裂縫性低滲透油藏注水吞吐開(kāi)發(fā)影響因素分析

楊 凱

(1.西南石油大學(xué),四川 成都 610500,2.中油西南油氣田分公司,重慶 405400)

裂縫性低滲透油藏注水吞吐開(kāi)發(fā)影響因素分析

楊 凱1,2

(1.西南石油大學(xué),四川 成都 610500,2.中油西南油氣田分公司,重慶 405400)

大量實(shí)驗(yàn)證明,裂縫具有較強(qiáng)的壓敏效應(yīng)。低滲基質(zhì)中存在啟動(dòng)壓力梯度,使得裂縫性低滲透油藏的開(kāi)發(fā)非常困難,而注水吞吐對(duì)保持油層壓力以及實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)具有明顯優(yōu)勢(shì)。建立一個(gè)比較完整的裂縫性低滲油藏滲流模型,運(yùn)用數(shù)值模擬方法,利用所編制的數(shù)值模擬程序,分析計(jì)算了啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感對(duì)該類(lèi)油藏注水吞吐開(kāi)發(fā)的影響。研究結(jié)果表明:啟動(dòng)壓力梯度對(duì)產(chǎn)量的影響在生產(chǎn)后期,啟動(dòng)壓力梯度越大,對(duì)油井產(chǎn)量的影響也越大;應(yīng)力敏感在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中均影響產(chǎn)量,隨著其值的增加,油井產(chǎn)量降低,當(dāng)應(yīng)力敏感系數(shù)增大到一定值后,產(chǎn)量的降低幅度幾乎不會(huì)發(fā)生變化。

裂縫性低滲透油藏;注水吞吐;啟動(dòng)壓力梯度;應(yīng)力敏感;數(shù)值模擬

引 言

對(duì)于裂縫性低滲透油藏,傳統(tǒng)的衰竭式開(kāi)采過(guò)后,基巖中將殘余大量的原油,常規(guī)注水開(kāi)發(fā)可以降低部分殘余油量,但油井見(jiàn)水快,含水率上升快,易發(fā)生水竄或暴性水淹現(xiàn)象。針對(duì)這些問(wèn)題,國(guó)內(nèi)一些油田提出采用原井注水適當(dāng)補(bǔ)充油層能量后反吐采油的方式,在保持油層壓力的前提下,實(shí)現(xiàn)油田的相對(duì)穩(wěn)產(chǎn)。其中,頭臺(tái)油田、安樂(lè)油田、江漢王廠油田、中原馬廠油田、中原 A463油藏進(jìn)行注水吞吐后取得了比較明顯的效果[1-2]。

石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用雙重孔隙來(lái)描述裂縫性油藏,Kazemi和 Rossen等人最先開(kāi)始裂縫性油氣藏?cái)?shù)值模擬研究[3-4],隨后 Thomas、J.R.Gilman等人分別提出各自的雙孔隙度模型。華北油田的王瑞河發(fā)表了雙重介質(zhì)擬四組分模型[5];尹定公布了自己研制的全隱式裂縫性三維三相裂縫模型;中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院袁士義、冉啟全等人建立將裂縫變形與基質(zhì)滲吸作用集為一體的變形雙重介質(zhì)油藏?cái)?shù)值模擬模型[6]。從以上調(diào)研可以看出:國(guó)內(nèi)外針對(duì)裂縫性油藏的常規(guī)雙重介質(zhì)油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)已得到一定規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用,但是由于裂縫性低滲透油藏致密基質(zhì)中存在啟動(dòng)壓力梯度,裂縫具有應(yīng)力敏感特征,采用常規(guī)雙重介質(zhì)油藏?cái)?shù)值模擬計(jì)算裂縫性低滲透油藏的開(kāi)發(fā)效果,其結(jié)果常常與生產(chǎn)實(shí)際存在較大的誤差。因此首次提出考慮油藏裂縫應(yīng)力敏感及低滲透基質(zhì)啟動(dòng)壓力梯度的裂縫性低滲透油藏?cái)?shù)值模擬研究。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

1.1 考慮啟動(dòng)壓力梯度的基質(zhì)系統(tǒng)流體運(yùn)動(dòng)方程

裂縫性低滲透油藏注水開(kāi)發(fā)的過(guò)程中,流體必須經(jīng)歷從裂縫向基質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程,需要克服一個(gè)啟動(dòng)壓力,即流體在基質(zhì)中的流動(dòng)不再服從達(dá)西定律。根據(jù)油氣滲流的非達(dá)西定律,考慮啟動(dòng)壓力梯度的流體運(yùn)動(dòng)方程為:

式中:vl為 l相的滲流速度,m/h;pm為基質(zhì)系統(tǒng)中的壓力,MPa;Krl為基質(zhì)系統(tǒng)中 l相的相對(duì)滲透率;Km為裂縫系統(tǒng)的滲透率,μm2;μl為 l相的粘度,mPa·s;Gl為 l相的啟動(dòng)壓力梯度,MPa/m。γl為流體的重率,MPa;D為深度,m;下標(biāo) l代表 o、g、w。

