特低滲透油藏壓裂水平井和直井聯(lián)合井網(wǎng)形式研究

鄭忠博， 劉月田， 張海茹， 鄭文寬， 張勇年

(中國石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院， 北京 102249)

0 引言

井網(wǎng)形式是影響油藏開發(fā)效果的重要因素之一.特低滲透油藏儲量豐富，但天然物性差，開發(fā)難度大，開采程度低[1].合理的井網(wǎng)形式、井網(wǎng)參數(shù)及裂縫參數(shù)配置關(guān)系等可有效改善特低滲透油藏的開發(fā)效果.因此，研究井網(wǎng)形式的適應(yīng)性，選擇合理的井網(wǎng)形式及井網(wǎng)參數(shù)，成為經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)特低滲透油藏的關(guān)鍵問題之一[2].

根據(jù)目前國內(nèi)外的研究表明，水平井的鉆井費(fèi)用一般相當(dāng)于直井鉆井費(fèi)用的2倍，但水平井的效益卻是直井的3～5倍，而對于特低滲透油藏，直井和水平井開采的效果相差更大[3,4].這是因?yàn)榕c直井相比，水平井壓裂以后形成多條表面積較大的長而薄的水力裂縫，大幅增加油藏泄油面積，改善儲層與井筒之間的流體連通程度，提高單井產(chǎn)能[5,6].

特低滲透油藏面臨的主要問題是注不進(jìn)，采不出，水驅(qū)動用程度差.因此，本文主要研究在注水井和采油井同時壓裂的情況下，水平井和直井聯(lián)合布井的井網(wǎng)形式及井距排距的優(yōu)選.

1 油藏概況

X油藏扶余油層平均物性參數(shù)為:油藏埋深1 100 m，儲層厚度為7.5 m，凈毛比為0.38，平均滲透率為4.5 md，孔隙度為0.17，原始含油飽和度為58%，初始油藏壓力為12.2 MPa，地層平均溫度為64.7 ℃，地層原油密度為0.804 g/cm3，地層原油粘度為9.7 mPa·s，屬于特低滲透油藏.

由于儲層物性差，油水井井距大，該油藏在目前的井網(wǎng)條件下，無法建立起有效的驅(qū)動體系;地層壓力低，存在著注水井吸水狀況差，以及采油井不能見效的問題.因此，對該區(qū)塊井網(wǎng)及井距的合理選擇顯得尤為重要.

2 壓裂水平井和直井聯(lián)合井網(wǎng)形式

2.1 地質(zhì)模型

針對X油藏，設(shè)計4種注水開發(fā)模式：水平井注水-水平井采油、直井注水-水平井采油、水平井注水-直井采油、直井注水-直井采油[7].并選取該油層的平均物性參數(shù)，建立目標(biāo)油藏典型地質(zhì)模型.應(yīng)用ECLIPSE軟件進(jìn)行數(shù)值模擬開發(fā)試驗(yàn)[8,9]，網(wǎng)格步長為10 m ×10 m，油層平面與縱向上皆均質(zhì).

壓裂技術(shù)是低滲透油田開發(fā)的一項(xiàng)主要增產(chǎn)措施.油水井壓裂后的縫寬一般為3～5 mm，半縫長為150～200 m，充填支撐劑以后，滲透率可以達(dá)到幾十至上百達(dá)西[10,11].本文對于人工水力裂縫的處理,采用在黑油模型基礎(chǔ)上的局部網(wǎng)格非均勻加密來逼近水力壓裂裂縫的網(wǎng)格形態(tài)，并采用等連通系數(shù)法對裂縫網(wǎng)格部分的滲透率進(jìn)行等效處理[12].相比常規(guī)網(wǎng)格加密，運(yùn)用局部網(wǎng)格非均勻加密技術(shù)可以減少多余加密網(wǎng)格塊的計算量和模型的計算時間，也能反映出裂縫附近滲流場的變化情況[13-15].

裂縫和油藏基質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)相差很懸殊，相對滲透率也應(yīng)該具有很大差異，因此，裂縫和地層采取不同的相對滲透率曲線.

2.2 井網(wǎng)形式

根據(jù)上述4種注水模式，設(shè)計了6種井網(wǎng)形式：壓裂直井注水-壓裂水平井采油、壓裂水平井注水-壓裂直井采油、水平井注水-壓裂水平井采油、直井注水-水平井采油、直井注水-直井采油、壓裂直井注水-壓裂直井采油，如圖1所示.

(a)直井注-直井采 (b)壓裂直井注-壓裂直井采 (c)壓裂直井注-壓裂水平井采

(d)直井注-水平井采 (e)壓裂水平井注-壓裂直井采 (f)水平井注-壓裂水平井采

壓裂直井注 壓裂采油直井 壓裂水平井 壓裂注水水平井圖1 井網(wǎng)形式

根據(jù)油層地質(zhì)特征并結(jié)合油田生產(chǎn)實(shí)際，壓裂水平井及直井的具體裂縫設(shè)計參數(shù)如表1所示.

表1 壓裂水平井及直井裂縫參數(shù)

在注采參數(shù)一致的條件下，對4種井網(wǎng)形式分別設(shè)定150 m×160 m、 200 m×160 m、300 m×200 m、400 m×250 m(井距×排距)等4種不同的井距排距方案來對井網(wǎng)進(jìn)行研究.設(shè)定水平段長 600 m，水平井在縱向上位于油層中部，直井射開全部油層，生產(chǎn)井最低井底流壓為5 Mpa，注水井壓力控制在22 Mpa.

