大慶長(zhǎng)垣西部特低滲油藏壓裂水平井注水開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)新方法

路　巖，崔茂蕾

(1.中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 100034 2. 中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院)

大慶長(zhǎng)垣西部特低滲油藏壓裂水平井注水開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)新方法

路巖1，崔茂蕾2

(1.中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 100034 2. 中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院)

摘要：大慶長(zhǎng)垣西部特低滲透油藏流體滲流阻力大，天然能量不足，開(kāi)發(fā)效果較差，采用壓裂水平井注水可緩解這一開(kāi)發(fā)矛盾。針對(duì)反九點(diǎn)水平井-直井聯(lián)合井網(wǎng)，采用特低滲透非線(xiàn)性滲流數(shù)值模擬新方法，分析評(píng)價(jià)壓裂水平井注水開(kāi)發(fā)效果。與傳統(tǒng)方法相比，該方法將模擬結(jié)果與室內(nèi)巖心非線(xiàn)性滲流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，把油藏劃分為擬線(xiàn)性滲流區(qū)、非線(xiàn)性滲流區(qū)和死油區(qū)，評(píng)價(jià)更直觀可靠。研究結(jié)果表明，與不壓裂水平井注水相比，壓裂水平井可進(jìn)一步提高注水能力，有效補(bǔ)充地層能量，油井采液能力強(qiáng)、含水率低，注采井間建立起有效的驅(qū)動(dòng)壓力系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：特低滲透油藏；非線(xiàn)性滲流；數(shù)值模擬；聯(lián)合井網(wǎng)；水平井注水

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者加大了對(duì)壓裂水平井的研究[1-4]，壓裂水平井在低滲透油田開(kāi)發(fā)方面得到較快的發(fā)展，大慶、長(zhǎng)慶等特低滲透油藏得到了有效的開(kāi)發(fā)。然而對(duì)于天然能量不足、能量補(bǔ)充效果較差的特低滲透油藏來(lái)說(shuō)，壓裂水平井投產(chǎn)一段時(shí)間后產(chǎn)量遞減較快，開(kāi)發(fā)效果并不理想，由此提出了采用水平井注水的方式開(kāi)發(fā)。壓裂水平井注水開(kāi)發(fā)技術(shù)在國(guó)外發(fā)展較早[5-6]，相關(guān)研究較少，只有少數(shù)文獻(xiàn)提及[7-11]，但均未考慮特低滲透油藏所特有的非線(xiàn)性滲流規(guī)律。為了豐富這方面的研究?jī)?nèi)容，滿(mǎn)足油田實(shí)際需要，本文針對(duì)大慶長(zhǎng)垣西部某特低滲透油藏，開(kāi)展壓裂水平井注水開(kāi)發(fā)效果研究。研究區(qū)塊油層較薄，直井注水效果較差，原油地層黏度小，適合水平井注水開(kāi)發(fā)。本文采用自主研發(fā)的特低滲透油藏非線(xiàn)性滲流數(shù)值模擬軟件，建立水平井-直井聯(lián)合井組模型，對(duì)比三個(gè)不同壓裂水平井注水開(kāi)發(fā)特征及滲流場(chǎng)分布，評(píng)價(jià)壓裂水平井注水開(kāi)發(fā)效果。

1特低滲油藏滲流特征

中國(guó)石油廊坊分院滲流所經(jīng)過(guò)近十多年的研究，提出了特低滲透油藏流體的流動(dòng)遵循非線(xiàn)性滲流規(guī)律[12-15]，滲流曲線(xiàn)呈下凹的特征，如圖1所示。A點(diǎn)表示的是最大半徑毛管的啟動(dòng)壓力梯度，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是平均半徑毛管啟動(dòng)壓力梯度，B點(diǎn)是最小半徑擬啟動(dòng)壓力梯度。D是滲流由非線(xiàn)性滲流到擬線(xiàn)性滲流的過(guò)渡點(diǎn)，直線(xiàn)DE對(duì)應(yīng)的滲流過(guò)程為擬線(xiàn)性滲流，曲線(xiàn)AD對(duì)應(yīng)的滲流過(guò)程為非線(xiàn)性滲流。當(dāng)油藏中的壓力梯度小于真實(shí)啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，區(qū)域?yàn)樗烙蛥^(qū)，流體不能流動(dòng)；油藏中的壓力梯度大于真實(shí)啟動(dòng)壓力梯度而小于最小半徑啟動(dòng)壓力梯度的區(qū)域，稱(chēng)為非線(xiàn)性區(qū)；油藏中的壓力梯度大于最小半徑啟動(dòng)壓力梯度的區(qū)域，稱(chēng)為擬線(xiàn)性滲流區(qū)。

