单井人工裂缝数值模拟
水力压裂三维数学模型研究
式中： D 为应变速率张量， ρ 为流体密度，η 为流 体粘度，V 为流体流动速度矢量， F 为单位质量的 体积力。 对于幂律流体则有如下关系： η = KS ( n−1) 2 (13)
式中： n 为流态指数， K 为压裂液的稠度指数。S 为 ∂p 2 ∂p 2 + y x ∂ ∂ 压裂施工中压裂液的连续性方程为 ∂w ∂q ∂q y − qL = − x− ∂t ∂y ∂x
2 三维水力压裂数学模型的建立
岩石水力压裂过程是流体与外力共同作用下岩 石内部裂隙与裂缝发生、发展和贯通的过程[7] 。水 力压裂的第 1 阶段是形成裂缝。为此，把液体注入 井内直到压力超过岩层阻力而在该处产生水力破 裂。该阶段当钻井有天然裂缝时，可能不存在重新 造缝的情况。 水力压裂的第 2 阶段是已形成裂缝的扩 展。即把液体注入已形成的裂缝，迫使其扩展。裂 缝扩展的范围，取决于注入到岩层液体的体积和性 质。在某一点裂缝扩展期的支撑剂是浓缩液和注入 液的混合体。注入支撑剂的目的，在于保持裂缝不 闭合，并把浓缩液体导出[8] 。因此，三维水力压裂 的数学模型需要描述如下几个过程：破裂的产生、 破裂方向和裂缝的扩展、压裂液在裂缝中的运移、 压裂过程中的温度变化等。其数学模型一般包括： 应力-位移关系方程、裂纹扩展判据方程、流体流动 关系方程、能量守恒方程等。 2.1 水力压裂破裂准则 2.1.1 拉伸破裂准则 水力压裂破裂前的孔周应力分布由原始地应力 场、孔内流体压力和钻孔应力集中所构成[9]。为简 化分析，假设岩石为均质各向同性弹性介质，且无 渗透性，则若以压应力为正，孔壁处的应力为 σr = p σ θ = (σ H + σ h ) − 2(σ H − σ h ) cos 2θ − p (1) σ z = σv
FracproPT软件压裂酸化模拟操作步骤
目 录一、压裂设计的基本任务 (2)二、压裂设计参数 (2)1、油气井参数 (2)2、油气层参数 (2)3、压裂参数 (3)4、经济参数 (3)三、压裂模型与压裂几何尺寸 (7)四、压裂设计及设计的优化 (9)五、绿10井加砂压裂PT软件设计与模拟 (13)1、绿10井压裂设计界面 (13)2、绿10井压裂裂缝拟合界面 (33)3、绿10井加砂压裂产能预测模拟 (54)六、中古16井酸压PT软件设计与拟合 (60)1、中古16井Fracpro PT酸压设计界面 (60)2、中古16井Fracpro PT酸压拟合界面 (70)七、附件一：中古16井酸压PT软件设计与拟合 (88)八、附件二：酸压软件介绍 (122)一、压裂设计的基本任务1、在给定的储层与注采井网条件下，根据不同裂缝长度和裂缝导流能力预测井在压后的生产动态2、根据储层条件选择压裂液，支撑剂等压裂材料的类型，并确定达到不同裂缝长度和导流能力所需要的压裂液与支撑剂的用量3、根据井下管柱与井口装置的压力极限，确定泵注方式，泵注排量，所需设备的功率与地面泵压4、确定压裂施工时压裂液与支撑剂的泵注程序5、对上各项结果进行经济评价，并使之最优化。
6、对这一优化设计进行检验。
设计应满足：开发与增产的需要；现有的压裂材料与设备具有完成施工作业的能力；保证安全施工的要求。
二、压裂设计参数1、油气井参数1)、井的类别与井网密度2)、井径、井下管柱（套管，油管）与井口装置的规范、尺寸及压力定额3)、压裂层段的固井质量4)、射孔井段的位置、长度、射孔弹型号、射孔孔数与孔眼尺寸5)、井下工具的名称、规范、尺寸、压力定额、承受温度与位置2、油气层参数1)、储层有效渗透率、孔隙度与含油饱和度以及这些参数的垂向分布2)、储层有效厚度及其在平面上的延伸3)、储层压力梯度与静压力４）、储层静态温度５）、储层流体性质（包括密度、粘度与压缩系数等）６）、储层岩石力学性质，如泊松比，杨氏模量，抗压强度，与岩石布氏硬度等７）、储层地应力的垂向分布及最小水平主应力的方位８）、遮挡层的岩性，厚度与地应力值3、压裂参数１）、使用二维设计模型时压裂施工所形成的裂缝高度或使用三维模型时储层与上、下遮挡层的地应力差２）、裂缝延伸压力与裂缝闭合压力３）、压裂液粘度、流态指数和稠度系数４）、压裂液初滤失和综合滤失系数５）、压裂液流经井下管柱与射孔孔眼的摩阻损失６）、压裂液纯滤失高度的垂向分布７）、支撑剂类型，粒径范围，颗粒密度，体积密度８）、作为裂缝闭合压力函数的支撑剂导流能力与水力裂缝中支撑剂层的渗透率９）、压裂施工时的泵注排量１０）、动用的设备功率及其压力极限4、经济参数１）、压裂施工规模２）、压裂施工费用３）、油气产量及产品的价格４）、计算净收益的时间以及净贴现值有效渗透率在多孔介质中，如有两种以上的流体流动，则该介质对某一相的渗透率称之为有效渗透率（um2 或10-3 um2或MD）,有效渗透率与压裂液综合滤失系数的二次方成正比，与裂缝长度成反比，因此，在压裂设计中，最佳裂缝长将随有效渗透率的增加而变短。
