低滲透油藏不同井網系統注采井距研究

鄭　偉

(中海石油研究總院，北京 100027)

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低滲透油藏不同井網系統注采井距研究

鄭偉

(中海石油研究總院，北京 100027)

根據滲流理論，推導了水平井注采井網井間壓力及壓力梯度分布公式，分析了水平井注采井網、混合井網和直井井網不同井網系統沿程壓力及壓力梯度分布規律，提出了低滲透油藏極限注采井距確定方法，并對其影響因素進行了分析。結果表明，直井井網系統驅替壓力梯度在注采井附近較大，而在注采井間較大范圍內較小；水平井井網系統的流體在注采井間內為近似線性流動，壓力降幾乎呈線性變化，壓力損失明顯低于直井，具有更大的驅替壓力梯度，且沿程基本保持不變。因此對于低滲透油藏，水平井注采井網更容易形成有效驅替，其極限注采井距為直井井網的3～4倍，混合井網的2～3倍。

低滲透油藏；水平井注采井網；驅替壓力梯度；啟動壓力梯度；注采井距

低滲透油藏儲層物性差，滲流阻力較大，具有啟動壓力，合理的注采井距成為建立井間有效驅替的關鍵，關系到油藏能否有效開發[1]。與直井相比，應用水平井注采井網開發低滲透油藏能有效減小注水井的注入壓力，保持油層壓力，提高單井產能和減少井數[2-6]。確定低滲透油藏直井井網和混合井網系統合理井距，研究學者提出了相應的方法[1，7-9]，但對于水平井開發低滲透油藏，其合理井距的研究較少。本文以油藏滲流理論為基礎，推導了水平井井網系統在注采井間的壓力及壓力梯度分布公式，并對比分析了水平注采井網、混合井網和直井井網系統在注采井間的沿程壓力及壓力梯度變化規律。根據驅替壓力梯度和啟動壓力梯度提出了注采井距的確定方法，并分析了注采壓差、滲透率和水平段長度對不同井網系統注采井距的影響。

1　不同井網系統壓力及壓力梯度分布

1.1產能公式推導

為簡化問題，假定油層中有1口水平注入井和1口水平生產井，注采井距為a，水平段長度為2l，井半徑均為rw，井網形狀如圖1所示。水平注入井中心坐標(x0，y0)=(0，a)，水平生產井中心坐標(x0，y0)=(0，0)。生產井以產量Q進行生產，注入井以注入量Q進行注入。應用保角變換，將真實平面(Z平面)上的流動映射轉變為像平面(W平面)上的一個已知流動問題。

對上半Z平面進行保角變換，取以下保角變換公式[7]：

圖1　水平井注采井網及保角變化示意圖

Z-Z0=lchW

(1)

其中Z=x+iy，Z0=x0+iy0，W=ξ+iη。則Z平面與W平面坐標的對應關系為：

x-x0=lchξcosη,y-y0=lshξsinη

(2)

經過映射，上半Z平面變換為寬度為π的帶狀區域，長度為2l的水平井變為W平面上位于η軸寬度為π的排油坑道，各點對應關系如圖1所示。

則中心坐標為(0,0)的水平生產井在空間任一點(x,y)的勢分布函數為：

(3)

中心坐標為(0,a)的水平注入井在空間任一點(x,y)的勢分布函數為：

(4)

根據勢的疊加原理可以確定水平生產井和水平注入井在空間任意一點(x,y)產生的勢函數為：

φ=φp+φi

(5)

由于水平生產井位于等勢線上，取井壁坐標(0,rw)，代入式(5)，得到水平井生產井井底壓力為：

(6)

同理，水平注入井井底壓力為：

(7)

(8)

(9)式中：Qhh——水平井注采井網系統產量，m3/d；α——單位換算系數，α=0.0864；Bo——體積系數；k——油層滲透率，10-3μm2；h——油層厚度，m；b——注采井距，m；Pwi、Pwf——分別為注入井和生產井的井底壓力，MPa；μ——原油黏度，mPa·s。

1.2井間沿程壓力及壓力梯度公式推導

Z平面上，令x=0，將其代入式(5)可得注采井間沿程壓力分布公式：

(10)

式(10)對y求導，得到水平井注采井網井間沿程壓力梯度分布公式：

(11)

直井注-水平井采的混合井網系統主流線上壓力和壓力梯度分布公式[1]為：

(12)

(13)