圖1　特低滲透油藏流體非線(xiàn)性滲流曲線(xiàn)

基于以上滲流特征，提出了數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式中：v——流度，m/s； K(Δp)——滲透率，隨著壓力梯度的變化而變化，10-3μm2；δi——啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m；Δp——壓力梯度，MPa/m。

將此式作為運(yùn)動(dòng)方程，編制成特低滲透油藏非線(xiàn)性數(shù)值模擬軟件。與常規(guī)數(shù)值模擬軟件相比，該軟件考慮了特低滲透油藏所特有的非線(xiàn)性滲流規(guī)律，對(duì)壓裂水平井滲流場(chǎng)分布的研究更具有實(shí)際意義。

通過(guò)巖心非線(xiàn)性滲流實(shí)驗(yàn)測(cè)得區(qū)塊的真實(shí)啟動(dòng)壓力梯度為0.02MPa/m，擬啟動(dòng)壓力梯度為0.08MPa/m。

2模型的建立

應(yīng)用上述軟件，根據(jù)大慶長(zhǎng)垣西部某特低滲透油藏地質(zhì)參數(shù)建立一個(gè)井組的概念模型。模型儲(chǔ)層為各向同性，滲透率為1.0×10-3μm2，儲(chǔ)層有效厚度為3m，平均孔隙度為10.4%，地下原油黏度為1.45mPa·s，水黏度為0.4mPa·s，原油體積系數(shù)為1.24，油層頂深1 550m。區(qū)塊采用300m×200m反九點(diǎn)水平井-直井聯(lián)合井網(wǎng)形式，水平井長(zhǎng)度為500m。在壓裂裂縫總長(zhǎng)度和裂縫條數(shù)相同的條件下，設(shè)計(jì)等縫長(zhǎng)壓裂水平井和啞鈴型壓裂水平井，并與不壓裂水平井進(jìn)行方案對(duì)比(圖2)。模擬時(shí)間為10年，油水井井底流壓分別恒定為5MPa和28MPa。

圖2　不同壓裂方式水平井-直井聯(lián)合井網(wǎng)

3開(kāi)發(fā)效果分析

3.1生產(chǎn)特征分析

圖3～圖6給出了三種方案模擬的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征曲線(xiàn)。對(duì)比三種方案，在相同注采條件下，初期產(chǎn)能略有不同，啞鈴型壓裂水平井注水時(shí)的產(chǎn)能最高，不壓裂水平井注水方案產(chǎn)能最低；開(kāi)發(fā)中后期兩種壓裂水平井注水方案的產(chǎn)能較高，且二者相差不大。從注水量可以看出，不壓裂水平井注入能力最差，啞鈴型注入能力最強(qiáng)。而在相同產(chǎn)油量條件下，不壓裂水平井注水時(shí)含水率最低，等縫長(zhǎng)時(shí)的含水率最高。不壓裂水平井注水量低，地層壓力保持程度也較低，相比之下啞鈴型壓裂水平井壓力保持程度最好，且含水率不高。

圖3　日產(chǎn)油量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

圖4　日注水量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

圖5　含水率與累計(jì)產(chǎn)油量的關(guān)系曲線(xiàn)

