數值試井方法在致密油水平井壓力評價中的應用*

趙興達

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163300)

0 引 言

2013年借鑒國外致密油開發理念大慶油田陸續開辟了垣平1、齊平2、龍26三個致密油開發先導性試驗區，采用體積壓裂[1]及水平井鉆井技術進行開發。致密油儲層具有分布范圍廣，單層厚度薄、縱向不集中、橫向不連續等特點。致密油水平井投產前3個月產量遞減較快、平均月遞減率在20%以上，之后遞減趨勢逐漸變緩。因此，研究致密油水平井地層壓力特征及裂縫變化規律成為當務之急。目前，水平井試井解釋多以解析法為主，然而對于油水分布復雜的老油區及非均質性嚴重的油氣藏，地層滲流方程已經不存在解析解，只能采用存在解析解的簡化模型近似替代，由此得出的試井解釋結果誤差很大，甚至不能正確反應油藏動態信息。解析法只能處理較為簡單的裂縫情況[2]，而大規模壓裂水平井的裂縫分布是極其復雜的，這些復雜裂縫只能采用數值解方法建立的試井模型進行描述。本文采用數值試井方法進行了大慶油田致密油水平井試井解釋。

1 數值試井方法原理

1.1 基本數學模型

UST數值試井軟件采用目前應用最為廣泛的油藏數學模型黑油模型[3]：

油組分滲流方程：

·

(1)

水組分滲流方程：

·

(2)

附加方程：

So+Sw=1

(3)

油產量方程：

(4)

水產量方程：

(5)

在試井中，井的產量是已知的，由此可以得到油水產量約束方程為：

(6)

由式(1)～(6)及邊界條件和初始條件即可模擬水平井地層流動規律。

式中：re為裂縫網格點到相鄰網格的距離，m；rw為主裂縫半長，m；Pwf為水平井流動壓力，MPa；K為滲透率，μm2；Kro為油相相對滲透率，無量綱；Krw為水相相對滲透率，無量綱；h為網格厚度，m；pi為m層編號為i的網格壓力，MPa；μo為油相粘度，Pa·s；μw為水相粘度，Pa·s；Bo為原油體積系數，m3/m3；Bw為地層水體積系數，m3/m3；So為油相飽和度，無量綱；Sw為水相飽和度，無量綱；S為表皮系數，無量綱；C為井筒存儲系數，m3/MPa；Q為產液量，m3/d；l為相，無量綱；n為網格節點數，無量綱。

1.2 數值試井規范解釋流程

數值試井解釋流程包括以下4步[4]：

1)建立地質模型?？紤]儲層非均質性采用相控建模方法建立地質模型如圖1(a)所示。輸入井號、小層數據、相對滲透率、產量史、壓力史及所有的PVT參數等數據，如圖1(b)所示。

2)正確性檢測。使用軟件自動對地質模型進行檢測，合格后進行擬合分析。

3)擬合分析。對測試水平井的原始壓力雙對數曲線(圖1(c))、壓力生產史曲線(圖1(d))、含水率曲線同時進行擬合，如果計算的理論曲線與實際曲線變化趨勢一致表明地質模型正確；否則應調整地質模型，經過正確性檢測后再進行擬合分析，直至擬合分析合格為止。

4)解釋結果輸出?？梢暬瘮祿z查正常后輸出建模區域的井儲、表皮、滲透率等數據；同時輸出模型區域內的地層壓力、滲透率等可視圖。

圖1 數值試井規范解釋流程

2 應用實例

數值試井資料測試方法以常規壓力恢復試井為主，測試儀器為高精度存儲式電子壓力計。

2.1 測試工藝流程

2.1.1 存儲式井下電子壓力計工作原理

存儲式井下電子壓力計原理框圖如圖2所示，電路部分主要由供電電路、A/D轉換、電壓基準源、通訊接口、單片機、存儲器等電路組成。

圖2 常規壓力計原理框圖

通過鋼絲將常規壓力計下到目的層，電池組為儀器提供工作電源，電池為整個電路提供工作電壓，壓力、溫度傳感器將壓力、溫度信號轉換成電信號，A/D轉換電路將采集的模擬信號轉換成數字信號，單片機將得到的數字信號通過插值算法轉化成對應的壓力和溫度值，并發給數據存儲器進行儲存。測量結束后，起出壓力計后，通過USB通訊電纜連接計算機壓力計回放軟件，回放測量數據，形成壓力和溫度曲線。