青海油田乌101区块整体压裂数值模拟研究
动。裂缝 为垂直裂缝 ， 形状 为长方体 ， 裂缝是均质 的， 渗透率各 向同性 ， 裂缝 内流体 的渗流方程为
９ ． ２ ９ ％一 ２ ４ ． ５ ％之问， 其 中砂 比大 于 ２ ０ ％ 的 只有 ３
（ Ｐ ｌ ） ＋ （ Ｐ １ ｋ １ ） ＋ 啬 （ ｐ ｌ Ａ ｋ ， ａ ｐ ， ］ ， ： 鲁 （
…
，
ｋ ｒ ｌ Ｃ ３ Ｐ
（ １ ）
井次 ， 占措施总井次的 ２ ７ ％， 砂 比总体偏低 。 （ ４ ） 从施工工艺 分析 ， 单层压裂 和合层压裂 的 效果普遍好于分层压裂 ， 特别是投暂堵球分层压裂 的效果总体较差 ， 在这方面需要对工艺进行完善 。
⑥
２ ０ １ ４ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
青海油 田乌 １ ０ １区块整体压 裂数值模拟研究
马新仿 郭子 义 王 怡 熊廷松 何 智慧 徐 冰
（ 中国石油 大学石油工程教育部重点实验室 ， 北京 １ ０ ２ ２ ４ ９ ； 中石油青海油 田分公司钻采工艺研 究院 ， 敦煌 ７ ３ ６ ２ ０ ２ ）
２ 乌１ ０ １区块 增产 措施的难点
（ １ ） 油井 单 井 增 油 量 低 ， 措 施 有 效 期 短 。单 井 日增油量低 （ 平均 ２ ｔ ／ ｄ ） ， 措施有效期平 均不到 １ ０ ０ ｄ ，
离日 产 ５～ ６ ｔ 的水平有较大的差距 。 （ ２ ） 由于地饱压差 低 ， 油水井无 法形成有效驱 替， 注水 不 见效 ， 措 施 后 地层 压力 得 不 到 有 效 补充 ， 油井 无 法保 持相 对稳 产 ， 单井产 量 急剧 下降 。 （ ３ ） 人 工 裂 缝 系 统 与 油 藏 以 及 井 网 系 统 不 匹 配， 裂缝参数需要进一步优化。
2.水力压裂压裂裂缝的开启和形成过程模拟
主应力
• 在xy面上定义了两个主应力，在3D的应力单元上， 有三个主应力
• 三个主应力为σ1 > σ2 > σ3，拉伸应力为正，压缩
σ2
应力为负 • 旋转3D模型当在这个面上剪切应力为0时，在这个
方向上的三个正应力就是三个主应力σ1、σ2 和 σ3
σ1 σ3
主应力
有效主应力的表达式：
地质力学与油藏流体流动的耦合
Wm
Wh
流入两个平行的面
Permeability :
kf
Wm 2
12
两个单元之间的平均宽 度Wm
流入岩石裂缝
Permeability :
kf
C
Wm 2
12
W
* h
W
* m
2
JRC 2.5
kf
C
Wh 2
12
JRC : 结构面粗糙度系数
Wh 106 Wh*
结构面粗糙度系数(JRC)
STRESS3D
** 初始应力场
*IJK 1:31 1:24 1:22
3250 3250 6500 0 0 0
** 水力压裂关键词
** 放大J方向的变化 ** 节点位移矢量收敛公差
油藏网格 vs 地质力学网格
Geogrid 压裂路径
Reservoir Grid
Geogrid
多级人工裂缝
• 仅使用离散的水力压裂
有限元
有限元及其节点
1
4187187
2
6 29 6
2
3 34 5 34 5
KDIR DOWN
2
33 45 3 45
2
6 29 6
人工裂缝高度预测方法探讨
1 问题 的提 出 、 水 力压 裂 作 为 低 渗 透 油 田 一 项 重 要
的增产 措 施 得 到 了广 泛 的应 用 。 为 提 高
压 裂增油效果 ，
人们常常采 用优化 缝 长 、
导 流 能 力和施 工 参 数 等方 式 以 期获得 最
大 收 益 回 报 。 但 现 实情况 表 明 ． 目前 无 论
度 大于 2 m ， 隔 层 具 有很 好 的遮 挡作 用 。
然 而 目前 开 发 井 裸 眼 测 井 资 料 中很 少 ，
