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爆燃压裂油井产能计算模型与增产效果分析

文档作者：孟红霞陈德春潘志华吴晓东文档来源： 1．中国石油大学(华东)石油工程学院 2．中国石油大学(北京)石油工程学院		点击数：	更新时间： 2025年09月05日
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上一篇：对一起柴油罐爆燃事故的调查与分析

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第4O卷第6期
2Ol2年11月
石 油 钻 探 技 术
PETR()I EUM DRII I ING TECHNIQUES
Vo1．40 No．6
NOV．，2Ol2
．_油气开采 doi：10．3969／j．issn．1001—0890．2012．06．013
爆燃压裂油井产能计算模型与增产效果分析
孟红霞 ，陈德春 ，潘志华 ，吴晓东
(1．中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛266580；2．中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249)
摘要：为了进一步提高爆燃压裂工艺设计与效果预测水平及工程应用效果，基于爆燃压裂原理和油藏渗流
理论，利用保角变换方法，建立了爆燃压裂油井产能计算模型(包括流体从油藏边界渗流到爆燃裂缝的渗流外阻模
型，和流体在裂缝中渗流入井的渗流内阻模型)并编制了计算软件。以低渗油藏油井F31一10井为例，计算、分析了
油藏参数和爆燃裂缝参数对爆燃压裂油井增产效果的影响规律。研究结果表明：爆燃裂缝长度、裂缝数量和爆燃
裂缝导流能力对油井增产效果有影响，影响程度由大到小依次是爆燃裂缝长度、裂缝数量和爆燃裂缝导流能力；在
爆燃裂缝长度和裂缝数量一定的条件下，存在一个最佳的爆燃裂缝导流能力；爆燃压裂后油井增产倍数为1．365～
2．115，且增加爆燃裂缝长度和爆燃裂缝数量比增加爆燃裂缝无因次导流能力对增产更有利。
关键词：爆燃压裂油井产能预测数学模型保角变换增产效果
中图分类号：TE357．28 文献标识码：A 文章编号：100卜0890(2012)06—0062—05
Productivity Calculation M odels and Stimulation Ratio Analysis
for Explosive Fracturing W ells
M eng Hongxia ，Chen Dechun ，Pan Zhihua ，W u Xiaodong2
(1．School of Petroleum Engineering，China University 0／‘Petroleum(Huadong)，Qingdao，Shan
dong，266580，China；2．College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum(Beijing)，Bei
jing，102249，China)
Abstract：In order to improve the design and prediction level of explosive fracturing and enhance the
effect of engineering application，the well productivity models for explosive fracturing were established with
conformal transformation method，based on the principle of explosive fracturing and the reservoir seepage
theory，including outside resistance model of fluid flowing from reservoir boundary to exploding fractures
and internal resistance model of fluid flowing from fractures to well—bore．The calculation software iS pro—
