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1、基于PEBI网格的低渗油藏水平井压裂裂缝参数优化摘要：低渗薄层油藏往往采用对水平井进行压裂的方法来提高油层产能，由于复杂的地质条件及多形态的断层发育，水平井压裂裂缝参数的优劣对压裂效果起到决定性的作用，而常规模拟压裂水平井的方法不能很好的描述裂缝形态。因此提出了应用新型非结构网格PEBI网格模拟压裂水平井裂缝参数，实现了水力裂缝的准确模拟，并与常规笛卡尔网格加密方法进行对比，体现了PEBI网格模拟水平井压裂裂缝的优越性。同时得到以下裂缝参数优化的结论：最优裂缝间距100m120m；最优裂缝条数5条；最佳裂缝长度110m130m。关键字：低渗油藏；PEBI网格；裂缝参数优化；水平井；笛卡尔网格引
2、言水平井本身对油层具有很大的穿透度，加上压裂后形成的裂缝作为油流通道，可以大大提高油井的产能，扩大单井泄油面积1-3。为了充分发挥水平井压裂裂缝的作用，又不致于导致油井过早水淹，需要研究水平井压裂裂缝参数对油藏的影响，以便确定最佳裂缝参数，从而指导油田压裂改造。对于地质条件较复杂的低渗薄层油藏，笛卡尔网格很不灵活，主要表现在：不能精确地描述油藏的边界形状，如断层、尖灭；对油藏进行划分，不能保证每个网格都有效（部分网格可能没有油层，即死节点），对水平井或斜井，笛卡尔网格很难与井的方向保持一致；笛卡尔网格存在严重的网格取向效应4-6。为更真实地描述水平井压裂裂缝形态并提高数值模拟的精度，采用PEB
3、I非结构网格模拟裂缝。1 水平井压裂裂缝处理方法2.1 常规处理方法的缺点在水平井的数值模拟研究中，对裂缝的处理有以下几种：将实际的直角网格采用局部加密的方法(有笛卡尔局部网格加密和混合局部网格加密两种)，同时将压裂的裂缝简化成垂直于水平井井筒且在井筒两侧对称分布的高渗流平板，该方法的主要缺点是粗细网格交界处导致新的误差，网格方向很难与水平井或者斜井的方向保持一致。直接修改表皮因子，该方法的主要缺点是没有考虑裂缝方位的影响，不能表征裂缝井的流动特征7-8。2.2 PEBI网格方法的优点PEBI网格利用有限元方法划分网格的灵活性，可以逼近任意油藏形状，便于局部加密；PEBI网格(非结构网格)加密
4、法与直角网格加密方法相比，该方法可加密成三角形、六边形、圆柱形及其他非结构网格等各种复杂网格类型。该方法的主要优点是网格灵活性很高，能很好地刻画裂缝特性，如缝的长、宽、高及发育方向并且粗细网格的过渡较为平滑，实现网格与裂缝、裂缝与井筒之间的连接一致性9-11。PEBI网格模拟的裂缝形态如图1b所示，为六边形网格。PEBI网格方法是通过改变渗流方程的离散方式来改变对水力裂缝的模拟方法，可以对任意方位的人工裂缝进行描述。压裂裂缝被宽度极小的网格块代替，其网格块的宽度远小于井筒半径，这样更能反映地层裂缝的真实性。 a.笛卡尔网格裂缝形态 b.PEBI网格裂缝形态图1 不同网格类型的裂缝形态3 模型的
5、建立以大庆八场某复杂断块低渗黑油油藏为例，油藏埋深1100m1500m，地层原油平均密度0.863t/m3，地层原油平均粘度8.0mPa.s。地层压力12.1714.32MPa，平均13.62MPa，压力系数0.874。地层温度62.867.2，平均64.6，平均地温梯度为4.44/100m，为正常温度、压力系统。孔隙度0.180.26，平均值0.2，渗透率10md60md，平均值30md。分别采用笛卡尔网格加密和PEBI网格加密的方法模拟水平井压裂裂缝，并对比裂缝参数优化的结果。4 裂缝参数优化水力压裂参数主要包括裂缝方位、裂缝长度、裂缝条数、裂缝间距、裂缝导流能力等。为了便于分析，模拟在保
