巨厚潛山裂縫性油藏井網(wǎng)部署方法研究

焦松杰，丁祖鵬，李南，焦紅梅

(中海石油(中國)有限公司北京研究中心，北京 100028)

0 引 言

在油氣田開發(fā)中，針對常規(guī)構(gòu)造型油藏，已形成較成熟的布井理論與技術(shù)[1-4]：對目標(biāo)油藏構(gòu)造進(jìn)行定量描述，結(jié)合儲層發(fā)育特征，參考標(biāo)準(zhǔn)化井網(wǎng)即可完成井位部署。但對巨厚潛山裂縫性油藏，由于儲層巨厚、發(fā)育裂縫等特點，常規(guī)井網(wǎng)難以達(dá)到預(yù)期開發(fā)效果[5]。因此，巨厚潛山裂縫性油藏在井位部署中不僅要考慮構(gòu)造及儲層特征，還要考慮裂縫發(fā)育程度及裂縫走向等因素，明確油水井相對關(guān)系及最佳部署位置，實現(xiàn)最佳開發(fā)效果。通過分析巨厚潛山裂縫性油藏特征，結(jié)合實驗分析及油藏滲流理論，研究得到一種巨厚潛山裂縫油藏井網(wǎng)部署方法。

1 巨厚潛山裂縫性油藏特點分析

目標(biāo)油藏L位于渤海東部海域，平均水深為29.9 m，研究區(qū)為中生界花崗巖侵入體，油藏為塊狀底水油藏。綜合地質(zhì)研究表明，L油藏現(xiàn)今構(gòu)造受長期構(gòu)造運動及風(fēng)化剝蝕作用而形成，在構(gòu)造高部位風(fēng)化作用改造強烈，儲層相對發(fā)育；在構(gòu)造低部位古斷層發(fā)育，裂縫也相對發(fā)育，發(fā)育高滲大裂縫的幾率較大[6]。

L油藏具有以下特點：①儲層巨厚。發(fā)育塊狀儲層，有效厚度達(dá)幾百米，甚至上千米。②裂縫縱向高角度。受構(gòu)造應(yīng)力影響，儲層縱向上多發(fā)育中高角度裂縫。③裂縫平面分區(qū)。根據(jù)裂縫發(fā)育特點，儲層平面分2個區(qū)：高部位微裂縫區(qū)(簡稱微裂縫區(qū))和低部位大裂縫區(qū)(簡稱大裂縫區(qū))。微裂縫區(qū)位于構(gòu)造高部位，因風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，局部發(fā)育微裂縫、網(wǎng)狀縫，裂縫具有密度大、開度小等特征；大裂縫區(qū)位于構(gòu)造低部位，受古斷層作用，局部發(fā)育大裂縫，裂縫具有密度小、開度大等特征。④裂縫存在方向性。受主地應(yīng)力影響，儲層裂縫存在方向性。

2 巨厚潛山裂縫性油藏井網(wǎng)部署方法分析

2.1 井型分析

考慮裂縫高角度特點，與直井相比，水平井可提高裂縫鉆遇率，保證單井產(chǎn)能。L油藏數(shù)值模擬結(jié)果表明：水平井初期產(chǎn)能為直井的2.5倍，累計產(chǎn)油為直井的1.6倍(表1)。L油藏三維大型物理模擬結(jié)果證明，水平井開發(fā)該類油藏在保障產(chǎn)能、提高波及范圍等方面優(yōu)勢較大[7-9]。因此，巨厚潛山裂縫性油藏推薦部署水平井開發(fā)。

表1 不同開發(fā)井型開發(fā)效果對比

2.2 布井方向分析

基于水平井在開發(fā)巨厚潛山裂縫性油藏中的巨大優(yōu)勢，應(yīng)結(jié)合該類油藏裂縫存在方向性的特點，明確水平井與油藏主裂縫方向最佳部署角度。

研究采用離散裂縫建模(DFN)技術(shù)建立儲層裂縫片模型，應(yīng)用雙孔單滲模型開展數(shù)值模擬，模型參數(shù)：網(wǎng)格大小為20 m×20 m×5 m；裂縫方位為NE60 °；裂縫傾角為45.0 °；裂縫滲透率為243×10-3μm2；裂縫儲量占總儲量18.60%。

