低滲透油藏長壓裂縫井網(wǎng)注水開發(fā)滲流特征研究

焦紅巖，董明哲，張 戈，李亞軍

(1.中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580； 2.勝利油田分公司 現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257068)

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低滲透油藏長壓裂縫井網(wǎng)注水開發(fā)滲流特征研究

焦紅巖1,2，董明哲1，張 戈2，李亞軍1

(1.中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580； 2.勝利油田分公司 現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257068)

摘要：綜合運用滲流力學(xué)、油藏工程及數(shù)值模擬的方法對長縫壓裂注水開發(fā)的滲流問題進行研究，建立了長縫壓裂復(fù)合流動滲流模型，并運用數(shù)值方法進行求解，得到了不同井網(wǎng)形式下的滲流規(guī)律及試井曲線。研究結(jié)果表明：相同穿透比下交錯井網(wǎng)壓力波及面積大于正對井網(wǎng)；正對井網(wǎng)和交錯井網(wǎng)2種井網(wǎng)形式下，井底流體流動形態(tài)主要分為井筒存儲、早期線性流、徑向流、地層雙線性流動、邊界影響等5個階段；與正對井網(wǎng)相比，油井穿透比對交錯井網(wǎng)線性流持續(xù)時間影響較大。研究成果對低滲油藏長縫壓裂注水開發(fā)技術(shù)應(yīng)用具有理論指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：長縫壓裂井；復(fù)合流動模型；穿透比；流動規(guī)律

焦紅巖,董明哲,張 戈,等.低滲透油藏長壓裂縫井網(wǎng)注水開發(fā)滲流特征研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,31(1):90-95.

JIAO Hongyan,DONG Mingzhe,ZHANG Ge,et al.Research on seepage characteristics of long fracturing fracture well pattern in low permeability reservoir in water injection development[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(1):90-95.

引言

長縫壓裂注水開發(fā)技術(shù)是低豐度特低滲透油藏近年來得以大規(guī)模開發(fā)動用的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]。長縫壓裂注水開發(fā)技術(shù)是指通過大型壓裂在儲層中形成半縫長200 m的長縫，放大井距，增大單井泄油面積，突破低豐度特低滲透油藏效益開發(fā)門檻的一種注水開發(fā)技術(shù)。該項技術(shù)已經(jīng)在礦場進行了規(guī)?；茝V應(yīng)用，但其水驅(qū)滲流規(guī)律尚不明確，制約該項技術(shù)的進一步應(yīng)用。本文運用滲流力學(xué)、油藏工程及數(shù)值模擬方法研究了在不同注采井網(wǎng)形式中，長縫壓裂注水開發(fā)的滲流特征，明確水驅(qū)滲流規(guī)律，為礦場應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1長縫壓裂復(fù)合流動模型的建立

1.1假設(shè)條件

從實際地面微地震監(jiān)測資料分析來看，勝利油田長縫壓裂裂縫多為垂直縫，為模型建立方便，將壓裂裂縫假設(shè)為一個垂直面，從平面上看裂縫為一條直線，假設(shè)兩翼半縫長相等，則簡化后的交錯井網(wǎng)長縫壓裂注水開發(fā)概念模型如圖1所示。以該簡化概念模型為基礎(chǔ)，通過滲流力學(xué)方法建立長縫壓裂注水開發(fā)復(fù)合流動模型。

圖1　長縫壓裂注水開發(fā)交錯井網(wǎng)的概念模型Fig.1　Water injection development model of long-fracture fracturing dislocation well pattern

根據(jù)概念模型井網(wǎng)特點，取最小注采單元進行網(wǎng)格劃分，如圖2所示。

模型建立的基本假設(shè)為：(1)油藏中油水兩相不混溶、不可壓縮；(2)忽略重力和毛管力，不考慮井筒存儲和表皮系數(shù)；(3)油藏為各項同性均質(zhì)；(4)考慮低滲透油藏啟動壓力梯度和壓敏效應(yīng)的影響。