grammed by which the effects of reservoir parameters and fracture parameters on well stimulation are ana—
lyzed，taking W ell F31—10 as an example．Results show that length，number and conductivity of explosive
fractures could affect the stimulation effect from high to lOW degree．Under the condition of given fracture
length and numbers，there will be optimum conductivity of explosive fracture。the production of W ell F31—
10 was increased to 1．365—2．115 times by explosive fracturing．and increasing fracture length and number is
more favorable for stimulation than increasing dimensionless flow conductivity of fractures．
Key words：explosive fracturing；oil wel1；productivity forecast；mathematical model；conforma1 trans—
formation；stimulation effect
爆燃压裂是指通过爆燃药爆燃迅速产生的大
量高温高压燃气，对井壁及油气层形成脉冲加载，
破裂油气层并形成自井筒呈放射状的多条径向裂
缝，以提高油井的产能l】1]。爆燃压裂工艺日趋完
善，但爆燃裂缝对油井产能影响规律的研究目前
尚欠缺。为此，笔者基于井筒爆燃压裂原理及油
收稿日期：2012一O4 l7；改回日期：2012—1()一O3。
作者简介：孟红霞(1 968 )，女，山东邹平人，1991年毕业于石
油大学(华东)采油工程专业，讲师，从事油气田开发工程理论与技术
的教学与研究工作。
联系方式：l3791 9105l6，dcchun@upc．edu．cn。
基金项目：国家自然科学基金项目“延时式可控高能气体压裂技
术动力学机理研究”(编号：511041 73)部分研究内容。
第4O卷第6期 孟红霞等．爆燃压裂油井产能计算模型与增产效果分析 ·63·
藏渗流理论，利用保角变换方法 ”]，建立了爆燃
压裂油井产能计算模型，编制了软件，计算与分析
了爆燃压裂油井增产效果及其影响因素的影响规
律，以有效指导爆燃压裂技术的工艺设计与效果
预测。
1 保角变换产能计算模型
基于等值渗流阻力原理，把爆燃压裂后流体渗
流人井流动划分为2种渗流过程的组合[ ：一是从
油藏供给边界到爆燃裂缝的流动，其渗流阻力称为
外阻；二是流体在裂缝中渗流入井的流动，其渗流阻
力称为内阻。
1．1 假设条件
1)油藏均质等厚，各向同性，等压边界；
Y 27r
O
(a)Z平面
2) 条有限导流能力的垂直裂缝均匀分布在
井筒周围，剖面为矩形，性质完全相同；
3)裂缝高度等于油藏厚度；
4)裂缝不随时间的延长而失效；
5)油藏及裂缝内均为油水两相稳态渗流，渗流
符合达西定律；
6)忽略毛细管力和重力作用。
1．2 渗流外阻计算模型
油井在井筒爆燃压裂作用后产生11条裂缝，裂
缝均匀分布，每条裂缝的渗流区域占总渗流区域的
1／n。以其中1条裂缝的渗流区域为例，进行渗流外
阻的计算。图1为保角变换的求解顺序，Z为原始
复平面，z为z平面上的复数；A ，Az，A。和A 为
每次保角变换后的复平面；a ，a。，a。和a 为对应复
平面上的复数。
yl』 L
r
l
—
O 】
(b)A1平面，al=
乃
． -Z l ．
0
Y2 I
一f i ；
l l L
一
O ~X2
(C)A：平面，d2：
y4| I
、 一
l
(d)A 3平面， =Ⅱ： (e) 平面，a4 ；
图1 保角变换示意
