天然气地球科学, 2022, 33(4): 512-519 doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2021.11.005

天然气开发

页岩气平台式井组井间干扰影响因素分析及井距优化

樊怀才,, 张鉴, 岳圣杰, 胡浩然

中国石油西南油气田分公司页岩气研究院，四川 成都 610051

Analysis of influencing factors of interwell interference in shale gas well groups and well spacing optimization

FAN Huaicai,, ZHANG Jian, YUE Shengjie, HU Haoran

Shale Gas Research Institute of Southwest Oil & Gasfield Company，PetroChina，Chengdu 610051，China

收稿日期: 2021-08-06   修回日期: 2021-11-11   网络出版日期: 2022-01-07

基金资助: 中国石油西南油气田分公司2021年科研项目“页岩气井水平段长度技术经济一体化研究”.  20210304-14

Received: 2021-08-06   Revised: 2021-11-11   Online: 2022-01-07

作者简介 About authors

樊怀才（1983-），男，安徽亳州人，高级工程师，博士，主要从事页岩气气藏工程及渗流理论研究.E-mail：fanhuaicai@163.com. , E-mail：fanhuaicai@163.com

摘要

以页岩气平台井组井间干扰影响因素为研究对象，利用数值试井分析技术，研究了不同储层基质渗透率、压裂改造参数、井间距、激动强度等参数对井间干扰的影响程度。在此基础上，掌握了页岩气水平井不同生产时间的压力分布特征，明确了井间干扰对气井最终可采储量（EUR）的影响程度，形成了综合考虑气井EUR和井控地质储量采收率的井距优化分析方法。结果表明：在天然裂缝不发育、井间人工缝网未沟通的情况下，压力波在改造区外传播范围有限，页岩气平台井组井间干扰强度一般较弱，在改造区及其附近压降程度最大，优化井距时不仅要考虑井间是否有压力干扰响应，更要考虑压力干扰的强度；天然裂缝越发育、压裂改造范围越大，则井间干扰越明显，优化井距要综合考虑天然裂缝发育程度及压裂改造范围的影响；受井间干扰影响，气井EUR随井距增加而增加、但增加幅度逐渐变小，采收率则随井距增加而下降、下降幅度逐渐增大；需要根据平台井组地质工程特征，综合考虑气井EUR和井控地质储量采收率优化井距。

关键词： 页岩气 ; 平台式井组 ; 井间干扰测试 ; 激动强度 ; 井距优化

Abstract

Taking shale gas platform well groups inter-well interference factors as the research object， using numerical well test analysis technology， the degree of impact of different reservoir matrix permeability， fracturing parameters， well spacing， activation intensity and other parameters on inter-well interference are studied. On this basis， the pressure distribution characteristics of shale gas horizontal wells at different production times were grasped， and the degree of impact of inter-well interference on gas wells’ EUR was clarified， and well spacing optimization was formed that comprehensively considered gas wells’ EUR and well-controlled geological reserve recovery factor analytical method. The results show that when the natural fractures are not developed and the artificial fracture network between wells is not communicated， the propagation range of pressure waves outside the reconstruction area is limited， and the interference intensity between well groups of shale gas platform well groups is generally weak. The pressure drop degree is the largest in the fractured zone and around. When optimizing well spacing， it is necessary to consider not only whether there is pressure interference response between wells， but also the intensity of pressure interference； the more natural fractures develop and the greater the range of fracturing reformation， the more obvious the interference between wells， and optimization well spacing should take into account the development of natural fractures and the impact of fracturing reconstruction range； affected by inter-well interference， the EUR of gas wells increases with the increase in well spacing， but the increase gradually decreases， and the recovery rate decreases with the increasing well spacing. It is necessary to optimize the well spacing based on the geological engineering characteristics of the platform well group， comprehensively considering the gas wells’ EUR and the well-controlled geological reserves recovery factor.

Keywords： Shale gas ; Well groups ; Interwell interference test ; Intensity of excitement ; Optimizing well spacing

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本文引用格式

樊怀才, 张鉴, 岳圣杰, 胡浩然. 页岩气平台式井组井间干扰影响因素分析及井距优化. 天然气地球科学[J], 2022, 33(4): 512-519 doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2021.11.005

FAN Huaicai, ZHANG Jian, YUE Shengjie, HU Haoran. Analysis of influencing factors of interwell interference in shale gas well groups and well spacing optimization. Natural Gas Geoscience[J], 2022, 33(4): 512-519 doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2021.11.005

