低滲裂縫性?xún)?chǔ)層注水井鉆關(guān)泄壓模擬

艾 池，高 見(jiàn)，馮福平，黃 芮，鄭惠峰，王遠(yuǎn)航

（1. 東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318； 2. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318；3. 大慶鉆探工程公司測(cè)井公司， 黑龍江 大慶 163310； 4. 中油大慶油田有限責(zé)任公司， 黑龍江 大慶 163514）

低滲裂縫性?xún)?chǔ)層注水井鉆關(guān)泄壓模擬

艾 池1，高 見(jiàn)1，馮福平1，黃 芮2，鄭惠峰3，王遠(yuǎn)航4

（1. 東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318； 2. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318；3. 大慶鉆探工程公司測(cè)井公司， 黑龍江 大慶 163310； 4. 中油大慶油田有限責(zé)任公司， 黑龍江 大慶 163514）

針對(duì)注水后低滲裂縫性?xún)?chǔ)層地層壓力和注水井泄壓時(shí)間難以確定，影響調(diào)整井安全鉆井的問(wèn)題。結(jié)合低滲裂縫儲(chǔ)層滲流特點(diǎn)，運(yùn)用變形雙重介質(zhì)滲流理論，建立泄壓后儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)地層壓力模型。利用數(shù)值模擬技術(shù)，預(yù)測(cè)關(guān)井泄壓和溢流泄壓方式下泄壓區(qū)地層壓力分布隨泄壓時(shí)間變化規(guī)律。應(yīng)用預(yù)測(cè)泄壓過(guò)程中泄壓區(qū)地層壓力分布變化規(guī)律得出不同泄壓方式注水井的鉆關(guān)時(shí)間，制定注水井的鉆關(guān)方案。研究表明，泄壓區(qū)內(nèi)裂縫連通低壓處起提高泄壓效率的作用；關(guān)井和溢流泄壓過(guò)程，注水井井底壓力不應(yīng)作為衡量待鉆點(diǎn)處地層壓力的指標(biāo)；應(yīng)用對(duì)泄壓區(qū)地層壓力預(yù)測(cè)指導(dǎo)注水井進(jìn)行鉆關(guān)，滿(mǎn)足安全調(diào)整井鉆井實(shí)際應(yīng)用。

地層壓力；鉆關(guān)泄壓；低滲裂縫；數(shù)值模擬；調(diào)整井

在扶余低滲油藏注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，除了天然裂縫，還存在注水動(dòng)態(tài)裂縫[1,2]。這些裂縫增強(qiáng)地層非均質(zhì)性，影響著儲(chǔ)層地層壓力分布。同時(shí)，低滲裂縫性?xún)?chǔ)層存在“注水難，泄壓難”。綜上兩點(diǎn)導(dǎo)致注水井鉆關(guān)時(shí)間難以確定，影響油田注水開(kāi)發(fā)，延誤調(diào)整井鉆井施工，也不利于調(diào)整井安全鉆進(jìn)儲(chǔ)層。目前相關(guān)性的研究主要針對(duì)低滲裂縫雙重介質(zhì)滲流規(guī)律進(jìn)行研究，考慮低滲裂縫性油藏壓敏性、地層巖石裂縫雙重介質(zhì)以及低滲儲(chǔ)層非線(xiàn)性滲流對(duì)地層壓力影響[3-8]，應(yīng)用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)對(duì)調(diào)整井地層壓力預(yù)測(cè)[9-11]。沒(méi)有結(jié)合低滲裂縫性?xún)?chǔ)層注水井關(guān)井泄壓和溢流泄壓工況進(jìn)行研究，難以指導(dǎo)調(diào)整井安全鉆井?；谧冃坞p重介質(zhì)滲流理論，建立考慮低滲油藏壓敏性、雙重介質(zhì)和低滲儲(chǔ)層非線(xiàn)性滲流的動(dòng)態(tài)地層壓力數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)地層壓力數(shù)學(xué)模型求解，得出泄壓過(guò)程儲(chǔ)層地層壓力分布規(guī)律，進(jìn)而科學(xué)有針對(duì)性地制訂出鉆關(guān)方案。