1.2數(shù)學(xué)模型

從圖2可以看出，模型的滲流分為2個區(qū)域，一是油藏基質(zhì)滲流區(qū)域，二是裂縫流動區(qū)域，屬于復(fù)合流動模型，以下分別建立2個區(qū)域的流動模型[3-6]。

圖2　交錯井網(wǎng)長縫壓裂開發(fā)模型的網(wǎng)格劃分Fig.2　Grid division of long-fracture fracturing dislocation well pattern development model

(1)基質(zhì)區(qū)域數(shù)學(xué)模型

基本微分方程：

(1)

(2)

采用塊中心網(wǎng)格對上述方程進行差分離散，消去密度，兩邊同時乘以網(wǎng)格(i,j)的體積，可得：

(3)

其中：

對于水相，將式(3)下標(biāo)改為w即可得到水相的差分離散方程。利用油水相飽和度之和為1，將得到的水和油公式相加，可以得到在不考慮毛管力的作用下的兩相方程

(4)

式中：a(i,j)=ao(i,j)+aw(i,j)；b(i,j)=bo(i,j)+bw(i,j)；c(i,j)=co(i,j)+cw(i,j)；d(i,j)=do(i,j)+dw(i,j)；e(i,j)=eo(i,j)+ew(i,j)；f(i,j)=fo(i,j)+fw(i,j)。

(2)長裂縫區(qū)域數(shù)學(xué)模型

由于其長寬比比較大，只考慮x方向的流動，基本微分方程為

(5)

(6)

對式(5)基本微分方程進行差分離散，可得

(7)

其中：

同理可得式(6)的差分離散方程，油水相公式合并，可得

(8)

其中：g(i,j)=gw(i,j)+go(i,j)；h(i,j)=hw(i,j)+ho(i,j)；

m(i,j)=mo(i,j)+mw(i,j)；n(i,j)=nw(i,j)+no(i,j)。

(3)模型求解

采用IMPES方法求解該模型，主要思路為：

(1)根據(jù)So+Sw=1，乘以油水密度比，合并油水相方程，消去差分方程組中的變量So和Sw，從而得到只含有壓力變量的方程。

(2)方程兩端的達西系數(shù)用上一階段的值，即顯示處理系數(shù)，由此形成一個高階線性方程組，用高斯賽德爾迭代方法求解即可。

2長縫壓裂注水開發(fā)滲流特征分析

利用數(shù)值試井方法，建立交錯井網(wǎng)、正對井網(wǎng)2種井網(wǎng)形式下的長縫壓裂模型，分析生產(chǎn)過程中的壓力變化及試井流動階段劃分[7-8]。

2.1交錯井網(wǎng)滲流特征

不同時間油水井間壓力分布如圖3。

圖3　交錯井網(wǎng)下不同時間的壓力分布Fig.3　Pressure distribution between oil and water wells in dislocation pattern in different time

由交錯井網(wǎng)不同時間壓力分布圖可以看出，同一時刻，水井到油井間的壓力逐漸降低，油水井周圍壓力呈條帶狀分布，沿著裂縫方向壓力一致，油藏內(nèi)的流體呈現(xiàn)出平行線性流動的特征。隨著生產(chǎn)時間延長，壓力波及范圍逐漸變大，原油動用程度越來越大。

2.2正對井網(wǎng)滲流特征

不同時間油水井間壓力分布如圖4所示。與交錯井網(wǎng)相比，正對井網(wǎng)同一時刻壓力同樣是從水井到油井降低，油水井周圍壓力呈條帶狀分布。不同之處在于，正對井網(wǎng)條件下壓力傳播距離短，壓力梯度大，流線垂直于兩條平行裂縫。

圖4　正對井網(wǎng)不同時間的壓力分布Fig.4　Pressure distribution between oil and water wells in square well pattern in different time

2.3裂縫穿透比對滲流特征的影響

裂縫穿透比是指壓裂裂縫半縫長與油井井距的比值。同一時刻，不同油井穿透比條件下的滲流特征如圖5和圖6所示。

可以看出，隨裂縫穿透比增加，相同時間波及面積增加，但后期波及面積增速漸緩；相同油井穿透比下，交錯井網(wǎng)波及面積更大。

圖5　交錯井網(wǎng)不同穿透比下的壓力分布Fig.5　Pressure distribution between oil and water wells in dislocation well pattern under different penetration ratio