0 引言

在川南页岩气开发过程中，由于受地形地貌条件和地下构造、断裂、优质储层分布等因素限制［1-2］，多采用一次井网部署，后期调整余地较小。因此，在开发方案设计、平台式井位部署时，如何确定合理井间距是一项重要的研究工作［3-5］。目前，优化井间距主要采用微地震监测法［5-7］、示踪剂分析法［8-10］、数值模拟法［11-12］、动态分析法［13-16］及类比法等技术手段，但是在实际实施过程中，微地震监测事件点主要反映压裂改造过程中井间储层岩石的应力应变分布情况，不能准确表征通过人工改造后井间的连通程度；采用数值模拟法和解析模型法评价井间连通性时，计算模型的部分参数（如人工裂缝半长、裂缝高度、裂缝渗透率）不易直接获取，且模型参数存在多解性，井间连通性评价结果可靠性不高；采用类比法确定井间距时，由于各个页岩气田埋深、地应力大小、天然裂缝发育程度、地层可压性及压裂工艺等因素存在差异性，直接借用其他页岩气田的井距往往会存在较大不确定性和误差。因此，采用井间干扰测试［17-27］仍是评价井间连通性最直接、最有效的方法。为了更好地开展井间干扰测试和分析，需要掌握平台井组井间干扰敏感性因素。因此，笔者结合页岩储层低孔低渗、人工改造缝网传导率高等特点，分析了储层物性、压裂改造参数、生产制度等敏感性因素对气井干扰测试的影响，提出了干扰试井测试应考虑的相关技术要求，形成了考虑井间干扰特征的水平井组合理井距分析方法，明确了井距优化的基本原则，研究结果可为井间干扰试井设计及井距优化提供技术依据。

1 井间干扰测试

干扰试井测试是分析页岩气平台式井组井间连通性的主要技术手段［28］，一般采用2口及以上井开展干扰测试，其基本单元是2口井组成“井对”，其中一口井称之为“激动井”，另一口井称之为“观测井”（图1）。在测试过程中，激动井通过改变生产制度，在地层中产生压力激动；观测井关井进入静止状态，并下入高精度、高分辨率压力计录取激动压力响应情况。井间干扰测试过程中，观测井压力响应过程可分为：未收到干扰压力时间段、干扰压力缓慢上升时间段和快速上升时间段（图2），观测井收到的干扰压力累积值往往比较小，需要非常精密压力计连续监测。

图1

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图1   井间干扰压力传播示意

Fig.1   Schematic diagram of inter well interference pressure propagation


图2

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图2   观测井压力干扰示意

Fig.2   Schematic diagram of pressure interference of observation well


2 平台井组井间干扰影响因素分析

2.1　基质渗透率对井间干扰的影响

考虑平台井组井间距为400 m，压裂改造裂缝平均半长为80 m，改造区综合渗透率为1.0×10-5 μm2，设置基质渗透率分别为10.0×10-8 μm2、7.5×10-8 μm2、5.0×10-8 μm2、2.5×10-8 μm2、1.0×10-8 μm2，研究不同基质渗透率条件下井间干扰响应情况。从图3可以看出，当其他参数不变的情况下，基质储层渗透率越小，观测井收到干扰压力响应的时间越晚，且相同干扰时间下压力响应强度越微弱。因此，对于基质极为致密的页岩气平台井组开展井间干扰测试，需要非常精密的压力计开展压力连续监测，最好是利用井下分布式光纤开展长期井下压力监测。

图3

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图3   不同基质渗透率对干扰压力值的影响曲线对比

Fig.3   The comparison curves of the interference pressure value influenced by the matrix permeability


2.2　压裂改造参数对井间干扰的影响

考虑平台井组井间距为400 m，压裂改造裂缝平均半长为80 m，基质渗透率为2.0×10-8 μm2，设置改造区综合渗透率分别为1.0×10-5 μm2、2.5×10-5 μm2、5.0×10-5 μm2、10.0×10-5 μm2，研究改造区不同综合渗透率条件下井间干扰响应情况。从图4可以看出，当其他参数不变的情况下，压裂改造区综合渗透率越低，观测井收到压力干扰响应的时间越晚，且压力干扰响应强度越微弱。因此，如果压裂改造强度较小及储层改造不充，导致改造区综合渗透率较低，则井间会出现地质储量难以充分动用的现象。

图4

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图4   改造区不同渗透率条件下观测井压力干扰响应对比曲线

Fig.4   The comparison curves of the interference pressure value influenced by the permeability of reconstruction area


