特低滲透油藏A區(qū)B油層合理地層壓力研究

付艷 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠地質(zhì)大隊(duì),黑龍江大慶 163000)

特低滲透油藏A區(qū)B油層合理地層壓力研究

付艷 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠地質(zhì)大隊(duì),黑龍江大慶 163000)

針對特低滲透油藏A區(qū)B油層開發(fā)過程中普遍存在的問題,從確定合理地層壓力保持水平出發(fā),在考慮啟動(dòng)壓力和壓敏效應(yīng)的前提下,通過建立特低滲透油藏滲流模型,定量研究了低滲透油藏合理壓力保持水平、超前注水量的大小和超前注水時(shí)機(jī)。研究結(jié)果表明,超前注水是有效開發(fā)低滲透油藏的一個(gè)重要手段,有利于建立有效的驅(qū)替壓力系統(tǒng),可提高單井產(chǎn)量和最終采收率;超前注水量的定量研究可確保地層維持合理的地層壓力,為合理開發(fā)低滲透油藏提供保障;合理的注水參數(shù)將直接決定特低滲透油藏的開發(fā)效果。

特低滲透油藏;合理地層壓力;超前注水量;超前注水時(shí)機(jī)

A區(qū)開發(fā)區(qū)B油層為特低滲透油藏,滲透率低、滲流阻力大、能量消耗快,油井投產(chǎn)后,壓力下降快,產(chǎn)量遞減大。而且壓力、產(chǎn)量降低之后,恢復(fù)起來十分困難。由于特低滲透油藏的這些特征,決定了其開發(fā)規(guī)律不同于高滲透油藏的開發(fā),在考慮注水方式時(shí),實(shí)行超前注水,確保地層壓力。

1 超前注水設(shè)計(jì)區(qū)塊C井區(qū)概況

以A區(qū)B油層C井區(qū)超前注水設(shè)計(jì)為例,闡述超前注水實(shí)施方案參數(shù)設(shè)計(jì)方法。C井區(qū)面積1.21km2,采用井距200m、排距100m的矩形井網(wǎng),部署油井25口,水井16口,埋深在1516～1617m,平均單井鉆遇砂巖厚度29.7m,有效厚度8.6m。儲(chǔ)層巖石顆粒較細(xì),泥質(zhì)含量較高,粒度中值0.135mm?？障额愋蜑闅堄嗔ｉg孔～粒間溶孔組合,次生孔隙發(fā)育,滲透率一般0.4～6mD,孔隙度10%～15%,平均有效孔隙度為15.7%,平均空氣滲透率為1.36mD,平均孔喉半徑一般在0.1～0.9μm,孔隙結(jié)構(gòu)較差,滲流能力差,不發(fā)育天然裂縫,地層壓力17.89MPa,原油性質(zhì)差,自然產(chǎn)能低[1-2]。

2 超前注水適應(yīng)條件及采用超前注水依據(jù)

1)油藏儲(chǔ)層壓敏效應(yīng)明顯,地層壓力下降對低滲儲(chǔ)層滲透率傷害大。由于特低滲透油藏存在壓力敏感性(見圖1),空氣滲透率小于1.0m D以下儲(chǔ)層為中等偏強(qiáng)壓敏 (見表1),超前注水可以克服壓力過快降低,減少巖石顆粒變形的程度,從而減緩了孔隙體積變小和流體滲流能力的變差[3-4]。

2)滲透率傷害增加了啟動(dòng)壓力梯度。由于特低滲透油田存在啟動(dòng)壓力梯度,當(dāng)壓力梯度較小時(shí),它所對應(yīng)的非線性滲流系數(shù)處于急劇下降段 (見圖2)。因此,對于特低滲透油藏通過超前注水可以提高壓力梯度,降低非線性滲流系數(shù),提高特低滲透油藏的開發(fā)效果[4]。

3)地層壓力保持水平直接影響可動(dòng)流體飽和度。由不同圍壓下巖心核磁共振測試結(jié)果 (見圖3)可以看出,圍壓4MPa時(shí)可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)最高,圍壓升至20MPa可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)下降,圍壓恢復(fù)4MPa時(shí)可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)有所恢復(fù),但是達(dá)不到初始水平。

表1 B油層巖心壓敏程度評價(jià)表

圖1 B油層巖心壓敏試驗(yàn)曲線圖

圖2 巖心非線性滲流系數(shù)與壓力梯度關(guān)系圖

因此當(dāng)巖心所受凈應(yīng)力增加時(shí),巖心可動(dòng)流體減少,超前注水有降低油藏上覆壓力的作用,所以有利于提高油藏的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)[3]。

