HZ油田特低滲油藏壓裂后有效開發研究與應用

王 磊

中石化江蘇油田分公司勘探開發研究院,江蘇 揚州 225009

?

HZ油田特低滲油藏壓裂后有效開發研究與應用

王 磊

中石化江蘇油田分公司勘探開發研究院,江蘇 揚州 225009

為了解決HZ油田特低滲油藏在開發過程中存在的自然產能低、產量遞減快、常規開采方式無法實現經濟有效開發的問題，以數值模擬為手段結合現場開發試驗,主要從合理注水時機、周期注水、注氣開發等方面開展綜合研究,確定合理注水時機為超前6個月注水,合理周期注水方式為短注長停不對稱型周期注水,注水效果差的油藏有效開發方式為注氣開發。從現場實踐來看,已經取得一定的效果,為該地區同類型特低滲油藏的經濟有效開發提供了技術支撐。

特低滲油藏；注水時機；周期注水；注氣開發

0 前言

HZ油田特低滲油藏地質上具有“深”“細”“薄”“散”等特點,主要表現為:油藏埋深大,油藏埋深多在3 000 m 左右;孔隙、喉道細小,主要喉道半徑為0.66～2.0 μm,孔隙之間連通性差;砂體厚度薄,砂層厚度一般為2～6 m;油層縱向、平面分布零散,平面上面積小,連通性差。油藏流體滲流表現為非達西滲流,普遍存在啟動壓力梯度[1-2]。

目前在開發過程中主要存在以下問題:天然能量不足,產量和一次采收率低;注水井吸水能力低,注水壓力高,隨著注水時間的延長,甚至注不進水;注水效果普遍較差,對應油井低壓低產現象嚴重;注水后部分油井水竄嚴重,穩產難度很大[3]。

為了實現HZ油田等特低滲油藏的經濟有效開發,以實際區塊H 17斷塊為研究對象,利用PETREL建模軟件采用20 m×20 m的網格系統建立了維數為138×60×27,共計22.4萬個網格的角點網格模型,并結合現場開發數據、物性參數、相滲曲線等,通過數值模擬軟件ECLIPSE模擬運算擬合了模型的地質儲量、產油量和綜合含水。在此基礎上,開展了特低滲油藏的合理注水時機優選、周期注水參數優化、注氣開發效果等多個方案的設計、模擬及預測研究,有針對性地提出了適合該地區特低滲油藏的有效開發方式,為下一步改善開發效果提供了合理依據[4-6]。

1 合理注水時機研究

為了進行合理注水時機研究,在H 17斷塊模型中選取了1個五點法注采井組模型開展研究,包括4口生產井,1口注水井,共設計5個不同注水時機的預測方案,依次為超前注水(6個月、12個月);同步注水(油水井同時開始生產);滯后注水(6個月、12個月),預測投產24個月的開發效果[7-13]。

圖1 不同注水時機的日產油量對比曲線

從不同注水時機的日產油量對比曲線(圖1)可見,超前注水日產量高于同步注水和滯后注水的日產油量。隨著開發時間的延長,不同注水時機的日產油量呈遞減趨勢,但隨著超前注水時間的增加,注水成本不斷增加,因此,必須在最小注水成本下,達到最大增油幅度,可見合理超前注水時機為6個月。另外,從不同注水時機的階段采出程度對比(圖2)可見,超前注水階段采出程度高于同步注水和滯后注水,隨著超前注水時間的增加,階段采出程度增加,但增加幅度變緩。

圖2 不同注水時機的階段采出程度對比

2 周期注水方式研究

特低滲透油藏有些天然微裂縫發育,加之部分油水井經過壓裂改造,使油藏形成了滲透率差別較大的高低滲透層段,經過長期連續注水開發,易形成相對固定的注采對應關系,注入水沿著高滲透層段率先到達采油井底,大大降低了水驅油效率。為打破原有油水相對平衡分布,改善注水效果,以H 17斷塊油藏三維地質模型為基礎,開展了周期注水參數優化研究[14-20]。

2.1 注水周期頻率優化

以γ表示降壓和升壓的半周期比,分別做γ=1、γ<1、γ>1時的周期注水模擬計算。

γ=1時(對稱型):設計了注15 d停15 d、注30 d停30 d、注45 d停45 d、注60 d停60 d四類不同注水周期進行模擬計算(表1),模擬計算時間為510 d。