有横波数据 为此 本 文 利 用常规 测 井数
。
．
据 确 定储层 与 隔 层 的应 力差 进 而 确 定
，
．
缝高 以解决单井基 础 参 数借用值较 多 ．
的 问题 。
2 、
垂 直 裂缝 高度 的确 定
是数值模 拟还 是三
维压
裂设 计软件 ，
人
们最关心
的是 缝 长和 导 流 能 力 ，
缝高方
面关注得较 少 如果裂 缝 垂 向延伸严 重 ，
就 难 以 达 到所 需 的支 撑缝 长 i
相反 ，
裂
缝 垂 向延 伸 小 超 出所 需 的支 撑 缝 长 造
，
，
成压 裂 井水淹或含水上 升 难 以 达 到预 ，
．
，
为常用 的有岩芯 测 试和 矿 场 测试两 种 。
如长源距 数字声波测井考察并测量 纵 波
与横 波的变化 来估算 出各段 岩石 的地 应
力 值 i 吉 林 油 田 利 用 自然 伽 马 幅 度 确 定
裂缝高度范围 其方法隔层与储层 的自 ．
然 伽 马 幅 度 差 大 于 4 个 A P I时 并且 隔 层 厚
页岩气藏水平井分段多簇压裂与流动数值模拟
页岩气藏水平井分段多簇压裂与流动数值模拟王伟;姚军;曾青冬;孙海;樊冬艳【摘要】To discover the effect of fracturing parameters on gas production in horizontal wells of shale gas reser-voirs, numerical simulation of staged cluster fracturing and gas flow have been carried out. The model of fracture propagation has taken the effect of stress shadowing into account. The model solved stress and displacement discon-tinuity with displacement discontinuity method, coupled fluid flow in the wellbore and fractures have been solved by Newton iteration method. Taking viscous flow, Knudsen diffusion and adsorption-desorption, shale gas flow after fracturing has been solved by using discrete fracture model. Simulation results show: As to simultaneous propaga-tion of multiple cluster fractures, when fractures spacing become smaller, the deviation angles of side fractures from maximum horizontal principle stress direction become larger, and the width of middle fracture becomes smaller. When fracturing stage number of horizontal well increases, cumulative gas production increases with a decreasing rate. As to a fracturing stage, cumulative gas production of three clusters is larger than that of two clusters. The lar-ger fractures spacing is, the larger cumulative gas production is.%为探究页岩气藏水平井压裂参数对产气量的影响，开展了分段多簇压裂与流动的数值模拟研究。
裂缝单一油田注水开发方式研究
裂缝单一油田注水开发方式研究X李 弓山文(大庆油田有限责任公司第九采油厂,黑龙江大庆 163411) 摘 要:目前大庆油田低渗透储层多天然和人工裂缝发育,表现出了裂缝性的负面影响即油井见水快、见水后含水上升快和产量递减快的特征。