C井區(qū)壓力系數(shù)1.10MPa/100m,屬正常壓力系統(tǒng),能夠進(jìn)行超前注水。C井區(qū)1m D以下儲(chǔ)層達(dá)到54.9%,具有較強(qiáng)的壓敏特征,采用超前注水能夠保持地層壓力,減少低滲層的滲透率損失。

C井區(qū)B油層不發(fā)育天然裂縫,超前注水不會(huì)造成油井暴性水淹,同時(shí)試驗(yàn)區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育面積較大,可以滿足超前注水的要求。

圖3 不同圍壓下的T2弛豫時(shí)間譜

3 超前注水方案設(shè)計(jì)研究

3.1 地層壓力保持水平確定

超前注水有利于建立有效的驅(qū)替壓力系統(tǒng),提高單井產(chǎn)量和最終采收率。在考慮啟動(dòng)壓力情況下,根據(jù)不穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型[5]模擬計(jì)算超前注水后地層壓力分布及地層壓力梯度分布,模擬結(jié)果表明地層壓力恢復(fù)程度不同,壓力梯度分布不同 (見圖4)。當(dāng)油水井間最小驅(qū)替壓力梯度大于啟動(dòng)壓力梯度時(shí),該壓力可建立有效驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),壓力保持水平越高,越有利于建立有效的壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),但壓力過高在注水井周圍會(huì)形成超破裂壓力注水,降低最終采收率,因此地層壓力保持水平應(yīng)以不超過注水井周圍破裂壓力為最高界限[5]。根據(jù)井區(qū)物性條件,通過計(jì)算地層壓力保持水平為原始水平的110%～120%可滿足設(shè)計(jì)要求,按平均滲透率計(jì)算為116.2%。

3.2 累計(jì)注水量的確定

超前注水由于在超前的時(shí)間內(nèi)只注不采,因此,提高了地層壓力。其注入的體積與地層壓力有如下關(guān)系:

式中,Ct為綜合壓縮系數(shù),MPa-1;Pi為原始地層壓力,MPa;Pr為半徑r處地層壓力,MPa;S為含油面積,km2;Vya為地層在Re～Rw范圍內(nèi)的體積,m3;Re為供油半徑,m;Rw為有效半徑,m; V為注入的流體體積,m3;h為有效厚度,m。

圖4 超前注水后地層壓力梯度分布曲線圖

射開有效厚度取值8.1m,面積1.07km2,地層壓力17.98MPa,Pr=17.98×1.162=20.89MPa,綜合壓縮系數(shù)1.266×10-3MPa-1,通過計(jì)算要累積注水31930m3。

3.3 注水強(qiáng)度確定

考慮到啟動(dòng)壓力梯度的影響,注水井注水強(qiáng)度公式為:

式中,m為區(qū)塊校正系數(shù),0.625;Qi為注水量,m3;Ko為油相滲透率,mD;Pwf為井底流壓, MPa;ˉP為平均地層壓力,MPa;G為啟動(dòng)壓力梯度,MPa/m;Bw為水的體積系數(shù)1.144;μw為注入水黏度,0.6mPa·s;A為泄油面積,100×200=20000m2;rw為井眼半徑,m。

確定初期注水強(qiáng)度為2.4m3/(d·m)。隨注水量不斷增加地層壓力不斷上升,投注以后根據(jù)試注情況進(jìn)一步優(yōu)化單井注水量,將注水壓力控制在最高注入壓力以下的情況下和保持吸水剖面均勻的前提下可以適當(dāng)加大注水量,縮短超前注水時(shí)間。

3.4 超前注水時(shí)間的確定

根據(jù)超前注水期累積注水量和單井注水量,計(jì)算超前注水時(shí)間為99.8d。

3.5 最高注入壓力確定

1)通過測井解釋破裂壓力梯度確定破裂壓力,由E井巖石力學(xué)特性解釋成果中給出1424.0～1660.0m地層破裂壓力梯度多在0.17～0.19atm/m (1atm=0.1MPa),由F井巖石力學(xué)特性解釋成果中給出1500～1693m地層破裂壓力梯度多在0.17～0.27atm/m,平均破裂壓力梯度在為0.184atm/m,新完鉆H井和I井XMAC解釋成果表破裂壓力梯度0.176～0.206atm/m,平均0.185atm/m,地層的破裂壓力為31MPa左右。

