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考虑启动压力的低渗透油藏压裂改造井网优化

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考虑 启动 压力 渗透 油藏 改造 优化
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2009年6月 第28卷第3期 大庆石油地质与开发 009 8 0.3969/J.000—3754.2009.03. 考虑启动压力的低渗透油藏压裂改造井网优化 温庆志 王文军 (1.中国石油大学石油工程学院,山东东营257061;2.大庆油田有限责任公司开发部,黑龙江大庆163700) 摘要:大庆肇源油田属于低渗透油田,渗流规律偏离达西定律,往往表现出启动压力现象,流体渗流阻力大, 油水井之间难于建立有效驱替系统。从人工裂缝走向出发,研究了适合大庆肇源低渗透油藏改造的井网类型 和井排方向,确定了合理的井网密度和井距;考虑油藏各向异性强烈,优化了不同程度的渗透率各向异性所 对应的最优井排距比,并绘制了相应的理论图板,这些研究成果可以为油田现场的井网部署提供参考依据。 关键词:低渗透油藏;启动压力梯度;矩形井网;各向异性;井网优化 中图分类号:献标识码:B 文章编号:1000009)031.57061,.i~ 63700,is a ue to it is to on of to of to of he in 庆肇源油田渗透率低、油气水通道细微、 渗流阻力很大、液固界面及液液界面的相互作用 力显著,导致渗流规律在一定程度上偏离达西定 律,表现出启动压力现象 。在油田生产上表 收稿日期:2008.12.11 作者简介:温庆志,男,1976年生,讲师,博士,现从事低渗透油气藏增产机理教学和科研工作。 E—63.44· 大庆石油地质与开发 2009焦 现为单井日产量小,甚至不压裂就无产能 '” ; 稳产状况差,产量下降快;注水井吸水能力差, 注水压力高,而采油井难见到注水效果,对油田 稳产造成很大困难。由于低渗透油藏的这些特 征,决定了其开发规律不同于中高渗油藏的开 发,在考虑布井方式时,需要结合油藏渗透率各 向异性以及压裂改造后裂缝的方位来优选合适的 井网类型以及井排距等参数,确保压裂改造后注 采井之问形成一个有效的驱替系统_1 啦J。 1井网类型优选 肇源油层厚度薄,储量丰度低,储层物性 差,平均渗透率低,表现出启动压力现象,属边 际性难采区块,井网优化显得尤为重要。该油田 采取矩形井网线状注水方式,由于井排方向与裂 缝方位一致,注水井沿裂缝线状注水,可有效提 高注水波及程度,而且能最大程度实现线状注 水,提高油井产能和注水井注水能力。因此,选 择矩形井网线状注水方式可以减缓或避免低渗、 特低渗透油藏开发存在的问题,是开发好低渗、 特低渗透油藏的有效井网形式。矩形五点井网注 采比大于反九点井网,注水强度大,并且沿裂缝 线状注水,即井排与裂缝走向一致,这样既避免 了油、水井发生水窜,又可扩大压裂规模,提高 油井产能和注水井注水能力,因此有很大优越 性。在井网密度和压裂规模相同的情况下,矩形 五点井网采出程度最高。 通过开展岩心古地磁定向测试、横波各向异 性分析及评价井应力测试等研究工作 ,获知肇 源油田裂缝发育方向以东西向为主,最大水平主 应力方向为5。~110。,平均5。;压裂人 工裂缝方位为7.4。~88.6。,平均为1.1。,肇源油田试验区块采用矩形五点法布井, 设计井排方向为 由于矩形井网注水井可以实施大规模压裂或 超破裂压力注水,而且注水井注水压力高,裂缝 难于闭合,因此注水井注水能力将会高于油井排 液能力,这样就可以抽稀注水井排注水井,由图 1变为图2,这样注采井数比由1:1减小到1: 2,相应的井网密度降低了。 