采用優(yōu)化得到的水平井注采井網(wǎng)，模擬對比水平井與裂縫夾角成不同角度的開發(fā)效果，結(jié)果見表2。模擬結(jié)果表明：巨厚潛山裂縫性油藏水平井方向與油藏主裂縫方向成45.0 °時開發(fā)效果最佳。

表2 巨厚潛山裂縫性油藏水平井與裂縫不同配置角度開發(fā)效果對比

2.3 井網(wǎng)分析

為明確巨厚潛山裂縫性油藏水平井開發(fā)油水井的相對關(guān)系，以渤海L油藏為原型，根據(jù)相似理論，設(shè)計并建立與目標(biāo)油藏相似的1 .0 m×1 .0 m×0.5 m的大尺度物理模型，進(jìn)行不同井網(wǎng)形式下的水驅(qū)油實驗[10-11]。實驗結(jié)果表明，巨厚裂縫性油藏采用側(cè)底注水、頂部采油的立體井網(wǎng)形式開發(fā)效果最好。側(cè)底注水、頂部采油的立體井網(wǎng)可以形成水托油的效果，最大程度地提高水驅(qū)油波及效率，同時注水井與采油井縱向上的距離可起到延緩水淹的作用。

對于潛山裂縫性油藏，裂縫系統(tǒng)的驅(qū)油效率直接關(guān)系到油藏最終采收率，采油井部署位置極為重要?？紤]裂縫分區(qū)的特點，利用人造巖心實驗對不同裂縫滲透率及不同原油黏度的裂縫驅(qū)油效率進(jìn)行對比。實驗結(jié)果表明，裂縫系統(tǒng)驅(qū)油效率并不隨裂縫滲透率(裂縫開度)的增大持續(xù)增大，而是存在一個拐點(圖1)。因此，油井應(yīng)部署在裂縫滲透率為200×10-3～400×10-3μm2的區(qū)域內(nèi)，而非裂縫滲透率最大的大裂縫發(fā)育區(qū)。

基于以上研究，推薦巨厚潛山裂縫性油藏部署高部位微裂縫發(fā)育區(qū)采油、低部位大裂縫發(fā)育區(qū)注水的水平井立體交錯井網(wǎng)。具體需做到以下2點：①平面交錯，以提高波及效率，保障驅(qū)油效率；縱向立體，采用底注頂采模式，延緩底水錐進(jìn)；②細(xì)化采、注井位置，實現(xiàn)低部位大裂縫區(qū)注入，高部位微裂縫區(qū)采油的注采模式。此種注水模式可較好地保障地層能量，控制含水上升，進(jìn)而提高驅(qū)油效率。

圖1含水率為98%時裂縫系統(tǒng)采出程度與裂縫滲透率關(guān)系曲線

3 油水井位置確定方法

保障巨厚潛山油藏產(chǎn)能和開發(fā)效果的關(guān)鍵是要實現(xiàn)大裂縫區(qū)注水、微裂縫區(qū)采油這一立體井網(wǎng)部署模式，因此，明確油水井部署具體位置至關(guān)重要。

基于裂縫性油藏是否對裂縫系統(tǒng)開展了準(zhǔn)確描述，分別考慮不同的油水井位置確定方法。

(1) 潛山裂縫描述清楚，特別是大裂縫區(qū)和微裂縫區(qū)相對位置描述明確。在此前提下，根據(jù)研究成果，部署大裂縫區(qū)注水、微裂縫區(qū)采油的平面交錯、縱向立體的注采井網(wǎng)(圖2)。

圖2潛山裂縫性油藏立體注采井網(wǎng)示意圖

(2) 如無裂縫系統(tǒng)的準(zhǔn)確描述，僅有孔滲場等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可基于裂縫孔滲和裂縫開度之間的理論公式等效計算裂縫開度，以確定大裂縫區(qū)和微裂縫區(qū)的相對位置，指導(dǎo)油水井部署位置。

裂縫介質(zhì)的滲透率與裂縫孔隙度和裂縫開度之間的理論關(guān)系計算方法如下。

假設(shè)大裂縫區(qū)、微裂縫區(qū)滲濾面積均為A，微裂縫區(qū)裂縫長度為hf1，裂縫寬度為b1，裂縫密度為n1；大裂縫區(qū)裂縫長度為hf2，裂縫寬度為b2，裂縫密度為n2。

以微裂縫區(qū)為例：

(1)

