低滲油藏仿水平井技術(shù)數(shù)值模擬研究

周 鋒 楊勝來 李成華 聶向榮 邱志鵬

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)教育部石油工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249； 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院， 山東 青島 257061)

相對(duì)于中高滲油藏，低滲油藏具有滲透率低、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，在實(shí)際開采過程中易出現(xiàn)產(chǎn)量下降快、注水壓力高、注水效果差和最終采收率低等現(xiàn)象[1]。水平井開發(fā)成為改善低滲油藏開發(fā)效果的重要手段，但其施工的技術(shù)要求和施工成本較高。近年來，勝利油田通過實(shí)踐摸索出利用“仿水平井技術(shù)”改善低滲油藏開發(fā)效果的創(chuàng)新思路。所謂仿水平井，就是通過油、水井的大型壓裂改造裂縫，裂縫在井排方向上延伸，進(jìn)而形成一種類似于水平井開發(fā)的井網(wǎng)形式[2]。該技術(shù)主要內(nèi)容包括開發(fā)井網(wǎng)部署、近高壓條件下早期注水、優(yōu)化射孔井段與射孔方式、開發(fā)技術(shù)的設(shè)計(jì)與部署、超大規(guī)模壓裂造長(zhǎng)縫等[3]。

目前，仿水平井技術(shù)已經(jīng)在勝利油田樊142等區(qū)塊得到成功應(yīng)用[4]，并逐漸向其他低滲油藏推廣。但是該方法在低滲透油藏的應(yīng)用僅限于施工工藝，尚無理論方面的研究和論證。本次研究主要利用正交試驗(yàn)方法，借助Eclipse等軟件進(jìn)行產(chǎn)能的多因素分析。

1 模型的建立

本模型考慮了油層傾角、油層厚度、平均滲透率、油水黏度比、壓裂半縫長(zhǎng)、排距、注采比、注水速度、注水倍數(shù)等9個(gè)因素的影響，每個(gè)因素設(shè)定4個(gè)初始值，進(jìn)行正交分析可以得出32個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，然后用這32次實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的參數(shù)作為控制條件建立模型。

1.1 地質(zhì)模型

地質(zhì)模型的建立，主要考慮了地層傾角、油藏厚度、平均滲透率和油水黏度比等方面因素。

(1)構(gòu)造模型。油藏模型的平均中深為3 500 m；4種地層傾角分別為5°，10°，20°，30°；4種油藏厚度分別為10，20，30，40 m；4種壓裂半縫長(zhǎng)分別為50，100，200，300 m；4種排距分別為100，150，200，300 m。4種依據(jù)相似原理模型劃分的范圍分別為1 700 m×1 200 m，1 700 m×800 m，1 700 m×600 m，1 700 m×400 m。

(2)屬性模型。地層的孔隙度為20%，目的是為了更好地研究該工藝措施對(duì)低滲透砂巖的影響。

(3)流體模型。4種平均滲透率分別為2×10-3，5×10-3，10×10-3，15×10-3μm2，相滲關(guān)系如表1所示。

(4)高壓物性模型。油水黏度比分別為2，5，10，15，原油的高壓物性規(guī)律如表2和表3所示。

表1 相滲關(guān)系表

表2 原油高壓物性表

表3 參考?jí)毫ο碌母邏何镄员?/p>

1.2 動(dòng)態(tài)建模

生產(chǎn)動(dòng)態(tài)方面主要考慮了壓裂半縫長(zhǎng)、排距、注采比、注水速度和累計(jì)注水倍數(shù)等方面的因素。

(1)井網(wǎng)形式。采用反五點(diǎn)法井網(wǎng)，4種排距分別為100，150，200，300 m。

(2)壓裂模型設(shè)計(jì)。壓裂方向設(shè)計(jì)時(shí)，沿地應(yīng)力方向，平行最大主應(yīng)力方向，與滲透率主軸方向一致。4種壓裂半縫長(zhǎng)分別為50，100，200，300 m，縫高與油層厚度相同，縫滲透率為2 000×10-3μm2，縫孔隙度為0.7。