1 建立低滲裂縫儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)地層壓力數(shù)學(xué)模型

1.1 低滲儲(chǔ)層滲透率隨有效應(yīng)力變化特征

泄壓過(guò)程中，裂縫和巖石基質(zhì)孔隙流體壓力逐漸下降，儲(chǔ)層在應(yīng)力的作用下孔隙度變小，滲透率變小，滲流阻力增大，裂縫及巖石基質(zhì)的滲透率受有效應(yīng)力變化影響規(guī)律如下：

式中：Kf—受壓敏效應(yīng)影響后滲透率，μm2；

K0—初始滲透率，μm2；

C —滲透率變化系數(shù)，1。

1.2 復(fù)合雙重變形介質(zhì)非線(xiàn)性油藏滲流方程

低滲裂縫儲(chǔ)層中流體在裂縫和巖石基質(zhì)中流動(dòng)滿(mǎn)足遵循質(zhì)量守恒定律和達(dá)西定律，基于結(jié)合低滲裂縫性?xún)?chǔ)層中流體流動(dòng)存在建立復(fù)合雙重變形介質(zhì)非線(xiàn)性油藏滲流方程：裂縫系統(tǒng)：

基質(zhì)系統(tǒng)：

式中：qw分別為流體單位時(shí)間注入或采出的質(zhì)量，g/s；

Pf、Pm，分別為油、水兩相的壓力，atm；

μ為水兩相的粘度，mPa·s；

Kf、Km，分別裂縫和基質(zhì)的滲透率，μm2；

φf(shuō)、φm分別為裂縫、巖石基質(zhì)的孔隙度，f；

α、β為滲透率變化系數(shù)，1；

σ為基質(zhì)巖塊與裂縫間的竄流因子，μm2/cm2。

2 實(shí)例分析

2.1 關(guān)井泄壓方式泄壓區(qū)地層壓力預(yù)測(cè)及分析

在應(yīng)用已知穩(wěn)態(tài)的地層壓力分布，改變注水井邊界條件為井底向內(nèi)流量為零，對(duì)注水井關(guān)井泄壓地層壓力分布模型進(jìn)行求解。

注水井關(guān)井泄壓時(shí)，泄壓區(qū)內(nèi)的地層壓力均有不同程度的降低，如圖1。原有高壓處流體會(huì)向低壓處流動(dòng)，使區(qū)間壓差減小。同時(shí)，對(duì)距注水井0 和200 m裂縫處泄壓前后地層壓力對(duì)比，發(fā)現(xiàn)裂縫處地層壓力由注水時(shí)高壓在泄壓連通低壓處后壓力略低于巖石基質(zhì)。說(shuō)明泄壓時(shí)裂縫是地層流體由高壓處流向低壓處的主要流通通道，由于裂縫高導(dǎo)壓能力，使裂縫影響的泄壓區(qū)的區(qū)間壓差快速平衡，提高泄壓效率。

圖1 沿注水井至待鉆點(diǎn)方向地層壓力分布圖Fig.1 Formation pressure profile along the water injection well to the drilling point

圖2中，關(guān)井泄壓注水井井底壓力和待鉆點(diǎn)處壓力泄壓初始?jí)毫χ挡煌箟核俾室膊煌?，關(guān)井泄壓井口壓力大小不能夠衡量待鉆點(diǎn)壓力大小。若儲(chǔ)層待鉆點(diǎn)地層壓力需降到18 MPa才可進(jìn)行施工，預(yù)測(cè)注水井關(guān)井的時(shí)間為54 d，以此為參照制定關(guān)井泄壓的鉆關(guān)時(shí)間。注水井關(guān)井55 d后，待鉆點(diǎn)鉆井鉆至儲(chǔ)層1 200 m鉆井液密度1.55 g/cm3，未發(fā)生鉆井事故，與預(yù)測(cè)結(jié)果相符。