2)在壓裂施工過程中,通過小型壓裂測試試驗(yàn)求取地層閉合壓力(見圖5)。

圖5 破裂壓力試驗(yàn)曲線圖

3)根據(jù)注水井吸水指示曲線確定地層破裂壓力。

通過目前破裂壓力計(jì)算公式計(jì)算試驗(yàn)區(qū)破裂壓力不應(yīng)該超過19.8MPa。各井最高控制壓力要通過現(xiàn)場試驗(yàn)測試分析求得。

3.6 超前注水實(shí)施方案

1)注水井射孔后及時(shí)壓裂放噴投注,盡量減少油層污染。所有注水井完井后下入分層管柱注水,在注水井投注1個(gè)月后及油井投產(chǎn)后,根據(jù)注采剖面及層間差異再進(jìn)行分層試配。

2)所有注水井按照試配注入量進(jìn)行注水,注水壓力控制在最高注入壓力以下,要根據(jù)各注水井實(shí)際注水能力,及時(shí)調(diào)整注入量。注水壓力不斷上升接近最高注入壓力,適當(dāng)降低單井注水量。井口壓力明顯低于井口最高注入壓力時(shí),注入剖面均勻,可適當(dāng)加大注水量,縮短超前注水時(shí)間。

3)所有注水井最高注入壓力要通過理論計(jì)算及相鄰區(qū)塊實(shí)測資料作為初始值。注水井壓裂后要根據(jù)小型測試壓裂分析得出微裂縫閉合壓力,進(jìn)行合理校正后作為超前注水最高注入壓力控制值。

4)所有注采井要在現(xiàn)場壓裂監(jiān)測取得認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行壓裂參數(shù)優(yōu)化。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適時(shí)調(diào)整下口井壓裂設(shè)計(jì)參數(shù),保證裂縫穿透率等參數(shù)設(shè)計(jì)的合理。

5)選擇物性較好的采油井作為地層壓力監(jiān)測井。地層壓力監(jiān)測井與注水井同期射孔,下入壓力計(jì)求取原始地層壓力,并在超前注水期間持續(xù)適時(shí)監(jiān)測地層壓力狀況。根據(jù)各井地層壓力監(jiān)測情況決定采油井是否壓裂投產(chǎn)。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)特低滲透油藏通過超前注水可以克服壓力過快降低,減少巖石顆粒變形的程度,從而減緩了孔隙體積變小和流體滲流能力的變差,還可以提高壓力梯度,降低非線性滲流系數(shù),提高特低滲透油藏的開發(fā)效果。

2)C井區(qū)B油層屬于正常的壓力系統(tǒng),并且天然裂縫不發(fā)育,超前注水不會(huì)造成油井暴性水淹,同時(shí)試驗(yàn)區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育面積較大,可以滿足超前注水的要求。

3)以建立有效驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為目標(biāo),根據(jù)低滲透不穩(wěn)定滲流模型,模擬計(jì)算超前注水后地層壓力梯度分布,當(dāng)油水井間最小壓力梯度大于啟動(dòng)壓力梯度時(shí),確定為合理的地層壓力保持水平。同時(shí)最高注入壓力不應(yīng)超過注水井井底破裂壓力。

4)根據(jù)合理地層壓力保持水平,計(jì)算超前注水時(shí)機(jī)等參數(shù),計(jì)算結(jié)果表明A區(qū)B油層C井區(qū)超前注水時(shí)間需要99.8d。

[1]曾大乾,李淑貞.中國低滲透砂巖儲(chǔ)層類型及地質(zhì)特征[J].石油學(xué)報(bào),1994,15(1):38-51.

[2]時(shí)佃海.低滲透砂巖油藏平面徑向滲流流態(tài)分布[J].石油勘探與開發(fā),2006,33(4):491-494.

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[4]許建紅,程林松,周穎,等.一種求解低滲透油藏啟動(dòng)壓力梯度的新方法[J].石油勘探與開發(fā),2007,34(5):594-597.

[5]壬道富,李忠興.低滲透油藏超前注水理論及其應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào),2007,28(6):78-81.

[編輯] 洪云飛

TE271

A

1673-1409(2014)20-0062-03

2014-03-14

付艷(1976-),女,工程師,現(xiàn)主要從事油田儲(chǔ)層評價(jià)方面的研究工作。