为此,在微地震和动态分析等技术手段确定储层裂缝的发育状况基础上,结合裂缝性油田的渗流机理和数值模拟结果,对井网的适应性进行有效的评价,优选出适合此类油田高效开发的注采方式。
关键词:新肇油田;裂缝发育特征;线性注水 中图分类号:T E357.6 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)10—0153—021 概况裂缝型油田一次采油大致可分为三个阶段:从裂缝网络中采油;从裂缝和基质岩块中采油;从基质岩层中采油。
一般在一次采油后期进行注水开发,但对于外围低渗透油田如新肇油田:由于渗透率较低,平面非均质性严重,储层物性差异较大,因此采取同步注水开发。
采油九厂投入开发的油田中裂缝型油田以新肇油田最为典型。
油田投入注水开发三年,共出现见注入水井49口,占抽油井总数的24.3%。
见水井分布具有明显的方向性,主要是东西方向的水井排油井见水,49口见水井中东西向见水井数为44口,占见水井数的89.8%。
表现出了裂缝性见水特征,进一步表明,反九点注采井网还存在一定的不适应,制约了区块开发效果的进一步改善,亟须进行储层裂缝发育状况和注采系统调整方式的研究。
2 裂缝特征研究储层中裂缝的存在对油田的注水开发影响较大。
有利的是增加了储油空间与裂缝渗透率;不利的是注水开发过程中水容易沿裂缝突进,造成油层过早见水或水淹。
2.1 裂缝发育程度研究按产状,可把裂缝分为垂直、斜交和水平三类[1]。
按力学性质,裂缝又可分为剪裂缝和张裂缝[]。
按照上述的分类方法,对研究区口井岩心裂缝的发育状况,进行了详细的描述(表1):表1 裂缝基本情况分类统计表裂缝分类及基本特征裂缝条数百分比产状分类垂直1240斜交1860水平//力学类型剪裂缝1550张裂缝1550充填特征无1343泥质00方解石1240沥青517纵向切深(m)<0.117570.1-11240>113岩性裂缝发育状况泥质517过渡岩性1033粉砂岩1550 研究表明:一是储层裂缝均为垂直和斜交裂缝;二是裂缝基本未被填充;三是主要发育过渡岩性和粉砂岩裂缝;四是在20口观察井中,共发现104条裂缝,岩心长度1001.27m,裂缝发育频率为0.104条/m 。
页岩储层水力压裂裂缝展布数值模拟研究
关键 词 ： 非 常规储 层 ； 水平井； 压裂； 裂缝 网络 ； 页岩 气 页岩 气是 一 种重 要 的非 常 规天 然 气 资源 ， 根 据 美 同能 源 情 报署 网络 扩展 预测 模 型 ， 具体包括 ： 流体 流动 厅 程 ， 裂缝宽度方程 、 系 统 估计 ， 中国 的 页岩 气储 量 超 过 其它 任 何 一 个 国家 ， 可采 储 量 有 １ ２ ７ ５ 流 体质 量 守恒 方 程 、 裂缝 扩展 判别 准 则 及辅 助边 界 条件 等 。 万 亿立 方 英 尺 。按 当前 的 消耗 水 平 ， 这 些储 量 足 够 中 国使用 ３ ０ ０多 ① 流 体 流动 方程 ： 年 。 页岩 储层 具有 低 孑 Ｌ 特征 和极 低 的基 质 渗透 率 ， 冈此 多数 页 岩 气 ｐ ｕ ２ 一 塑 井 都需 要 进 行压 裂改 造 ， 目前美 国 已发展 了水 平井 与水 力 压 裂 相结 ｆ １ １ 合 的 页岩 气 开采 主流 技 术 １ 。 页岩 气储 层 的 压裂 改 造不 同 于常 规气 式 中， ｆ 为流 动 摩擦 系 数 ，分为 层 流 和 湍 流 流动 摩 擦 系数 ； ｐ为 藏， 由 于页 岩 储 层 基质 向裂 缝 的 供 气能 力 较 差 ， 仅 靠 单 一 的 压 裂 主 流体 密度 ； １ ２ ， 为流 体流 动 速度 ； Ｗ为裂缝 宽度 ； Ｐ 为 裂缝 内流体 力 。 缝 很 难取 得 预期 的增产 效 果 ， 必须 进 行 “ 体 积压 裂 ” 以形 成天 然 裂缝 ②裂 缝 宽度 扩展 方 程 ： 与人 工 裂 缝 相互 交 错 的裂 缝 网 络 ， 从 而增 加 改 造 体 积 ， 提 高 初 始 产 ㈠ ｆ ２ １ 量 和 最终 采 收率 。因此 ， 精 确模 拟 裂 缝 网络 分 布是 页岩 气开 发 过 程 中压 裂 方案 优化 和 产 能预 测 的基 础 】 。 ③裂缝裂缝 内流体质量守恒疗程 ： 对 于水 力压 裂 裂缝 预 测 的研 究 已经 有 半个 世 界 的历 史 ， 早 期 学 （ Ｈ ｗ ｕ ） ＋ 。 者 Ｉ 基 于 均质 和 各 相 同性 介 质 假 设 建立 了传 统 水 力压 裂 的双 翼 扩 ＿ ＿ ㈣ 展模 型 ， 裂缝 垂 直 于最 小 主应 力 方 向扩 展 。双 翼模 型为 常 规 油藏 水 式 中 ｑ 为流 体 漏失 数 ， 其 实 验 表达 式为 ： 力压 裂 裂缝 的扩展 提 供 了一 个简 单 有效 的预 测方 法 ， 在 石 油 与大 然 ｆ Ｈ ｗ ｕ ） Ｈ ｗ 卜 ＋ｑ ｆ ４１ 气 的开 采 中得 到 了广 泛 的应 用 。 由于天 然 裂缝 的存 在 以及岩 石 的 非均 质 性 和各 向异性 ， 水力 压 ④ 系统 流体 质 量守 恒 方程 为 ： 裂应 用 于致 密 油气 藏 、页 岩 气 藏 时会 出现 非 常 复杂 的裂缝 网络 ， 微 ｆ ｏ Ｑ （ ｆ ） ： Ｈ ＋ ｑ Ｌ ｄ ｔ ｄ ｓ ｄ ｈ 地震 数 据 对其 进 行 了证 实 。 有些 学者 建 立 了复 杂 的裂缝 网络模 型 用来 模 拟水 力 裂缝 的扩展 及 其 与天 然 裂缝 的相 互作 用 ¨ ｏ Ｉ “ ］ 。部分 学 式中 ， Ｑ （ ｔ ） 为流体 泵 人量 ； Ｉ 为裂缝 长 度 。 者 基 于非 连 续 位 移 法 建立 了层 面 和 摩擦 界 面 对 水 力 裂缝 增 长影 响 ⑤裂缝扩展判别准则 ： 的模 型 ， 借 助 离散 元 法研 究 了天 然 裂缝 对 水力 裂缝 扩展 的影 响ｌ Ｉ ２ ＿ ］ 。 ０ ． ３ ５－ － 当前 的研 究 多 以裂缝 内层流 流 体流 动 为基 础 ， 且 对 于 天然 裂 缝影 响 （ ６ ） Ｏ － １ １ ． ０ ６ 考 虑过 于 单 一 。 本 文本 文综 合 考虑 水力 压 裂 内流 体 湍流 流动 及 水力 压 裂裂 缝 与 天然 裂缝 相互 作 用 的影 响 ， 提 出了 了致 密储 层 水 力压 裂 式中， Ｔ ０ 为 天 然 裂缝 剪 切 强 度 ， Ｍ Ｐ ａ ； 【 １ 盯为施 Ｔ 压 力 ， ＭＰ ａ ； Ｋ 为 裂 缝 网络 预测 模 型 ， 可 以很 好 的 预测 致 密 储 层 裂缝 展 布 ， 对 于致 密 内摩擦 系 数 。 储 层 水力 压 裂优 化及 产 能 预测 有重 要 的理 论 意 义。 ２模 型求 解 与验 证 １模 型建 立 应用 混 合 有 限元 法 和 移 动 网格 算 法 （ Ａ Ｌ Ｅ） 对以 提 … 的复 杂 模型 综 合考 虑 了储 层 变形 和 破 裂 、裂 缝 内流 体 流动 的影 响 ， 应 非线 性方 程组 进 行离 散 求解 ， 混 合 有 限 元法 可 以很 好 的处 复 杂 的 用双 翼模 型 裂缝 缝 宽 预测模 型 及 拟 三维 思 想 ， 建立 了致 密储 层 裂 缝 边 界 条件 ； Ａ Ｌ Ｅ算 法可 以刖 于 裂缝 网格 的动 态扩 展
基于ABAQUS的三维水力压裂裂缝扩展模拟研究
沿 cohesive 单元切向流动方程 ： q = − w3 ∇p
12µ 沿 cohesive 单元法向流动方程 ：
( ) = qt ct p f − pt ( )
= qb cb p f − pb 式中 ：q、qt、qb 分别为 cohesive 单元切向流量、上表
·34·
2021 年 1 月 第 48 卷第 1 期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
Jan.2021 Vol.48，No.1
面法向流量、下表面法向流量 ； p 为 cohesive 单元 长度方向压力梯度 ；ω 为裂缝宽度 ；μ 为流体黏度 ； ct、cb 为上、下表面的滤失系数 ；pt、pb 为上、下表 面的孔隙压力。
图 1（b）所示是压裂最终时刻裂缝的形态示意图。 可以看出，裂缝中部最宽，沿着缝高裂缝宽度降低， 在缝长方向，裂缝尖端缝宽逐渐减小。这与图 1（a） 中孔隙压力分布相一致，主要是由于储层与隔层的渗 透率差异和抗拉强度不同所导致，压裂液从注入点进 入储层，再逐步渗入隔层，此时隔层的渗透率差异阻 挡了压裂液的渗滤，同时隔层抗拉强度大于储层，起
裂更加困难，裂缝就会沿着缝长方向延伸。
2 三维水力压裂有限元模型