表1 γ=1時(對稱型)周期注水效果對比表

類型注15d停15d注30d停30d注45d停45d注60d停60d采出程度/(%)16.6716.7716.8616.71含水/(%)69.581.774.279最終采收率/(%)25.2125.7426.3825.03

對稱周期注水時,短注短停效果略好,原因是形成的脈沖較多,有利于彈性力的更多發揮。但周期低于某一值時,效果反而變差,原因是周期太短,不能建立足夠的壓差,不能發揮毛細管作用。

γ<1時(短注長停不對稱型):設計了注15 d停60 d、注15 d停45 d、注15 d停30 d三類不同注水周期進行模擬計算(表2),模擬計算時間為510 d。

表2 γ<1時(短注長停不對稱型)周期注水效果對比表

類型注15d停60d注15d停45d注15d停30d采出程度/(%)16.5616.9617.21含水率/(%)68.574.780.5最終采收率/(%)28.5527.6026.70

不對稱周期注水短注長停時,在注水時間相同的條件下,注水井停的時間越長效果越好。說明由于停注時間長,充分發揮了毛細管滲吸作用,使效果變好。

γ>1時(長注短停不對稱型):設計了注30 d停15 d、注45 d停15 d、注60 d停15 d三類不同注水周期進行模擬計算(表3),模擬計算時間為510 d。

表3 γ>1時(長注短停不對稱型)周期注水效果對比表

類型注30d停15d注45d停15d注60d停15d采出程度/(%)17.2116.4616.33含水率/(%)82.379.880.2最終采收率/(%)26.8922.421.6

不對稱周期注水長注短停時,在停注時間相同的條件下,注水井注水時間越長效果越差。說明注水時間越長,越接近于連續注水的情況,毛細管力和彈性力均不能充分發揮作用,因而效果差。

對比γ<1、γ=1、γ>1最終采收率可知,短注長停不對稱型的周期注水效果較好。

2.2 連續注水轉周期注水時機優化

表4 不同含水率下連續注水轉周期注水效果對比表

轉周期注水時含水率連續注水fw=0fw=50%fw=70%fw=90%采出程度/(%)20.8920.55221.54621.4220.97含水/(%)92.192.891.792.392.9最終采收率/(%)24.925.2225.4125.3525.23

模擬表明,越早采用周期注水,即在較低含水飽和度下進行,對注水過程的強化越有利。

2.3 周期注水現場實施效果分析

在HZ油田H 17斷塊優選了H 17-10井組開展周期注水試驗,試驗井組提液穩油效果明顯。從現場實施效果可以看出,注水井H 17-10井停注一段時間后恢復注水(圖3),對應的油井產液量由8.7 t/d恢復到14.8 t/d,產油量恢復到2.3 t/d,動液面升高(圖4)。

圖3 H 17-10井注水曲線

圖4 H 17-17井生產曲線

3 注氣開發方式研究

特低滲透油藏注水開發過程中存在滲流阻力大、注水壓力高、驅油效果差等諸多問題。近年來的研究發現,注氣開發有利于解決上述問題[21-22]。根據國外70多個油田統計情況看來,對于特低滲透油田,注氣(尤其是CO2驅油)是改善開發效果和建立有效驅動體系的主要技術措施。CO2驅油機理主要是降低原油黏度,改善油水流度比,使原油膨脹,乳化作用及降壓開采。

采用數值模擬軟件ECLIPSE中的組分模型進行CO2驅油數值模擬研究,設計了CO2驅、水驅、衰竭式開采等三種不同開發方式,數模結果(圖5)表明,衰竭式開采階段采出程度非常低,注水開發階段采出程度較高,而注CO2比注水的驅油效果要好,階段采出程度最高。

在理論研究的基礎上,目前已在現場優選了H 26-3井開展CO2吞吐試注(圖6),對應監測井H 26-10井在CO2吞吐前日產液2 t,日產油1.9 t;在實施CO2吞吐后,產液和產油明顯上升,日產液上升到5.7 t,日產油上升到5.5 t(圖7),產量提升效果明顯。

