页岩油压后生产制度优化研究

页岩油压后生产制度优化研究

郑昕彭宏亮

中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院  江苏扬州  225009

摘  要：江苏油田页岩油勘探开发取得重大突破，但在开采过程中生产制度的调整缺乏理论依据。根据不稳定渗流理论，建立页岩油水平井生产动态预测模型，基于单井前期生产资料，采用数学拟合的方法对油井生产动态进行预测，结果表明TY1HF单井EUR为6300-9400t。开展不同油嘴条件下的节点分析，通过临界携砂流速、压恢流速和析蜡点温度等进行综合评价，优选油嘴大小，最终形成合理的放喷制度，为创建页岩油开发示范区提供工程支撑。

关键字：页岩油；油嘴；生产制度；放喷

当前，页岩油开发正在江苏油田如火如荼地开展，苏北盆地高邮、金湖凹陷阜二段是页岩油有利区带和层系，页岩油资源量达12.2×108t，其中高邮凹陷阜二段页岩油有利区面积743km2，资源量7.5×108t，金湖有利区面积544km2，资源量3.74×108t。2021年以来，实施页岩油水平井10口井，探索不同区带、不同层段、不同类型页岩油产能，其中9口井已投入排采，目前合计日产油184.6t，已累产油5.75×104t，取得了阜二段Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ亚段页岩油勘探突破。

页岩油常采用水平井大型压裂的方式进行开发，随着压裂液和原油的不断产出，地层压力逐渐减小，裂缝开始闭合，流体在地层中流动已不能用常规的达西公式去描述，这就对页岩油井投产后的生产动态预测带来很大困难[1]。缺乏地层压力和产量的准确信息，使得现场大多采用试用法来选择油嘴，无法满足控压生产的需求，影响最终采收率。本文基于不稳定渗流理论建立页岩油井生产动态预测模型，并据此优化油嘴大小和工作制度，为快速预测页岩油生产动态及生产参数优化提供了一种新思路。

1页岩油井生产动态预测模型

页岩油井压裂后出现了大小形状不一的人工裂缝，对于裂缝-孔隙双重介质的岩石，基质孔隙和裂缝都是流动通道，并且这两个系统是相互交织在一起，流体在两者间发生交换。因此，与常规基质渗流不同，在描述流动过程时要使用两组参数[2]，一组用来描述岩石孔隙的物性和流动状态，一组用来描述裂缝的物性和流动状态，具体推导过程如下：

运动方程：

                                （1）

式中：——流体流速，m/s；——渗透率，μm2，——流体粘度，；P——压力，MPa；——距井轴距离，m；——=1,2，其中脚标为1代表裂缝，为2代表岩石。

状态方程：

                             （2）

                            （3）

式中：——孔隙度，无量纲；——压缩系数，无量纲；——地层原始压力，MPa；，——流体密度，kg/m3。

连续性方程：

                       （4）

式中：——时间，s；——流量，m3/s。

将式（1）-式（4）联立即得到裂缝-孔隙双重介质渗流模型，根据此模型结合初始边界条件和页岩油井前期生产数据，就可以对生产动态进行预测。

2页岩油井生产制度优化

页岩油油嘴的选择要综合考虑清防蜡、防砂、配产等需求。清防蜡方面可通过井筒两相流模拟技术模拟不同油嘴下的井筒温度，确保井筒流体温度要高于原油析蜡点温度。防砂则是要处理固液流动关系，确保固体在流体中的流动速度要大于沉降速度，即流体流速要大于临界携砂流速[3]。配产方面要充分考虑地层产量恢复（供给）能力，使得每日井口产液量不大于地层产液量，实现动态平衡，避免压降过快导致裂缝闭合、支撑剂产出[4]。具体技术思路和内容如下：

图1油嘴优选技术思路

清防蜡方面：

通过流体温度压力计算耦合模型可以计算出不同油嘴下的井筒流体温度，若流体温度大于原油析蜡点温度，则所对应的油嘴即可满足清防蜡需求。

防砂方面：

假设颗粒受力、流体流速和运动速度向上为正、向下为负，且颗粒运动速度为负值表示沉降，正值则为上升。井筒中的原油和砂粒的流动一般属于稀疏固体流动，因此附加质量力、Basset力、Magnus力、Saffman力等忽略不计，只考虑重力、浮力和表面阻力。

定义重力与浮力的合力为浮重Fw，则Fw表达式如下：

                          （5）

式中：Fw——砂粒浮重，N；——砂粒直径，m；——砂粒密度，kg/m3。

砂粒表面阻力FR与其在流体中的相对运动有关，可用下式计算：

                  （6）

式中：FR——砂粒所受表面阻力，N；——阻力系数，无量纲；——砂粒运动速度，m/s。

可以看出，当砂粒处于受力平衡时，，则：

                （7）

通过调整油嘴大小使得vs＞0可有效预防页岩油井砂堵。

配产方面：

除满足地质开发人员给出的配产需求外，油嘴的选择还应该使得每日井口产液量不大于地层产液量。井口产液量可依据嘴流公式计算得到，关于地层产液量彭凯等

[5]给出了地层产液量与动液面的关系式，结合现场试井动液面监测即可得出地层产液量。

3模型应用

3.1页岩油井产量预测

根据页岩油井生产动态预测模型以及TY1HF前期生产资料，对TY1HF井EUR进行了预测，其中地层封闭边界半径分别取100m、200m和300m，结果表明TY1HF单井EUR为0.63-0.94×104t，自喷期为804-1285d，将预测结果与实际生产数据进行对比发现吻合度较高。

表1TY1HF单井EUR预测

3.2生产制度优化案例

以HY7HF井为例对放喷油嘴进行优化，根据室内实验结果发现HY7HF井的凝固点在32.7℃，模拟不同油嘴条件下的井口出液温度，结果发现油嘴孔径在3mm以上时井口温度大于原油析蜡点温度。当井口压力为25MPa时，选用4mm和5mm的油嘴生产可以有效防止2cm以下粒径的砂粒砂堵。

4 结论与建议

（1）根据页岩油水平井生产动态预测模型，结合单井前期生产资料，可以对页岩油井生产动态进行准确预测，结果表明TY1HF单井EUR为6300-9400t，与现场实际生产情况吻合度高。

（2）HY7HF采用3mm以上的油嘴可以有效防止结蜡，结合防砂判定，推荐使用4mm-5mm油嘴进行生产。

（3）建议对页岩油井开展不稳定试井制度研究，以准确获得油井的油层参数和压力信息。

参 考 文 献

[1] 翟云芳. 渗流力学[M]. 3版. 北京: 石油工业出版社, 2009: 54-73.

[2] 王彦芳, 肖超. 对"三低"油藏地层测试工作制度的研究[J]. 油气井测试(2期): 52-55.

[3] 王继坤. 致密砂岩油藏压后关井时间优化模型研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2020.

[4] 陈志明, 赵鹏飞, 曹耐,等. 页岩油藏压裂水平井压–闷–采参数优化研究[J]. 石油钻探技术, 2022, 50(02): 30-37.

[5] 彭凯, 王昊, 齐京国. 基于连续液面曲线的间歇采油工作制度优化研究[J]. 油气藏评价与开发, 2023, 13(2): 254-259.

作者简介：郑昕（1993—），男，江苏扬州人，助理研究员，硕士，主要从事油气田开发工程研究工作。