裂縫方位不利時(shí)裂縫長(zhǎng)度對(duì)注采單元生產(chǎn)動(dòng)態(tài)影響的數(shù)值模擬研究

宋 毅,伊向藝，繆 云，劉俊辰

（1.中國(guó)石油西南油氣田分公司采氣工程研究院，四川廣漢618300；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)〈成都理工大學(xué)〉，四川成都610059）

裂縫方位不利時(shí)裂縫長(zhǎng)度對(duì)注采單元生產(chǎn)動(dòng)態(tài)影響的數(shù)值模擬研究

宋 毅*1,伊向藝2，繆 云1，劉俊辰1

（1.中國(guó)石油西南油氣田分公司采氣工程研究院，四川廣漢618300；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)〈成都理工大學(xué)〉，四川成都610059）

壓裂是低滲透油藏開發(fā)的必要手段和有效方式。人工裂縫的擴(kuò)展主要受目的層現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)的控制。人工裂縫對(duì)油藏的開發(fā)的影響具有雙重性。對(duì)于注水開發(fā)的油藏而言，如果壓裂后形成的人工裂縫方位與注采井網(wǎng)不匹配，會(huì)給油藏開發(fā)帶來(lái)很大影響。運(yùn)用數(shù)值模擬方法，研究五點(diǎn)井網(wǎng)裂縫方位不利情況下裂縫長(zhǎng)度對(duì)注采單元生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響。模擬結(jié)果表明，裂縫方位不利時(shí)，油水井同時(shí)壓裂人工裂縫長(zhǎng)度對(duì)油藏開發(fā)影響較大，裂縫穿透比以小于0.2為宜。

裂縫方位；縫長(zhǎng)；注采單元；生產(chǎn)動(dòng)態(tài)；數(shù)值模擬

1 人工裂縫影響的雙重性

對(duì)于低滲透油藏而言，進(jìn)行水力壓裂是油氣田經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)的必要手段和有效方式。人工裂縫對(duì)油藏的開發(fā)的影響具有雙重性。一方面，壓裂形成的人工裂縫可以溝通更多的油氣儲(chǔ)集區(qū)，擴(kuò)大供油氣面積，解除鉆完井過程中的污染，改善近井筒附近的滲流條件，從而顯著提高油井的增產(chǎn)及注水井的增注能力。另一方面，人工裂縫會(huì)進(jìn)一步加劇儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，這就可能給油氣藏的開發(fā)帶來(lái)不利影響。人工裂縫的擴(kuò)展主要受目的層現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)的控制。對(duì)于注水開發(fā)的油藏而言，如果人工裂縫的延伸方位與水驅(qū)方位一致，即人工裂縫沿油井和注水井連線方向擴(kuò)展時(shí)，人工裂縫將大大降低注水開發(fā)的效果。如果壓裂改造時(shí)形成的人工裂縫過長(zhǎng)，以致人工裂縫將油井和注水井連通，從注水井的注入水可能沿著壓裂形成的高導(dǎo)流能力裂縫直接到達(dá)生產(chǎn)井，出現(xiàn)無(wú)功注水的嚴(yán)重后果。為了研究裂縫方向不利時(shí)對(duì)注水開發(fā)油藏的影響，進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。

2 模型的建立

在我國(guó)注水開發(fā)的油藏中，五點(diǎn)井網(wǎng)和反九點(diǎn)井網(wǎng)比較常見[1]。對(duì)五點(diǎn)井網(wǎng)而言，裂縫方位不利即人工裂縫方向?yàn)橛退B線方向。根據(jù)流線封閉原則，選取一個(gè)注采單元進(jìn)行模擬研究[1]（圖1），模擬采用黑油模型進(jìn)行模擬。

圖1 五點(diǎn)井網(wǎng)裂縫方位不利情況下模擬單元示意圖

模擬時(shí)對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化（圖2），假設(shè)裂縫為垂直裂縫，形狀為長(zhǎng)方體；裂縫均質(zhì)，滲透率各向同性；不考慮裂縫的導(dǎo)流能力隨時(shí)間變化的影響；地層為均質(zhì)；忽略毛管壓力的影響；不考慮溫度的影響；無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生；裂縫長(zhǎng)度與支撐縫長(zhǎng)相等；油藏流體為油水兩相[2-7]。

模擬的油藏模型參數(shù)為：井排距：200.0m；水粘度：0.8mPa·s；地層壓力：12.0MPa；綜合壓縮系數(shù)：7× 10-5MPa-1；；儲(chǔ)層厚度：9.0m；人工裂縫寬度：0.005m；孔隙度：12%；人工裂縫滲透率：100mD；滲透率：5mD；采油井井底流壓：8.0MPa；含油飽和度：65%；注水井井底流壓：17MPa；原油粘度：4.12mPa·s；井筒半徑：0.1m。由于實(shí)際的人工裂縫尺寸較小，導(dǎo)流能力高，按照等效導(dǎo)流能力和等效儲(chǔ)集能力進(jìn)行處理。即保持人工裂縫網(wǎng)格的儲(chǔ)集能力和導(dǎo)流能力不變，適當(dāng)增加網(wǎng)格的寬度，減小裂縫網(wǎng)格的滲透率和孔隙度的方法。分別模擬了不壓裂、油水井同時(shí)壓裂且縫長(zhǎng)相等裂縫穿透率(式1)分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5六種情況，其中裂縫穿透率為0.5時(shí)即為人工裂縫將油井和水井直接壓竄的情況，模擬生產(chǎn)時(shí)間為4年。為了盡可能的簡(jiǎn)化模型，模擬采用塊中心網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸采用非均勻網(wǎng)格。圖3為穿透率為0.3時(shí)模擬的網(wǎng)格平面圖。