在裂縫參數(shù)確定的條件下，選擇上述6種類型的井網(wǎng)進(jìn)行模擬運(yùn)算，研究了不同類型壓裂直井和水平井聯(lián)合井網(wǎng)對油藏開發(fā)效果的影響.

3 井網(wǎng)開發(fā)效果對比分析

通過ECLIPSE軟件建立上述6種井網(wǎng)的數(shù)值模擬模型.模擬計算20年，得到了不同井網(wǎng)形式在150 m×160 m、 200 m×160 m、300 m×200 m、400 m×250 m(井距×排距)等4種不同的井距排距下的采出程度和含水率,其軟件計算結(jié)果如表2所示.

表2 6種井網(wǎng)在不同井距下的模擬結(jié)果

由表2中數(shù)據(jù)對比分析可以看出，水平井和直井聯(lián)合井網(wǎng)的開發(fā)效果優(yōu)于純直井井網(wǎng)，但對于特低滲透油田，在生產(chǎn)井不采取壓裂措施的條件下，無論采油井是直井還是水平井，產(chǎn)能都不高，需要采取壓裂措施來提高油井產(chǎn)能和油田采油速度.

如圖2所示，為6種井網(wǎng)在300 m×200 m井距排距下模擬20年后的剩余油飽和度分布.由圖2分析可知，在研究的6種井網(wǎng)形式中，水平井注水-壓裂水平井采油的井網(wǎng)采出程度和采油速度最高.這是因?yàn)樗骄叫芯W(wǎng)注水，注入水線性均勻推進(jìn)，形成線性驅(qū)動，波及系數(shù)大，采出程度高.但從含水率變化情況來看，平行井網(wǎng)見水后，含水率迅速上升，不利于開發(fā)后期調(diào)整以及含水率的控制.

對于直井壓裂投產(chǎn)井網(wǎng)，采用水平井注水可以顯著提高地層注水量，以及提高地層壓力的保持水平，從而實(shí)現(xiàn)井網(wǎng)較高的采收率和采油速度.但是直井注-直井采或壓裂直井注-壓裂直井采等井網(wǎng)形式的開發(fā)效果明顯較差.這是因?yàn)閴毫龇植疾痪鶆?，?dǎo)致注入水局部突進(jìn)，注采井連線上壓差最大，注入水沿此方向突進(jìn)，而生產(chǎn)井之間存在壓差為零的區(qū)域，原油沒辦法流動，導(dǎo)致大量的原油不能從地下采出，采出程度較低.

對水平井井型的生產(chǎn)井采取分段壓裂后，井網(wǎng)的采出程度和采油速度迅速上升，可以看出，無論是采用壓裂直井注水還是水平井注水，井網(wǎng)都有著較高的采油速度.采用水平井注水、壓裂水平井采油的井網(wǎng)形式采油速度和采出程度最高，但是見水早、含水率上升快.相對而言，直井注水壓裂、水平井采油的井網(wǎng)形式采出程度也很高，且含水率上升慢，注水更易控制，井網(wǎng)形式靈活，易于調(diào)整.

(a)直井注-直井采 (b)壓裂直井注-壓裂直井采 (c)壓裂直井注-壓裂水平井采

(d)直井注-水平井采 (e)壓裂水平井注-壓裂直井采 (f)水平井注-壓裂水平井采

(a)150 m×160 m井距排距 (b)200 m×160 m井距排距

(d)300 m×200 m井距排距 (e)400 m×250 m井距排距

圖2 6種井網(wǎng)形式在300 m×200 m井距排距下剩余油飽和度分布

圖3 在壓裂直井注水-壓裂水平井采油井網(wǎng)條件下的4種井距排距剩余油飽和度分布

圖3為在壓裂直井注水-壓裂水平井采油井網(wǎng)條件下的4種井距排距方案下模擬20年后的剩余油飽和度分布.從不同井距方案對比上看出，200 m×160 m井距方案要優(yōu)于其它3種方案;150 m×160 m井距方案雖然采出程度也較高，但含水率上升速度過快，不易于后期的開發(fā)調(diào)整;300 m×200 m和400 m×250 m的井距方案，雖然含水率上升較慢，但注水受效差，儲層動用程度低，采出程度較小.

4 結(jié)論

(1)對于特低滲透油田，水平井和直井聯(lián)合開采優(yōu)于純直井開采，但如果不采取壓裂措施，產(chǎn)能仍然較低.因而，有必要對注水井和采油井進(jìn)行壓裂措施.

(2)采用水平井注水-壓裂水平井采油的井網(wǎng)形式的采油速度和采出程度最高，但是見水早，含水率上升快；對于壓裂直井注水-壓裂直井采油的井網(wǎng)，由于壓力場分布不均勻，導(dǎo)致注入水局部突進(jìn)，而且單井控制范圍小，采出程度相對較低.

(3)雖然壓裂水平井注水-壓裂直井采油的采出程度也很高，剩余油飽和度較小，但相對于壓裂水平井注水而言，直井壓裂注水可以得到較好地控制.通過綜合對比分析，壓裂直井注水-壓裂水平井采油為最優(yōu)井網(wǎng).

(4)從不同井距方案對比上看出，特低滲透油田開發(fā)時，井距不宜過小，注入水沿裂縫突進(jìn)，含水率上升過快，后期調(diào)整比較困難;但如果井距過大，注水效果差，油層動用程度低.因此,200 m×160 m井距方案為最優(yōu)，采出程度高，且含水上升較慢.

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