頁巖油氣藏水平井井間干擾研究現狀和討論

郭旭洋 金衍 黃雷 訾敬玉

1.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室；2.中國石油大學(北京)石油工程學院

0 引言

在全球范圍內，北美、中國、南美等地均實現了頁巖油氣的規?；虡I開采［1-3］。隨著商業化開采規模不斷增大，水平井井距不斷縮短、壓裂級數和液量不斷增加。自2011 年起，北美部分頁巖油氣產區的水平井井間距已經低至100 m［4］。隨著這些技術的實施，水平井壓裂縫網出現密切割特征，顯著提升頁巖油氣開發效率和提高最終可采儲量(EUR)，為頁巖油氣資源的長期商業化開采提供了保障。但是，密集布井和裂縫密切割也導致了井間干擾問題，而井間干擾現象也出現在各種模式的頁巖油氣開采中。

頁巖油氣的商業化開采主要有兩種模式：(1)一次性井平臺批量鉆井和批量壓裂；(2)加密水平井或重復壓裂。第1 種模式一般出現在開采初期，針對頁巖儲層中的地質甜點和工程甜點的橫向展布和縱向展布特征進行規?；_采；而第2 種模式則出現在生產誘發地層虧空后，通過加密水平井或老井重復壓裂開采未被井平臺一次性動用的地質儲量，從而提高總體EUR。這兩種模式都可能會誘發水平井井間裂縫竄擾，影響整體生產效率［5-6］。隨著我國的頁巖油氣開采由最初的合作和探索階段逐漸步入規?；óa和降本增效階段［7-8］，小井距和規?；瘔毫阎谐霈F的井間干擾現象一定程度上限制了建產效果和效率。

在國內原油對外依存度超過70%的背景下，國內的頁巖油氣由于其資源潛力巨大的特點，成為規?；_發的重要領域［9-12］。規?；_發包括批鉆批壓和加密井開發兩部分。頁巖油氣產區在批量鉆井、批量壓裂投產一段時間后，常會開展加密井鉆完井和壓裂，由于地層虧空和四維地應力場的存在，會影響加密井縫控儲量和生產效率。例如，2020 年以來，在國內某陸相頁巖油產區有超過50%的水平井出現井間干擾現象，部分受干擾井出現產量遞減明顯快于同區老井、含水率明顯升高等問題，同時存在支撐劑侵入鄰井的現象，嚴重影響生產效率。老井含水率和油壓下降速率較低，但是在地質條件類似的情況下新投產加密井油壓下降快、含水率高，井間干擾對產能有較大損害，嚴重影響頁巖油的降本增效開發。因此，準確理解井間干擾機理、精確評價和預測井間干擾現象及其影響，尋找有效、可行的手段干預和降低井間干擾成為了高效開采非常規油氣亟需解決的關鍵問題。

國外尤其是北美地區由于頁巖油氣商業化開采歷史相對較長，已開展一定的井間干擾研究；國內如四川盆地和鄂爾多斯盆地也開展了一些頁巖氣水平井的井間干擾研究。在此基礎上，本文主要從井間干擾現象、機理、現場診斷和干預措施幾個方面對頁巖油氣水平井的井間干擾開展論述，并進行討論。

1 頁巖油氣藏水平井井間干擾現象

本文討論的井間干擾現象特指在開發低滲頁巖油氣時生產誘發的儲層虧空和大規模儲層改造引起的鄰近水平井之間的干擾，與常規儲層中注采井網及其加密造成的井間壓力和產量干擾不是同一個概念。此類井間干擾現象也被稱作壓裂誘發干擾［13］。頁巖油氣水平井井間干擾的表現形式包括壓力干擾、產能干擾、套損、支撐劑侵入等,也可能引發井控問題［14-16］，嚴重時導致水平井報廢［6,15,17］。

北美的主力頁巖油氣產區均出現大量井間干擾現象，且多與加密水平井有關。產生這一現象的原因之一是前期頁巖油氣收益較好導致加密井數量不斷增加，但更重要的原因是北美地區普遍存在的生產持有條款，條款規定石油公司在租期內必須維持一定的產能才能夠繼續在該礦藏內進行持續性的鉆采活動［6,18］。該條款促使石油公司優先布局單口母井水平井并投產，后續才會在其附近進行加密井鉆完井和投產。北美主力頁巖產區的數據均證明，多數產區的加密井數量已經追平或超過了母井的數量［19-20］。在這一背景下，加密井與母井之間出現了大量的井間干擾現象。通過對各頁巖油氣產區的井間干擾事件進行分析，認為井間干擾對產能的影響包括積極影響、消極影響和無明顯影響3 種，而且這些影響都與井間干擾的恢復時間有關，部分井間干擾現象持續時間可超過1 年。此外，當井間連通裂縫閉合后，井間干擾現象也可能消失［6,14］。對北美10 個頁巖油氣產區的統計顯示，盡管井間干擾對產能產生積極影響的概率大約是50%，但為了使加密井產能接近老井，需要在加密井中注入更多支撐劑以獲得更大的有效儲層改造體積，此外，老井虧空會導致加密井的壓裂設計和產能預測難度增加［14］。

國內頁巖油氣產區也出現大量井間干擾現象。四川盆地長寧201 井區天然縫網的存在導致了明顯的井間干擾現象，且單層布井和兩層“W”布井會導致不同的井間干擾程度，并造成單井EUR 發生變化［21］。鄂爾多斯盆地蘇里格氣田加密井投產數據顯示，加密井與老井井間距小于400 m 的情況下井間干擾明顯，產量與井口壓力均受到明顯影響［22］。蘇里格氣田蘇6、蘇36-11 和蘇13 井區共42 組加密井井間干擾數據顯示，井間干擾對加密井產量的負面干擾可達20.49%［23］?，F場數據顯示，水平井井網、井型、泄流半徑與井間干擾和單井井控儲量有明顯的相關性［24-25］。川西地區新場沙溪廟組井場作業中發現，批鉆批壓作業中，先壓裂投產的井在鄰井壓裂后出現了不同程度的產量降低、井筒返液、出砂和井口壓力下降等現象［26］。