圖5 不同開發方式數值模擬方案對比曲線

圖6 H 26-3井CO2吞吐狀況圖

圖7 H 26-10井生產曲線

4 結論

1)通過合理注水時機模擬研究認為,采用超前6個月注水保持地層壓力,可以降低壓敏現象對油田開發的不利影響，同時建立有效驅替壓力系統,提高單井產量和最終采收率。

2)通過周期注水模擬研究認為,短注長停不對稱型周期注水方式提升采出程度效果最好,而且從HZ油田實際斷塊的周期注水試驗井組開發效果來看,已經取得一定效果。

3)通過注氣開發方式模擬研究認為,對于注水后難以建立有效驅動壓差的特低滲油藏可以考慮注氣(注CO2)開發,從目前HZ油田實際斷塊試驗井組注氣開發試驗效果來看,注氣開發初見成效。

[1] 孫黎娟,吳 凡,趙衛華,等.油藏啟動壓力的規律研究與應用[J].斷塊油氣田,1998,5(5):30-33.

Sun Lijuan,Wu Fan,Zhao Weihua,et al.The Study and Application of Reservoir Start-Up Pressure[J].Fault-Block Oil & Gas Field,1998,5(5):30-33.

[2] 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.

Xiong Wei,Lei Qun,Liu Xiangui,et al.Pseudo Threshold Pressure Gradient to Flow for Low Permeability Reservoirs[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(2):232-236.

[3] 蘇玉亮,李 濤.特低滲透油藏驅替特征[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版),2009,28(增刊):119-122.

Su Yuliang,Li Tao.Characteristics of Displacement in Extremely Low Permeability Reservoir[J].Journal of Liaoning Technical University(Natural Science),2009,28(Suppl):119-122.

[4] 韓洪寶,程林松,張明祿,等.特低滲油藏考慮啟動壓力梯度的物理模擬及數值模擬方法[J].石油大學學報(自然科學版),2004,28(6):49-53.

Han Hongbao,Cheng Linsong,Zhang Minglu,et al.Physicaland Numerical Simulation of Ultra-low Permeability Reservoir in Consideration of Starting Pressure Gradient[J].Journal of the University of Petroleum,2004,28(6):49-53.

[5] 劉 輝,何順利,李俊鍵,等.特低滲油藏水驅開發效果評價方法研究[J].西南石油大學學報(自然科學版),2009,31(1):58-60.

Liu Hui,He Shunli,Li Junjian,et al.Evaluating Methods of Water-Flooding Development Effectiveness in Ultra-Low Permeability Reservoir[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition),2009,31(1):58-60.

[6] 李志鵬,林承焰,董 波,等.影響低滲透油藏注水開發效果的因素及改善措施[J].地學前緣,2012,19(2):171-175.

Li Zhipeng,Lin Chengyan,Dong Bo,et al.ImprovementMeasures and Influencing Factors of the Water Flood Development of Low Permeability Reservoirs[J].Earth Science Frontiers,2012,19(2):171-175.

[7] 張桂花,李積祥,候洪濤,等.特低滲油藏注水技術探討[J].內蒙古石油化工,2012,(8):90-92.

Zhang Guihua,Li Jixiang,Hou Hongtao,et al.Investigate of Injection Technology of Ultra-Low Permeability Reservoir Water Technology[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry,2012,(8):90-92.

[8] 周思賓,曲建山,張書勤.特低滲油藏注水時機對開發的影響[J].斷塊油氣田,2008,15(1):63-65.

Zhou Sibin,Qu Jianshan,Zhang Shuqin.Influence of Water Injection Timing on Development in Ultra- Low Permeability Reservoirs[J].Fault-Block Oil & Gas Field,2008,15(1):63-65.

[9] 徐春碧,黃小亮,唐 海,等.低滲透油藏注水開發時機研究[J].鉆采工藝,2011,34(2):53-55.

Xu Chunbi,Huang Xiaoliang,Tang Hai,et al.Research on Water Injection Timing in Low Permeability Reservoir[J].Drilling & Production Technology,2011,34(2):53-55.

[10] 劉忠運,陸曉峰,湯 超.低滲透油田超前注水技術研究及應用[J].吐哈油氣,2010,15(1):24-29.

Liu Zhongyun,Lu Xiaofeng,Tang Chao.Study and Application on Advanced Water Injection Technology for Low-Permeability Oilfield[J].Tuha Oil & Gas,2010,15(1):24-29.

