裂縫型潛山稀油油藏開發(fā)技術(shù)界限研究

李玉勇

(中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司開發(fā)生產(chǎn)部，北京 100010)

裂縫型潛山稀油油藏開發(fā)技術(shù)界限研究

李玉勇

(中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司開發(fā)生產(chǎn)部，北京 100010)

為研究油藏地質(zhì)參數(shù)和注采參數(shù)對(duì)潛山稀油油藏采收率的影響，以渤海A油田為例，應(yīng)用Eclipse數(shù)值模擬軟件，建立概念模型，進(jìn)行了油藏地質(zhì)參數(shù)對(duì)最終采收率的敏感性分析，包括裂縫滲透率、裂縫孔隙度、裂縫傾角、裂縫密度等；同時(shí)對(duì)注采參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，包括井網(wǎng)、注水位置、采液強(qiáng)度。研究結(jié)果表明，裂縫越發(fā)育油藏采出程度越高，對(duì)于裂縫型油藏最優(yōu)的井網(wǎng)形式為平行交錯(cuò)井網(wǎng)，注水位置應(yīng)該選在靠近油藏底部，最優(yōu)水平井長(zhǎng)度為800～1 000 m，最優(yōu)采油速度3%左右。

渤海油田；潛山稀油油藏；技術(shù)界限；數(shù)值模擬；水平井

裂縫型油藏包括兩套儲(chǔ)、滲系統(tǒng)，其中，裂縫介質(zhì)一般屬于低孔高滲系統(tǒng)，具有孔隙度低(一般低于2%)，儲(chǔ)量比例小(一般低于30%)，但滲透率和產(chǎn)油能力高、驅(qū)油效率高(可達(dá)到90%以上)及采收率高等特點(diǎn)；基質(zhì)巖塊則屬于高孔低滲系統(tǒng)，具有孔隙度大(5%～20%)，儲(chǔ)量多，但滲透率和產(chǎn)油能力低，驅(qū)油效率(16%～26%)和采收率低等特點(diǎn)[1-3]。一般而言，裂縫系統(tǒng)中原油儲(chǔ)量少，但開采容易，而基質(zhì)系統(tǒng)中的原油儲(chǔ)量多，但開采困難。如何經(jīng)濟(jì)有效地將基質(zhì)中的原油開采出來，是裂縫型油藏成功開發(fā)的關(guān)鍵。

針對(duì)裂縫型潛山油藏開發(fā)，鑒于采用常規(guī)直井井網(wǎng)注水開發(fā)方式具有單井產(chǎn)能低、含水上升快、采收率低等開發(fā)特點(diǎn)[4-5]，本文以渤海油田A油藏水平井開發(fā)為例，應(yīng)用Eclipse數(shù)值模擬軟件，建立概念模型，研究了油藏地質(zhì)參數(shù)和注采參數(shù)對(duì)潛山稀油油藏采收率的影響。

1 地質(zhì)模型建立

應(yīng)用Eclipse數(shù)值模擬軟件，以五點(diǎn)井網(wǎng)的四分之一為研究對(duì)象，即一注一采兩口模擬井，研究對(duì)象的尺度為160 m×1000 m×160 m。

1.1 模型選擇

潛山變質(zhì)巖油藏顯著特點(diǎn)是裂縫非常發(fā)育(包括宏觀裂縫和微觀裂縫)，宏觀裂縫滲透率非常高，但儲(chǔ)集空間很??；基質(zhì)和微觀裂縫是主要儲(chǔ)油空間，但滲透率非常低。在注水開發(fā)潛山變質(zhì)巖油藏時(shí)，水和油只在宏觀裂縫中滲流，而基質(zhì)和微觀裂縫只能依靠毛管壓力的滲吸作用將原油驅(qū)替到裂縫中，進(jìn)而滲流到生產(chǎn)井筒中，故油水在潛山變質(zhì)巖中的滲流為雙孔單滲，同時(shí)，潛山變質(zhì)巖油藏中的原油為輕質(zhì)黑油，綜合儲(chǔ)層和原油的性質(zhì)，采用Eclipse中的雙孔單滲黑油模型對(duì)潛山變質(zhì)巖油藏進(jìn)行模擬。

