一種確定致密油藏超前注水合理注入量的新方法

邸 飛,李小嬋,蔣嘉敏 (中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249)

一種確定致密油藏超前注水合理注入量的新方法

邸 飛,李小嬋,蔣嘉敏 (中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249)

提出了一種確定超前注水地層壓力升高與確定合理注入量的新方法。超前注水輸入地層的能量只與累計(jì)注入量有關(guān)而與時(shí)間無關(guān)，故從無限長時(shí)間的角度建立物質(zhì)平衡方程，推導(dǎo)出平均地層壓力升高幅度和累計(jì)注入量的關(guān)系，并將其斜率定義為超前注水系數(shù)。超前注水系數(shù)僅與油藏地質(zhì)條件有關(guān)，為評價(jià)不同地質(zhì)條件下超前注水的效果、確定超前注水地層壓力升高和合理注入量提供了更快速的方法。

超前注水；超前注水系數(shù)；平均地層壓力；累計(jì)注入量

我國石油行業(yè)一般將滲透率小于50×10-3μm2的油藏定義為低滲透油藏[1];但也有學(xué)者指出這一概念應(yīng)重新定義,即據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),將滲透率小于10×10-3μm2的油藏定義為低滲透油藏[2]。低滲透油藏具有應(yīng)力敏感性,介質(zhì)變形滲透率下降造成遞減快、產(chǎn)能更低[3]。所以，超前注水技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,將注水井在采油井投產(chǎn)前3～6個月投注，高效保持地層壓力來避免應(yīng)力敏感效應(yīng)及一系列矛盾。目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于鄂爾多斯盆地低滲、特低滲油藏的開發(fā)[4]。

現(xiàn)有文獻(xiàn)提出2種控制超前注水壓力的方法：一種是基于“啟動壓力梯度”的存在,控制生產(chǎn)壓力梯度大于啟動壓力梯度,從而建立有效的驅(qū)替系統(tǒng)[5]；另一種是據(jù)低滲透油藏地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)條件和開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的共性,廣泛地認(rèn)為超前注入后平均地層壓力為原始壓力的1.1倍[6]。為了更快速地計(jì)算超前注水量,筆者選擇第2種壓力控制方法,從物質(zhì)平衡方程出發(fā),討論了不同情況下的合理注入量。

1 模型的建立

超前注水技術(shù)是將注水井在采油井投產(chǎn)前3～6個月投注。從地面注入的水流入地層，壓縮了地層的水、油、氣和巖石，其本身也被壓縮，最終使平均地層壓力提高。故超前注水的過程即是在開發(fā)前往地層中輸入能量，注水量越多，地層中輸入的能量就越大，平均地層壓力升高的就越多。因此，平均地層壓力的升高幅度只與累計(jì)注入量有關(guān)，與時(shí)間無關(guān)。

假設(shè)超前注入一定體積水后，經(jīng)過無限長時(shí)間待地層各處壓力相等，達(dá)到平衡態(tài)，建立模型。巖石、地層水、原油和氣的壓縮系數(shù)表達(dá)式分別為：

式中，dp為壓力微分；Ci為第i相的壓縮系數(shù)；dVi為第i相體積微分；Vi為第i相初始體積；i分別為巖石、地層水、原油、氣相。

將地面上體積為dVwi的水注入總體積為V的地層(V包括巖石的體積)，將地層看做封閉容器，即物質(zhì)平衡原理可得：

Bw·dVwi+(dVr+dVw+dVo+dVg)=0

(1)

化簡得：

2 模型的簡化

為了進(jìn)一步簡化式(2),作者定義超前注水系數(shù)M為：

(3)

從式(3)可知，超前注水系數(shù)M為常數(shù)，僅與油藏的地質(zhì)條件有關(guān)，如埋藏深度、油藏體積、巖石與流體性質(zhì)等。于是，將式(3)代入式(2)得：

Δp=M·ΔVwi

(4)

