大慶長垣西部特低滲油藏壓裂水平井注水開發效果評價新方法

路　巖，崔茂蕾

(1.中國石油天然氣勘探開發公司，北京 100034 2. 中國石化石油勘探開發研究院)

大慶長垣西部特低滲油藏壓裂水平井注水開發效果評價新方法

路巖1，崔茂蕾2

(1.中國石油天然氣勘探開發公司，北京 100034 2. 中國石化石油勘探開發研究院)

摘要：大慶長垣西部特低滲透油藏流體滲流阻力大，天然能量不足，開發效果較差，采用壓裂水平井注水可緩解這一開發矛盾。針對反九點水平井-直井聯合井網，采用特低滲透非線性滲流數值模擬新方法，分析評價壓裂水平井注水開發效果。與傳統方法相比，該方法將模擬結果與室內巖心非線性滲流實驗數據相結合，把油藏劃分為擬線性滲流區、非線性滲流區和死油區，評價更直觀可靠。研究結果表明，與不壓裂水平井注水相比，壓裂水平井可進一步提高注水能力，有效補充地層能量，油井采液能力強、含水率低，注采井間建立起有效的驅動壓力系統。

關鍵詞：特低滲透油藏；非線性滲流；數值模擬；聯合井網；水平井注水

近年來，國內學者加大了對壓裂水平井的研究[1-4]，壓裂水平井在低滲透油田開發方面得到較快的發展，大慶、長慶等特低滲透油藏得到了有效的開發。然而對于天然能量不足、能量補充效果較差的特低滲透油藏來說，壓裂水平井投產一段時間后產量遞減較快，開發效果并不理想，由此提出了采用水平井注水的方式開發。壓裂水平井注水開發技術在國外發展較早[5-6]，相關研究較少，只有少數文獻提及[7-11]，但均未考慮特低滲透油藏所特有的非線性滲流規律。為了豐富這方面的研究內容，滿足油田實際需要，本文針對大慶長垣西部某特低滲透油藏，開展壓裂水平井注水開發效果研究。研究區塊油層較薄，直井注水效果較差，原油地層黏度小，適合水平井注水開發。本文采用自主研發的特低滲透油藏非線性滲流數值模擬軟件，建立水平井-直井聯合井組模型，對比三個不同壓裂水平井注水開發特征及滲流場分布，評價壓裂水平井注水開發效果。

1特低滲油藏滲流特征

中國石油廊坊分院滲流所經過近十多年的研究，提出了特低滲透油藏流體的流動遵循非線性滲流規律[12-15]，滲流曲線呈下凹的特征，如圖1所示。A點表示的是最大半徑毛管的啟動壓力梯度，C點對應的是平均半徑毛管啟動壓力梯度，B點是最小半徑擬啟動壓力梯度。D是滲流由非線性滲流到擬線性滲流的過渡點，直線DE對應的滲流過程為擬線性滲流，曲線AD對應的滲流過程為非線性滲流。當油藏中的壓力梯度小于真實啟動壓力梯度時，區域為死油區，流體不能流動；油藏中的壓力梯度大于真實啟動壓力梯度而小于最小半徑啟動壓力梯度的區域，稱為非線性區；油藏中的壓力梯度大于最小半徑啟動壓力梯度的區域，稱為擬線性滲流區。

圖1　特低滲透油藏流體非線性滲流曲線

基于以上滲流特征，提出了數學表達式：

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——啟動壓力梯度，MPa/m；Δp——壓力梯度，MPa/m。

將此式作為運動方程，編制成特低滲透油藏非線性數值模擬軟件。與常規數值模擬軟件相比，該軟件考慮了特低滲透油藏所特有的非線性滲流規律，對壓裂水平井滲流場分布的研究更具有實際意義。

通過巖心非線性滲流實驗測得區塊的真實啟動壓力梯度為0.02MPa/m，擬啟動壓力梯度為0.08MPa/m。

2模型的建立

應用上述軟件，根據大慶長垣西部某特低滲透油藏地質參數建立一個井組的概念模型。模型儲層為各向同性，滲透率為1.0×10-3μm2，儲層有效厚度為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，原油體積系數為1.24，油層頂深1 550m。區塊采用300m×200m反九點水平井-直井聯合井網形式，水平井長度為500m。在壓裂裂縫總長度和裂縫條數相同的條件下，設計等縫長壓裂水平井和啞鈴型壓裂水平井，并與不壓裂水平井進行方案對比(圖2)。模擬時間為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-直井聯合井網

3開發效果分析

3.1生產特征分析

圖3～圖6給出了三種方案模擬的生產動態特征曲線。對比三種方案，在相同注采條件下，初期產能略有不同，啞鈴型壓裂水平井注水時的產能最高，不壓裂水平井注水方案產能最低；開發中后期兩種壓裂水平井注水方案的產能較高，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。而在相同產油量條件下，不壓裂水平井注水時含水率最低，等縫長時的含水率最高。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　日產油量隨時間的變化曲線