式中：ζ——穿透率，%；

Xf——支撐裂縫長(zhǎng)度，m；

d——注水井與采油井距離，m。

圖2 模擬裂縫的物理模型示意圖

圖3 穿透率為0.3時(shí)模擬的網(wǎng)格平面圖

3 模擬結(jié)果分析

圖4、圖5分別為不同穿透率下生產(chǎn)時(shí)間與日產(chǎn)量和累計(jì)產(chǎn)油量的關(guān)系圖。從圖4可以看出，壓后初期，裂縫的長(zhǎng)度越長(zhǎng)日產(chǎn)油量越大，但是對(duì)于穿透率為0.5和0.4的井，日產(chǎn)油量很快下降。到后期穿透率為0.5時(shí)的日產(chǎn)油量比穿透率為0.1時(shí)還低。從圖5可以看出，投產(chǎn)初期裂縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，累計(jì)產(chǎn)油量越大。一段時(shí)間以后穿透率為0.3的累計(jì)產(chǎn)油量超過了穿透率為0.4和0.5的累計(jì)產(chǎn)油量，但未壓裂的累計(jì)產(chǎn)油量相對(duì)于壓裂井而言有較大差距。

圖4 不同穿透率生產(chǎn)時(shí)間與單井日產(chǎn)油量

從圖6不同時(shí)間和累計(jì)注水量的關(guān)系可以看出，裂縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)增注作用越明顯。特別是對(duì)于裂縫穿透率為0.5情形下，生產(chǎn)4年后累計(jì)注水量達(dá)到未壓裂井的4倍左右。從圖7不同時(shí)間下的日產(chǎn)水量關(guān)系圖可以看出，裂縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，見水時(shí)間越早，見水后日產(chǎn)水量也越高。對(duì)于將油井和水井壓竄的井，一開井生產(chǎn)很快就見水，并且產(chǎn)水量很快上升到較高水平。

圖6 不同穿透率生產(chǎn)時(shí)間與累計(jì)注水量關(guān)系圖

圖7 不同穿透率生產(chǎn)時(shí)間與日產(chǎn)水量

分析了不同穿透率下4年的累積產(chǎn)油量和累計(jì)注水量關(guān)系（圖8），當(dāng)穿透率為0.1時(shí)相比未壓裂情況累計(jì)產(chǎn)量有較大增加；穿透率大于0.1以后，隨著累計(jì)注水量的增加累計(jì)產(chǎn)油量也增加，但增幅越來(lái)越小。當(dāng)裂縫穿透率大于0.3以后累計(jì)注水量增加累計(jì)產(chǎn)油量反而減小。

從圖9不同裂縫穿透率與存水率（Wf）（式2）的關(guān)系圖可以看出，裂縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)存水率越低。當(dāng)將油水井壓竄時(shí)注入水73%的由采油井采出，僅有很少一部分在地層中起到保持地層壓力和驅(qū)油的作用。表明裂縫方位不利時(shí)裂縫長(zhǎng)度過大注水效果將明顯降低，注入水很大部分沿著裂縫從注入井流向采油井，對(duì)產(chǎn)量沒有多大貢獻(xiàn)，反而增加了生產(chǎn)成本。

圖8 不同穿透率累產(chǎn)油量與累注水量關(guān)系圖

式中：Wf——存水率，%；

Wi——累計(jì)注水量，m3；

圖9 不同裂縫穿透率與存水率的關(guān)系圖

Wp——累計(jì)產(chǎn)水量，m3。

4 結(jié)論

（1）在低滲透油藏注水開發(fā)壓裂改造時(shí)，人工裂縫方位不利時(shí)會(huì)對(duì)開發(fā)帶來(lái)不利影響。

（2）模擬表明，五點(diǎn)井網(wǎng)在裂縫方位不利情況下，當(dāng)油水井同時(shí)壓裂時(shí)應(yīng)當(dāng)控制裂縫長(zhǎng)度，以穿透比小于0.2為宜。

（3）對(duì)于注水開發(fā)且壓裂時(shí)形成垂直裂縫的油藏，井網(wǎng)部署時(shí)一定要根據(jù)地應(yīng)力方向部署井位，一般以油井連線或水井連線平行于水平最大主應(yīng)力為宜。

[1]王鴻勛，張士誠(chéng).水力壓裂設(shè)計(jì)數(shù)值計(jì)算方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998:342-344.

[2]楊能宇.注水開發(fā)油田整體壓裂改造水力裂縫參數(shù)對(duì)采收率的影響研究[D].北京：石油大學(xué)，1993.

[3]楊能宇，張士誠(chéng)，王鴻勛.整體壓裂水力裂縫參數(shù)對(duì)采收率的影響[J].石油學(xué)報(bào)，1995，16（3）：72-76.

[4]張紅玲,張琪,劉澤凱，等.樊128斷塊整體壓裂改造布井方案研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，26(1):35-38.

[5]趙力.新歡27塊整體壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].石油鉆采工藝，2003（25）（增刊）：64-66.

[6]王永輝，蔣闐，路勇.低滲層重復(fù)壓裂的油藏?cái)?shù)值模擬研究[J].石油勘探開發(fā)，1997，24（1）：47-49.

[7]隋微波，張士誠(chéng).低滲復(fù)雜斷塊整體壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].石油勘探開發(fā),2007,34(1):98-103.

TE357.1

A

1004-5716(2015)03-0051-03

2014-03-21

2014-03-25

宋毅（1982-），男（漢族），四川閬中人，工程師，現(xiàn)從事油氣藏增產(chǎn)技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工作。