通过调研鄂尔多斯盆地低渗透储层的地质概况， 得到 H 井的矿场测试具体参数，见表 1。依据实际数 据建立三维水力压裂模型如图 1 所示，模型高度（Y 方向）、宽度（X 方向）和长度（Z 方向）分别为 50 m、 60 m、100 m，中间储层高度为 10 m，上下隔层的高 度为 20 m。注入点位于 X-Y 面的中心位置，通过注 入点，沿着 Z 方向且垂直于 X-Y 面嵌入 cohesive 单 元面。
裂缝性储层关键参数测井计算方法
裂缝性储层关键参数测井计算方法摘要：在20世纪末开始规模开发，由于储量动用难度大，截止目前仍有较大的储量未动用，后续的滚动开发仍然具有一定潜力。
研究区下沟组发育扇三角洲－湖泊相沉积体系，储集层岩性主要有碳酸盐岩和碎屑岩，2类储层均见到工业油流，储层孔隙度分布在1%～10%之间，主要集中在3%～5%，细砂岩孔隙度略大，介于2%～6%之间;渗透率分布在1～5×10－3μm2，平均4．4×10－3μm2，属特低孔－特低渗储层，裂缝的发育改善了储层的储集及渗滤能力，使储层具有良好的储集性能。
基于此，本文对裂缝性储层关键参数测井计算方法进行研究，作出以下讨论仅供参考。
关键词：裂缝性储层；关键参数；测井；计算方法引言不完全统计显示，裂缝性储层的油气储量约占国内全部储量的50%。
裂缝储层主要由碳酸盐岩、砂砾岩组成，渗漏通道主要是裂缝，根据裂缝大小，可能会分成大裂缝和小裂缝。
裂缝性储层与页岩和碎石储层相比是特殊的，因此该类储层的主要参数计算成为石油和天然气开采的困难之一。
1岩心观察在钻井取心的岩心或者岩屑样品中，可以见到填充物，确认岩样中是否有裂纹。
岩石中的裂缝通常是由地下应力的变化形成的，并向外延伸，因此根据采集的岩心进行分析后，可以大致计算裂缝间隙的大小以及裂缝的长度、宽度和切割度，还可以计算裂缝的倾斜角度以及特定的位置和渗透性，这些数字对裂缝分析和研究至关重要。
2裂缝解释裂缝性油藏的有利储层中裂缝发育是关键，裂缝开度、密度、倾角、渗透率、孔隙度等参数计算至关重要，其分析手段主要来源于成像测井和常规测井，成像测井解释裂缝基本为定性描述，常规测井主要依赖深浅侧向曲线计算裂缝参数，解释结果不够系统，由此，设计多个曲线的多因素综合方法以全面评价裂缝属性。
2.1裂缝发育程度定量评价裂缝发育程度在3个方面有较强敏感性:①成像测井能量衰减越大、高角度缝越发育，则说明储层裂缝越发育;②井径曲线扩径有较强响应;③与白云岩体积含量正相关的岩性综合系数NC越大，储层越有条件发育裂缝。
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作者简介：杨君，１９６３年生；１９８３年毕业于西南石油学院，现一直从事油气田开发方面的工作。地址：（６１０１００）四川省成都市龙泉驿区龙星天然气有限责任公司。电话：（０２８）８４８５９０９８。Ｅ‐ｍａｉｌ：ｌｏｎｇｘｉｎｇ＠１２６．ｃｏｍ
考虑人工裂缝的单井数值模拟技术的应用杨君１ 罗勇２ 曾焱２ 漆卫东２（１．成都龙星天然气有限责任公司 ２．中国石化西南分公司勘探开发研究院）
杨君等．考虑人工裂缝的单井数值模拟技术的应用．天然气工业，２００６，２６（２）：１１４‐１１６摘 要 常规数值模拟网格技术在描述经过压裂增产的油气井时存在不足，很少考虑裂缝的几何形态以及裂缝导流能力对油气井生产动态的影响。考虑人工裂缝的单井数值模拟网格技术（ＰＥＢＩ）可以更加准确地评价压裂增产油气井单井控制储量、单井控制泄流半径，预测油井的生产动态以及对裂缝效果进行敏感性分析。文章结合试井分析，确定了裂缝几何尺寸和裂缝导流能力，对低渗油田某井建立了数值模拟模型。在较高的历史拟合精度上，对油井进行了动态预测，同时分析了裂缝半长和裂缝导流能力对油井生产动态指标的敏感性。结果表明该井单井控制泄流半径约为４００ｍ，单井控制原油储量４１．９×１０４ｔ。增加裂缝半长会增加累积产油量，但是随着裂缝半
长的增加，累积产油量的增加幅度就越来越小。增加裂缝渗透率能较大地提高原油的稳产年限和累积产油量，当裂缝渗透率达到５μｍ２后，增加裂缝渗透率对油井生产动态指标的改善不明显。主题词 裂缝（岩石） 渗透率 裂缝导流能力 数值模拟 油藏模拟 试井 分析
