裂縫型火山巖底水油藏水平井開發(fā)效果因素分析

阮迪 沈暢 郭陽凱 劉德華 李玉杰

摘 ?????要： 新疆某油田屬于中孔、特低滲的孔隙-裂縫雙重介質(zhì)且底水能量充足的塊狀火山巖油藏。借鑒國內(nèi)外一些對于特殊和難動用地質(zhì)儲量采用水平井開采的經(jīng)驗，卻不能達到理想的效果。運用數(shù)值模擬軟件對水平井產(chǎn)能影響因素進行研究，同時結(jié)合正交實驗設(shè)計和灰色關(guān)聯(lián)分析法確定了地質(zhì)參數(shù)和工作制度對水平井產(chǎn)能的重要程度排序：工作制度、水平段長度、避水高度、裂縫垂直水平滲透率比、底水倍數(shù)，并且定量給出了各因素對水平井產(chǎn)能的貢獻度，依次為：32.7%，27.2%，17%，13.6%，9.5%。該結(jié)論針對不同井場進行排采制度優(yōu)化，以指導(dǎo)該油藏內(nèi)油井的合理排采，為該油田火山巖油藏的高效開發(fā)提供理論依據(jù)，且可以在其他相近油田推廣使用。

關(guān) ?鍵 ?詞：雙重介質(zhì);火山巖油藏;水平井;數(shù)值模擬;正交設(shè)計;灰色關(guān)聯(lián)

中圖分類號：TE355.6????????文獻標識碼：?A ??????文章編號： 1671-0460（2019）11-2618-05

Analysis on the Factors of Affecting Horizontal Well Development

Result in Fractured Volcanic Bottom Water Reservoirs

RUAN Di¹， SHEN Chang¹， GUOYang-kai²， LIU De-hua^1*， LI?Yu-jie²

（1. School of Petroleum Engineering，?Yangtze University， Hubei Wuhan430100， China;

2. Changqing Oilfield?Company， Shaanxi Xian 710000， China）

Abstract： An oilfield in Xinjiang belongs to a volcanic rock reservoir with medium porosity， ultra-low permeability， porosity and fracture dual medium and abundant bottom water energy. Although?learning from development experiences?of some special and difficult geological reserves at home and abroad by?horizontal well?technology， desired effect was?not achieved. Influencing factors of horizontal well productivity were?studied by?using numerical simulation software.?And the orthogonal experiment design and grey correlation analysis method were used to determine the order of importance?of geological parameters and working system on horizontal well productivity：?working system， horizontal section length， water avoidance height， cracks vertical horizontal permeability ratio， bottom water ratio.?And?then?the contribution degree of each factor on horizontal well productivity was given?as follows： 32.7%， 27.2%， 17%， 13.6%， 9.5%.This conclusion can be used to optimize the drainage system for different wells in order to guide the reasonable drainage of oil wells in the reservoir， provide a theoretical basis for the efficient development of volcanic reservoir in the oilfield， and can be popularized in other similar oilfields.

Key words： Double medium; Volcanic reservoir; Horizontal well; Numerical simulation; Orthogonal design; Grey correlation

火山巖油藏成藏模式較砂巖復(fù)雜， 從儲集空間來看， 既有以玄武巖為主的、以獨有的氣孔以及沉凝灰?guī)r與生物質(zhì)交錯沉積時形成的、以基質(zhì)孔隙為主的基質(zhì)孔隙型油藏，又有致密火山巖中以開啟的裂縫為主要儲集空間的裂縫型油藏^[1]。油藏開發(fā)存在的一些問題：隨著生產(chǎn)時間的推移，當?shù)貙訅毫π∮陲柡蛪毫r， 油井開始出現(xiàn)供液能力不足和脫氣現(xiàn)象;含水上升態(tài)勢沒有得到有效抑制， 水淹面積逐年增大;遞減率越來越大。裂縫性油藏錐間帶剩余油潛力小， 水平井實施暫緩;受特殊巖性油藏約束，油藏幾乎沒有措施潛力。長期以來，火山巖儲層多被認為是裂縫性儲層，勘探目的以及研究常常都在裂縫參數(shù)上，卻一直沒有在油藏底水能量上和生產(chǎn)施工中人為可控因素上對水平井產(chǎn)能進行研究，傳統(tǒng)的產(chǎn)能公式法只能定性描述某因素對水平井產(chǎn)能的影響，方法可靠，但是人為誤差的可能性較大且定量分析并不到位。所以本文采用數(shù)值模擬方法，它是通過建立比較精細的油藏地質(zhì)模型，較好的擬合火山巖油藏的開發(fā)動態(tài)和開采特征，具備全面考慮油藏地質(zhì)及水平井生產(chǎn)參數(shù)，存在人為誤差的可能性較小的優(yōu)勢^[2-5]。從水體大小，避水高度，工作制度，水平段長度等因素出發(fā)，研究其對水平井產(chǎn)能的影響，并通過正交設(shè)計實驗和灰色關(guān)聯(lián)法對影響水平井產(chǎn)能的因素按影響程度強弱進行排序，并定量給出了各因素對水平井產(chǎn)能的貢獻度。

1 ?模型的建立

1.1 ?油藏概況

1.1.1 ?地層特征

該油藏石炭系為一套多期噴發(fā)的、不同巖性疊加、且平面上具有巖相分帶性的塊狀火山巖體，依附于斷裂帶發(fā)育大型火山角礫巖爆發(fā)通道，其上披覆堆積厚層氣孔狀玄武巖和致密玄武巖?？拷鼣嗔褞^(qū)域石炭系頂部剝蝕、風化淋濾作用明顯，地震雜亂、弱連續(xù)，遠離紅車斷裂區(qū)域石炭系披覆特征清晰，地震反射穩(wěn)定、連續(xù)。