圖2 關(guān)井泄壓井底和待鉆點(diǎn)處壓力隨時(shí)間變化圖Fig.2 Pressure variation with time in shut-in pressure relief bottom hole and drilling point

2.2 溢流泄壓方式泄壓區(qū)地層壓力預(yù)測(cè)及分析

應(yīng)用已知穩(wěn)態(tài)的地層壓力分布，改變注水井邊界條件為井底為井筒內(nèi)靜液柱壓力，對(duì)注水井溢流泄壓地層壓力分布模型進(jìn)行求解。

注水井溢流泄壓時(shí)，受注水井影響范圍內(nèi)的地層壓力均有不同程度的降低，如圖 3。井口敞開(kāi)進(jìn)行放噴，地層流體流動(dòng)是雙向的。一方面，靠近注水井周?chē)牡貙恿黧w沿井筒流向井口；受井口敞開(kāi)放溢流影響，井底壓力迅速下降和井筒內(nèi)靜液柱壓力平衡。另一方面，高壓地層流體受壓差作用向低壓處即生產(chǎn)井以及泄壓區(qū)邊緣流動(dòng)。

圖3 沿注水井至待鉆點(diǎn)方向地層壓力分布Fig.3 Formation pressure distribution along the water injection well to the drilling point

圖4中，溢流泄壓注水井井底壓力快速下降與井筒內(nèi)靜液柱壓力平衡，待鉆點(diǎn)出壓力緩慢下降，注水井井口壓力大小不能夠衡量待鉆點(diǎn)壓力大小。

圖4 溢流泄壓井底和待鉆點(diǎn)處壓力隨時(shí)間變化圖Fig.4 Pressure variation with time in the overflow pressure relief bottom hole and drill point

若待鉆點(diǎn)處地層壓力需降到19 MPa才可進(jìn)行施工，預(yù)測(cè)溢流泄壓的時(shí)間為15 d，以此為參照制定溢流泄壓的鉆關(guān)時(shí)間。注水井溢流泄壓15 d后，待鉆井鉆至儲(chǔ)層1 300 m鉆井液密度1.53 g/cm3，未發(fā)生鉆井事故，與預(yù)測(cè)結(jié)果相符。

3 結(jié) 論

低滲裂縫性?xún)?chǔ)層泄壓過(guò)程需要考慮裂縫的影響，裂縫影響注采穩(wěn)定時(shí)泄壓區(qū)初始的地層壓力分布；泄壓過(guò)程中，裂縫導(dǎo)壓能力高于巖石基質(zhì)，裂縫連通泄壓區(qū)低壓處，使高壓處壓力與低壓處壓力快速平衡，提高泄壓速率。低滲裂縫性?xún)?chǔ)層注水井關(guān)井和溢流泄壓方式下的泄壓，注水井井底和待鉆點(diǎn)處初始泄壓壓力不同，泄壓速率不同，無(wú)明顯相關(guān)性。因此，注水井井口壓力都不能作為待鉆點(diǎn)處泄壓后壓力的參考指標(biāo)。通過(guò)對(duì)注水井關(guān)井和溢流泄壓方式下，泄壓區(qū)地層壓力預(yù)測(cè)，依據(jù)預(yù)測(cè)制定注水井鉆關(guān)泄壓時(shí)間，應(yīng)用指導(dǎo)注水井進(jìn)行鉆關(guān)泄壓，降低了鉆井復(fù)雜事故發(fā)生率及鉆井成本。

［1］ 王友凈，宋新民，田昌炳，等．動(dòng)態(tài)裂縫是特低滲透油藏注水開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)的新的開(kāi)發(fā)地質(zhì)屬性[J]．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2015（2）：222-228．

