水平井開發底水潛山油藏中采油速度優化研究

于東旭 (中石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院,黑龍江大慶 163712)

水平井開發底水潛山油藏中采油速度優化研究

于東旭 (中石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院,黑龍江大慶 163712)

采油速度對底水油藏底水錐進的影響很大。采用油藏工程方法和數值模擬方法,結合水平井臨界產量的確定、水平井見水時間和采油速度的關系等對開發底水潛山油藏中采油速度優化問題進行了研究。結果表明,水平井臨界產量受水平段長度、水平井垂向相對位置、油層各向異性等參數的影響;當水平井長度和水平井的垂向相對位置一定時,即采油速度越高,水平井見水時間越早,這不利于底水潛山油藏的開發。通過對A油田B1區塊的數值模擬研究表明,結合累計產油變化曲線和含水變化曲線最終確定A油田B1區塊的合理采油速度為3.0%左右。

水平井開發;底水潛山油藏;采油速度;臨界產量;見水時間

由于底水潛山油藏的裂縫發育,儲層垂向滲流能力強,底水錐進較快,因此如何控制底水上升速度以延緩底水錐進是開發底水潛山油藏的關鍵[1-2]。由于水平井開發技術具有可以鉆穿裂縫、增大井筒泄油面積、增加單井產量、減少出砂量、控制底水錐進等特點,目前,該技術已成為底水潛山油藏開發中提高采收率的重要手段[3-6]。下面,筆者對水平井開發底水潛山油藏中采油速度優化問題進行了研究。

1 水平井臨界產量的確定

在儲層裂縫發育的底水潛山油藏,采油速度對油藏開發效果影響較大,合理控制采油速度可以減少裂縫系統和基質系統油水界面上升速度的差異,減緩不同寬度的裂縫之間底水上升速度的差異,以達到較高的驅油效率。為了獲得更好的經濟效益,應盡可能提高產量;如果水平井單井產量過高,采油速度過快,水平井單井產量超過臨界產量,勢必導致含水快速上升,產生底水錐進,縮短無水采油期并降低最終采出程度。因此,對于用水平井開發底水潛山油藏,為了確定合理的水平井產量和采油速度,臨界產量的確定尤為重要。

目前,國內外關于底水潛山油藏水平井臨界產量預測模型較多,其中程林松-范子菲模型[7-9]較為典型,具體公式如下:

式中,qc為水平井臨界產量,m3/d;kh、kv分別為水平方向滲透率和垂直方向滲透率,mD;β為油層各向異性,β=;Δρ為油水密度差,kg/m3;B0為原油體積系數;μ0為原油黏度,m Pa·s;h0為油層厚度,m;hwc為水平段到原始油水界面的高度,m;L為水平段長度,m;rw為水平段井筒半徑,m;g為重力加速度,9.8m/s2。

從式 (1)中看出,水平井臨界產量受水平段長度、水平井垂向相對位置、油層各向異性等參數的影響。當其他參數不變時,增加水平段長度,可以提高水平井臨界產量,且水平井臨界產量與水平段長度呈線性關系,表明在產量恒定條件下,較長水平段單位長度上井筒壓降較小,由此延緩底水錐進。但從經濟角度考慮,不是水平段長度越長越好,因為水平段長度越長,投資成本越高,且由于井筒內的流動為變質量流動,產能并不隨著水平段長度的增加而線性增加。因此,在利用水平井開發底水潛山油藏時,應確定合理的水平段長度,從而獲得最佳水平井臨界產量。

2 采油速度與水平井見水時間的關系

油井投產后,底水在生產壓差的作用下不斷向上錐進。底水從油水界面錐進到井底的時間,即油井的見水時間。假設地層上部封閉,油水邊界為定壓邊界,且認為供油半徑為無限大,考慮地層水平和垂向滲透率差異時,底水潛山油藏水平井的見水時間計算公式為[9]:

從式 (4)可以看出,當水平井長度和水平井的垂向相對位置一定時,即采油速度越高,水平井見水時間越早,這不利于底水潛山油藏的開發。水平井見水時間與采油速度關系曲線圖如圖1所示。由圖1可知,隨著采油速度逐漸增加,水平井見水時間逐漸減小。