式中：n1為裂縫密度，cm-1；hf1為裂縫發(fā)育段長度，cm；A為裂縫發(fā)育段滲流面積，cm2。

此時，微裂縫區(qū)裂縫孔隙度可用裂縫面積與巖樣滲流面積的比值表示：

(2)

式中：φf1為裂縫孔隙度；b1為裂縫寬度(開度)，cm。

由布辛列克方程可知，流過單位長度裂縫的液體流量為：

(3)

在裂縫總長度為hf1的情況下，巖石滲流面積內(nèi)流過全部裂縫的液體流量為：

(4)

將式(2)代入式(4)可得：

(5)

引入裂縫巖石滲透率Kf這一參數(shù)，仍按達(dá)西定律來表示同一巖石的流體流量，則有：

(6)

式中：Kf1為微裂縫區(qū)裂縫滲透率，μm2。

根據(jù)等效滲流阻力原理，當(dāng)2塊巖石外部幾何尺寸相同，其他滲流條件相同時，若2塊巖石的滲流阻力相等，則流量應(yīng)相等。

故式(5)與式(6)應(yīng)相等，整理后則有：

(7)

由式(7)可得到微裂縫區(qū)開度：

(8)

同樣得到大裂縫區(qū)開度：

(9)

式中：Kf2為大裂縫區(qū)裂縫滲透率，μm2；φf2為大裂縫區(qū)裂縫孔隙度。

由式(8)和式(9)可知：裂縫滲透率與裂縫孔隙度的比值與裂縫開度成正比，通過裂縫滲透率和裂縫孔隙度反推裂縫開度b，根據(jù)b值的相對大小判斷大裂縫區(qū)和微裂縫區(qū)，并由此確定巨厚潛山裂縫性油藏油水井具體位置。

4 布井方法應(yīng)用

目標(biāo)油藏L儲層厚度為180 m左右，在平面和縱向上裂縫都表現(xiàn)出強非均質(zhì)性，為典型的巨厚潛山裂縫性油藏。

應(yīng)用離散裂縫建模(DFN)技術(shù)建立儲層裂縫片模型，采用上述方法確定大裂縫區(qū)與微裂縫區(qū)，模擬對比大裂縫區(qū)注、大裂縫區(qū)采，大裂縫區(qū)注、微裂縫區(qū)采，微裂縫區(qū)注、大裂縫區(qū)采和微裂縫區(qū)注、微裂縫區(qū)采4種開發(fā)井網(wǎng)(一注兩采水平井立體井網(wǎng)，水平井與主裂縫方向成45.0 °，相同井距及注采關(guān)系)的開發(fā)效果。

模擬結(jié)果表明：大裂縫區(qū)注、微裂縫區(qū)采開發(fā)效果最好，微裂縫區(qū)注、微裂縫區(qū)采次之，而微裂縫區(qū)注、大裂縫區(qū)采效果最差。大裂縫區(qū)注、微裂縫區(qū)采開發(fā)模式較微裂縫區(qū)注、大裂縫區(qū)采開發(fā)模式15 a累計多產(chǎn)油4.6×104m3，相對增油達(dá)到16%(表3)。

表3 不同注采模式下累計產(chǎn)油對比

5 結(jié) 論

(1) 巨厚潛山裂縫性油藏具有儲層巨厚、裂縫高角度、裂縫分區(qū)、存在方向性等特點。

(2) 水平井開發(fā)巨厚潛山裂縫性油藏效果更優(yōu)，推薦水平井與地層主裂縫方向成45.0 °部署。

(3) 通過研究得出，“側(cè)底注水、頂部采油”的立體井網(wǎng)開發(fā)該類油藏效果最好，采油井應(yīng)部署在裂縫滲透率為200×10-3～400×10-3μm2的區(qū)域，而非裂縫滲透率最大的大裂縫發(fā)育區(qū)。

(4) 通過孔滲場計算裂縫區(qū)域定量分布的方法，確定了油水井部署具體位置，最終實現(xiàn)高部位微裂縫區(qū)采油、低部位大裂縫區(qū)注水的水平井立體交錯井網(wǎng)部署模式。模擬結(jié)果表明，大裂縫區(qū)注、微裂縫區(qū)采較微裂縫區(qū)注、大裂縫區(qū)采的開發(fā)模式15 a累計多產(chǎn)油4.6×104m3，相對增油達(dá)到16%。研究成果對同類油藏開發(fā)井網(wǎng)部署具有一定的借鑒意義。

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