1.2 網(wǎng)格系統(tǒng)

采用笛卡爾直角坐標(biāo)塊中心網(wǎng)格系統(tǒng)，平面X方向16個(gè)網(wǎng)格，平面Y方向100個(gè)網(wǎng)格，縱向Z方向劃分16個(gè)層位，網(wǎng)格步長(zhǎng)均為10 m，由于是雙重介質(zhì)模型，所以模型的總節(jié)點(diǎn)數(shù)為16×100×32=51200個(gè)。

1.3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

(1)儲(chǔ)層及流體參數(shù)?；|(zhì)孔隙度10%～25%；裂縫孔隙度0.5%～3%；基質(zhì)滲透率(1～15)×10-3μm2；裂縫滲透率(1000～8000)×10-3μm2；地面水密度1000 kg/m3；地面油密度850 kg/m3；地面氣密度0.76 kg/m3；地層水黏度0.32 mPa·s；地層油黏度5.53 mPa·s；地層氣黏度0.0148 mPa·s；地層水壓縮系數(shù)4.46×10-4MPa-1；巖石的壓縮系數(shù)2.0×10-5MPa-1。

(2)相對(duì)滲透率數(shù)據(jù)。由于模型為雙重介質(zhì)模型，所以基質(zhì)與裂縫分別有一套油水和氣液相滲曲線，如圖1所示。

圖1 雙重介質(zhì)油水相滲曲線及基質(zhì)毛管壓力曲線

2 儲(chǔ)層參數(shù)敏感性研究

2.1 裂縫滲透率

為了研究不同的裂縫滲透率對(duì)裂縫型潛山油藏開發(fā)效果的影響，設(shè)計(jì)了四種裂縫滲透率。在概念模型中，油藏厚度為160 m，基質(zhì)滲透率為1×10-3μm2，裂縫傾角為60°，裂縫線密度為1條/m，裂縫孔隙度為1%，基質(zhì)孔隙度為15%，注水井和生產(chǎn)井均為水平井，其水平段長(zhǎng)度為1 000 m。以3.0%采油速度生產(chǎn)，直到生產(chǎn)井含水率為98%為止。

模擬結(jié)果表明(圖2、圖3)：①隨裂縫滲透率的增加，潛山油藏最終采收率隨之減小，但當(dāng)裂縫滲透率增加到3 000×10-3μm2以后時(shí)，采收率減小的幅度不明顯；②潛山變質(zhì)巖油藏在注水開發(fā)時(shí)，隨裂縫滲透率的增加，無水采收率呈減小的趨勢(shì)。原因?yàn)椋寒?dāng)裂縫滲透率較小時(shí)，基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)的非均質(zhì)性級(jí)差較小，注入水穩(wěn)定推進(jìn)，有利于裂縫驅(qū)油和基質(zhì)滲吸作用的發(fā)揮；但當(dāng)裂縫滲透率很大時(shí)，基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)之間的非均質(zhì)性增加，注入水沿裂縫竄進(jìn)到生產(chǎn)井底，不利于基質(zhì)滲吸作用的發(fā)揮，導(dǎo)致基質(zhì)中剩余大量殘余油，從而最終采收率降低。

圖2 不同裂縫滲透率下采收率曲線對(duì)比

圖3 采收率與含水率關(guān)系

2.2 裂縫孔隙度

針對(duì)裂縫孔隙度對(duì)裂縫型潛山油藏開發(fā)效果的影響，設(shè)計(jì)了四種不同的對(duì)比方案。與前述裂縫滲透率模擬方案相比，除裂縫滲透率為3 000×10-3μm2外，其余參數(shù)設(shè)置均相同。模擬結(jié)果表明(圖4、圖5)：①隨裂縫孔隙度增加，潛山變質(zhì)巖油藏的最終采收率會(huì)呈增加趨勢(shì)；②無水采收率隨孔隙度的增加而增加。在潛山油藏中，裂縫中的儲(chǔ)量易于采出，而基質(zhì)中的原油很難驅(qū)替出來，當(dāng)裂縫孔隙度增加時(shí)，相當(dāng)于油藏中易于采出的原油儲(chǔ)量增加，所以在注水開發(fā)時(shí)，裂縫孔隙度越大，即裂縫中原油儲(chǔ)量越大，則潛山油藏的最終采收率也會(huì)越高。