［2］ 范天一，吳淑紅，李巧云，等．注水誘導(dǎo)動(dòng)態(tài)裂縫影響下低滲透油藏?cái)?shù)值模擬[J]．特種油氣藏，2015（03）：85-88+155．

［3］ 黃延章．低滲透油層滲流機(jī)理[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1998，30-100．

［4］ 楊蕾，同登科．變形介質(zhì)油藏-井筒耦合流動(dòng)研究[J]．石油天然氣學(xué)報(bào)，2006，28（6）：98-101．

［5］ 楊清立，楊正明，王一飛，等．特低滲透油藏滲流理論研究[J]．鉆采工藝，2007，30（6）：52-54．

［6］ 李松泉，程林松，李秀生，等．特低滲透油藏非線(xiàn)性滲流模型[J]．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2008，35（5）：606-612．

［7］ 伊懷建，朱維耀，張明江，等．低滲透致密儲(chǔ)層氣體低速非達(dá)西滲流地層壓力分布及產(chǎn)能分析[J]．特種油氣藏，2012（01）：70-73+138-139．

［8］ 馮金德，程林松，李春蘭，等．裂縫性油藏單井滲流規(guī)律研究[J]．石油鉆探技術(shù)，2007，35（3）：76-78．

［9］ 王西江，劉其成，王恩輝，等．雙重介質(zhì)油藏物模實(shí)驗(yàn)技術(shù)及滲流特征研究[J]．特種油氣藏，2007（2）：97-100+110．

［10］楊仁鋒，姜瑞忠，劉世華，等．特低滲透油藏非線(xiàn)性滲流數(shù)值模擬[J]．石油學(xué)報(bào)，2011，32（2）：299-306．

［11］姚約東，李相方．動(dòng)靜態(tài)結(jié)合預(yù)測(cè)調(diào)整井地層壓力的方法[J]．石油鉆探技術(shù)，2009，37（4）：32-34．

Time Prediction of Injection Well Decompression in low Permeability Fractured Reservoir

AI Chi1，GAO jian1，F(xiàn)ENG Fu-ping1，HUANG Rui2，ZHENG Hui-feng3，WANG Yuan-hang4

（1. College of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China; 2. College of Geosciences, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China; 3. Well Logging Company of Daqing Drilling Group, Heilongjiang Daqing 163310, China; 4. Daqing Oilfield Company, Heilongjiang Daqing, 163511, China）

It is very difficult to determine formation pressure and water injection well decompression time of low permeability reservoir after water injection, which can affect safe well drilling. Combined with seepage characteristics of the low permeability fractured reservoir, based on deformable double media seepage theory, considering rock and fracture pressure sensitive effect, dynamic model of reservoir formation pressure after pressure relief was established. Numerical simulation technology was used to predict the change of formation pressure distribution with the decompression time under shutting pressure relief and overflow pressure relief. Well drilling and shutting time of water injection well under different pressure relief mode was determined, so well drilling and shutting time scheme was made. Research shows that cracks connection of low pressure area in the pressure relief zone can improve pressure relief efficiency; in shut-in and overflow pressure relief processes, injection well bottom pressure should not be as a index of drill point formation pressure; The prediction of formation pressure in the pressure relief zone can be used to guide the drilling and shutting of the water injection well, which can satisfy the practical application of the safe adjustment of well drilling.

formation pressure; drilling and shutting pressure relief; low permeability; numerical simulation; adjustment wells

TE319

A

1671-0460（2016）12-2845-03

國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）基金項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：2013AA064903。

2016-05-26

艾池（1957-），男，教授，博士生導(dǎo)師，1982年畢業(yè)于東北石油大學(xué)鉆井工程專(zhuān)業(yè)，2003年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣井工藝?yán)碚?、油氣井工程力學(xué)與儲(chǔ)層增產(chǎn)措施等方面的教學(xué)和科研工作。E-mail：aichi2001@163.com。

高見(jiàn)（1991-），男，從事低滲儲(chǔ)層地層壓力研究。E-mail：gaojian920422@163.com。