低滲透油藏壓裂井網(wǎng)水電模擬

蘇玉亮，曹國(guó)梁，袁 彬，呂廣忠，王文東，魯明晶

1)中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東 青島266580;2)中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田現(xiàn)河采油廠，山東東營(yíng)257061;3)中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257061

低滲油藏壓裂井網(wǎng)改變油藏固有滲流模式，其滲流機(jī)理復(fù)雜［1-2］，僅依靠解析法或數(shù)學(xué)模擬法難以準(zhǔn)確描述流體的滲流規(guī)律，需借助物理模擬方法. 水電模擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)水電相似原理設(shè)計(jì)的一種物理模擬實(shí)驗(yàn)，它可直觀反映流體的滲流規(guī)律，還能檢驗(yàn)解析法和數(shù)模法的準(zhǔn)確性. 國(guó)內(nèi)外雖有依靠水電模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)展單井(復(fù)雜結(jié)構(gòu)井和分段壓裂水平井等)滲流機(jī)理研究，但對(duì)不同井網(wǎng)形式的壓裂井網(wǎng)水電模擬的報(bào)道較少. 本文通過(guò)水電模擬實(shí)驗(yàn)研究正對(duì)排狀壓裂井網(wǎng)和交錯(cuò)排狀井網(wǎng)，研究不同裂縫方位、裂縫穿透比及排距下的滲流場(chǎng)分布規(guī)律，探討低滲油藏壓裂井網(wǎng)的滲流機(jī)理.

1 實(shí)驗(yàn)原理及裝置

水電模擬實(shí)驗(yàn)［3-7］是根據(jù)油藏地層中流體與電流兩者流動(dòng)方式相似，利用相似的滲流方程通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M油藏滲流方式. 實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)注入具有導(dǎo)電能力的溶液，并對(duì)容器邊界施加一定電壓，用實(shí)驗(yàn)中溶液的電場(chǎng)分布模擬地層中流體的壓力場(chǎng)分布，因此，可通過(guò)水電模擬實(shí)驗(yàn)，利用穩(wěn)定電流的流動(dòng)模擬流體的穩(wěn)態(tài)滲流展開(kāi)研究.

水電模擬實(shí)驗(yàn)裝置主要由油藏模擬系統(tǒng)、低壓電路系統(tǒng)、測(cè)點(diǎn)定位系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4 部分組成. 以一定濃度和體積的NaCl 溶液為電解質(zhì)溶液模擬油藏介質(zhì)，電解槽邊界模擬封閉邊界條件，紫銅帶模擬供給邊界情況，細(xì)銅絲模擬井筒在低壓電路系統(tǒng)中，通過(guò)交流穩(wěn)壓電源提供實(shí)驗(yàn)所需電壓，并將電壓輸出給邊界和井筒.

2 模型設(shè)計(jì)與步驟

本設(shè)計(jì)模擬油藏開(kāi)采中常用的正對(duì)式和交錯(cuò)式2 種排狀井網(wǎng)形式，如表1 和圖1，通過(guò)測(cè)量不同條件下，模型中多點(diǎn)電壓分布及電流值，研究壓裂井井網(wǎng)開(kāi)發(fā)中地層滲流場(chǎng)的分布規(guī)律.

水電模擬實(shí)驗(yàn)步驟為:①根據(jù)設(shè)計(jì)方案，用直徑2 mm 銅棒垂直安放在電解槽中模擬直井，用銅片模擬壓裂裂縫;②采用自來(lái)水作導(dǎo)電介質(zhì)(加少許的NaCl);③在導(dǎo)電溶液中布置好模型，并對(duì)供給邊界及模擬的油水井加上直流穩(wěn)定電壓;④測(cè)量通過(guò)井的電流;⑤移動(dòng)探針，以5 cm 為一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量模型內(nèi)多點(diǎn)的電壓;⑥改變實(shí)驗(yàn)井網(wǎng)模型，重復(fù)步驟②～⑤.

表1 井網(wǎng)水電模擬設(shè)計(jì)方案Table 1 Design table of hydroelectric simulation

圖1 水電模擬井網(wǎng)模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of hydroelectric simulation well pattern

3 結(jié)果及分析

3.1 裂縫與井排間夾角的影響

低滲油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人工裂縫與井排夾角的不同會(huì)改變近井筒地帶流體滲流方式，增加泄油面積，提高掃油效率，最終影響油井單井產(chǎn)量和采收率. 為了解不同夾角下滲流場(chǎng)分布，設(shè)計(jì)正對(duì)式排狀井網(wǎng)(如圖2)，模擬油井壓裂，水井無(wú)壓裂，裂縫穿透比0.3，裂縫與井排夾角分別為0°、30°和45°的滲流場(chǎng)分布圖.

圖2 可見(jiàn)，無(wú)壓裂水井周圍等壓線近以水井為中心，近似呈圓形分布. 壓裂油井周圍壓力等勢(shì)線以裂縫為中心軸呈橢圓形分布，裂縫對(duì)地層流體流動(dòng)帶來(lái)了很大的影響. 同時(shí)，油井附近等勢(shì)線隨井排與裂縫的角度變化相應(yīng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明滲流場(chǎng)隨裂縫方位的變化而變化，近井周圍流體滲流由徑向流向線性流變化，且離壓裂井越近，趨勢(shì)越明顯.