1.2 考慮應(yīng)力敏感的裂縫系統(tǒng)流體運(yùn)動(dòng)方程

作為裂縫性低滲透油藏儲(chǔ)滲空間的裂縫具有較大的變形空間,且容易發(fā)生形變,裂縫的寬度受上覆巖層所產(chǎn)生的凈壓力控制,即裂縫對(duì)應(yīng)力敏感。當(dāng)凈壓力增大時(shí),裂縫趨向閉合;當(dāng)凈壓力減小時(shí),裂縫趨向張開(kāi),導(dǎo)致裂縫的滲透率隨凈壓力變化而改變。建立裂縫性低滲透油藏的數(shù)學(xué)模型時(shí),應(yīng)該考慮裂縫應(yīng)力敏感效應(yīng)的影響。許多學(xué)者對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸后發(fā)現(xiàn),裂縫滲透率與有效應(yīng)力的關(guān)系滿足關(guān)系式[7]:

將式 (2)代入流體運(yùn)動(dòng)的達(dá)西定律,便得到裂縫中考慮應(yīng)力敏感的流體運(yùn)動(dòng)方程:

式中:pf為裂縫系統(tǒng)中的壓力,MPa;Krlf為裂縫系統(tǒng)中 l相的相對(duì)滲透率;Kfi為裂縫系統(tǒng)的初始滲透率,μm2;Kf為裂縫系統(tǒng)的滲透率,μm2;β為應(yīng)力敏感系數(shù),MPa-1;σt為上覆巖石壓力,MPa。

1.3 考慮滲吸的裂縫性低滲透油藏基質(zhì)裂縫交換方程

對(duì)于大多數(shù)裂縫性低滲透油藏來(lái)說(shuō),最主要的驅(qū)動(dòng)力是流體膨脹和滲吸。因此,如果基質(zhì)裂縫交換方程有效地考慮了流體膨脹和滲吸,就能夠準(zhǔn)確地模擬裂縫性油藏開(kāi)采動(dòng)態(tài)?；|(zhì)裂縫交換方程為:

式中:Γwmf為基質(zhì)與裂縫間流體交換量,kg/s;V為基質(zhì)塊體積,m3;ρ為密度,kg/m3;λ為流度,μm2/mPa·s;σp為壓力擴(kuò)散形狀因子;σs為飽和度擴(kuò)散形狀因子;L為裂縫的長(zhǎng)度,m;D(t)為擴(kuò)散系數(shù);Sw為含水飽和度;Swi為束縛水飽和度;b為常數(shù)。

1.4 數(shù)學(xué)模型

按組分考慮物質(zhì)守恒關(guān)系,可以得裂縫和孔隙內(nèi)油、氣、水相組分物質(zhì)守恒方程,進(jìn)一步可以得到裂縫性低滲透油藏的三維三相滲流微分方程組。該方程組由裂縫系統(tǒng)的 3個(gè)方程和基巖系統(tǒng)的 3個(gè)方程組成,其形式如式 (5)所示:

其中 :τw=Γwmf/ρw。

式中:Φ為勢(shì),MPa;qw、qg、qo為源匯項(xiàng)產(chǎn)量,m3/s;τw、τw、τw為基質(zhì)與裂縫間流體單位體積交換量,m3/s;Rso為氣油比;Rsw為氣水比;B為體積系數(shù);下角標(biāo) f代表裂縫,不使用 f的參數(shù)為基質(zhì)系統(tǒng)的參數(shù),第 1個(gè)注釋表示流體的相。

以上建立的數(shù)學(xué)模型通過(guò)線性化處理后,可以分別得到計(jì)算基質(zhì)壓力和裂縫壓力的線性方程,對(duì)2個(gè)壓力方程進(jìn)行求解后,就可以解決裂縫性低滲透油藏?cái)?shù)值模擬的問(wèn)題。

2 實(shí)例計(jì)算

結(jié)合考慮啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感的裂縫性低滲透油藏?cái)?shù)學(xué)模型和數(shù)值模型,對(duì)已有的 Boast-NFR模擬器進(jìn)行修改,形成考慮滲吸的裂縫性油藏注水開(kāi)發(fā)數(shù)值模擬器。對(duì)該模擬器進(jìn)行零流量監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:從模擬開(kāi)始到結(jié)束,油藏各節(jié)點(diǎn)壓力與飽和度值均保持不變,說(shuō)明該模型的零平衡檢驗(yàn)符合要求。

選取基質(zhì)系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)孔隙度分別為 0.29、0.01,滲透率分別為 0.1 ×10-3、90 ×10-3μm2,原始油藏壓力為 34.5MPa,PVT參數(shù)見(jiàn)表 1、2。應(yīng)用以上數(shù)據(jù)分析啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感對(duì)注水吞吐開(kāi)發(fā)裂縫性低滲透油藏的效果進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

表 1 油 PVT參數(shù)_

表 2 氣 PVT參數(shù)