由式(4)可見，平均地層壓力的升高與累計(jì)注水量成線性關(guān)系，其斜率超前注水系數(shù)M物理意義為注入單位體積水后平均地層壓力升高的能力。第一，M可以用來評價(jià)不同地質(zhì)條件下超前注水的效果。M越大，超前注水效果越好。因?yàn)槌白⑺禂?shù)M越大，注入相同體積水后地層壓力升高幅度越大。第二，式(4)可用來計(jì)算合理累計(jì)注入量。據(jù)礦場經(jīng)驗(yàn)知[5-6]，超前注水一般將地層壓力提升到原始地層壓力的110%左右。所以首先計(jì)算出需要提升的壓力值，然后根據(jù)式(4)即可反推出合理的超前注水量。第三，式(4)可用來估計(jì)平均地層壓力的變化，即根據(jù)已注水量計(jì)算壓力升高值。

顯然，式(4)為評價(jià)不同地質(zhì)條件下超前注水的效果、確定超前注水合理注入量和地層壓力升高值提供了更快速的方法。

3 數(shù)值模擬

建立菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)(見圖1)，數(shù)值計(jì)算后可得到累計(jì)注水量與地層壓力的關(guān)系圖，如圖2所示。數(shù)值模擬的結(jié)果表明，油井處壓力緩慢升高,并有一定滯后性;但平均地層壓力與累計(jì)注水量為線性關(guān)系。

圖1 菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)示意圖 圖2 累計(jì)注水量與地層壓力關(guān)系圖

4 現(xiàn)場應(yīng)用

對西峰油田某井區(qū)進(jìn)行了超前注水應(yīng)用。該井區(qū)地層水體積系數(shù)1.05，孔隙度0.15，油藏綜合壓縮系數(shù)14.2×10-4MPa(根據(jù)原油的壓縮系數(shù)13.1×10-4MPa，地層水的壓縮系數(shù)4.2×10-4MPa，巖石壓縮系數(shù)12.7×10-4MPa，含油飽和度62%計(jì)算)，區(qū)塊控制面積約4.3km2，油層平均厚度15.3m，原始地層壓力18.1MPa。可根據(jù)式(2)計(jì)算得超前注水系數(shù)M=1.3×10-5MPa/m3。

經(jīng)3個月，各注水井累計(jì)注入11.5×104m3水，實(shí)際平均地層壓力升高了1.42MPa，提高7.8%。而由式(3)計(jì)算出理論平均壓力升高值為1.50MPa，與實(shí)際值相差僅5%。

若將原始地層壓力的110%作為超前注水的合理壓力，則由式(4)反推出合理注入量約為14.0×104m3，因此需要進(jìn)一步注水2.5×104m3。

然而,很多時(shí)候油藏并不封閉。這時(shí)需要對M值進(jìn)行測試，根據(jù)區(qū)塊注入量和壓力升高的關(guān)系，反推當(dāng)量超前注水系數(shù)M′。即實(shí)際平均地層壓力的升高值除以注水體積等于當(dāng)量超前注水系數(shù)M′。最后，再由當(dāng)量超前注水系數(shù)指導(dǎo)式(4)的應(yīng)用。

5 結(jié) 論

1)提出了一種確定超前注水合理注入量和壓力升高的新方法。平均地層壓力的升高等于累計(jì)注水量乘以超前注水系數(shù)。

2)超前注水系數(shù)僅與油藏地質(zhì)條件有關(guān)，為評價(jià)不同地質(zhì)條件下超前注水的效果、確定超前注水量和地層壓力升高提供了更快速的方法。

[1]李道品.低滲透油田開發(fā)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1999.

[2]胡文瑞.中國低滲油氣的現(xiàn)狀和未來[J].中國工程科學(xué),2009,11(8):29-36.

[3]劉仁靜,劉慧卿,張紅玲,等.低滲透儲層應(yīng)力敏感性及其對石油開發(fā)的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2011,30(S1):2697-2702.

[4]冉新權(quán).超前注水理論與實(shí)踐[M].北京:石油工業(yè)出版,2011.

[5]王瑞飛,宋子齊,何涌,等.利用超前注水技術(shù)開發(fā)低滲透油田[J].斷塊油氣田,2003,10(3):43-45.

[6]王建華.低滲透油田超前注水研究[J].斷塊油氣田,2005,12(3):53-54,65.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.027

TE357.6

A

1673-1409(2012)08-N083-03

2012-05-24

邸飛(1988-)，男，2010年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事石油工程方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