圖2 不同裂縫方位下5 點(diǎn)井網(wǎng)等壓線分布圖Fig.2 Iso-pressure distribution map of five-spot network under different fracture orientation

3.2 裂縫穿透比的影響

選取正對(duì)式排狀井網(wǎng)和交錯(cuò)式排狀井網(wǎng)的1/4井網(wǎng)進(jìn)行模擬，模型大小均為160 cm ×60 cm，其中油井和水井均為壓裂井，壓裂穿透比分別為0.2、0.3 和0.4.

由圖3 可見(jiàn)，在井網(wǎng)形式不同、井距排距相同的條件下，裂縫穿透比越大，油井周圍流體滲流方式由徑向流向線性流轉(zhuǎn)變趨勢(shì)就越明顯，同時(shí)距離裂縫越近的地層中，流體滲流方式呈線性流的趨勢(shì)越明顯. 穿透比為0.2 時(shí)，等壓線以裂縫為中心呈規(guī)則的同心橢圓簇狀;穿透比為0.3 時(shí)，裂縫附近等壓線還保持同心橢圓簇狀，遠(yuǎn)離裂縫部分等壓線已基本平行分布;而當(dāng)裂縫穿透比增大至0.4 時(shí)，等壓線只在裂縫頂端對(duì)應(yīng)部分出現(xiàn)彎曲，其他部分基本形成平行分布，地層中流體滲流以線性流為主，均勻推進(jìn).

圖3 不同裂縫穿透比下兩種井網(wǎng)模型等壓線分布Fig.3 Iso-pressure distribution map of two kinds of network under different fracture length

3.3 井網(wǎng)排距的影響

油、水井排的排距大小會(huì)影響井排的壓力分布，進(jìn)而影響油藏的開(kāi)發(fā)效果，因此本研究選擇不同模型寬度值，分別為160 cm ×40 cm、160 cm ×60 cm 和160 cm×80 cm 模型，其中油井和水井均為壓裂井，壓裂穿透比取0.4，選取正對(duì)式井網(wǎng)、交錯(cuò)式井網(wǎng)的1/4 井網(wǎng)進(jìn)行模擬測(cè)定.

由圖4 可知，注采壓差相同情況下，排距越大，裂縫周圍地層壓力保持水平越低，流體滲流過(guò)程壓降損失越大. 通過(guò)比較正對(duì)式排狀與交錯(cuò)式排狀兩種井網(wǎng)形式，在裂縫參數(shù)相同的情況下，交錯(cuò)式井網(wǎng)中裂縫周圍地層壓力比正對(duì)式排狀井網(wǎng)中裂縫周圍地層壓力保持水平好.

圖4 不同排距下兩種井網(wǎng)模型的等壓線分布Fig.4 Iso-pressure distribution map of two kinds of network under different row distance

3.4 裂縫參數(shù)對(duì)產(chǎn)能的影響分析

圖5 不同井網(wǎng)模型裂縫穿透比與電流關(guān)系曲線Fig.5 The relationships curve between fracture penetrating ratio and current under different hydraulic well patterns

圖5 為正對(duì)式、交錯(cuò)式排狀井網(wǎng)模型電流值與模擬裂縫穿透比的關(guān)系曲線，可見(jiàn)，裂縫穿透比越大，井網(wǎng)產(chǎn)能越大，此結(jié)論與滲流場(chǎng)分布圖中所得裂縫穿透比越大，對(duì)地層流體滲流影響越大的結(jié)論一致. 對(duì)比電流曲線，相同條件下，交錯(cuò)式排狀井網(wǎng)模型測(cè)得電流值高于正對(duì)式排狀井網(wǎng)模型中測(cè)得電流，與滲流場(chǎng)分布圖中得到的交錯(cuò)式排狀井網(wǎng)中地層壓力保持水平優(yōu)于正對(duì)式排狀井網(wǎng)的結(jié)論一致.

結(jié) 語(yǔ)

綜上可知:①在不同井網(wǎng)(正對(duì)式和交錯(cuò)式)條件下，井網(wǎng)間滲流場(chǎng)等壓線分布隨穿透比的變化規(guī)律類似，壓裂井周圍等壓線以裂縫為中心軸呈同心橢圓簇狀分布，并隨裂縫方位變化而相應(yīng)發(fā)生旋轉(zhuǎn);②當(dāng)裂縫穿透比越大，壓裂井周圍的流體滲流由徑向流向線性流轉(zhuǎn)變趨勢(shì)越明顯;當(dāng)裂縫穿透比大于0.4 時(shí)，等壓線只在裂縫頂端對(duì)應(yīng)部分出現(xiàn)彎曲，其他部分基本呈平行分布，地層中流體滲流以線性流為主，產(chǎn)能隨穿透比的增大而遞增;③相同注采壓差情況下，排距越大，裂縫周圍地層壓力保持水平越低，井網(wǎng)間流體滲流過(guò)程中壓降損失越大;④在相同生產(chǎn)條件及井距排距情況下，交錯(cuò)式排狀井網(wǎng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，地層壓力保持水平優(yōu)與正對(duì)式排狀井網(wǎng).

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