6、持裂缝导流能力不变的条件下，改变裂缝的其它参数，主要对压裂裂缝的间距、长度、条数等进行优化，从而得出适于水平井压裂的最优裂缝参数。在裂缝裂缝参数优化过程中，压裂裂缝的缝宽设计为10mm，裂缝渗透率为40000mD。在水平井压裂裂缝参数设计时主要考虑两个因素:首先要满足水平井压裂后获取的初期产能最大；其次满足裂缝尽可能的避开水体和注水井，防止水窜。4.1 间距优化水平井水平段长度为600m，设计5条裂缝，裂缝半长110m，裂缝间距水平选取为60m，80m，100m，120m，140m。对于不同的裂缝间距方案，分别采用笛卡尔网格和PEBI网格模拟裂缝。水平井初期产能（第一个月的平均日产油量）随裂缝
7、间距变化的曲线如图2所示。图2 不同裂缝间距的水平井初期产能曲线不论是笛卡尔网格还是PEBI网格模拟裂缝，在裂缝条数和半长一定的情况下，随着裂缝间距增加，水平井初期产能逐渐增加，但增加的趋势逐渐变缓。裂缝间距较小时，相邻裂缝的供油半径重叠，因此生产过程中相邻裂缝间会产生干扰，从而使得水平井的产能较低；随着裂缝间距增加，两条裂缝的间距不断接近两条裂缝的供油半径之和，裂缝的位置分配趋于合理，因此产能逐渐增加，并在最优裂缝间距处达到最大值；而随着裂缝间距的继续增加，间距逐渐大于相邻两条裂缝的供油半径之和，因此水平井产能趋于不变。综上所述，在水平井实施压裂时，为了使其增产效果最好，其间距存在最优值，对
8、于本模型的水平井压裂，其压裂裂缝间距的最优值为100m120m。4.2 条数优化根据以上对裂缝间距优化得到的结果，最优裂缝间距为100m120m，因此选择裂缝间距为100m，设计裂缝半长110m，对裂缝条数进行优化。水平井水平段长度为600米，裂缝条数方案设置分别为1条、2条、3条、4条、5条、6条和7条。分别采用笛卡尔网格和PEBI网格模拟裂缝。水平井初期产能（第一个月的平均日产油量）随裂缝条数变化的曲线见图3。图3 不同裂缝条数的水平井初期产能曲线（裂缝间距100m，裂缝半长110m）在裂缝间距和半长一定的情况下，PEBI网格和笛卡尔网格的水平井初期产能都随着裂缝条数增加近似呈直线上升趋势
9、，裂缝条数越多，产能越大。在各参数相同的情况下，PEBI网格模拟裂缝的初期产能要高于笛卡尔网格，而且随着裂缝条数的增加，差值逐渐增大。另外在最优裂缝间距的条件下，裂缝条数的选择还要考虑水平段长度的限制。本模型中考虑到水平段长度的影响，最优裂缝条数选择5条。4.3 长度优化在对水平井压裂的裂缝间距和条数进行了优化的基础上，选择5条裂缝，100m的裂缝间距，设计裂缝半长30m，60m，90m，120m，150m以及180m的方案，对裂缝长度进行优化。分别采用笛卡尔网格和PEBI网格模拟裂缝。不同裂缝半长方案的水平井初期产能（第一个月的平均日产油量）随裂缝条数变化的曲线见图4。图4 不同裂缝半长的水
10、平井初期产能曲线（5条裂缝，裂缝间距100m）采用PEBI网格模拟裂缝，在裂缝条数以及裂缝间距一定的情况下，随着裂缝半长增加，水平井初期产能呈增加趋势，但是当裂缝半长增加到110m时，产能增加的趋势趋于平缓，这是因为裂缝越长，地层流体从裂缝流到井筒所受到的流动阻力越大，另一方面地质模型的面积有限，当裂缝长度增加到一定值时，裂缝的波及范围已经达到了地质模型的边缘，裂缝长度再增加，产能增加的幅度减小。因此最优裂缝半长为110m130m。采用笛卡尔网格模拟裂缝，随着裂缝半长增加，水平井初期产能增加幅度较小，当裂缝半长大于110m时，产能几乎不变。通过PEBI网格与笛卡尔网格裂缝参数的优化结果可以看出
11、：在各参数相同的情况下，PEBI网格模拟裂缝的初期产能要高于笛卡尔网格，而且随着裂缝参数的变化差值逐渐增大；这是因为笛卡尔网格加密方式使井筒附近裂缝的网格大小严重不均匀，渗流规律紊乱，导致裂缝收敛性问题，严重改变了井点附近的油藏物性；而PEBI网格模拟裂缝附近的网格大小变化均匀，实现了井筒网格与裂缝高渗流网格的分离，更能反映裂缝系统的真实性。 5结论(1)通过PEBI非结构网格与常规笛卡尔网格加密方法模拟水平井压裂裂缝的对比，表明PEBI网格更能反映地层裂缝的真实性与压裂井的生产特征，而且增产效果要优于笛卡尔网格，模拟优化结果符合油田实际。(2)根据实际油田数据，得到以下裂缝参数优化的结论：最