國內外頁巖油氣產區均出現了井間干擾現象，并對井筒完整性、井控和產能產生明顯影響，且井間干擾程度隨著布井密集程度和壓裂施工規模的上升而不斷增強，因此，需要首先明確井間干擾機理。

2 頁巖油氣藏水平井井間干擾機理

頁巖油氣藏由于具有滲透率低、難以自然形成工業油氣流的特點，儲層改造縫網的品質直接決定縫控儲量和水平井產量［27］。在密集/加密布井的情況下，井間壓裂縫網不但可能導致相鄰水平井產能競爭，也可能出現井間裂縫串通，導致壓裂工作液進入鄰井，也可能造成鄰井套損。通過將動態指標與同區域其他井數據比較，可以將井間干擾分為積極、消極和無明顯影響3 類。其中，積極影響主要表現為短期、長期累產增加、含水較低、壓力衰減較慢，消極影響主要表現為短期/長期累產降低、含水陡增、壓力衰減快，無明顯影響則表現為產能、含水、壓力等變化趨勢無明顯異常。由此可知，闡明井間干擾機理對于保證頁巖油氣生產效率和井平臺正常作業十分關鍵。

2.1 井間干擾的形式

研究頁巖油氣藏水平井井間干擾的核心是明確水平井井間縫網的形成機制和確定相關主控因素。井間干擾的主要存在形式有水平井之間連通的水力裂縫、儲層內的壓力波干擾和裂縫串通［28-29］,其中水力裂縫連通和裂縫串通的主要區別在于裂縫串通更強調先后壓裂的兩口井之間的水力裂縫發生的交互，而水力裂縫連通也可能出現在單井儲層改造形成的復雜縫網中。根據井間復雜縫網形成機制的不同，可以分兩種情況：(1)井平臺批量鉆井、批量壓裂；(2)加密水平井或重復壓裂。

井平臺內兩口鄰近水平井同步壓裂時，由于壓裂工作液的注入和巖石破裂，導致地層變形和應力變化，形成應力陰影，進而影響裂縫擴展路徑和壓裂效果［30-32］。應力陰影與地層的彈性參數、已有壓裂縫網的長度和寬度、正在擴展的裂縫和已有裂縫的位置關系等都有直接聯系［13,33-34］。當進行密切割分段水力壓裂時，地層應力陰影可以抑制新裂縫的起裂和擴展，增加造縫難度，也可能改變裂縫擴展方向并影響縫網形態［35-37］，而兩口井先后壓裂或同步壓裂都會誘發地層內的應力陰影作用，影響井間壓裂縫網形態。

加密水平井和重復壓裂誘發的井間干擾出現在老井投產引發地層虧空后。地層虧空后出現孔隙壓力降低和地應力大小與方向變化，地層內的地應力狀態與原位地應力相比發生較大變化，形成復雜地應力場。在復雜應力場狀態下，最大主應力、最小主應力、兩向應力差等非均質性強，而且會出現應力轉向的情況［38］。由于地應力狀態是控制水力縫網擴展的重要因素，因此老井虧空會導致加密井壓裂和重復壓裂時出現復雜的非平面縫網，是井間干擾重要因素之一。

綜上所述，影響頁巖油氣井間干擾的核心是井間縫網，而縫網的形成機制由裂縫起裂擴展和地應力場共同決定，因此，需要從水力裂縫起裂與擴展和地層虧空誘發的四維地應力演化機制兩方面研究井間干擾機理。

2.1.1 復雜儲層條件下的水力縫網

一般采用數學方法和物理實驗方法表征復雜地質條件和巖石力學條件下的水力裂縫的起裂與擴展情況，其中數學方法又可分為解析法、半解析法和數值法。

數學方法方面，較早提出的KGD 模型［39-40］和PKN 模型［41-42］可以計算二維平面內的單個裂縫擴展的解析過程，并可以表征縫寬。在二維模型的基礎上，逐步發展出了擬三維和三維模型，并綜合地應力、壓力梯度、剛度、裂縫流體等因素［43-45］。頁巖油氣大規模商業開采后，產生了多種針對頁巖水力壓裂的計算方法。曾青冬和姚軍［46］通過擴展有限元方法和有限元方法建立了裂縫流體流動和巖石應力變形的模型，并計算了天然裂縫的影響。莊茁等［47］、曾慶磊等［48］基于擴展有限元法提出了頁巖水力壓裂中多簇裂縫同時擴展的全耦合模型，在二維平面內考慮了頁巖變形斷裂、裂縫內流體流動和井筒流動等相關因素；陳軍斌等［49］基于擴展有限元方法建立了表征多條水力裂縫拓展的流固耦合數值模型，研究了應力干擾和應力差的影響。除了擴展有限元方法外，其他研究方法也得到了廣泛應用。李玉偉等［50］建立了同步壓裂過程中誘導應力場演化的計算模型，給出了裂縫轉向判定方法。王宇等［30］、趙海軍等［51］使用RFPA-Flow 數值軟件模擬了應力陰影效應，定量研究了起裂點間距、巖石均質度、注入方式、巖石非均質性、小尺度天然裂隙、大尺度斷層結構對裂縫擴展的影響。侯冰等［52］使用位移不連續法和最大周向應力理論，建立了二維多裂縫擴展數值模型，對龍馬溪組某頁巖氣井多裂縫壓裂進行模擬。李勇明等［53］則通過最大周向應力理論，提出了頁巖儲層中沿任意方位擴展的水力裂縫穿過天然裂縫的判定準則的具體解析形式。趙熙等［54］使用ANSYS 和FRANC 軟件量化了水平應力和射孔方向對裂縫起裂和擴展的影響。Zhu H 等［55］建立邊界元-計算流體力學模型表征了壓裂液返排過程中的支撐劑變形過程。李揚［56］針對致密砂巖儲層建立了有限元流固耦合水力裂縫模型，能夠模擬水力裂縫與天然結構弱面的交互過程。李瑋等［57］使用裂縫虛擬個數和裂縫生長率模擬了威遠-長寧地區多級裂縫擴展規律。在海外，結合北美各大頁巖油氣區塊開發特征，研究人員通過位移不連續法、有限差分法、有限元法等建立了一系列理論模型［37,58-60］，表征多裂縫擴展過程中的裂縫形態、應力陰影、誘導應力、與天然裂縫的作用等相關因素。此外，由于相場法可以處理裂縫相交、分叉、三維復雜擴展路徑等其他數值方法較難解決的問題，研究人員開發了考慮動力學慣性作用［61］、基于彈性能裂縫起裂與擴展［62-63］、支撐劑作用［64］的水力裂縫相場計算方法?？梢?，有限元法、邊界元法、有限差分法、擴展有限元法和相場法等常見的數學方法都是水力裂縫數值建模的主要方法，它們可以表征裂縫與天然結構弱面交互、在非均質和各向異性巖石力學條件下的起裂與擴展、非平面特征和力學干擾等復雜的物理過程，為水平井壓裂和重復壓裂提供重要參考依據。