3.2滲流場(chǎng)分布特征

圖7給出了三種方案模擬生產(chǎn)10年的流場(chǎng)分布。由圖可知，壓裂水平井注水的增壓范圍較大，地層壓力普遍較高。在水平井水平段附近的壓力梯度不高，說(shuō)明水平井注水能力較強(qiáng)。根據(jù)巖心非線(xiàn)性滲流測(cè)試結(jié)果，在水平井與生產(chǎn)井排之間形成了擬線(xiàn)性滲流區(qū)(啟動(dòng)壓力梯度大于0.08MPa/m的紅色區(qū)域)。與不壓裂水平井注水不同的是，當(dāng)水平井壓裂注水時(shí)，在水平井裂縫之間形成了死油區(qū)(啟動(dòng)壓力梯度小于0.02MPa/m的藍(lán)色區(qū)域)，而且等縫分布時(shí)的死油區(qū)大于啞鈴型分布的方案。這是因?yàn)樗骄芽p附近壓力較高，裂縫之間形成了高壓區(qū)，形成的壓力梯度小，尤其在水平井指端壓力梯度甚至小于真實(shí)啟動(dòng)壓力梯度，從而產(chǎn)生了不流動(dòng)區(qū)。

圖6　地層壓力與累計(jì)注水量的關(guān)系曲線(xiàn)

由含油飽和度分布圖可知：水平井不壓裂注水時(shí)，水驅(qū)前緣向生產(chǎn)井推進(jìn)均勻，在水平井井筒附近沒(méi)有死油區(qū)的形成，整體井區(qū)波及范圍較大。

根據(jù)對(duì)壓力梯度模擬結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合非線(xiàn)性滲流測(cè)試結(jié)果得到不同滲流區(qū)域死油區(qū)的比例，由表1可知，從動(dòng)用程度角度來(lái)講，不壓裂水平井注水時(shí)的死油區(qū)所占比例最小，僅為3.81%；啞鈴型壓裂水平井次之，而等縫壓裂水平井注水時(shí)的死油區(qū)所占比例最大，達(dá)到7.71%，動(dòng)用程度相對(duì)較差。從采油速度角度來(lái)講，壓裂水平井的注入能力強(qiáng)，能量補(bǔ)充好，在水驅(qū)波及區(qū)域內(nèi)采出程度高。對(duì)于注水困難的特低滲透薄油層，采用壓裂水平井注水的方式能夠較好地補(bǔ)充地層能量，啞鈴型的注水方式要好于等縫型。考慮到壓裂水平井裂縫間死油區(qū)原油的開(kāi)采，建議壓裂水平井投產(chǎn)一段時(shí)間再實(shí)施注水開(kāi)發(fā)。

表1　井網(wǎng)區(qū)域劃分比例

4結(jié)論

(1)壓裂水平井能夠提高注水能力，有效補(bǔ)充地層能量，提高油井采液能力，降低含水率，使注采井間建立起了有效的驅(qū)動(dòng)壓力系統(tǒng)。

(2)在相同總裂縫長(zhǎng)度條件下，啞鈴型壓裂水平井注水開(kāi)發(fā)的死油區(qū)比例小于等縫型注水開(kāi)發(fā)，含水上升慢，累積采油量高，整體開(kāi)發(fā)效果較好。

(3)對(duì)于注水困難的特低滲透薄油層，采用壓裂水平井注水的方式能夠較好地補(bǔ)充地層能量?？紤]到壓裂水平井裂縫間死油區(qū)原油的開(kāi)采，建議壓裂水平井投產(chǎn)一段時(shí)間再實(shí)施注水開(kāi)發(fā)為宜。

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編輯：李金華

文章編號(hào)：1673-8217(2016)02-0106-04

收稿日期：2015-09-30

作者簡(jiǎn)介：路巖，工程師，碩士，1983年生，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田開(kāi)發(fā)工作。

基金項(xiàng)目：國(guó)家油氣重大專(zhuān)項(xiàng)“特低滲透油藏有效開(kāi)發(fā)技術(shù)”(2011ZX05013-005)資助。

中圖分類(lèi)號(hào)：TE348

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A