12、优裂缝间距100m120m，裂缝间距尽量均匀分布；最优裂缝条数5条；最佳裂缝长度110m130m。参考文献1 陈民锋, 姜汉桥, 周琦. 低渗透砂岩油藏水井压裂参数优化数值模拟研究J. 石油钻采工艺, 2007, 29(1): 5556.2 Jo shi S D. Horizontal well technology. Pennw ell Publishing Corporation, 1991: 310.34 待添加的隐藏文字内容1周贤文, 汤达帧, 张春书. 精细油藏数值模拟研究现状及发展趋势J. 特种油气藏, 2008, 15(4): 35.5 谢海兵, 马远乐, 桓冠仁, 等. 非结构
13、化网格油藏数值模拟方法研究J. 石油学报, 2001, 22(1): 6366.6 谢海兵, 马远乐, 郭尚平, 等. PEBI网格二维两相流数值模拟J. 石油学报, 1999, 20(2): 5761.7 刘立明, 廖新维, 陈钦雷, 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(5): 6467.8 吴军来, 刘月田. 基于PEBI网格加密的水平井分段压裂模拟J. 大庆石油学院学报, 2010, 34(6): 5354.9 隋微波, 张士诚. 低渗复杂断块整体压裂裂缝参数优化设计J. 石油勘探与开发, 2007, 34(1): 98101.10 Hein
14、emann Z E, Br and C W. Gridding techniques in reservoir simulationC. Presented at First and Second International Forum on Reservoir Simulation, 1989: 339426.11 姜晶, 李春兰, 杨敏. 低渗透油藏压裂水平井裂缝优化研究J. 石油钻采工艺, 2008, 30(4): 5052.12 Schlumberger Geoquest Simulation Software Manuals: near well bore modelingR Abi
15、ngdon: Schlumberger Information Solutions , 2001Based on PEBI grid of fracture parameter optimization of horizontal well fracture in low permeability reservoirAbstract: Horizontal well development technology are often taken in the low-permeability and thin reservoirs in order to improve reservoir production capacity with fracture treatment. Meanwhile, because of complex geological structure and multiple forms of fault development, the quality of fracture parameter of horizontal well have effect definitely on fracturing. As the conventional simulation method can