科研人員也通過物理實驗的方式研究頁巖中水力裂縫的擴展機理，開展真三軸水力壓裂實驗，結合示蹤手段、CT 掃描等方法，研究頁巖儲層在地應力作用下的水力裂縫起裂與復雜縫網生成機制，探討了頁巖中存在的天然結構弱面對縫網形成造成的影響［52-53,65-68］。相關研究還發現，壓裂工作液及支撐劑材料與粒徑等因素對裂縫的起裂和擴展方式也有較大影響［69-71］。

2.1.2 地層虧空誘發地應力演化

老井生產會導致地層出現虧空，根據孔隙彈性力學［72-73］相關理論，孔隙壓力變化會導致地應力場的大小和方向發生變化，使得儲層地應力在初始的原位地應力的基礎上發生演化，形成包含三維空間演化和一維時間演化的四維地應力。

地層的四維地應力演化常通過流固耦合方法［74-75］進行分析。流固耦合方法將儲層的滲流場與固體變形場進行耦合，通常分為全耦合、顯式耦合和迭代耦合3 種方法［76］。其中，全耦合方法將孔隙壓力和巖石骨架位移放在同一個線性系統進行求解，其數值求解具有較好的穩定性、準確性和收斂性，但是相應地需要更多的數值計算資源［76-80］。顯式耦合方法則將孔隙壓力和巖石骨架位移分開在不同線性系統求解，再在特定時間步通過孔隙彈性力學理論對壓力和位移的數值解進行修正，該方法計算效率高，但是計算準確性和收斂性無法得到的［81］。迭代耦合方法同樣將孔隙壓力和巖石骨架位移分開求解，但是在每一個運算時間步都對兩者進行耦合迭代，保證收斂性，因此這種方法在提高數值運算效率的同時也可以保證較好的穩定性和收斂性［82-84］。

基于孔隙彈性力學和流固耦合方法，研究人員提出了多種數學模型。具體地，建模過程一般采用有限元［82,85-89］、有限體積［82,90］、有限差分［82,89］等方法，并結合牛頓法將非線性方程線性化，見表1。

表1 四維地應力場的流固耦合模型總結Table 1 Summary of fluid-solid coupling model of 4D geostress field

流固耦合模型可以定量計算在天然裂縫、水力裂縫、復雜地應力狀態等情況下的壓裂水平井生產造成的虧空和虧空誘發的地應力動態變化［88,91-94］。此外，也可以通過CT、數字巖心、應力加載等室內物理實驗方法表征頁巖中的流固耦合滲流與變形機理［95-96］。

在流固耦合建模時，需要針對頁巖中的流體流動特征和巖石骨架變形規律開展研究。低滲基質滲流、裂縫流體、吸附作用、擴散現象、應力敏感、孔隙結構等因素都是流固耦合問題的重要控制因素［97-100］。為表征頁巖的彈塑性變形，根據動量平衡和巖石載荷情況，建立應力平衡方程，常使用相應的本構模型(例如線彈性模型、摩爾庫倫模型、Drucker-Prager 模型及其修正形式、劍橋模型等)求解巖石骨架位移、應變和應力等關鍵變量［101］?？梢?，流固耦合常采用有限元法、有限差分方法、有限體積法，部分模型也會綜合使用這幾種數值方法求取地層壓力動態演化和地應力演化規律，同時，由于存在多物理場耦合，各物理場的數值求解穩定性和收斂性的改善與提高是研究的重點，而不同物理場之間穩定、收斂的耦合方式選擇也需要開展針對性研究。

由流固耦合建模分析可知，生產造成的地層虧空會對地應力的大小和方向造成影響，并會出現主應力轉向的情況，導致儲層地應力場在原位地應力的基礎上出現時空演化，形成動態地應力場。部分區域甚至出現最大水平主應力方向與最小水平主應力方向互換的情況，增加了儲層地應力場的非均勻性和復雜程度［88-89］。