一、引 言 在低渗透油气藏的开发中，大多进行了压裂增产，所以在对这类经过压裂改造后的油气井进行数值模拟时，需要考虑裂缝的半长、裂缝宽度、裂缝导流能力。网格技术在油藏数值模拟方面占据着重要的地位，近年来考虑垂直裂缝的数值模拟网格技术发展迅速。笔者运用考虑人工裂缝的单井数值模拟技术对低渗油田Ｘ井进行了研究，表明这一技术对经过水力压裂改造的川西致密砂岩气藏的数值模拟研究具有实际参考价值。二、单井模型 １．地质几何模型Ｘ井在射孔后进行了水力加砂压裂并进行了压力恢复测试。 建立单井几何模型前需要结合压恢测试的解释成果，以此得到裂缝半长、裂缝宽度和裂缝导流能力。本次Ｘ井网格模型的建立采用了Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ公司的Ｅｃｌｉｐｓｅ／Ｆｌｏｇｒｉｄ模块。考虑到ＰＥＢＩ网格在描述水力压裂垂直裂缝井方面的灵活性，所以对Ｘ井数值模拟网格类型选择为ＰＥＢＩ网格。试井解释双对数曲线如图１。结合试井解释成果，设置裂缝半长为４２．９ｍ，裂缝宽度为０．００９ｍ，裂缝渗透率１．４×１０２μｍ２。网格孔隙度取０．１８，渗透率除裂缝网格外取２．３×１０－３μｍ２。根据射孔完井数据，该井纵向上划分了８个层，其中的３、４、６层测试结果显示为干层，其余各层的有效厚度自上而下分别是１．７ｍ、１．０ｍ、１．８ｍ、２．２ｍ和２．２ｍ。在确定单井控制泄流半径的时候，笔者采用了试凑法，即先选择几条不同长度的半径进行模拟计算，通过观察井底流压拟合情况，选择拟合情况最好的半径作为该井的控制泄流半径。井底流压拟合情况认为单井控制泄流半径取４００ｍ较为合适。算出单井的控制原油地质储量是４１．９×１０４ｔ。最后建立数值模拟网格系统为：
１０４×１８×８，图２是这个网格系统的平面图。
图１ Ｘ井试井解释比对数曲线 ２．ＰＶＴ数据Ｘ井流体高压物性显示其所属油藏具有挥发性
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第２６卷第２期 天 然 气 工 业 开发及开采油藏特性，所以本次模拟模型选用了组分模型。根据实验结果，把原油的加组分进行了劈分，并且划分了拟组分，最后得到了８个拟组分。拟合等组分膨胀（ＣＣＥ）实验和微分分离（ＤＬ）实验后得到了各个拟组分的流体特征参数值。
图２ 平面网格图 ３．相渗数据在使用相渗数据前对实验室岩心渗透率实验数据进行归一化处理。
三、历史拟合及动态预测 在历史拟合过程中主要调整了单井控制泄流半径、油水界面、地层渗透率等参数，拟合效果较好。 Ｘ井的开采方式属于弹性＋溶解气驱。从２００４年１０月开始以产油１３．１１ｔ配产，直到井底流压降到５ＭＰａ，然后定井底流压生产至２０４８年１２月３１日。本次预测假设裂缝一直保持当前状况，并不会随着地层压力的降低或者支撑剂破碎而闭合。表１给出了Ｘ井２００３～２０１３年间的动态预测结果。
四、裂缝敏感性分析 １．裂缝半长敏感性分析Ｘ井经过加砂压裂后，裂缝的几何尺寸（裂缝半
长，裂缝宽度）以及裂缝的导流能力对油井的产能，稳产年限和最终采收率都有影响。本次单井数值模拟对不同裂缝半长（２０ｍ，３０ｍ，４２．９ｍ，６０ｍ，９０ｍ和１２０ｍ）情况进下的单井模型进行了研究。在确定产油６０ｔ／ｄ、井底流压保持在５ＭＰａ以上的工作制度下，定量的得到在不同裂缝半长情况下的累积产油量和累积采出程度。表２给出了在不同裂缝半长情况下预测的生产动态指标。随着裂缝半长越长，油井与地层的连通性越好，油井的产能就越好，１０ａ的累积产量和采出程度就越高。 为了定量的评价裂缝半长对油井生产效果的影响。本次研究设定目标评价函数：Ｙ＝Ｑ（Ｘｆ）－Ｑｘｆ＝２０Ｘｆ－２０式中：Ｙ为原油产量增长幅度；Ｘｆ为裂缝半长，ｍ；Ｑ（Ｘｆ）为裂缝半长是Ｘｆ条件下１０ａ累积产油量，ｔ。 由于没有做无垂直裂缝的模拟计算，所以本次比较分析是以裂缝半长等于２０ｍ为基准点。计算结果如表３所示。容易看出随着裂缝半长的增加，１０ａ后的原油累积产量是不断增加的，但是增长幅度是越来越小了。只要把以上数据与压裂施工规模和成本相结合就能得到最优裂缝长度。表１ Ｘ井动态指标预测结果时 间年均日产油（ｔ）累积产油量（×１０４ｔ）采出程度（％）２００３－１２－３１０．０２９０．００１０．００３２００４－１２－３１１７．２１０．６３１．５０２００５－１２－３１１３．１１１．１１２．６４２００６－１２－３１１３．１１１．５９３．７９２００７－１２－３１１３．１１２．０７４．９３２００８－１２－３１１３．３１２．５５６．