2井网密度和井距的确定 低渗透油藏开发井网密度受两个因素的控 ▲注水井 ●采油井——人工裂缝 图 2抽稀后的矩形五点井网 ,一是经济井距,二是技术井距。经济井距是 油田开发的最小井距,技术井距则是构建有效驱 动的最大井距。在开发部署设计中首先要确定能 够建立有效驱动体系的技术井距,然后再优化经 济井距,最终确定合理的技术经济井距,从而确 定合理的井网密度。 2.1受启动压力梯度影响的技术井距 技术井距是指在油层连通的条件下,在一定 的驱动力下能驱动到的距离。储层渗流阻力与渗 透率成反比,低渗透储层由于存在启动压力梯 度,属于非达西渗流,渗流阻力随启动压力梯度 的增大而增大。根据实验研究的结果_2 ,启动压 力梯度与渗透率的关系为 G:0.031 1×K (i) 式中 G——启动压力梯度,m; 层 渗透率,10~ m 。 取一注一采为研究对象,油水井井距为 。 等产量一源一汇稳定径向流的水动力场中,所有 各流线中主流线上的渗流速度最大,而在同一流 线上,与源汇等距离处的渗流速度最小,实际油 藏的注采井连线为其主流线,在主流线中点处渗 流速度最小,压力梯度也应最小 。由平面径向 流压力分布 P ) — — ‘/ 第28卷第3期 温庆志等:考虑启动压力的低渗透油藏压裂改造井网优化 。45· 得 业一 !二 ! d 流线中点压力梯度 生一 莲二 墨 n旦 63~202 ( 3各向异性矩形井网井排距比优化 式中 ——注采井距,m;井筒半径,注水井井底流压,采油井井 底流压,该压力必须大于启动压力梯度,该处才能流 动。于是有 G< = · 2 (5) · G (6) 此,最大注采井距可由式(6)求得。 2.2经济极限井距 参考文献[23],经济极限井网密度的计算 公式 i = d。(P。一0),D+,B)(1+R) A。 (7) 由此可求井距的经济极限,计算公式如下 L= (8) 2.3肇源油田井网密度和井距的确定 结合肇源油田油藏参数,根据式(6),计算 了不同启动压力梯度下的技术井距。当储层的渗 透率为1.2×10一 m ,启动压力梯度为0.025 5 采压差取20 算可得技术 井网密度为24.51 H/技术井距为202 合理的井网密度要满足经济要求,按照目前 技术经济条件下,油价取40$/作费400 元/t、钻井成本80×10 元、地面建设费用20× 10 元,开采成本600元/t,未动用扶杨油层开发 井经济界限可采储量在4 630~5 000 t/口之间, 取5 000 t/口,按照采收率20%计算,求得经济极 限井网密度为37.80口/经济极限井距在. 163 综合考虑技术因素和经济因素,可得合理的 井网密度在24.51—37.80 H/间,井距在 多数低渗透油藏具有储集层物性差,基质渗 透率低,渗透率各向异性明显,不进行人工压裂 就没有产能,注水开发所需要驱动压力梯度大等 特点,因此多采用面积注水方式进行开发。在井 网密度确定后,如何确定井网的井距和排距以及 它们之间的关系在低渗透油田井网部署时起着非 常重要的作用。如果井排距设计不合理,可能导 致采油井暴性水淹,或者致使采油井注水见效困 难。因此,合理井排距比的确定是开发好低渗透 油田的重要因素之一。 3.1方案设计 3.1.1各向异性渗透率 为了研究地层各向异性对井排距的影响,假 设 /,2,3,5,7,10,15。地层平均渗 透率为1.2×10~ m ,平均渗透率取 、 的 平均值,如下式 K=~/ ·K (9) 通过上式可计算出 、果如表1所示。 表1各向异性渗透率数据 of .I.2井排距 以29 井网密度设计井排距,通过 计算,得到如表2的结果。 3.1.3考虑启动压力梯度的优化方案 为了考察启动压力梯度对最优井排距比的影 响,计算了油相启动压力梯度为0.025 5 m 的情况,对应的水相启动压力梯度取油相的十分 之一。