2.1.3 返排過程中的裂縫閉合

頁巖油氣藏水平井開發中，壓裂縫的閉合是很重要的物理現象，直接影響水平井產能和井間干擾程度。目前已經形成了基于裂縫表面“微凸體”的接觸力學預測模型，可以用于壓裂縫閉合的預測。王一帆等［102］指出裂縫閉合程度與其平均接觸壓力增長速率呈負相關，且單個微凸體與光滑表面接觸面積也影響裂縫閉合量。同時，Taleghani A D等［103］認為裂縫的閉合模式有3 種，分別為均勻閉合、裂縫尖端后退閉合以及裂縫口閉合。Chuprakov等［104］開發用于彈性開口平面裂縫的高級數值求解器，可以精確計算出蝕刻裂縫寬度在空間上的不均勻分布情況，并發現壓力下降后殘余寬度減小，這將導致裂縫導流剖面的減小和產能指數的下降。Zhang 和Emami-Meybodi［105］建立半解析兩相返排模型來預測裂縫性質,可以預測裂縫滲透率、滲透率模量和裂縫半長的損害程度。也有學者針對裂縫閉合時間展開相應的研究，李達等［106］通過利用BP 神經網絡來構建裂縫強制閉合模型，用該模型計算滲透率變化和不同縫高對井口壓力的影響，結果表示裂縫滲透率越大或者縫高越小，裂縫閉合時間越短。由于在關井過程中，裂縫由于流體的泄漏而閉合，由于裂縫表面并不是光滑接觸面，而是由一個個“微元體”構成，因此可以使用作用在裂縫壁上的正應力與裂縫寬度之間的非線性關系來模擬接觸后的閉合。

2.2 井間干擾機制的分類

根據以上論述，由于井間干擾同時受到動態地應力場和水力縫網形成與擴展機制的影響，因此，井平臺批量鉆井與批量壓裂和加密井壓裂與重復壓裂中的井間干擾機理存在一定的區別，需要分開討論(圖1)。

圖1 井平臺首次批鉆批壓與加密井壓裂井間干擾機理對比［36,88］Fig.1 Comparison of well interference mechanisms between the first batch drilling and batch fracturing and the infill well fracturing of the well pad［36,88］

井平臺首次批量鉆井、批量壓裂產生的井間干擾主要是歸因于井間、段間和簇間的應力干擾和連通壓裂竄擾，不涉及地層虧空誘發的動態地應力場的影響。因此，主要從水力壓裂裂縫的應力干擾、應力陰影等作用研究井間密切割縫網的形成機制，并判斷相鄰水平井之間是否出現水力裂縫溝通、天然裂縫激活和壓裂竄擾等現象。

加密水平井壓裂和重復壓裂常伴有老井生產造成地層虧空的現象。因此，開展水力裂縫研究之前，需要先計算老井虧空造成的地層孔隙壓力變化、在原位地應力基礎上產生的地應力大小變化和主應力轉向程度，明確四維地應力場的非均勻性及復雜程度。之后，在該復雜應力場內開展加密井水力裂縫或老井重復壓裂裂縫起裂與擴展研究，同時考慮裂縫應力干擾與老井虧空對縫網的影響機制，最終表征井間水力壓裂縫網，再據此評價井間干擾。

2.3 井間干擾主控因素

頁巖油氣藏井間干擾的主控因素可以分為儲層條件和工程參數兩類。其中，地質建模和地質力學建模有助于識別易于發生井間干擾的儲層條件，但是儲層條件屬于不可控因素；而鉆完井相關工程施工設計與參數等也決定井間人工縫網的連通狀態，進而影響井間干擾的作用方式與程度，屬于人為可控因素。

2.3.1 儲層條件

儲層中，天然裂縫、層理、斷層等天然結構弱面都可以影響井間干擾，水力裂縫與天然裂縫交互后可以產生復雜縫網，影響井間的連通特性［107］，而與層理交互后垂直縫的縫高則可能受到抑制，進而限制井間干擾范圍［108］；基質滲透率和地層壓力分布等都可能影響井間干擾，當滲透率較高、各向異性較強、地層壓力較高時，井間干擾的影響可能偏弱［107,109-110］；同時控制水力裂縫形態的巖石力學參數與地應力場量對井間干擾也有極大的影響。

2.3.2 工程參數

工程參數方面，井間距、壓裂設計與加密井壓裂和重復壓裂時機都是重要的主控因素。

現場數據顯示井間干擾可以傳播至水平井井外1.6 km 以上［16,111］。研究認為降低井間距導致井間干擾加劇，使得單井EUR 下降，進一步導致井間干擾對產能的損害［112］。McDowell 等［113］則認為在三維水平井布井方式中，相同井距下的水平井會有不同的干擾結果，尤其是垂向上不同深度的水平井之間的干擾強于同一水平面內的水平井。

壓裂設計中的液量、砂量、段間距、簇間距、段長、排量、壓裂液性質等施工參數的變化都與井間干擾有關。一般認為壓裂規模越大，井間裂縫竄擾更嚴重，導致井間干擾現象更明顯，而且過大的壓裂規模往往引發井間干擾對產能的損害［114］。壓裂液與支撐劑在各段和各簇裂縫中的不均勻分布也會引起裂縫的非均勻擴展，影響井間裂縫連通［115］。高施工壓力和高排量也可能提高造縫效率，增強井間壓力連通［116］。產液剖面數據顯示，減小簇間距會導致更多的無產能裂縫簇的出現，但是相應地會形成較小規模的壓裂縫網，能有效抑制井間干擾作用［117］。King 等［118］指出階梯式升排量壓裂更易產生復雜縫網并激活天然裂縫，增強井間干擾作用。Chun 等［119］認為減小支撐劑尺寸可以減緩天然裂縫的閉合過程，進而增加井間干擾存在的時間。

加密井壓裂和重復壓裂常伴有老井生產誘發的地層虧空，因此壓裂時機的選擇也會影響井間干擾程度。隨著老井生產時間的增加，地層虧空和地應力變化變強，導致加密井壓裂更易形成復雜縫網，并可能出現裂縫竄擾的情況。加密井壓裂與老井壓裂投產時間間隔越短，加密井縫網形態越類似于老井縫網［6］。Sangnimnuan 等［120］認為重復壓裂裂縫傾向于擴展至未被首次壓裂裂縫控制的區域，但重復壓裂時機的確定需要綜合考慮地層應力差、天然裂縫、地層虧空和首次壓裂設計等因素的影響。