圖4 不同裂縫孔隙度下采收率曲線對(duì)比

圖5 采收率與含水率關(guān)系

2.3 裂縫傾角

為了研究不同的裂縫傾角對(duì)潛山油藏開發(fā)效果的影響，設(shè)計(jì)了四種不同的裂縫傾角，與前述裂縫滲透率模擬方案相比，除要優(yōu)選的裂縫傾角參數(shù)外，其余參數(shù)設(shè)置均相同。模擬結(jié)果表明(圖6、圖7)：①當(dāng)裂縫傾角增加時(shí)，潛山油藏最終采收率逐漸降低，但幅度較小；②隨著裂縫傾角的增加，潛山油藏?zé)o水采收率逐漸減小，且傾角越大，含水上升速率越快。因此在潛山變質(zhì)巖開發(fā)時(shí)，裂縫傾角越小，水平井脊進(jìn)現(xiàn)象越不明顯，油水界面推進(jìn)越整齊、均勻，從而水驅(qū)波及系數(shù)隨之增加，最終采收率變高。

圖6 不同裂縫傾角下采收率曲線對(duì)比

圖7 采收率與含水率關(guān)系圖

2.4 裂縫密度

為了研究不同的裂縫密度對(duì)潛山油藏開發(fā)效果的影響，設(shè)計(jì)了四種不同的裂縫密度，除要優(yōu)選的裂縫密度參數(shù)外，其余參數(shù)設(shè)置均相同。模擬結(jié)果表明(圖8、圖9)：①隨裂縫密度的增加，潛山油藏的最終采收率也增加，但當(dāng)裂縫密度增加到一定程度以后，油藏的最終采收率增加幅度不明顯；②在采收率增加的同時(shí)，油藏?zé)o水采收率也隨裂縫密度的增加而增加。在潛山油藏中，裂縫密度越大，說明油藏中裂縫越發(fā)育，從而使基質(zhì)的滲吸作用更易于發(fā)揮，但是當(dāng)裂縫密度大到一定程度足夠使基質(zhì)充分發(fā)揮滲吸作用時(shí)，再增加裂縫密度，則不會(huì)使最終采收率有顯著的提高。

圖8 不同裂縫密度下采收率曲線對(duì)比

圖9 采收率與含水率關(guān)系

3 開發(fā)技術(shù)界限研究

油藏開發(fā)的目標(biāo)是以最小的經(jīng)濟(jì)投入獲得最大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)和較高的采收率，因此有必要對(duì)油藏生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，包括井網(wǎng)、注水位置、水平井長(zhǎng)度、采油速度等[6-8]。

3.1 水平段長(zhǎng)度優(yōu)化

隨著水平段長(zhǎng)度的逐漸增加，井筒與油藏的接觸面積相應(yīng)增加。但與此同時(shí)，井筒內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力也將相應(yīng)增加，前者有利于增加油井產(chǎn)量，后者卻相反。所以在油田實(shí)際開發(fā)中，水平井段的長(zhǎng)度并不是越長(zhǎng)越好。一般水平段長(zhǎng)度優(yōu)化原則為：水平井段合理長(zhǎng)度等于井筒內(nèi)摩擦損失使油井產(chǎn)能減少20%時(shí)，這個(gè)點(diǎn)通常被定義為顯著摩擦損失點(diǎn)。

模擬結(jié)果顯示(圖10)：隨著水平段長(zhǎng)度的增加，水平井初期產(chǎn)能相應(yīng)增加，但當(dāng)水平段長(zhǎng)度進(jìn)一步增加以后，對(duì)應(yīng)油井產(chǎn)能增加幅度急劇減小。結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素，綜合考慮鉆完井費(fèi)用，建議采用水平段長(zhǎng)度為800～1000 m。