圖1 水平井見水時間與采油速度關系曲線圖

3 應用

B1區塊屬于A油田,構造位置位于該油田凹陷西部和中部生油洼槽之間的構造帶,呈北東向展布。巖石類型以輕微變質含炭質粉砂質泥巖、不等粒長石巖屑砂巖為主。儲層類型較復雜,有孔隙型,裂縫、孔洞及溶孔型,屬于雙孔隙介質儲層。裂縫較發育,高角縫、網狀縫并存,頂部多為網狀裂縫,裂縫部分有巖脈充填。雖然孔滲較低,但該區塊裂縫溶洞發育,起到了溝通孔隙、提高滲透率的作用,因而屬于裂縫-孔隙性儲層。

3.1 數值模型的建立及參數的選取

根據B1區塊地質特征,建立雙孔雙滲模型,該模型是在單一介質模型的基礎上加一套裂縫模型建立的 (裂縫模型包括裂縫的孔隙度、滲透率、飽和度、相滲曲線等,人工裂縫沿著最大主應力方向)[10]。選取44×25×304(X×Y×Z)角點網格系統,X、Y方向的網格步長均取60m,Z方向的網格步長取2m。儲層和流體性質參數依據實測數據取值,包括地層壓力、流體高壓物性數據、巖石、油氣水的壓縮系數、油水密度和黏度 (見表1)。

表1 儲層和流體性質參數表

3.2 確定合理采油速度

根據B1區塊所建數值模型,考慮水平井長度、方位、垂向位置等影響,優選水平井最佳設計參數,在B1區塊油層發育相對有利的位置部署2口水平井,并考慮與周圍直井井網匹配,由此考查不同采油速度調節下累計產油變化情況 (見圖2)。從圖2可以看出,采油速度較低時,累計產油相對較少;當采油速度大于3%時,開發后期累計產油增長幅度逐漸減緩,這是由于該區塊底水突破后含水快速上升,導致水平井開發效果變差。因此,從累計產油變化情況來看,該區塊的采油速度控制在3.0%較為適宜。

采用不同采油速度方案時含水變化曲線圖如圖3所示。從圖3可以看出,當采油速度為1.0%或2.0%時,雖然含水率較低,但累計產油較少,經濟效益較差;當采油速度大于3.0%,含水率較高,且開發后期累計產油增幅較小。綜合考慮,將該區塊采油速度控制在3.0%左右。

圖2 采用不同采油速度方案時累計產油變化曲線圖

圖3 采用不同采油速度方案時含水變化曲線圖

4 結論

1)水平井臨界產量受水平段長度、水平井垂向相對位置、油層各向異性等參數的影響。

2)當水平井長度和水平井的垂向相對位置一定時,即采油速度越高,水平井見水時間越早,這不利于底水潛山油藏的開發。

3)通過對A油田B1區塊的數值模擬研究,結合累計產油變化曲線和含水變化曲線,最終確定A油田B1區塊的合理采油速度為3.0%左右。

[1]喻高明,凌建軍,蔣明煊.砂巖底水油藏底水錐進影響因素研究[J].江漢石油學院學報,1996,18(3):59-62.

[2]萬仁溥,王鴻勛.水平井開采技術[M].北京:石油工業出版社,1995.

[3]袁士義,宋新民,冉啟全,等.裂縫性油藏開發技術[M].北京:石油工業出版社,2004.

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[6]胡勇,廖新武,許聘,等.水平井技術在秦皇島32-6油田西區底水油藏中的開發實踐[J].海洋石油,2010,30(1):90-95.

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[9]張學磊,李傳亮,樊茹.采油速度對油水界面上升和底水錐進的影響[J].斷塊油氣田,2010,17(5):583-585.

[10]陳明,沈燕來,楊寨.底水油藏水平井合理位置的確定方法研究[J].西南石油學院學報,2003,25(6):31-34.

[編輯] 李啟棟

TE34

A

1673-1409(2014)20-0087-03

2014-03-01

中國石油天然氣集團公司科技重大專項(Q/D YYKY2·8-1-2009)。

于東旭(1984-),男,助理工程師,現主要從事油氣田開發方面的研究工作。