3 頁巖油氣藏水平井井間干擾的現場診斷

井間干擾現象對頁巖油氣開采效率影響較大，因此，在現場準確識別診斷井間干擾現象并提出相應對策指導現場施工變得十分關鍵。一般采用壓力監測、流量監測、鉆井數據分析、微地震監測、示蹤劑監測、小型壓裂測試等方法判別現場的井間干擾現象。表2 歸納了主要井間干擾診斷方法和特點。

表2 井間干擾診斷方法及效果Table 2 Well interference diagnosis methods and their effects

3.1 壓力監控

由于相關數據豐富且較易獲取，最常見的井間干擾診斷方法是監測地面壓力和井底壓力。Sardinha等［121］通過分析壓裂、返排和投產初期的井口壓力數據并與產量數據對比，確定了井間縫網的縱向與橫向展布范圍，認為井間裂縫連通會隨著時間而消失，微地震數據也佐證了該方法的有效性。這項研究也為判別長期或短期井間干擾提供了一種方法。Awada 等［122］指出為了優化井間干擾監測準確度，首先要將各井長時間關井以建立基準壓力恢復曲線，之后各井依次恢復投產以獲得多種壓力恢復曲線進行對比，可以較好地觀察到井間干擾現象，但是該方法受井距、地層滲透率和裂縫導流能力影響較大。Kumar 等［123］認為在低滲儲層中，壓裂時監測到的井口壓力突變的主因是裂縫斷裂導致的巖石彈性響應，而生產時的監測井壓力突變的主因是井間水力裂縫連通。一種井間干擾分析方法采用單級主壓裂數據來分析壓后壓降數據，結合Miller-Dyes-Hutchison(MDH)法計算壓力恢復曲線，并可區分井間干擾具體誘因是裂縫連通還是巖石孔隙彈性變形［124-125］。

3.2 生產動態和試井井間干擾監控方法

近年來，數據解釋方法不斷得到改進。壓力瞬態分析(PTA)和速率瞬態分析(RTA)常見于壓力數據分析的工業實踐中。PTA 主要用于短期常規試井分析，RTA 主要用于長期壓力和產量數據分析。

壓力瞬態分析(PTA)是評價關鍵井、儲層參數的最佳方法之一，它的合理解釋對于獲得油田開發和井優選的關鍵參數至關重要。利用這項技術能夠分析儲層滲透率、裂縫性質、油藏模型以及邊界距離等。但由于試井解釋存在不確定性，因此Cobanoglu 等［126］通過列舉試井分析中的缺陷實例，制定了包括QA/QC 步驟的六步PTA 解釋工作流程，確定了儲層性質、PTA 模式反應、現場數據、壓力/速率數據中的物理誤差和井筒儲存效應5 個主要的不確定領域，開發了對每個不確定領域進行評估的技術，并提出了每個不確定領域的缺陷。

RTA 也可以被稱為現代遞減曲線分析(DCA)方法。傳統的DCA 處理的是偽穩態流型，是一種經驗/半經驗的方法。當有低頻率(周或月)生產數據時，RTA 可以對儲層參數做出令人信服的估計。然而，近年來，在研究RTA 在高頻試井數據上的適用性方面做了大量的工作。然而，傳統的PTA 在一些特殊情況下難以解釋。有學者Mishra［127］建立復雜油藏系統的綜合模型(數值試井建模與模擬)，研究不同儲層參數對RTA 類型曲線的敏感性，探討了RTA 類型曲線的診斷能力。同時Ibrahim［128］采用速率瞬態分析(RTA)結合產能遞減曲線分析(DCA)對不同頁巖氣井進行了分析，計算得到有效裂縫的體積和幾何形狀。水相RTA 分析結果表明，在沒有可動地層水的頁巖氣井中，存在氣提前出井、邊界主導流動(BDF)現象。同時當可動水飽和度較高時，浸泡過程會對井的性能產生負面影響。對返排數據進行評價可以幫助估算裂縫幾何形狀，判斷頁巖層質量及其浸泡過程的有效性。Yadav 和Motealleh［129］提出了一種不穩定產量分析(RTA)方法，可以識別線性流和邊界控制流兩種流態中出現的井間壓裂竄擾和重復壓裂干擾，并指出，在出現裂縫連通或重復壓裂后，需要重新開展RTA 分析以提高壓力和產量分析的準確性，確定井間連通裂縫的展布范圍。此RTA 方法的有效性受基質滲透率影響較大。

還有一種類似RTA 的方法，Fiallos 等［130］通過建立非侵入式離散裂縫模型(EDFM)方法，結合商用黑油油藏數值模型，基于對裂縫性質、實際生產數據和井筒圖像測井的后續分析資料，通過多井歷史匹配來連接裂縫，來估算裂縫導電性和復雜性的空間變化對井間干擾裂縫幾何形狀的影響。Vincent和Portier［131］提出了在多井干擾測試中，在壓力不完全穩定的情況下，考慮整個干擾測試序列來解釋干擾測試和獲取儲層參數，并將解釋結果與其他學科的輸入參數進行比較，以實現最完整和穩健的儲層特征描述，分析井間干擾情況。

在現場試井作業過程中，也可能觀測到井間干擾，這里更多指在現場試井中包括兩口或多口壓裂水平井(源井和監測井)，并提供井間水力裂縫連通性(或不連通性)的信息。Kumar 等［132］認為生產過程中的壓力干擾測試包括監測井的壓力變化，以響應源井的產量變化。如果源井發生產量突變(關井或重啟)，則會導致監測井的壓力分布發生變化，則可以推斷源井和監測井存在干擾。