[11] 王瑞飛,宋子齊,何 涌,等.利用超前注水技術開發低滲透油田[J].斷塊油氣田,2003,10(3):43-45.

Wang Ruifei,Song Ziqi,He Yong,et al.Utilizing Advanced Water Injection to Develop Low Permeability Oil filed[J].Fault-Block Oil & Gas Field,2003,10(3):43-45.

[12] 張承麗,宋國亮,魏明國,等.低滲透油田超前注水對開發效果的影響[J].大慶石油學院學報,2011,35(3):45-49.

Zhang Chengli,Song Guoliang,Wei Mingguo,et al.The Impact of Advanced Water Injection on the Development Effect in Low Permeability Oil Field[J].Journal of Daqing Petroleum Institute,2011,35(3):45-49.

[13] 胡書勇,雒繼忠,周志平,等.超低滲透油藏超前注水開發效果分析及對策[J].特種油氣藏,2012,19(2):66-68.

Hu Shuyong,Luo Jizhong,Zhou Zhiping,et al.Effect Analysis and Countermeasures of Advanced Water Flooding for Ultra-Low Permeability Reservoirs[J].Special Oil and Gas Reservoirs,2012,19(2):66-68.

[14] 雷登生,杜志敏,付 玉,等.周期注水吸入過程機理研究[J].西南石油大學學報(自然科學版),2010,32(1):102-104.

Lei Dengsheng,Du Zhimin,Fu Yu,et al.The Research of Mechanism of Imbibition Process in Cyclic Water Injection[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition),2010,32(1):102-104.

[15] 王玫珠,于榮澤,崔茂蕾,等.特低滲透縱向非均質油藏周期注水研究新方法[J].科技導報,2012,30(30):34-38.

Wang Meizhu,Yu Rongze,Cui Maolei,et al.A New Method of Cycle Water Injection of Vertical Heterogeneity Ultra-Low Permeability Reservoir[J].Science & Technology Review,2012,30(30):34-38.

[16] 劉慶娟.周期注水滲流理論及方案優化研究[D].大慶:大慶石油學院,2010.

Liu Qingjuan.Research on Percolation Theory of Cyclic Water Injection and Project Optimization[D].Daqing:Daqing Petroleum Institute,2010.

[17] 聞國峰,任寶生,倪天祿,等.應用數值模擬技術研究周期注水[J].石油勘探與開發,2000,27(1):47-49.

Wen Guofeng,Ren Baosheng,Ni Tianlu,et al.Applying the Numerical Reservoir Simulation Technique to Study Cyclic Water Flooding[J].Petroleum Exploration and Development,2000,27(1):47-49.

[18] 姜必武,牛彥良,歐 瑾,等.不穩定注水提高非均質油藏水驅開發效果研究[J].大慶石油地質與開發,2005,24(4):45-46.

Jiang Biwu,Niu Yanliang,Ou Jin,et al.Unstable Water Flood Improves the Development Effect of Heterogeneous Oil Reservoir[J].Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing,2005,24(4):45-46.

[19] 董平志,毛振強,晉戰穩,等.整體不穩定注水技術在大蘆湖油田的應用[J].特種油氣藏,2009,16(3):68-70.

Dong Pingzhi,Mao Zhenqiang,Jin Zhanwen,et al.Application of Unsteady Water Injection Technology in Daluhu Oilfield[J].Special Oil and Gas Reservoirs,2009,16(3):68-70.

[21] 吳春新.特低滲油藏開發方式優化研究[D].東營:中國石油大學(華東),2011.

Wu Chunxin.The Research of Development Methods Optimization for Extra-Low Permeability Reservoir[D].Dongying:China University of Petroleum(EastChina),2011.

[22] 趙俊平,李鳳升,孫曉春,等.低滲透油田不同采油方式的經濟性分析[J].大慶石油學院學報,2004,28(5):25-27.

Zhao Junping,Li Fengsheng,Sun Xiaochun,et al.Economic Analysis on the Different Production Techniques in Lower Permeability Oil Fields[J].Journal of Daqing Petroleum Institute,2004,28(5):25-27.

2016-01-22

王 磊(1985-),男,山東臨沂人，工程師,碩士,主要從事油氣田開發與油藏數值模擬研究工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.04.011