Fig．1 Schematic diagram of conformal transformation
经过4步保角变换，幅角为27r／n的1条裂缝映
射为半径L 的圆周，Z平面中半径为r。的供给边
界映射为半径2r：-L7+2 ～ 的圆周。由
达西定律得：
Qf1一 Pe Pff ㈩
丽(1n ～丢)
式中：Q『 为油藏到1条裂缝的流量，m。／d；P 为油
藏供给边界压力，MPa；P 为裂缝中的流体压力，
MPa；B 为￡相流体的体积系数，m。／m。； 为z相
流体的黏度，mPa·S；K 为油层绝对渗透率，mD；
K 为l相流体的相对渗透率；h。为储层有效厚度，
m；r 为定压边界半径，in；Lf为裂缝圆半径，m；下
标／=o为油相，z—w为水相。
所以，幅角为 的1条裂缝其渗流外阻：
· 64 · 石 油 钻 探 技 术
-n 一丢)
一— _ — 一
(2)
式中，Rwai为幅角 的1条裂缝外阻，MPa·d／m。。
，￡
1．3 渗流内阻计算模型
取爆燃裂缝宽度为w 、高度为^ 、裂缝长度为
d 的微元体进行研究，流体渗流速度如图2所示。
y+
图2 裂缝微元体流体流速示意
Fig．2 Schematic diagram of fracture’S micro-unit
由质量守恒定律得：
Wf K1+ 2vR3dy— WfuR2 (3)
f Kf×10一dp J
其中
一
其中 { (4)
1 Kf×10 dpH f
Ll 一— ， 丁uy Iy+dy
式中：Wr为爆燃裂缝宽度，m； 为爆燃裂缝中流
入微元体的流体速度，m／s；u磁为爆燃裂缝中流出微
元体的流体速度，m／s； 鼬为油藏向裂缝提供流体的
速度，m／s；Y为微元体距裂缝前端的距离，m。
由式(3)和(4)可得：
W fKf× 10 dzPff
(5)
设油藏渗流进人爆燃裂缝的渗流速度从裂缝前
端到裂缝跟端(井筒处)线性降低，则：
船一 (L — ) (6)
将式(1)代人式(6)可得：
( 一PH)(Lf— )
一 丽 I — 面 — — — — — 一一一2／
联立式(5)、式(6)和式(7)得：
d2PⅡ 4nK K ( 一Pff)(El— )
B Kf 1n 噬
L7巫一 )
式(8)的边界条件为： dpf I ：。一。； l -Lf一 所以，幅角 的1条裂缝内阻为：
． l 一一 ⋯d．y l y=L KfW fheX 0·086 4
根据二阶线l生方程的幂级数解法[1引，可令P =CO+
Cly+cz +c3J+⋯+ +⋯，根据3个边界条件和
式(8)可求得： 一 + ( 兰 )；
c 一0U；． c 一 (I )／ ；c。=一=
Qfl f 3L~-2y、
3KfWfL} ×0．086 4＼Lf一2 ／。
Q￡一
R 。一 Pff l 一。一PH I —f f
一
——— ■～ 一
(7)
(8)
2 Lf
3KfW fh × 0．086 4
(9)
式中：R 为幅角 的1条裂缝内阻，MPa·d／m3。
1．4 爆燃压裂油井产能计算模型
根据油藏渗流理论及式(2)和式(9)得爆燃压裂
油井产能计算模型为：
n(p 一P )
In 等 一{)
2nKK h × 0．086 4
式中：Q 为爆燃压裂油井l相的产量，m。／d。
．
2 Lf
。3K f fh × 0．086 4
(1O)
第4O卷第6期 孟红霞等．爆燃压裂油井产能计算模型与增产效果分析 ·65·
2 计算与分析
2．1 F31—10井相关数据
F31～10井为一口油井，该井所在油藏油水相对
渗透率曲线如图3所示。地层渗透率4．6 mD，井眼
半径69．9 mm。含水饱和度53．62 ，油层厚度
25．2 rn，油藏供给边界压力42．37 MPa，油藏温度
124℃ ，原油黏度9．6 mPa·s，原油体积系数1．1，
地层水黏度0．5 mPa·S，地层水体积系数1．0，供给
半径350 m。
0 2 0 4 o 6 o 8 l o
含水饱和度
图3 油藏油水相对渗透率曲线
Fig．3 Relative permeability curve of water and oil in
reservoir
2．2 增产倍数曲线及分析
根据Meguire—Sikova垂直裂缝增产倍数曲线
的研究思路嘲，研究了爆燃压裂裂缝数量、裂缝长度
和裂缝导流能力对油井增产效果的影响，如图4
所示。
+ Lc=2m， 一2 + Lt=2m~2—3 一厶 m，n=4