3.3 鉆井數據分析

與井口壓力和流量數據類似，鉆井數據也具有現場較易獲得、數據量豐富的優點，也可以用來診斷井間干擾。Kalinec 等［133］提出了一種鉆井機械比能的修正算法，對地層孔隙壓力和主應力進行評價，并成功在美國鷹灘某頁巖油加密水平井鉆井過程中識別出異常低壓區域，判別了老井虧空的影響范圍，為加密井的鉆完井和壓裂改造可能遇到的井間干擾風險預測提供了關鍵參數。Wutherich 等［134］也提出一種機械比能計算方法，可以識別由老井縫網造成的地層異常低壓區域，該方法也可以側面表征老井有效縫網的展布范圍。此方法在美國俄亥俄州尤蒂卡頁巖油產區超過20 口水平井的應用均獲得較好效果。Jacobs［135］建議在鉆頭后安置加速度計并分析其信號，評價高應力壓裂屏障和巖石脆性，分析可壓裂性，由此可以根據鉆井數據求得的機械比能，有效識別異常低壓區域，進而確定老井生產造成的地層虧空范圍，因此對井間干擾預測與定量評價具有關鍵意義。此外，鉆井數據也可以用來識別高應力壓裂屏障和巖石脆性，評價井間干擾關鍵主控參數。

3.4 微地震數據分析

微地震數據能夠幫助識別壓裂縫網的體積和復雜程度，因此可以用來判斷井間裂縫干擾情況［136-143］。對水力裂縫周圍的薄弱層面穩定性受到影響后產生的高頻率彈性波進行數據處理，便可以得出裂縫方位、長度、寬度等信息［144］。Alfataierge［145］等通過對11 口水平井的分析認為根據微地震數據得到的有效支撐縫網比實際偏大，容易高估井間縫網連通程度。對微地震數據進行合理的分析可以提高對體積壓裂縫網的識別精度，避免高估儲層改造體積，例如，可以采用聚類分析和三角剖分等方法識別不規則邊界，消除未響應區域數據的誤差［146］。

3.5 示蹤劑監測手段

示蹤劑監測也是研究水平井水力裂縫擴展與縫網展布的一種手段，可以用來識別井間縫網［147-148］?，F場實驗顯示，壓裂液示蹤劑監測結果的分布比支撐劑示蹤劑結果分布更廣，同時壓裂液示蹤劑更容易流入老裂縫，而支撐劑則更容易通過裂縫抵達不同層系。示蹤劑數據還顯示，對比支撐劑與壓力數據發現支撐劑侵入與壓力干擾呈正相關，而壓裂液侵入與投產200 d 后的長期壓力干擾無相關性，說明支撐縫是井間干擾的關鍵因素，而僅發生壓裂液交換不一定代表會產生明顯的井間干擾［123］。

3.6 小型壓裂測試法

小型壓裂測試可以計算地層壓力、破裂壓力、閉合應力、漏失壓力、瞬時停泵壓力等關鍵參數［149］。McClure 等［150］提出一種考慮裂縫柔度的小型壓裂測試方法，該方法的優點是考慮了閉合裂縫、剛度與有效正應力的關系，提升了復雜應力條件下的閉合壓力和最小主應力的估算精度。Kamali 和Ghassemi［151］在小型壓裂測試方法中加入了水力裂縫與天然裂縫交互對閉合應力估算干擾的修正，有利于提高復雜井間縫網的識別精度。Ji 等［152］提出一種基于有限差分與有限元流固耦合數值模擬的小型壓裂測試方法，用于評估不同壓裂施工參數對應的井間儲層改造規模，可以用于在施工前預測井間干擾強度。由于常規小型壓裂測試方法僅考慮簡單平面縫的閉合過程，因此不能準確計算復雜縫網形態和地應力狀態下的相關參數，Zheng 等［153］提出考慮壓力差、應力差、非均質性和復雜水力縫網的小型壓裂測試方法，可以用于識別復雜井間縫網的裂縫多次閉合。

4 頁巖油氣藏水平井井間干擾的對策

井間干擾對水平井正常生產影響較大，有效地應對和干預井間干擾對于保證井平臺的生產效率十分關鍵。井間干擾對策可以按照鉆采前和鉆采中分為兩類：(1)在密集鉆井、密切割壓裂之前進行精細而完善的地質工程一體化分析，優化鉆完井設計；(2)在鉆采過程中通過工藝與參數優化，減小或避免井間干擾的負面影響。表3 總結了各種井間干擾干預對策和特點。

表3 井間干擾干預方法及效果Table 3 Well interference intervention methods and their effects

4.1 鉆采施工前的地質工程一體化設計

圖2 展示了井間干擾的地質工程一體化流程圖。Cipolla 等、Gupta 等和Ajani 等［20,154-155］均認為頁巖油氣開采的優化設計需要依托地質工程一體化平臺開展，首先利用地質、地震、油藏、測井與油層物理參數評價數據等建立靜態模型，之后根據地質力學模型、滲流模型和壓裂模型等動態模型定量計算縫網產量和壓裂對壓力與地應力演化的影響。他們認為水力壓裂分段分簇設計與優化必須要結合壓裂建模、地質力學建模、微地震數據、產液剖面數據和油藏數值模擬手段。Shoemaker 等［156］認為，為了確定最優井距和壓裂方式、減小井間干擾，需要進行的一體化建模，流程是：油層物理參數建模、地震解釋、巖石物理建模、地質建模、地質力學建模、壓裂縫網建模、完井優化建模和油藏數值模擬(圖2)。

Pathak 等［157］提出了一種使用GIS 地理信息系統建模的方法評估和預測井間干擾風險。該方法結合GIS 數據和估算的壓裂規模，將井間干擾風險從高到低分為4 級，并分別給出對策：對于風險較高的老井需要監控井口壓力、減小新井壓裂規模、調整新井射孔避開可能的竄擾區域或施行暫堵方案，而且井口壓力與流量監測需要至少持續3 個月；對于風險較低的老井則只需監測井口處的油管和環空壓力。Shoemaker 等［156］通過三維地震數據進行各向異性地應力場精細評價成功優化了二疊紀盆地某區塊的立體水平井井網的橫向和縱向井距。Pei等［158］則通過對水力縫網復雜程度進行建模分析，定量表征了天然縫網與水力縫網對井間干擾的影響。