3.2 井網(wǎng)形式優(yōu)化

不同的井網(wǎng)形式對(duì)裂縫型油藏的開采動(dòng)態(tài)影響很大，設(shè)計(jì)了3種井網(wǎng)形式：平行疊置井網(wǎng)模型、平行交錯(cuò)井網(wǎng)模型、垂直井網(wǎng)模型。從模擬結(jié)果可以看出(圖11)，平行交錯(cuò)井網(wǎng)的無水采油期及最終采收率值均最高，開發(fā)效果優(yōu)于其他兩種井網(wǎng)。原因?yàn)椋浩叫携B置井網(wǎng)模式利用重力分異作用自下而上驅(qū)油，但中高角度裂縫易造成注入水沿裂縫快速上竄；垂直井網(wǎng)模式，注入水易向油層下部竄流，產(chǎn)生多相滲流造成剩余油分散；平行交錯(cuò)井網(wǎng)，通過形成人造底水，均勻向上托進(jìn)，從而提高油藏開發(fā)效果。

圖10 水平井水平段長(zhǎng)度優(yōu)化

圖11 不同井網(wǎng)模式下采收率對(duì)比

3.3 避水高度優(yōu)化

為優(yōu)選采油井的避水高度，設(shè)計(jì)了三種注水位置：分別為油藏底部下1/3注水、油藏中部1/2注水和油藏頂部上1/3注水。從模擬結(jié)果可以看出(圖12)，油藏底部下1/3注水采收率最高，油藏底部下1/3注水時(shí)，注水井和生產(chǎn)井井距最大，注入水突進(jìn)到生產(chǎn)井所需的時(shí)間最長(zhǎng)，而且注入水的波及體積最大，注入水利用率最高，從而油藏最終采收率最高。

圖12 不同注水位置下采收率曲線對(duì)比

3.4 采油速度優(yōu)化研究

為了對(duì)采油速度進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了四種采油速度：分別為1%、2%、3%、4%。模擬結(jié)果如圖13所示，隨著采油速度的增加，采收率出現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。對(duì)于裂縫型潛山稀油油藏而言，在采油速度較低時(shí)，主要發(fā)揮毛管力滲吸采油的作用，驅(qū)替基質(zhì)中的原油；在采油速度較高時(shí)，主要發(fā)揮水力壓差的作用，驅(qū)替裂縫中的原油。所以存在一個(gè)最佳采油速度，能夠使毛管壓力的滲吸作用和水力壓差的驅(qū)替作用都可以充分發(fā)揮，從數(shù)值模擬的結(jié)果可以看出，合理采油速度為3%左右。

圖13 采收率與采油速度關(guān)系

4 結(jié)論

(1)裂縫型潛山稀油油藏水驅(qū)油的基質(zhì)動(dòng)用程度主要受地質(zhì)因素和注采參數(shù)的影響。在地質(zhì)因素中，裂縫的發(fā)育程度起決定性作用，裂縫越發(fā)育，基質(zhì)滲吸排油作用發(fā)揮越好，基質(zhì)貢獻(xiàn)率及基質(zhì)的采出程度越高。

(2)對(duì)于裂縫型潛山稀油油藏，注采速度較低時(shí)，能很好地發(fā)揮基質(zhì)的滲吸排油作用，基質(zhì)動(dòng)用程度高。在裂縫性油藏的注水開發(fā)過程中，應(yīng)適當(dāng)降低注采速度，充分發(fā)揮基質(zhì)的滲吸排油作用。

(3)對(duì)于裂縫型油藏最優(yōu)的井網(wǎng)形式為平行交錯(cuò)井網(wǎng)，注水位置應(yīng)該選在靠近油藏底部，最優(yōu)水平井長(zhǎng)度為800～1 000 m，最優(yōu)采油速度3%左右。

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編輯：李金華

1673-8217(2015)06-0076-05

2015-05-21

李玉勇,工程師，碩士，1981年生，2004年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“儲(chǔ)層裂縫形成機(jī)理”(40772089) 資助。

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