* Li=2 I11，n=5 —*÷～厶；2 m，n=6 + Lr-6 m，n=2
— +-．厶 6m，"=3 一厶：6 rio，一=4 — — 厶 6m， 5
尸6 m，n=6 + Lr-IO m，”=2+ 厶 10 m，n=3
— ’÷一厶；10 m，n=4—I 一Lf-10 m，n=5+ L1=10 m，n=6
0 0 5 i 0 I 5 2 0 2 5 3 0 3 5
Kf ，(K 。)
图4 F31—10井爆燃压裂后的增产倍数曲线
Fig．4 Curve of stimulation ratio after explosive fracturing
in W ell F31—10
图4中，‘， 为爆燃压裂后的油井产液指数，
m。／(d·MPa)；J 为未爆燃压裂油井的产液指数，
m。／(d．MPa)； 为爆燃压裂油井增产倍数； KfWt
J 0 1、e，L
为爆燃裂缝无因次导流能力。
从图4可以看出：
1)爆燃裂缝长度和裂缝数量一定时，随着爆燃
裂缝无因次导流能力的增强，油井增产倍数增大；当
无因次导流能力增大到一定程度后，继续增加爆燃
裂缝导流能力对油井增产效果作用不明显。所以，
在一定的爆燃裂缝长度和裂缝数量下，存在一个最
佳的爆燃裂缝导流能力。
2)爆燃裂缝长度和爆燃裂缝无因次导流能力
一定时，随着爆燃裂缝数量的增加，油井增产倍数逐
渐增大，且比爆燃裂缝无因次导流能力的影响更为
明显。
3)爆燃裂缝无因次导流能力和裂缝数量一定
时，随着爆燃裂缝长度的增加，油井增产倍数增大，
且比爆燃裂缝数量和无因次导流能力对增产效果的
影响要大。
因此，对低渗油藏中的F31—10井，增加爆燃裂
缝长度和爆燃裂缝数量比增加爆燃裂缝无因次导流
能力对增产更有利；计算模型预测的F31—10井爆
燃压裂后增产倍数为1．365~2．115。
3 结论
1)爆燃裂缝的存在有利于油井产能的提高，利
用爆燃压裂油井产能计算模型预测表明，低渗透油
藏油井F31—10井爆燃压裂后增产倍数为1．365～
2．1】5。
2)爆燃裂缝长度、裂缝数量和爆燃裂缝导流
能力对油井增产效果都有影响，影响程度由大到
小依次是爆燃裂缝长度、裂缝数量和爆燃裂缝导
流能力。
3)在一定的爆燃裂缝长度和裂缝数量条件下，
存在一个最佳的爆燃裂缝导流能力。
4)对低渗油藏油井，增加爆燃裂缝长度和爆燃
裂缝数量比增加爆燃裂缝无因次导流能力对增产更
有利。
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． ；． 不 矫 ；． ’矫 ；． 舔
APS RSM 旋转导向钻井系统
． ． 不 ． ．
美国APS公司研制开发的RSM旋转导向钻井系统包括旋转导向和动力钻井2部分。该系统综合了旋
转导向系统的导向能力和动力钻具的技术优势，可用于垂直、增斜和稳斜钻进。
APS RSM旋转导向钻井系统具有以下技术特点：1)集成了动力钻具的功能；2)旋转导向工具的所有部
件都随钻具一起转动；3)兼容各种型号的动力钻具；4)定向测定传感器距离钻头仅1．2 m；5)旋转导向工具
闭环作业，不需要由MWD提供测量数据来控制导向钻进；6)在进行垂直钻进作业时，如有必要使用MWD，
则可以与任何MWD配用；7)钻具每旋转一周，旋转导向工具的每个导向块伸展一次；8)旋转导向工具采用
了自动控制、可变侧向力技术。
APS RSM旋转导向钻井系统为推靠钻头式系统，其外壁上伸出的导向块与井壁接触，利用液压动力推
动钻头和旋转导向工具。导向力的大小由导向块与井壁的接触角和导向块实际推力决定，侧向力可达10．7
kN，每一个导向块都能够在10。～120。范围内工作。
APS RSM旋转导向钻井系统的主要动力和扭力均来自其井下动力钻具的动力部分，不需要转盘或顶
驱高转速工作，这样可以减少系统磨损和破坏各部件。该系统相对比较简单，无论是用于定向井钻井还是垂
直钻井，都仅需通过增减钻井泵排量来改变旋转导向工具的工作模式。
[张进双张辉 供稿]孟红霞 ，陈德春 ，潘志华 ，吴晓东
(1．中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛266580；2．中国石油大学(北京)石油工程学院，

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