低滲透高飽和油藏能量合理補(bǔ)充時(shí)機(jī)研究

陳民鋒，趙夢(mèng)盼，王敏，蓋建，時(shí)建虎

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

由于儲(chǔ)層具有啟動(dòng)壓力梯度，流體地層飽和壓差小，低滲透高飽和油藏開(kāi)發(fā)受到更多條件的限制。此類油藏在初期采取衰竭開(kāi)發(fā)后，地層壓力下降較快，如果注水不及時(shí)，造成油藏地層壓力低于飽和壓力，容易使地層脫氣，導(dǎo)致油藏產(chǎn)量低或停采［1］。如何最大程度地利用天然能量，并在合理的開(kāi)采制度下適時(shí)進(jìn)行地層能量補(bǔ)充，是提高此類油藏開(kāi)發(fā)效果的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1 開(kāi)發(fā)過(guò)程中的滲流問(wèn)題及基本解

1.1 低滲透高飽和油藏開(kāi)發(fā)要求

根據(jù)流體高壓物性分析，高飽和油藏地層飽和壓差一般小于6.0 MPa，且飽和壓力為原始地層壓力的0.7倍以上。在天然能量衰竭開(kāi)發(fā)條件下，油井附近地層壓力不斷下降，當(dāng)壓力降低到泡點(diǎn)壓力以下時(shí)，油層內(nèi)含氣飽和度會(huì)很快達(dá)到并超過(guò)臨界含氣飽和度，從而形成油、氣兩相流動(dòng)，氣油比持續(xù)升高。開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，高飽和油藏采取早期注水，合理控制采油速度，可以得到較高的采收率［2-5］。

與常規(guī)油藏相比，低滲透儲(chǔ)層具有啟動(dòng)壓力梯度［6-10］。隨生產(chǎn)時(shí)間增加，動(dòng)用范圍逐漸增大，但驅(qū)替壓力梯度逐漸減小［11-21］。當(dāng)儲(chǔ)層延展范圍足夠大時(shí)，在平面上將存在一個(gè)“流動(dòng)界限”，“界限”以外區(qū)域的壓力梯度小于啟動(dòng)壓力梯度，使得滲流速度為0，儲(chǔ)層中壓力傳播過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 儲(chǔ)層中壓力波傳播過(guò)程示意

如圖1所示，儲(chǔ)層中半徑rc處，該半徑以外的壓力梯度小于啟動(dòng)壓力梯度，rc即為極限動(dòng)用半徑，油藏開(kāi)發(fā)井距一般應(yīng)小于2rc。油井以定產(chǎn)的方式生產(chǎn)，生產(chǎn)一段時(shí)間tb后，壓力波傳播到rb處。假定在此處油井的生產(chǎn)壓差為地層飽和壓差，此半徑rb可稱為有效泄油半徑。為滿足油井定產(chǎn)開(kāi)發(fā)要求，此時(shí)可繼續(xù)降低井底流壓pwf，也可開(kāi)始補(bǔ)充能量來(lái)提高原始地層壓力pe。

對(duì)于高飽和油藏，一般要求油井井底流壓大于等于原油飽和壓力，而由于其地層飽和壓差一般較小，因此需要及時(shí)注水補(bǔ)充能量。在一定生產(chǎn)條件下，當(dāng)油井井底流壓pwf降低到飽和壓力pb時(shí)，對(duì)應(yīng)的開(kāi)采時(shí)間tb就是油藏的合理注水時(shí)機(jī)。

1.2 滲流方程及基本解

1.2.1 壓力與產(chǎn)能公式

對(duì)于上述不穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程，可采用穩(wěn)定逐次逼近的方法求解。存在啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，在油井極限泄油范圍內(nèi)，流體的滲流方程為

求解式（1），得到壓力分布為

式（2）對(duì)r求導(dǎo)，可得到壓力梯度為

則考慮啟動(dòng)壓力梯度影響時(shí)油井產(chǎn)量為

式中：pe為原始地層壓力，MPa；pwf為油井井底流壓，MPa；rw為井半徑，m；re為極限動(dòng)用邊界半徑，m；K 為儲(chǔ)層滲透率，10－3μm2；μ 為流體黏度，mPa·s；G 為啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m；v為滲流量，m3/d。

