

DOI ：10.3969/j.issn.1006-6535.2016.01.019

基于UFD 理论的致密气藏分段压裂优化

时 贤1，张凯奥1，程远方1，李友志2，张矿生3

（1.中国石油大学，山东 青岛 266555；2.中海油研究总院，北京 100028；

3.中国石油长庆油田分公司，陕西 西安 710000）

摘要：考虑油藏物性和投资约束，提出基于UFD 理论实现物理和经济产能双重最优的致密气藏水平井分段压裂优化设计思路。应用表明：裂缝内的支撑剂质量影响最佳支撑缝长、缝宽和导流能力等参数；净现值（NPV ）和投资回报率（DROI ）的高低与压裂横向裂缝数量密切相关，NPV 值会随裂缝条数的增加而增加，DROI 值则随着裂缝数量的增加而降低；NPV 值和DROI 值均具有随时间先升高，达到最高值之后再随时间逐渐下降的一般规律；相同泄流面积下，裂缝条数的优势将随生产时间的增长而表现出更明显的压裂经济效益。该套压裂优化方法和理论成果将对确保致密气水平井压裂效果的长效性和经济性提供可靠技术支撑。关键词：致密气；UFD 理论；水平井；分段压裂；经济优化；苏里格气田

中图分类号：TE357.12 文献标识码：A 文章编号：1006-6535（2016）01-0087-05

0 引 言

应用水平井分段压裂技术进行储层增产改造

是目前致密气藏高效开发的核心手段［1］。目前北

美油藏体积改造理念已从片面追求增大储层改造规模转向寻找储层特征和压裂技术相匹配的经济压裂模式，并更强调投入与产出的经济效益对比，希望通过合理参数的匹配，实现技术、风险和效益间的平衡。水力压裂优化经典思路通常将最大采油指数或经济效益设为目标函数，再通过油藏数值模拟，建立多目标函数实现压裂效果的优化。实际应用表明，该方法更适用于中高渗储层，且计算复杂，由于依靠提升支撑剂用量来增加裂缝长度实现经济最优，因此，结果常脱离储层实际。UFD （Uni-fied Fracture Design ）理论则是针对低渗透储层压

裂优化的另一思路。该方法认为在支撑剂体积固定的条件下存在最佳无因次裂缝导流能力，可以此来优选匹配储层性质的裂缝长度和宽度，但该方法

也忽视了储层和经济条件的实际限制［2-3］。为此，

通过UFD 理论优化和三区产能模型结合计算水平井分段压裂最大物理产能，再通过经济评价寻找最

佳经济效益下的水平井分段压裂施工规模，实现经济最优。该套压裂优化设计方法充分考虑了油藏地质参数、经济参数、压裂施工规模，可实现产量和净现值的最大化，约束条件的引入使结果更具实际意义，对致密气水平井分段压裂生产潜力分析和压裂施工开发方案的制订具有重要价值。

1 UFD 方法原理

UFD 压裂设计核心是通过支撑剂指数决定给

定油藏能达到的最大无因次生产指数，并同时取得最大无因次裂缝导流能力，再计算出相应的最佳长

度和宽度组合［4］

。受地层条件下的应力载荷作

用、压裂后破胶及裂缝内气体的非达西渗流等因素的综合影响，裂缝的渗透率会受到较大伤害，为考虑压裂效果的长效性，通常选取有效闭合压力中间值对应的裂缝渗透率，即有效渗透率作为初始设计参数。由于水平井分段压裂过程中形成的泄气区域存在形状差异，因此，矩形泄气区域条件下的改

进支撑剂指数N p 定义为［5］：

N p ＝2K f -eff V p KV res ＝4K f whx f Kx e y e h ·x f x e x f x e ＝I 2x C fD x e

y e

（1）