需要建立的地质模型数量:6×1 1=66 (个),方案如表3所示。 3.2各向异性合理井排距比优化设计 通过对表3中的方案进行模拟计算,分别以 采收率和采油速度为目标进行优化。采收率又按 ·46· 大庆石油地质与开发 2009焦 表2井排距数据 of 3不同启动压力梯度下的井排距比优化方案 of .25:1方案1 0.5:1 方案2 0.8:1 方案3 1:1 方案4 1.25:1方案5 1.5:1 方案6 1.75:1方案7 2:1 方案8 5:1 方案9 7:1 方案1O 10:1 方案11 方案案案14方案25方案36方案47方案58 方案15方案26方案37方案48方案59 方案案案案19方案30方案4案2案2案22方案33方案44方案55方案66 照前期采出程度和最终采收率进行优化。同样,采 油速度也分别按照前期平均采油速度和平均采油速 度进行优化,这样可以得到4种不同的优化结果。 3.2.1不同井排距比对生产指标的影响 对于矩形井网,不同的井排距比极大地影响着 各项生产指标。以油相启动压力梯度G:0.025 5 m, =5 为例,模拟计算了不同井排距比 的影响。油水井均压裂,采油井缝长比为0.3,注 水井缝长比为0.8。 从图3可以看出,随着井排距比的增大,采油 井日产量逐渐增大,这是由于井排距比增大,其实 就是减小了注水井和采油井之间的驱替距离,建立 了有效的油水驱替系统,从而提高了原油日产量。 井排距比越大,虽然初期产量高,但下降也快,这 是由于井排距比增大,油水井驱替距离减小,采油 井见水时间短的缘故造成的,采油井一旦见水,日 产量迅速下降,最终进入低产稳定期。无论井排距 比是大还是小,生产一段时间进入低产稳定期后, 产量都将趋于一致。 —一y=0.25 ——7=0.5 r=0.8 ——7=1 7=1.25 一…7=I.5 ——r=1.75 ’。——7=2 ‘——7=3 一r=5 0 2000 4000 ~~,:7 生产时间/d —,:10 图3井排距比对日产量的影响 of on 图4可以看出,累计产油量随着井排距比的 增大而增大,当D /D =3时,累计产油量达到最 大值,继续增大井排距比,累计产油量反而减小。 这说明,在一定的启动压力梯度和各向异性的情况 下,存在一个最佳的井排距比。 目120()0 \ ■ 茬8000 400O O 7=5 0 2000 6000 生产时间/d ——r=0.25 ——r=0.5 7=0.8 ——7=1 一7=1.25 ~一r=1.5 一7=1,75 一y=2 ~7=3 一7=5 一一r=7 一7=10 图4井排距比对累计产油量的影响 of on 图5以看出,同一个采出程度值,随着井排 距比的增大,含水率逐渐减小,减小到最小值后, 又开始增大。表明含水率受井排距比的影响很大。 采出程度/% 图5井排距比对采出程度与含水率关系曲线的影响 of on of 2 0 8 6 4 2 O 日\蚺魍 皿 第28卷第3期 温庆志等:考虑启动压力的低渗透油藏压裂改造井网优化 。47· 3.2.2以采出程度为优化目标 绘制了720、2 000 d、无水采出程度、含水 90%时采出程度、含水98%时采出程度与井排距 比的关系曲线,如图6示。 井排距比 ◆720d 含水90*/, ×最终 蒜无水 图6各向异性地层阶段采出程度与井排距比关系 of 6表示油相启动压力梯度G=0.025 5 m, =5 时的采出程度与井排距比的关系曲线, 可以看出,在一定启动压力梯度下,当 : 比 值确定后,随着井排距比的增大,无论是前期采出 程度还是最终采收率,基本上都是先增大,然后变 小,曲线符合二次抛物线规律,开口朝下呈凸形, 说明在 : 值下存在一个最优的井排距比。 如果以前期采出程度为目标,则需要重点考察 720、2 000 d、无水采出程度三个指标,分别优化 出与这三个指标对应的井排距比,然后取三个值的 平均值,该值便是以前期采出程度为目标的最优井 排距比。