1.2.2 油井泄油區(qū)彈性產(chǎn)出量

由物質(zhì)平衡原理，泄油區(qū)內(nèi)的彈性產(chǎn)出量為

式中：Cf為綜合壓縮系數(shù)，MPa-1；Vf為泄油區(qū)體積，m3；為平均地層壓力，MPa。

根據(jù)面積加權(quán)平均法，地層中的平均壓力為

將式（3）代入式（6），得出穩(wěn)態(tài)條件、考慮啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，單井控制范圍內(nèi)的平均地層壓力為

1.2.3 給定采油速度下的開(kāi)采時(shí)間

設(shè)油井以定產(chǎn)量q生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后壓力波傳播至泄油半徑rb處。此時(shí)，油井若保持定產(chǎn)q不變，則需進(jìn)行能量補(bǔ)充。若油藏開(kāi)發(fā)井距為d，單井控制面積為A，則單井控制的流體儲(chǔ)量為

式中：φ為孔隙度；Soi為原始含油飽和度；Boi為原油體積系數(shù)；ρ為原油密度，g/cm3。

設(shè)年采油速度為a，則油井折算產(chǎn)量為

式中：Te為一年中折算的生產(chǎn)時(shí)間，取330 d。

確定合理能量補(bǔ)充時(shí)機(jī)的具體步驟為：1）根據(jù)油田條件和對(duì)采油速度的要求，利用式（8），（9），確定油井產(chǎn)量 q；2）利用式（4），根據(jù)計(jì)算的 q，反求出相應(yīng)條件下的有效泄油半徑 rb；3）通過(guò)式（5）、（7），計(jì)算出 rb下油井的彈性產(chǎn)出量Vo；4）油井在飽和壓力以上定產(chǎn)量q，累計(jì)產(chǎn)量等于彈性產(chǎn)出量Vo生產(chǎn)，則合理能量補(bǔ)充時(shí)機(jī)為tb。

2 高飽和油藏能量合理補(bǔ)充時(shí)機(jī)

2.1 油藏基本參數(shù)

JS-LMZ油田屬低滲高飽和油藏，經(jīng)過(guò)論證，宜采取早期天然能量開(kāi)發(fā)、適時(shí)轉(zhuǎn)入注水補(bǔ)充能量的開(kāi)發(fā)方式。

油藏基本參數(shù)：油井半徑為0.1 m；儲(chǔ)層滲透率為30×10－3μm2； 儲(chǔ)層有效厚度為 20.0 m； 儲(chǔ)層孔隙度為0.2；儲(chǔ)層原始含油飽和度為0.65；地層原油黏度為5.0 mPa·s；原始地層壓力為20.0 MPa；原油飽和壓力為15.0 MPa；綜合壓縮系數(shù)為 5.0×10－4MPa-1；啟動(dòng)壓力梯度為 0.02～0.03 MPa/m。

油藏開(kāi)發(fā)井距為400 m，則單井控制單元半徑為200 m。為保證整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中地層始終不脫氣，限定油井最小井底流壓等于原油飽和壓力。

2.2 油井泄油范圍內(nèi)的壓力分布規(guī)律

應(yīng)用式（2），考慮啟動(dòng)壓力梯度影響，不同條件下儲(chǔ)層中壓力分布規(guī)律見(jiàn)圖2。

圖2 考慮啟動(dòng)壓力梯度影響時(shí)壓力分布規(guī)律

由圖2可看出：?jiǎn)?dòng)壓力梯度的存在增加了滲流阻力，主要體現(xiàn)在儲(chǔ)層能夠泄油的范圍明顯縮小；在不同驅(qū)動(dòng)壓差（△p）和啟動(dòng)壓力梯度條件下，極限泄油半徑明顯不同；啟動(dòng)壓力梯度較小、驅(qū)動(dòng)壓差較大時(shí)，油井的極限泄油半徑較大。