圖4　日注水量隨時間的變化曲線

圖5　含水率與累計產油量的關系曲線

3.2滲流場分布特征

圖7給出了三種方案模擬生產10年的流場分布。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，說明水平井注水能力較強。根據巖心非線性滲流測試結果，在水平井與生產井排之間形成了擬線性滲流區(啟動壓力梯度大于0.08MPa/m的紅色區域)。與不壓裂水平井注水不同的是，當水平井壓裂注水時，在水平井裂縫之間形成了死油區(啟動壓力梯度小于0.02MPa/m的藍色區域)，而且等縫分布時的死油區大于啞鈴型分布的方案。這是因為水平井裂縫附近壓力較高，裂縫之間形成了高壓區，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啟動壓力梯度，從而產生了不流動區。

圖6　地層壓力與累計注水量的關系曲線

由含油飽和度分布圖可知：水平井不壓裂注水時，水驅前緣向生產井推進均勻，在水平井井筒附近沒有死油區的形成，整體井區波及范圍較大。

根據對壓力梯度模擬結果的統計，結合非線性滲流測試結果得到不同滲流區域死油區的比例，由表1可知，從動用程度角度來講，不壓裂水平井注水時的死油區所占比例最小，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的死油區所占比例最大，達到7.71%，動用程度相對較差。從采油速度角度來講，壓裂水平井的注入能力強，能量補充好，在水驅波及區域內采出程度高。對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原油的開采，建議壓裂水平井投產一段時間再實施注水開發。

表1　井網區域劃分比例

4結論

(1)壓裂水平井能夠提高注水能力，有效補充地層能量，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動壓力系統。

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

(3)對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充地層能量。考慮到壓裂水平井裂縫間死油區原油的開采，建議壓裂水平井投產一段時間再實施注水開發為宜。

參考文獻

[1]王玉普,計秉玉,郭萬奎.大慶外圍特低滲透特低豐度油田開發技術研究[J].石油學報, 2006,27 (6):70-74.

[2]趙振峰,吳曉東,黃偉,等.特低滲透油藏壓裂水平井產能影響因素分析[J].石油鉆采工藝,2011, 33(4):81-83.

[3]曾保全,程林松,李春蘭,等.特低滲透油藏壓裂水平井開發效果評價[J].石油學報,2010,31(5): 791-796.

[4]安永生,呂億名,魯玲,等.特低滲透油藏壓裂水平井流入動態研究[J].特種油氣藏,2012,19(3):90-92.

[5]SaitKocberber.Horizontalwaterfloodsaresuccessful[J].TheAmericanOil&GasReporter,1992, 35(10): 126-127.

[6]TimothyCDoerksen,RichardANicoud,KennethHLu-eers,etal.Horizontalinjectionwellexperienceintheval-hallaboundarylake“M”Pool[C].SPE30747,1995: 462-473.

[7]王家宏.中國水平井應用實例分析[M].北京:石油工業出版社, 2003: 209-210.

[8]鄧英爾,劉慈群,劉樹根.各向異性雙重低滲介質水平井注水開發問題[J].試采技術,2003,24(4):1-4.

[9]謝潤成,周文,王辛.高孔低滲注水開發碳酸鹽巖油藏垂向非均質特征[J].特種油氣藏 2010,10(2):24-26.

[10]張學文,方宏長,裘懌南.低滲透油藏水平井整體注水開發數值模擬研究[J].河南石油, 1999, 13(1):19-22.

[11]劉鵬飛,姜漢橋,蔣珍,等.低滲透油藏實施水平井注水開發的適應性研究[J].特種油氣藏 2009,16(3):7-9.

[12]黃延章.低滲透油層滲流機理[M].北京:石油工業出版社,1998：56-78.

[13]熊偉,雷群,劉先貴,等.低滲透油藏擬啟動壓力梯度[J].石油勘探與開發,2009;36(2):232-236.

[14]時宇,楊正明,黃延章.低滲透儲層非線性滲流模型研究[J].石油學報,2009; 30(5):731-734.

[15]楊正明,張英芝,郝明強,等.低滲透油田儲層綜合評價方法[J].石油學報,2006; 27(2): 64-67.

編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)02-0106-04

收稿日期：2015-09-30

作者簡介：路巖，工程師，碩士，1983年生，2006年畢業于大慶石油學院石油工程專業，現主要從事油氣田開發工作。

基金項目：國家油氣重大專項“特低滲透油藏有效開發技術”(2011ZX05013-005)資助。

中圖分類號：TE348

文獻標識碼：A