类似的,取含水90%时采出程度、含水 98%时采出程度(最终采收率)为目标进行考察, 分别优化出两者的井排距比,取平均值,便得到以 最终采收率为优化目标的最优井排距比,结果如图 7所示。 , 图7 G=0.025 51m,各向异性最优井排距比 =0.025 5 m 通过比较可以看出,虽然都以采出程度为目 标,但优化出来的结果却不一样。以前期采出程度 为目标优化出的井排距比和以最终采收率为目标优 化出来的井排距比有很大差别。因此,在选择合理 井排距比时,如果需要在短时间内提高采出程度, 则按照以前期采出程度为目标择井排距比,如果只 考虑最终采收率,而不需要考虑短时间的采出程 度,那么按照以最终采收率为目标择最优井排距 比。 3.2.3以采油速度为优化目标 图8油相启动压力梯度G=0.025 5 m, =5 水98%表示整个采油过程中的平均采油速度, 2 000 以看出, 在一定启动压力梯度下,当 : 比值确定后, 随着井排距比的增大,无论是前期平均采油速度还 是最终平均采油速度,基本上都是先增大,然后变 小,曲线符合二次抛物线规律,开口朝下呈凸形, 说明在 : 值下存在一个最优的井排距比。 井排距比 图8各向异性地层平均采油速度与井排距比关系 of 似的,考察平均采油速度也分为前期平均 采油速度和平均采油速度。分别以这两个指标为优 化目标,前者追求前期较快的采油速度,而后者主 要关心整个采油过程中的采油速度。图9是优化出 来的井排距比,并回归出了相应的关系式。 通过图9可以看出,虽然都以采油速度为目 标,但优化出来的结果却不一样。以前期采油速度 为目标优化出的井排距比和以平均采油速度为目标 优化出来的井排距比有很大差别。因此,在选择合 理井排距比时,如果需要在短时间内提高采油速 度,则按照以前期平均采油速度为目标选择井排距 比,如果只考虑平均采油速度,那么按照以平均采 油速度为目标选择最优井排距比。 8 7 6 5 4 3 2 1 O 越 姑软 噼 ·48· 大庆石油地质与开发 2009短 K /9 G=0.025 5m,各向异性最优井排距比 =0.025 5 m 4结论和认识 (1)通过分析肇源油田低渗透油藏渗透率低、 渗流阻力大、表现出非达西渗流的油藏特点,结合 压裂改造后人工裂缝的走向,确定了矩形井网线状 注水的布井方式和井排的方向。 (2)结合启动压力梯度实验结果以及当前的经 济技术参数,确定了肇源油田的技术井距和经济井 距,从而确定了合理的井网密度在24.51—37.80 H/间,井距在163~202 (3)分别以采收率和采油速度为目标,考虑启 动压力影响情况下,研究了不同程度的渗透率各向 异性所对应的最佳井排距比。结果表明,优化目标 不同,得到的最佳井排距比也不同,因此,应根据 追求的目标来确定最佳的井排距比。 (4)绘制了最佳井排距比的理论图板,并回归 了相应的计算公式,这些理论图板和公式可以为该 油田的井网部署提供参考依据。 参考文献: [1]刘高波,刘荣和,冯文光,等.低渗透气藏非达西渗流研究 [J].大庆石油地质与开发,2007,26(1):65[2]曹维政,肖鲁川,曹维福,等.特低渗透储层油水两相非达西 渗流特征[J].大庆石油地质与开发,2007,26(5):61[3]王道成,李闽,谭建为,等.气体非线性渗流研究[J].大庆 石油地质与开发,2007,26(6):74[4]肖鲁川,郑岩,甄力,等.特低渗透储层非达西渗流特征研究 [J].大庆石油地质与开发,2000,19(5):27[5]林玉保,刘春林,卫秀芬,等.特低渗透储层油水渗流特征研 究[J].大庆石油地质与开发,2005,24(6):42 . 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