考虑平台井组井间距为400 m，基质渗透率为2.0×10-8 μm2，改造区综合渗透率为5.0×10-5 μm2，压裂改造裂缝平均半长分别设置为30 m、60 m、90 m、120 m，研究不同压裂缝长条件下井间干扰响应情况。从图5可以看出，当其他参数不变的情况下，储层压裂改造范围越远，井间干扰越明显，随着支撑剂展布范围和裂缝延展范围增加，井间干扰随之同步增强。从图6可以看出，井间干扰强度与人工压裂缝半长呈二次方变化关系，表明随着压裂缝半长增大，井间干扰强度会大大增强。

图5

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图5   不同压裂缝半长条件下观测井压力响应对比曲线

Fig.5   The comparison curves of the interference pressure value influenced by the fracture length


图6

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图6   观测井压力响应与裂缝半长关系曲线（生产400 d）

Fig.6   Relationship curve between pressure response of observation well and fracture half length （400 days of production）


CN气田H3平台微地震监测数据（图7）表明，H3-1井与H3-2井之间微地震事件点重合率高达60%，H3-2井与H3-3井之间微地震事件点重合率为10%~30%。为了进一步掌握井间连通性，开展了该平台井间干扰测试（图8），H3-2井产量激动后，处于关井状态的H3-1井井底压力下降速度为0.57 MPa/d，而处于关井状态的H3-3井井底压力下降速度仅为0.11 MPa/d，H3-1井压力下降速度明显大于H3-3井，证实了H3-1井与H3-2井的连通性更好，H3-3井和H3-2井连通性相对较弱，测试结果与微地震测试情况相符。

图7

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图7   H3平台压裂微地震事件点分布

Fig.7   Distribution of fracturing microseismic event points of H3 platform


图8

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图8   H3平台井间干扰测试曲线

Fig.8   Inter well interference test curve of H3 platform


2.3　井间距对井间干扰的影响

从图9可以看出，同平台3口气井以相同配产同时生产的情况下，受井间干扰影响，中部气井压力下降幅度最大，左右两边气井压降幅度受井距影响存在差异，井间距越小，则压降漏斗越深，压降幅度越大。从图10可以看出，井间干扰强度与井距呈二次方变化关系，表明随着井距缩小，相同配产、相同生产时间条件下井间干扰程度逐步增强。因此，在开展页岩气平台式井组井间干扰测试时，应尽量避免井间距过大条件下开展干扰测试，否则在观测井难以录取到压力干扰信号。

图9

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图9   不同井距相同产量条件下井间干扰压力场模拟

Fig.9   Simulation diagram of inter well interference pressure field with different well spacing and the same production


图10

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图10   不同井距观测井压力压降幅度

Fig.10   Pressure drop amplitude of observation wells with different well spacing


2.4　激动强度对井间干扰的影响

从图11—图12可以看出，观测井收到的压力干扰响应强度与激动井产量成正比关系，即激动井的激动强度越大，在观测井的压力干扰响应值越大。因此，在同一平台安排干扰试井测试时，应选择低产量井作为观测井，选择相对高产的井作为激动井，以确保观测井更容易监测到压力干扰信号，达到井间干扰测试的目的。

图11

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图11   不同配产条件下观测井压力干扰响应对比曲线

Fig.11   The comparison curves of the interference pressure value influenced by different production


图12

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图12   不同配产条件下观测井压力压降幅度

Fig.12   Pressure drop amplitude of observation well with different production


因此，在页岩气平台式井组开展干扰试井测试时，应尽量在平台井组投产早期开展井间干扰测试，若在生产中后期开展，则此时激动井地层压力较低，难以形成较大压力激动强度，导致观测井无法监测到压力干扰信号，造成干扰测试无法达到预期目的。

3 应用井间干扰优化平台式组井距

3.1　井间压力干扰强度是优化井距的重要参数之一

若考虑压裂改造范围为近井筒200 m范围内，随着生产进行，页岩气井地层中压降漏斗逐步加深，但地层能量亏空主要发生在近井底附近（图13）。

图13

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图13   不同生产时间地层压降漏斗分布

Fig.13   Distribution diagram of formation pressure drop funnel at different production time


因此，在生产早期，主要动用改造范围内的储量；在生产中后期，压降漏斗不断向改造区范围外传播，但是由于基质储层渗透率极低，压力波在未改造区储层中传播范围有限，且在未改造区中产生的压力降将较小，未改造区地质储量动用程度较低。因此，优化井距时，不仅要考虑井间是否有压力干扰响应，还要考虑压力干扰的强度。

3.2　优化井距时要考虑天然裂缝发育程度及压裂改造范围的影响

用形状因子σ表征天然裂缝发育程度，σ越大表示天然裂缝越发育。从图14可以看出，在压裂改造范围一定的条件下（裂缝半长160 m），分别设置形状因子σ为0.01、0.02、0.05，σ值越大，则相同干扰时间内观测井压力响应越明显，井间干扰强度越强。因此，在天然裂缝发育区可适当增大井间距。从图15可以看出，相同地质参数条件下，改造范围越大，井间干扰越明显，当提高压裂改造规模时可适当增大井间距。因此，优化井距时要考虑天然裂缝发育程度及压裂改造范围的影响。