由于地層虧空誘發的地應力演化是影響井間干擾的主要因素之一，在原位地應力基礎上通過孔隙彈性力學方法和流固耦合算法預測四維地應力場動態演化可以定量確定主應力轉向區域和應力大小變化區域，進而為井距、分段分簇和壓裂規模優化提供參考［38,88,158-159］。

地質工程一體化設計和精細建模有助于在鉆采施工前評估水平井密集布井和規?；瘔毫言斐傻木g干擾作用以及潛在風險，可以從機理上預測相關地質工程參數與井間干擾的聯系。例如，由于天然裂縫發育地層更傾向于連通鄰井之間的水力縫網，因此需要調整壓裂規模以控制井間干擾；局部存在的高應力碳酸鹽巖或泥巖則較難壓裂改造，是天然的壓裂屏障，一體化設計中對此類壓裂屏障的準確識別和合理利用也可以避免井間裂縫竄擾、減小井間干擾負面影響［160-161］。此外，完善的一體化設計對于井間距設計和壓裂設計也有重要的指導作用，在其指導下，北美數個頁巖油氣產區的布井策略已經從最初的盲目加密變為現在的適當增大井間距以減小井間干擾［4］。

地質工程一體化設計的另一個優勢是可以根據整體模型來分析井間干擾現象存在的時效性，并可以定量預測井間干擾對井平臺EUR 或積極或消極的影響，為油田現場決策提供關鍵參考依據［154］。

現主流地質工程一體化的建模平臺是建立在斯倫貝謝公司開發的petrel 平臺上的。模型含有“六性”相關屬性，即有機碳含量TOC、巖性、物性(孔隙度、滲透率、飽和度等)、脆性(楊氏模量、泊松比、脆性指數等)、含油氣性(含氣量)以及地應力特性(主應力、方位等)，特殊情況還要考慮電性參數(伽馬、密度等)，同時模型中也能夠考慮天然裂縫的影響，模型還能夠考慮滲透率對裂縫起裂和閉合的影響，提高了裂縫建模的精度[162]。

4.2 鉆采過程中的干預方法

進入鉆采過程后，可以根據出現的井間干擾現象及時調整相關工程參數及工藝，對井間干擾進行干預，并降低井間干擾對產能的負面影響。干預方法的核心是保護已有水力裂縫和壓裂優化，減小井間干擾的負面影響，具體包括關井、注液填補地層虧空、暫堵轉向重復壓裂、優化分段分簇設計與壓裂液用量等方法。

4.2.1 已有水力裂縫保護

老井生產造成地層虧空誘發孔隙壓力和地應力發生復雜變化，進而導致新井壓裂出現復雜縫網并與已有水力裂縫交互，誘發井間干擾。據此，現場常采用老井注液的方式填補地層虧空并將地應力場恢復至原位地應力狀態，以此保護老井縫網和產能不受加密井投產造成的損害。Vincent 等［163］分析了蒙大拿州17 口老井注液的效果，發現其中5 口井顯著減小井間干擾的負面效果。Bommer 等［164］和Bommer 和Bayne［165］通過在巴肯頁巖油產區的6 口老井中注液成功保護了老井裂縫與產能免受加密井壓裂的負面干擾，并發現該方法可以有效降低井平臺鉆采成本。Guo 等［6］對鷹灘頁巖油產區的分析認為，恢復地應力所需的老井注液總體積與地層虧空程度成正比，為了有效恢復地應力狀態所需的注液量至少要達到老井產液量的77%。Zheng等［166］通過油藏數值模擬發現不同的老井保護方式的效果從高到低排序依次為注氣、注液和關井。

盡管注氣和注液的保護效果高于關井，但是關井在現場較易實現，而注氣和注液則受制于現場供應、泵注設備等的制約，不一定具備普適性。此外，注液/注氣保護老井所需的總注入量較大，如果采用一般注液設備所需時間過長，可能影響現場施工進度，但是如果采用壓裂設備進行注液則有可能超過破裂壓力造成新裂縫，增加井間干擾分析的不確定性和復雜程度。因此，現場需要根據具體情況選擇合適的方法進行井間干擾干預。

4.2.2 加密井/重復壓裂優化

水力壓裂縫網是導致井間干擾現象的直接原因，因此合理的分段分簇設計和壓裂工藝選擇有助于控制井間水力縫網展布，減小井間干擾現象的負面影響。

暫堵轉向重復壓裂是一種避免或減小井間干擾影響的主要手段，它可以對首次體積壓裂未有效改造的區域進行改造，提高老井縫控儲量及單井EUR［167］，也可以規避加密井壓裂誘發的井間干擾的消極影響。Kurtoglu 和Salman［14］認為重復壓裂應該用于觀測到的井間干擾對產能具有促進作用的區域，可以提高井平臺產能，而對于已監測到的存在井間干擾損害產能情況的區域則不應使用重復壓裂技術。Gakhar 等［168］認為重復壓裂在鷹灘頁巖油的應用可以提升井平臺總產能并消除井間干擾的負面影響，但是具體到某一口井則可能無法明顯提升單井產能，而且地層虧空較明顯的情況下重復壓裂的效果會下降。Kurtoglu 和Salman［14］和Gakhar等［168］均認為重復壓裂與老井注液在為地層增能方面原理接近，在減小井間干擾的影響方面具有一定機理上的共性。Barree 等［169］認為重復壓裂如果與首次壓裂設計相同，則很可能導致獲得較差的壓裂效果，在重復壓裂設計時尤其要注意地層虧空導致的異常低壓的影響，在壓裂后需要及時分析生產數據以決定是否還應該在同一地區繼續開展重復壓裂。Sangnimnuan 等［120］則認為地層虧空、天然裂縫、水平應力差都對重復壓裂效果有明顯影響。Manchanda 等［123］認為老井重復壓裂可以有效降低加密井壓裂投產對產量的損害作用，同時也可以起到保護老井已有裂縫和老井產能的作用。此外，Gakhar 等［168］和Vidma 等［170］強調了暫堵劑對于提高重復壓裂對井間干擾干預的效果，認為近井筒暫堵劑可以有效激活未起裂裂縫簇，并且這種激活效果可以通過壓力監測進行驗證，而位于儲層內的暫堵劑則在主裂縫尖端形成低滲透屏障從而誘發二次裂縫及復雜縫網的生成，但是其有效性較難監測。有效的遠場暫堵劑使用可以避免老井和加密井之間產生直接的裂縫連通，而使得新老井之間以復雜縫網的形式連通，可以有效降低井間干擾對產能的損害。此方法在巴肯頁巖油產區的應用將新老井存在負面干擾的裂縫段數的比例由35%降至0%。