2.1 啟動(dòng)壓力梯度對(duì)注水吞吐開(kāi)發(fā)效果的影響

保持基本參數(shù)不變,模擬計(jì)算油相啟動(dòng)壓力梯度為 1.5×10-4MPa/m時(shí)的情況,計(jì)算結(jié)果與不考慮啟動(dòng)壓力梯度時(shí)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比 (圖 1、2)。

由圖 1、2可以看出,啟動(dòng)壓力梯度的存在使注水吞吐效果變差,主要表現(xiàn)在單井日產(chǎn)油量的降低。觀察日產(chǎn)油量曲線可以發(fā)現(xiàn),在油井衰竭開(kāi)采期間,啟動(dòng)壓力梯度的影響很小,至注水后開(kāi)井吐油階段,油井產(chǎn)量明顯下降。主要原因是:吐油階段,基質(zhì)中的油流至井底需要克服啟動(dòng)壓力梯度,同時(shí)基質(zhì)中的油在滲吸到裂縫中的過(guò)程中也需要克服啟動(dòng)壓力梯度。這樣,在同樣壓差下考慮啟動(dòng)梯度時(shí)的產(chǎn)量就要小于不考慮啟動(dòng)壓力梯度的情況,并且啟動(dòng)壓力梯度的作用在油井開(kāi)發(fā)后期表現(xiàn)更為明顯,主要是在后期啟動(dòng)壓力梯度不僅使基質(zhì)流到井筒的阻力變大,同時(shí)還使基質(zhì)到裂縫的滲吸量減小,在雙重作用的影響下油井的產(chǎn)量下降,采收率降低。

圖 1 啟動(dòng)壓力梯度對(duì)注水吞吐日產(chǎn)油量的影響

圖 2 啟動(dòng)壓力梯度對(duì)注水吞吐采收率的影響

2.2 應(yīng)力敏感對(duì)注水吞吐開(kāi)發(fā)效果的影響

保持基本參數(shù)不變,模擬計(jì)算裂縫應(yīng)力敏感系數(shù)為 0.02 MPa-1時(shí)的結(jié)果,并與不考慮裂縫應(yīng)力敏感時(shí)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比 (圖 3、4)。

圖 3 應(yīng)力敏感對(duì)注水吞吐日產(chǎn)油量的影響

圖 4 應(yīng)力敏感對(duì)注水吞吐日產(chǎn)油量的影響

由圖 3、4可以看出,裂縫的應(yīng)力敏感使注水吞吐效果變差,并且效果明顯。從日產(chǎn)油量曲線可以看到,油井一開(kāi)始生產(chǎn)便受到應(yīng)力敏感作用的影響,日產(chǎn)油低于不考慮應(yīng)力敏感的情況。主要原因是:由于流體的開(kāi)采使得裂縫受到 的凈圍壓增大,隨著生產(chǎn)的進(jìn)行裂縫寬度減小,裂縫的滲透率降低,流體流動(dòng)不會(huì)像原來(lái)一樣流暢。在注水以后,地層的壓力得到恢復(fù),但是裂縫的變形很多是塑性變形,裂縫滲透率隨注入水量的增加并未得到明顯的改善,表現(xiàn)在吐油期間油井的日產(chǎn)油量還是低于沒(méi)有應(yīng)力敏感的情況。

3 結(jié) 論

(1)建立裂縫性低滲透油藏滲流數(shù)學(xué)模型,考慮了低滲透基質(zhì)的啟動(dòng)壓力梯度和裂縫的應(yīng)力敏感問(wèn)題,對(duì)裂縫性低滲透油藏的模擬有較好的針對(duì)性和適應(yīng)性。

(2)應(yīng)用編制的裂縫性低滲透油藏?cái)?shù)值模擬程序,分析了啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感對(duì)裂縫性低滲透油藏開(kāi)發(fā)影響的結(jié)果。

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Influenc ing factors of water flooding development for fractured low-permeability reservoir

YANG Kai1,2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan610500,China;
2.Southwest O il&Gas Field Company,PetroChina,Chongqing405400,China)

A multitude of experiments has verified that fractures are highly pressure-sensitive.There is a threshold pressure gradient in low per meabilitymatrices,which brings great difficulty to developing fractured low-permeability reservoirs.However,water flooding has shown evident advantages in terms of reservoir pressure maintenance and achieving stable yields.A holistic percolation model has been established for fractured low permeability reservoir to calculate the influences of threshold pressure gradient and stress sensitivity on water flooding by using numerical simulation program.Research result indicates that threshold pressure gradient affects production in production tail period,the higher the threshold pressure gradient is,the greater the influence on oilwell production is;stress sensitivity affects production in the entire production process,oilwell production decreaseswith the increasing of stress sensitivity,when stress sensitivity coefficient increases to a certain value,the degree of production decline would have little change.

fractured low per meability reservoir;water flooding;threshold pressure gradient;stress sensitivity;numerical simulation

TE344

A

1006-6535(2010)02-0082-03

20090423;改回日期20090509

楊凱 (1984-),男,助理工程師,碩士,2006年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專(zhuān)業(yè),現(xiàn)從事氣田開(kāi)發(fā)工作。

審稿專(zhuān)家 尹洪軍

編輯 姜 嶺