图14

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图14   天然裂缝不同发育程度条件下观测井压力变化曲线

Fig.14   Pressure curve of observation well with different development degrees of natural fractures


图15

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图15   不同压裂缝长度条件下观测井压力变化曲线

Fig.15   Pressure curve of observation well with different fracture length


3.3　优化水平间距时应综合考虑井间干扰对EUR和采收率的综合影响

根据川南页岩气地质、工程参数，建立页岩气平台式井组数值模拟机理模型，模型基本参数见表1、表2，平台井组模型长3.5 km，宽3.0 km，面积10.5 km2，在同半支部署6口水平井，分析井距为200 m、250 m、300 m、350 m、400 m条件下单井EUR受井间干扰的影响程度。

表1   数值模拟机理模型基础参数

Table 1  Basic parameters of numerical simulation mechanism model

层号起始深度/m终止深度/m厚度/m有效孔隙度/%含水饱和度/%基质渗透率/（10-8 μm2）吸附气含量/（m3/t）
24 016.14 028.82.85.146.359.01.8
44 028.84 073.034.24.941.5121.61.8
34 073.04 077.34.34.742.1130.42.2
24 077.34 080.02.74.337.977.72.7
14 080.04 082.82.84.421.252.43.2
WF4 082.84 088.83.04.335.865.92.4

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表2   模型储层基本参数

Table 2  Basic parameters of model reservoir

参数名称取值
原始地层压力/MPa83.27
压力系数/（MPa/100 m）2.04
气体相对密度0.60
地层水密度/（g/cm3）1.05
在基准压力下水的地层体积系数1.077
水的黏度/（mPa·s）0.64
气藏温度/℃134.7
水平段长度/m1 500
压裂段数/段30
裂缝半长/m80
改造区渗透率/（10-3 μm2）0.03
Langmuir压力/MPa15

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根据井距为200 m、250 m、300 m、350 m、400 m时井间干扰对气井EUR的影响程度，确定平台式井组的合理井距，从图16、图17可以看出，当井距为200 m时，井间干扰现象严重，压降漏斗较深，单井生产能力和井控储量受井间干扰影响明显，低压小产阶段气井产量较低，单井累产增加缓慢。随着井距增大，井间干扰对单井EUR的影响程度快速下降，当井距达到一定距离（本模型为400 m）后，井间干扰对EUR的影响可以忽略。

图16

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图16   不同井距数值模拟机理模型

Fig.16   Numerical simulation mechanism model of different well spacing


图17

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图17   不同井距条件下气井EUR模拟结果对比

Fig.17   The comparison curves of gas well EUR with different well spacing


从图18可以看出，随着井距增加，井间干扰程度不断变弱，单井产量和EUR逐步增加，但单井EUR增加幅度和采收率不断下降，EUR—井距、采收率—井距之间的分布关系曲线出现“拐点”，井间干扰对EUR和采收率的影响成非线性规律变化，即井距存在一个最优值。因此，在井距设计时，如果井距过大，虽然单井EUR较高，但井控地质储量的采收率较低，造成资源浪费；如果井距过小，虽然井控地质储量采收率较高，但单井EUR较低，造成经济效益较差。因此，优化水平井距时，应综合考虑井间干扰对气井EUR和井控地质储量采收率的影响，兼顾气井EUR和井控地质储量采收率两方面指标最大化。

图18

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图18   不同井距条件下气井EUR及采收率分布曲线

Fig.18   The curve of EUR and recovery with different well spacing


4 结论及建议

（1）页岩储层基质渗透率极低，在天然裂缝不发育、井间人工未沟通的条件下，井间干扰程度一般较弱。

（2）井间人工裂缝半长越长、渗透率越高，则井间干扰越明显，井间干扰强度与裂缝半长呈二次方变化关系。

（3）井间干扰响应强度与井距呈二次方变化关系，与激动产量成正比关系。

（4）页岩气井生产过程中压力波及范围主要为改造区，改造区边界以外地层中压降梯度较大，导致在未改造区中平均压力降较小，其地质储量动用程度较低。

（5）气井EUR随井距增加而增加，但增加幅度逐渐变小，采收率随井距增加而下降，下降幅度逐渐增大，优化井距时，应根据相应平台井组的地质工程特征，开展井间干扰分析，综合EUR、采收率及经济效益等因素优化井间距。

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