式中：Qhv——混合井網系統產量，m3/d；ρw——W平面上注入井的井筒半徑，m；(ξ0,η0)——鏡像映射后直井井位坐標。

直井井網系統主流線上壓力和壓力梯度分布公式[10-11]為：

(14)

(15)

式中：Qvv——為直井井網系統產量，m3/d。

2　不同井網系統沿程壓力及壓力梯度變化規律

2.1沿程壓力變化規律

根據參考文獻[1]的數據，對比分析整體水平注采井網、混合井網和直井井網這三種井網系統在注采井間沿程壓力及壓力梯度的變化規律。

假定注入壓力Pwi和產量Q確定，各井網系統在不同井距條件下的主流線上的壓力分布見圖2所示。可以看出，為獲得相同的產量，水平井井網系統所需要的注采壓差最小，混合井網次之，直井系統最大。在相同的注采壓差下，水平井井網能夠獲得最大的產量，混合井網次之，直井系統最小。這是因為水平井注采井間為近似線性流動，壓力降幾乎呈線性變化；而直井井筒附近產生徑向流，出現較大的壓降漏斗，注采井間壓力損失嚴重。另外可以看出，隨著井距增大，各井網系統井間壓力損失增大，為維持產量需要加大注采壓差。

2.2沿程驅替壓力梯度變化規律

假定注采壓差一定，各井網系統在不同井距條件下的井間驅替壓力梯度分布如圖3。可以看出，對于直井井網系統，在注采井附近很小的區域內驅替壓力梯度較大，而在注采井間中間位置的較大范圍內卻很小。水平井井網系統在注采井間能獲得較大的驅替壓力梯度，且沿程基本保持不變，其值約為直井井網的3～4倍。混合井網系統介于直井系統與水平井網系統之間。另外，隨著注采井距的增大，各井網系統驅替壓力梯度均減小。

圖2　不同井網系統注采井間壓力分布

圖3　不同井網系統注采井間驅替壓力梯度分布

3　注采井距影響因素分析

3.1注采井距的確定方法

利用靜液柱的方法測量了目標區塊多塊巖心的啟動壓力梯度，回歸啟動壓力梯度與流動系數的關系[1]：

G=0.0308(k/μ)-0.3209

(16)

低滲透油藏由于存在啟動壓力梯度，要保證井間區域被波及動用，其驅替壓力梯度必須大于啟動壓力梯度G，則有：

(17)

此時確定注采井距為水平井注采井網極限井距。

3.2注采壓差的影響

由圖4可以看出，隨著注采壓差的增大，不同井網系統的注采井距均呈增大趨勢。與直井井網與混合井網相比，在相同注采壓差下，水平井井網可采取更大的井距。

圖4　注采壓差對注采井距的影響

3.3滲透率的影響

由圖5可以看出，隨著滲透率的增大，不同井網系統的極限注采井距均相應增加，但增加增幅逐漸減緩；水平井井網的極限注采井距明顯大于混合井網和直井井網的極限注采井距是混合井網的2～3倍，直井井網的3～4倍。

圖5　滲透率對注采井距的影響

3.4水平段長度的影響

由圖6可以看出，對于水平井井網系統，隨著水平井段長度的增加，極限注采井距逐漸增加，但增幅逐漸減小；水平井段長度約大于700 m后，極限注采井距基本保持不變。對于混合井網，水平段長度在200～300 m時，極限注采井距取得最大值，之后隨著水平段長度的增大而減小，最后趨于平緩。

圖6　水平段長度對注采井距的影響

4　主要認識

(1)推導了水平井井網在注采井間的壓力與壓力梯度分布公式。為獲得相同的產量，水平井井網系統所需要的注采壓差最小，混合井網次之，直井井網最大。

(2) 水平井井網系統的流體在注采井間為近似線性流動，壓力損失少，能量消耗小，能獲得較大的驅替壓力梯度，且沿程基本保持不變；而直井井網系統的驅替壓力梯度在注采井井筒附近很小的區域內較大，但在注采井間中間位置的較大范圍內卻很小，其能量主要消耗在直井井筒附近。

(3)水平井井網系統的極限注采井距為直井井網的3～4倍，混合井網的2～3倍，因此可采取較大的注采井距布井。相同條件下，隨著注采壓差、滲透率的增大，注采井距可適當放大。

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編輯：王金旗

1673-8217(2016)04-0106-04

2016-03-09

鄭偉，工程師，博士，1984生，2012年畢業于中國石油大學(北京)油氣田開發工程專業，現從事油氣田開發方面的研究工作。

國家科技重大專項“海上稠油熱采技術”(2011ZX05024-005)。

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