(3)開采方式。注采比分別為0.6，0.8，1.0，1.2，注水速度分別為50，100，150，200 m3d；累計(jì)注水倍數(shù)分別為0.5，1.0，2.0，5.0；單井日產(chǎn)液=(注水速度×注采比)油井?dāng)?shù)；限制油井井底流壓為15 MPa；限制水井井底流壓為60 MPa。

(4)模型控制。當(dāng)模擬含水達(dá)98%時(shí)，模型停止運(yùn)行。

1.3 模擬方案設(shè)計(jì)

本模型考慮了地層傾角、油層厚度、平均滲透率、油水黏度比、裂縫長(zhǎng)度、排距、注采比、注水速度和注水倍數(shù)9個(gè)因素4個(gè)水平的正交方案，將方案匯總后得到如表4所示的模型表。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Eclipse對(duì)32組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)建模和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)模擬，模擬效果如圖1所示。通過數(shù)據(jù)處理得到模型的波及面積EV和采收率fW，進(jìn)而得到驅(qū)油效率ED。對(duì)于未能達(dá)到模型控制條件的試驗(yàn)組，利用MATLAB軟件進(jìn)行回歸分析，使其達(dá)到模型的控制條件(即含水率98%)，所得回歸曲線公式為：

ln(EV)=-0.018 ln(α)+0.021 2 ln(h)-

0.000 9 ln(K)+0.027 5 ln(Bow)-

0.000 3 ln(Lf)-0.120 3 ln(Lw)+

0.472 6 ln(Bip)+0.018 3 ln(Oinj)+

0.015 ln(Binj)+0.501 8 ln(E)+

0.065 6 ln(fw)+0.565 1

ln(ED)=0.010 6 ln(α)+0.000 6 ln(h)+

0.038 ln(K)-0.107 5 ln(Bow)+

0.006 4 ln(Lf)+0.1264 ln(Lw)+

0.203 7 ln(Bip)-0.054 6 ln(Oinj)+

0.002 3 ln(Binj)+0.374 3 ln(E)+

0.001 5 ln(fw)-0.676 8

式中:EV— 波及系數(shù)；

ED— 驅(qū)油效率；

α— 傾角，(°)；

H— 油層厚度，m；

K— 滲透率，10-3μm2；

Bow— 油水黏度比；

Lf— 裂縫半長(zhǎng)，m；

Lw— 排距，m；

Bip— 注采比；

Qinj— 注水速度，m3d；

Binj— 注水倍數(shù)；

E— 采出程度；

fw— 含水率。

圖1 試驗(yàn)03驅(qū)替效果模擬圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 波及系數(shù)變化規(guī)律

運(yùn)用直觀分析方法，采用試驗(yàn)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的波及系數(shù)EV繪制曲線(圖2)。

觀察發(fā)現(xiàn)，壓裂縫長(zhǎng)和排距對(duì)于波及系數(shù)的影響效果最為顯著，為主要因子；油水黏度比和注采比對(duì)于波及系數(shù)的影響較為明顯，為重要因子；其余因素如傾角、油層厚度、平均滲透率注水速度和注水倍數(shù)影響則較小，為次要因子。在這9個(gè)因素當(dāng)中，壓裂縫長(zhǎng)和排距的控制作用尤為突出，隨著壓裂縫長(zhǎng)的增加和排距的減小波及系數(shù)呈明顯上升趨勢(shì)，且幅度較大；因此從波及系數(shù)的角度出發(fā)，建議使用長(zhǎng)裂縫和小排距的開發(fā)模式。此外，油水黏度比和注采比也對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響，其重要性也不容忽略，低油水黏度比和高注采比的開發(fā)模式也能有效地提高仿水平井開發(fā)技術(shù)的波及系數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，雖然注水速度和注水倍數(shù)等因素影響較小，但在實(shí)際開發(fā)過程中也應(yīng)該適當(dāng)兼顧。