應(yīng)用式（4），考慮啟動(dòng)壓力梯度影響，不同條件下油井產(chǎn)量隨泄油半徑的變化見(jiàn)圖3。

圖3 油井產(chǎn)量與泄油半徑變化關(guān)系

由圖3可看出：隨著衰竭開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，壓力波向外傳播，泄油半徑增大，油井產(chǎn)量逐漸遞減；生產(chǎn)壓差越小，啟動(dòng)壓力梯度越大，極限泄油半徑越小。在不同生產(chǎn)壓差及啟動(dòng)壓力梯度條件下，其有效泄油半徑明顯小于對(duì)應(yīng)條件下的極限泄油半徑；當(dāng)油井產(chǎn)量為0時(shí)，儲(chǔ)層極限泄油半徑為rc；如取采油速度為1%時(shí)折算日產(chǎn)量，對(duì)應(yīng)的油井有效泄油半徑為rb，一般rb/rc約為0.65。

2.3 滿足開(kāi)發(fā)要求的能量合理補(bǔ)充時(shí)機(jī)

應(yīng)用式（5），（7），計(jì)算不同條件下，油井泄油范圍內(nèi)的彈性產(chǎn)出量（見(jiàn)圖4）。

圖4 不同條件下累計(jì)彈性產(chǎn)量變化曲線

由圖4可看出：驅(qū)替壓差越小、啟動(dòng)壓力梯度越高，油井的極限動(dòng)用半徑就越小；當(dāng)儲(chǔ)層厚度一定時(shí)，隨著油井在平面上的泄油半徑增大，彈性產(chǎn)量初期增加較快；距離油井越遠(yuǎn)，該處儲(chǔ)層中產(chǎn)生的壓力降越小、儲(chǔ)量動(dòng)用程度越低，導(dǎo)致后期彈性產(chǎn)量增加趨勢(shì)逐漸變緩。

應(yīng)用式（8）—（10），計(jì)算不同采油速度下的油藏能量合理補(bǔ)充時(shí)機(jī)，結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可看出，在衰竭開(kāi)發(fā)階段，可利用的驅(qū)動(dòng)壓差越大（△p），相同條件下可以采取相對(duì)較高的采油速度生產(chǎn)，其能量開(kāi)始的補(bǔ)充時(shí)機(jī)也可以相對(duì)延遲一些。

綜上分析認(rèn)為：低滲透高飽和油藏，儲(chǔ)層具有啟動(dòng)壓力梯度，油井泄油半徑??；流體飽和壓力高，地層飽和壓差小，儲(chǔ)量動(dòng)用強(qiáng)度低，彈性采收率較小。整體來(lái)看，在衰竭開(kāi)發(fā)階段，采油速度應(yīng)控制在2%以內(nèi)，而能量補(bǔ)充時(shí)機(jī)也應(yīng)較早，一般控制在投入開(kāi)發(fā)后的1 a以內(nèi)。

圖5 不同條件下能量補(bǔ)充時(shí)機(jī)變化曲線

3 結(jié)論

1）低滲透高飽和油藏，儲(chǔ)層具有啟動(dòng)壓力梯度，流體飽和壓力高，油田開(kāi)發(fā)中要綜合考慮2方面的影響，確定合理開(kāi)發(fā)對(duì)策。

2）低滲透高飽和油藏在給定產(chǎn)量條件下，儲(chǔ)層有效泄油半徑小，儲(chǔ)量動(dòng)用強(qiáng)度低，在開(kāi)發(fā)初期階段宜采取限制井底流壓、低采油速度開(kāi)采的方式，并應(yīng)盡早開(kāi)始補(bǔ)充能量開(kāi)發(fā)。

3）基于低滲透高飽和油藏基本滲流規(guī)律，建立了確定油藏合理能量補(bǔ)充時(shí)機(jī)的方法。實(shí)例應(yīng)用表明，該方法具有很好的操作性。

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