根據現場情況開展的針對性壓裂工藝優化也可以有效降低井間干擾的負面影響。Anderson 等［115］介紹了一種單簇精確壓裂方法，使用滑套壓裂技術在每個壓裂段僅設計一簇裂縫，這樣可以確保每一段獲得均勻的壓裂液和支撐劑分配，并且可以在特定區域進行精確起裂，也可以有效控制加密井裂縫在新老井之間的展布。他們指出橋塞射孔完井更容易引發裂縫不均勻擴展和支撐劑不均勻運移，更容易誘發負面井間干擾。此方法在鷹灘頁巖油200 m小井距井平臺的一口加密井壓裂，取得了顯著效果，投產后6 個月內加密井產油量穩定且無下降趨勢。該案例說明在加密井采用多簇密切割壓裂不一定能夠取得最優壓裂效果，進行精確可控的單簇壓裂在特定情況下反而可以提高加密井壓裂效果和產能。Patel 等［107］提出一種改進型拉鏈式協同壓裂方法，將兩鄰井協同壓裂和三鄰井協同壓裂交錯進行，獲得的井平臺總產能均優于單獨開展兩鄰井和三鄰井協同壓裂的井平臺。拉鏈壓裂優化的目標應該是建立均勻性的裂縫，并盡量減少跨裂縫平面之間的標準偏差。從長遠來看，這些考慮將減少井間干擾、提高鉆井單元的排水性。Gupta 等［155］和Liang 等［171］也認為協同壓裂能夠更好地減小井間干擾對井平臺產能的負面影響。

Whitfield 等［172］綜合對比了關井、老井注液、大排量壓裂和重復壓裂等幾種主要手段對于井間干擾的干預效果，認為注液和重復壓裂效果最好，但在考慮成本和耗時的前提下，使用老井注液可以同時保證井平臺產能和鉆采效率，見表3。

5 結束語

現有研究已充分證明壓裂水平井的井間干擾對水平井網生產有顯著影響，因此，為了給頁巖油氣水平井井平臺的高效生產提供參考依據，現階段研究重點應該放在井間干擾風險預測、井間干擾診斷與井間干擾干預3 個方面。

井間干擾風險預測的重要依據是精細地質工程一體化設計，其中地質建模部分需要綜合油層物理、地震、巖石物理、地質、地質力學數據，精細表征關鍵地質、儲層和巖石力學參數的三維空間分布，并以此為依據開展包括壓裂縫網建模、完井優化建模和油藏數值模擬在內的動態預測，為布井和壓裂優化提供關鍵參考。地質工程一體化設計對高滲透通道、天然結構弱面、壓裂屏障等影響井間干擾的關鍵地質條件的確定可以提高井間干擾風險預測精度，而壓裂建模和油藏數值模擬可以為四維應力場、地層虧空和井間復雜縫網擴展提供重要參考依據，幫助優化鉆完井參數以減小井間干擾負面影響的風險。因此，提高地質建模精度、完善和改進水力壓裂模型的可靠性和提高復雜縫網井網生產模型等相關研究都有利于井間干擾風險預測精度提高。

井間干擾診斷方法的完善也有助于識別井間裂縫竄擾的區域以及確定壓裂液和支撐劑侵入鄰井的具體段簇情況，為現場對井間干擾現象具體誘因的診斷和后續干預措施的選擇和實施提供指導。已有井間干擾診斷方法主要集中在壓力監測、流量監測、示蹤劑、微地震和小型壓裂測試方法。由于壓力、流量和鉆井數據獲取方式簡單、數據量大，因此完善此類方法有利于油田現場的高性價比井間干擾診斷，據此，可以開展不穩定產量和壓力分析等試井方法的改進研究提高診斷精度。

井間干擾的干預方法有多種，主要分為老井保護和壓裂優化兩類，需要結合現場實際情況選擇最優方法。一般認為注液對于母井的產能和縫網保護效果最佳，但是對注入液體供應和泵注設備要求較高，并且干預措施一般需要持續數十天，耗時較長；關井、減小壓裂規模和精細單簇壓裂也可能減弱井間干擾的損害。對于此類研究的改進與完善，需要從老井注液對儲層地應力場的恢復作用和壓裂機理兩方面出發，并且與地質工程一體化設計中的靜態建模與動態預測模擬相結合。

現有國內外研究進展說明，在精細描述地質甜點的基礎上，合理優化井距和壓裂方式能夠提高井間復雜縫網與地質甜點的接觸面積。此外，適當增加水平井井間距并控制壓裂規模有利于減小水平井井間壓裂干擾對井均EUR 的不利影響。在一定范圍內，井距與單井井均EUR 可能呈現正相關關系，但是此現象隨著目標區塊的不同可能產生極大差異，需要開展精細地質工程一體化設計得出定量認識。