圖6　正對井網(wǎng)不同穿透比下的壓力分布Fig.6　Pressure distribution between oil and water wells in square well pattern under different penetration ratio

3不同井網(wǎng)試井曲線分析

(1)交錯井網(wǎng)試井曲線如7所示。從圖中可以看出，交錯井網(wǎng)注采單元主要流動階段可劃分為：井筒存儲(壓力導(dǎo)數(shù)曲線斜率為1)、早期線性流(壓力導(dǎo)數(shù)曲線斜率為1/2)、徑向流(壓力導(dǎo)數(shù)曲線斜率為0)、地層雙線性流動(壓力導(dǎo)數(shù)曲線斜率為1/4)、邊界影響等5個階段，且油井穿透比越大，線性流動階段持續(xù)的時間越長[9]。

圖7　交錯井網(wǎng)不同穿透比下的試井曲線Fig.7　Well testing curves of dislocation well pattern under different penetration ratio

(2)正對井網(wǎng)試井曲線如圖8所示。從圖中可以看出，正對井網(wǎng)注采單元主要流動階段劃分與交錯井網(wǎng)相同，區(qū)別在于油井穿透比對正對井網(wǎng)線性流持續(xù)時間影響較小。

圖8　正對井網(wǎng)不同穿透比下的試井曲線Fig.8　Well testing curves of square well pattern under different penetration ratio

4結(jié)論

(1)長縫壓裂注水開發(fā)過程中，油藏壓力沿裂縫方向呈條帶狀分布，裂縫穿透比越大，波及面積越大，相同穿透比下，交錯井網(wǎng)波及面積更大。

(2)長縫壓裂注水開發(fā)井附近滲流分為井筒存儲、早期線性流、徑向流、地層雙線性流、邊界影響等5個階段，裂縫穿透比對交錯井網(wǎng)線性流持續(xù)時間影響較大。

參 考 文 獻：

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責(zé)任編輯：張新寶

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.015中圖分類號：TE312

文章編號：1673-064X(2016)01-0090-06

文獻標(biāo)識碼：A

收稿日期：2015-06-10

基金項目：國家科技重大專項“勝利油田薄互層低滲透油田開發(fā)示范工程”(編號：2011ZX05051)

作者簡介：焦紅巖(1975-)，男，高級工程師，博士研究生，主要從事油田勘探開發(fā)研究。 E-mail：jiaohongyan.slyt@sinopec.com

Research on Seepage Characteristics of Long Fracturing Fracture Well Pattern in Low Permeability Reservoir in Water Injection Development

JIAO Hongyan1,2,DONG Mingzhe1,ZHANG Ge2,LI Yajun1

(1.Faculty of Petroleum Engineering,China University of Petroleum (East China),Qingdao 266580,Shandong,China; 2.Xianhe Oil Production Plant,Shengli Oilfield Company,Dongying 257068,Shandong,China)

Abstract:The seepage characteristics of long fracturing fracture well pattern in low permeability reservoir in water injection development are studied based on fluid mechanics in porous medium,reservoir engineering and numerical simulation.The composite seepage model for long fracturing fracture well pattern is established,and the seepage laws and the well testing curves of different long fracturing fracture well patterns are obtained solving the composite seepage model using numerical method.The research results show that the pressure sweeping area of dislocation arrangement well pattern is larger than that of square arrangement well pattern under the same fracture penetration ratio.In the dislocation arrangement well pattern and the square arrangement well pattern,there are five types of flow patterns of bottom-hole fluid: borehole storage fluid,early linear flow,radial flow,double linear flow and the flow influenced by boundary.The effect of fracture penetration ratio on the linear flow duration in the dislocation arrangement well pattern is greater than that in the square arrangement well pattern.The research results in this paper can provide theoretical guidance for the water injection development of long fracturing fracture well patterns in low permeability reservoirs.

Key words:fracturing well with long fracture;composite flow model;breaking through ratio;flow law