3.2 驅(qū)油效率ED變化規(guī)律

運(yùn)用直觀分析方法，采用試驗(yàn)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的驅(qū)油效率ED繪制曲線(圖3)。

表4 9因素4水平的正交模型表

圖2 波及系數(shù)效果曲線圖

圖3 驅(qū)油效率效果曲線圖

觀察發(fā)現(xiàn)，從驅(qū)油效率的角度分析，油水黏度比、壓裂縫長(zhǎng)、排距、注采比和注水速度等對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的影響都非常顯著，為主要因子，采用小油水黏度比、大縫長(zhǎng)、小排距、大油水黏度比和小注水速度都能很好地改善仿水平井驅(qū)油效率效果；平均滲透率和累計(jì)注水倍數(shù)對(duì)于驅(qū)油效率的影響較大，為重要因子，其中平均滲透率一般為不可控因素，所以在實(shí)際油藏開采過程中可以適當(dāng)提高累計(jì)注水倍數(shù)，以提高驅(qū)油效率；此外，傾角和地層厚度對(duì)于驅(qū)油效果幾乎無影響，二者幾乎不可控，開采過程中適當(dāng)兼顧即可。

4 結(jié) 語

運(yùn)用正交試驗(yàn)方法可以較好地分析仿水平井技術(shù)開發(fā)低滲透油藏過程中所涉及的多因素對(duì)于產(chǎn)能的影響效果。

根據(jù)模擬結(jié)果顯示，小排距和長(zhǎng)裂縫都能很好地改善波及系數(shù)和驅(qū)油效率，進(jìn)而很好地提高油田采收率，為主要因子；小油水黏度比和大注采比能較好地改善波及系數(shù)和驅(qū)油效率，為重要因子；小注水速度、大注水倍數(shù)和高平均滲透率主要通過改善驅(qū)油效率來提高采收率，為次要因子，但是小注水速度不利于油田高效開發(fā)，所以在實(shí)際油藏開采過程中選擇合理的注入速度；地層傾角和油層厚度對(duì)于采收率效果的影響相對(duì)較小。

實(shí)際油田開采過程中，排距、裂縫長(zhǎng)度、油水黏度比、注采比、注水速度和注水倍數(shù)都是人為可控的，這些因素對(duì)于開發(fā)效果的影響非常顯著，低滲透油藏開發(fā)過程中選擇合理的開發(fā)方式至關(guān)重要。

[1] 劉敏.低滲透油藏油水滲流規(guī)律研究[D].青島：中國(guó)石油大學(xué)(華東)，2008．

[2] 竇興強(qiáng).牛35沙三段油藏矢量化仿水平井井網(wǎng)研究[J].內(nèi)江科技，2012(4)：158.

[3] 畢義泉，田波，趙光宇，等．低滲透油藏仿水平井開發(fā)方法[P]．中國(guó)專利：CN102071922A，2011-05-25．

[4] 黃廣恩．仿水平井壓裂技術(shù)在樊142塊的應(yīng)用[J]．內(nèi)蒙古石油化工，2011，4(2)：132-133．

[5] Bernard Bourbiaux，Remy Basquet，Marie-ChristineCacas，et al．An Integrated Workflow to Account for Multi-scale Fractures in Reservoir Simulation Models：Implementation and Benefits[G]．SPE 78489，2002．

[6] Konoplyov V K．Numerical Simulation of Oil Displacement in Pattern Flood with Fractured Well[G]．SPE 22933，1991．

[7] 劉洪，張光華，鐘水清，等．水力壓裂關(guān)鍵技術(shù)分析與研究[J]．鉆采工藝，2007，30(2)：49-52．

[8] 李陽，曹剛．勝利油田低滲透砂巖油藏開發(fā)技術(shù)[J]．石油勘探與開發(fā)，2005，32(1)：123-126．