2.1.2 工藝流程

水平井壓力恢復試井是利用鋼絲將壓力計通過油套環形空間下至預定深度，通過停止抽油機生產，測試油層的壓力、溫度數據的一種測試工藝。該工藝流程可以分為：測試前的準備、現場測試工藝、資料采集與驗收3部分?，F場測試時必須要將儀器下進液面，采用測試的壓力梯度數據折算儀器下入點與水平井油層中部深度間的垂向靜液柱壓力。

2.2 數值試井方法在水平壓裂井的應用

大慶致密油采用大規模體積壓裂及水平井鉆井技術開發，大部分井測試的壓力雙對數曲線末端會出現上翹或下翹現象，表現為邊界、物性變差或鄰井干擾，常規試井不能準確解釋擬合這些特征，本次采用數值試井法解釋。在地質模型的基礎上，根據地質資料、測井資料和生產資料，通過試井分析，建立符合儲層動態表現的“試井模型”，具體模型參數見表1。借助先進的非結構化網格劃分技術實現對壓力傳導方程的數值求解，得到初始化試井分析曲線，通過不斷地對實際測試資料擬合分析，得到了很好的擬合效果，如圖3所示，通過參數的調整，得到了更加符合油藏實際情況的試井動態模型。得到的試井解釋結果見表2。

表1 試井模型參數選擇

圖3 研究區3口水平井壓力和雙對數曲線擬合圖

參數A井B井C井井筒存儲/(m3·MPa-1)0.581.991.96總表皮系數-5.87-4.98-6.65地層系數/(10-3浣m2·m)23.539.611.8滲透率/(10-3浣m2)9.426.45.88末點壓力/MPa10.7812.6414.26流動壓力/MPa4.443.372.52參數A井B井C井裂縫數10-12裂縫半長/m55-122裂縫角度/°80-縱向/徑向滲透率0.40.830.42水平段長度/m105183.12500.3邊界距離/m-399-

2.3 數值試井方法效果評價

2016年A井進行了關井壓力恢復測試1 458 h，采用數值試井方法進行了試井解釋，其結果為：

1)A井具有典型壓裂井滲流特征[5-6]，包括前期續流段到線性流段，擬徑向流顯示段以及邊界反映線性流段；2)關井壓恢測試解釋裂縫有效流動長度158 m，這比壓裂時微地震監測縫長398 m明顯減小，說明部分裂縫可能閉合；3)關井恢復時間較長，壓力恢復速度較慢，說明供液范圍比較小，地層能量不足。查閱生產數據，截止關井壓力恢復測試時A井已經生產3年多，該井日產液從壓裂投產初期38.9 m3/d下降至關井壓力恢復前9.8 m3/d，說明該水平井隨著開采的進行，地層壓力逐漸下降、地層供液能力也逐漸下降，生產現象與試井解釋結果吻合。

國內外研究結果表明， 致密油水平井在不同生產階段具有不同的滲流特征，水平井流動邊界隨生產時間逐步擴大[7]。根據壓力雙對數曲線特征，可劃分為4個階段[8-12]：

1)續流影響段，雙對數曲線重合為一條直線，井筒儲集與表皮效應結束后，壓力導數值向下傾斜；

2)垂向徑向流段，當地層較厚時，水平井穿過其中，會產生垂向徑向流，B井產層厚度為1.5 m，C井產層厚度2 m，所以該段現象不是特別明顯，只出現一小段；

3)水平井線性流段，這是水平井試井曲線的重要特征線段，當具有較長水平段時，這一特征更明顯，導數表現為斜率的上升曲線，從解釋結果看，C井的水平段大于B井，所以該段曲線在C井顯示的更為明顯；

4)擬徑向流段，壓力導數在這一段為水平直線。B井測試出現明顯徑向流特征，并在壓力恢復末期有對數曲線上翹的反應，解釋斷層邊界距離399 m，而C井測試沒有出現徑向流，推測該地層物性較差，試井解釋結果滲透率為5.88 mD，屬低滲儲層，與擬合曲線特征一致。這也進一步可以說明C井雖為壓裂水平井，但物性較差，在生產效果上等同普通水平井。

3 結 論

1)采用數值試井方法解釋出的致密油水平井滲流參數準確度較高，反應出的地層滲流特征與真實情況較為接近。

2)水平井壓裂裂縫監測結果、原始地層壓力，生產歷史數據以及壓力曲線擬合特征等有助于判斷數值試井解釋結果的正確性。