０９２００９－１２－３１１２．４６３．０１７．１７２０１０－１２－３１８．６２３．３２７．９２２０１１－１２－３１６．９６３．５７８．５３２０１２－１２－３１５．９９３．７９９．０５２０１３－１２－３１５．６８４．００９．５５表２ 不同裂缝半长下的油井生产动态指标裂缝半长（ｍ）裂缝渗透率（×１０２μｍ２）１０ａ后累积产油量（×１０４ｔ）１０ａ后累积采出程度（％）２０１．４４．０６９．６８３０１．４４．２９１０．２４４２．９１．４４．５２１０．７８６０１．４４．８１１１．４８９０１．４５．１６１２．３３１２０１．４５．３９１２．８５ ２．裂缝导流能力敏感性分析裂缝的导流能力是评价裂缝质量的指标，它对油井的生产动态指标影响也很大。在定产油１３．１１ｔ、井底流压控制在５ＭＰａ以上的工作制度下，对裂缝导流能力进行了敏感性分析。裂缝导流能力为：Ｆｄ＝Ｋｆ・Ｗ式中：Ｆｄ为裂缝导流能力，１０－３μｍ２・ｍ；Ｗ为裂缝宽度，ｍ；Ｋｆ为裂缝渗透率，１０－３μｍ２。为了研究方便，本次模拟比较是在保持裂缝宽・２・
开发及开采 天 然 气 工 业 ２００６年２月度不变的条件下（ｗ＝０．００９ｍ），通过改变裂缝渗透率而改变裂缝导流能力。表４给出了在不同裂缝渗透率条件下的生产动态指标。裂缝渗透率越高，单井的产能就越好，稳产年限、累积产油量、最终采收率等开发指标就越好。但是裂缝渗透率在５～１４０μｍ２变化时，原油累积产量等动态指标并没有明显的差异。表３ 裂缝半长敏感性分析Ｘｆ（ｍ）Ｑ（×１０４ｔ）Ｑ－Ｑｘｆ＝２０（ｔ）Ｘｆ－２０（ｍ）Ｙ（ｔ／ｍ）２０４．０６３０４．２９２３３７１０２３３．７０４２．９４．５２４６１３２２．９２０１．４４６０４．８１７５６４４０１８９．１０９０５．１６１１０８７７０１５８．３９１２０５．３９１３３０６１００１３３．０６表４ 不同裂缝渗透率下的生产动态指标裂缝半长（ｍ）裂缝渗透率（１０－３μｍ２）稳产年限（ａ）最终累积产量（１０４ｔ）最终采收率（％）４２．９１４００００５．９８４７．７１２１８．４１４２．９１００００５．８５６７．６７４１８．３２４２．９８０００５．８１９７．６７１１８．３１４２．９５０００５．７６７７．６４７１８．２５４２．９３０００５．７５０７．６０８１８．１６４２．９１０００５．５７．４０７１７．６８五、结 论 （１）结合完井射孔资料和试井解释成果对Ｘ井建立了地质属性模型。用ＰＥＢＩ网格完成该压裂井的单井的网格模型。在较好的历史拟合基础上对Ｘ井进行了动态预测。研究表明：Ｘ的单井控制半径约为４００ｍ，单井控制原油储量４１．９×１０４ｔ。在定产
原油１３．１１ｔ／ｄ、保持井底流压５ＭＰａ以上的工作制度下，预测出单井累积产油量７．７１×１０４ｔ，原油弹性
＋溶解气驱采收率１８．４１％。 （２）裂缝半长的敏感性研究表明，增加裂缝半长会增加累积产油量，但是随着裂缝半长的增加，累积产油量的增加幅度是越来越小的。通过评价函数Ｙ可以定量地评价动态开发指标，即１０ａ累积产油
量对裂缝半长的敏感性。裂缝半长为２０ｍ时，１０ａ累积产油量为４．０６×１０４ｔ。裂缝半长为６０ｍ时，１０
ａ累积产油量为４．８１×１０４ｔ，单位裂缝半长增量下的
累积产油量增量为１８９ｔ／ｍ；裂缝半长为１２０ｍ，１０ａ累积产油量为５．３９×１０４ｔ，单位裂缝半长增量下的
累积产油量增量只有１３３ｔ／ｍ。 （３）裂缝导流能力增加，各项开发指标会改善。当裂缝渗透率较小时（Ｋｆ＝１μ
ｍ２），增加裂缝渗透率
能较大地提高原油的稳产年限和累积产油量。当裂缝渗透率达到５μｍ２后，增加裂缝渗透率对油井生产动态指标没的改善但并不十分明显。
参 考 文 献［１］张学文．低渗透率油藏压裂直井开发数值模拟研究［Ｊ］．断块油气藏田，１９９８，５（４）：２０‐２２．［２］刘立明，等．混合ＰＥＢＩ网格精细油藏数值模拟应用研究［Ｊ］．石油学报，２００３，２４（３）：６５‐６７．［３］王永辉，等．低渗层重复压裂的油藏数值模拟研究［Ｊ］．石油勘探与开发，１９９７，２４（１）：４７‐４９．［４］杨君，郭春华，曾焱，等．新场气田地应力特征综合研究［Ｊ］．天然气工业，２００５，２５（９）：２０‐２２．
（收稿日期 ２００５‐１０‐２５ 编辑 韩晓渝）
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第２６卷第２期 天 然 气 工 业 开发及开采