石炭系火山巖體自上而下劃分為A1、A2、A3等三套火山巖體，油層在三套巖體中均有分布，巖層間界限GR或RT突變特征明顯，地震剖面上一般可連續(xù)追蹤。已完鉆井A1巖體地層厚度80.5～270.4 m，平均厚度為120.8 m，A2巖體地層厚180.3～256.5 m，平均厚度為230.0 m，A3巖體地層厚度130.7～330.2 m，平均厚度為265.9 m。

1.1.2 ?儲層特征

綜合薄片鑒定、巖心觀察、FMI巖性解釋結(jié)果，該油藏石炭系儲層巖性主要為火山碎屑巖和基性火山熔巖，火山碎屑巖包括凝灰?guī)r、火山角礫巖，火山熔巖主要以氣孔狀玄武巖和致密玄武巖為主。油層主要分布在氣孔狀玄武巖、火山角礫巖中，火山角礫巖物性好于氣孔狀玄武巖。

依據(jù)油藏的基本地質(zhì)特征和地震資料通過精細化地質(zhì)建模手段對油藏進行雙重介質(zhì)的精細刻畫，并從中截取目的區(qū)域模型，選取其中某一正方形水平井開采單元，單元邊長1 500 m，儲層厚度400 m，底水厚度100 m，基質(zhì)孔隙度1%，滲透率0.2 mD，裂縫孔隙度10%，滲透率130 mD，水平段處于正方形平面的中點。以上是油藏不變的因素， 需要分析的因素為： 水體大小需要分析的因素為：水平段長度、避水高度、水體大小、工作制度、裂縫垂向水平滲透率比。

1.2 ?網(wǎng)格系統(tǒng)

通過網(wǎng)格優(yōu)化設(shè)計，建立基本模型的網(wǎng)格系統(tǒng)，油藏模型采用black oil模型，選取笛卡爾坐標系下的塊中心網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分為51×51×30，X，Y方向的網(wǎng)格步長為30 m的均勻網(wǎng)格，Z方向的網(wǎng)格步長為20 m的均勻網(wǎng)格。為了確保模型的準確性，模型的PVT等地質(zhì)參數(shù)均取自于實際油藏（圖1）。

2 ?單因素分析

2.1 ?水體大小對產(chǎn)能的影響

本文以水平井累積產(chǎn)油量為指標研究各參數(shù)的影響。在以上建立的模型基礎(chǔ)上，設(shè)避水高度為230 m，水平段長度1 000 m，K_v/K_h為0.281，井底流壓20 MPa，預(yù)測時間30 a，通過設(shè)置不同的水體倍數(shù)：1、2、5、10、20得到5個不同的方案。如圖2所示。

由圖2可知：隨著水體倍數(shù)的增大，水平井穩(wěn)產(chǎn)時間越長，累積產(chǎn)油量越大，但是水體倍數(shù)從1倍變到2倍時，累積產(chǎn)油量增加了3萬t，水體倍數(shù)從2倍變到5倍時，累積產(chǎn)油量增加了4萬t，水體倍數(shù)從5變到10時，累積產(chǎn)油量增加2萬t，水體倍數(shù)從10變到20時，累積產(chǎn)油量增加1萬t。說明水體大小在影響水平井產(chǎn)能時在2到10倍水體之間存在一個最優(yōu)值。

2.2 ?避水高度對產(chǎn)能的影響

設(shè)水平段長度1 000 m，K_v/K_h為0.281，井底流壓20 MPa，水體大小5倍，預(yù)測時間30 a，通過設(shè)置不同的避水高度：90、130、230（油層中部）、280、380 m，得到5個不同的方案。由圖3可知：在15?a內(nèi)，當避水高度處于油層中下部時。累積產(chǎn)油量并無明顯差別，當生產(chǎn)時間超過15?a后有著明顯隨著避水高度的增加，累積產(chǎn)油量先增加后減小的規(guī)律，拐點為避水高度230 m時。當避水高度為390 m，即避水高度與油層厚度的比值大于0.9時，累積產(chǎn)油量有著明顯下降的趨勢。

2.3 工作制度對產(chǎn)能的影響

合理的工作制度一直是油藏開發(fā)中重要的話題，設(shè)避水高度為230 m，水平段長度1 000 m，K_v/K_h為0.281，水體大小5倍，預(yù)測時間30 a，通過設(shè)置不同的井底流壓：14、16、18、20、22 MPa，得到五個不同的方案。如圖4所示。

由圖4可知：隨著井底流壓的降低，水平井累積產(chǎn)油量增大。井底流壓為20 MPa時的累積產(chǎn)油量（90萬t）比井底流壓為22 MPa時的累積產(chǎn)油量（69萬t）增加了21萬t;井底流壓為18 MPa時的累積產(chǎn)油量（109萬t）比流壓為20 MP時的累積產(chǎn)油量（90萬t）增加了19萬t，當流壓為14 MPa累積產(chǎn)油增幅量只有17萬t。所以當流壓為20 MPa時累產(chǎn)油增幅量最大。

2.4 ?水平段長度對產(chǎn)能的影響

設(shè)避水高度為230 m，K_v/K_h為0.281，井底流壓20 MPa，水體大小5倍，預(yù)測時間30 a，通過設(shè)置不同的水平段長度：400、600、800、1 000、1 200 m，得到五個不同的方案。由圖5可知：水平井的泄油面積隨著水平段長度的增大而增大，從而導(dǎo)致單井的累積產(chǎn)油量增大。水平段長度為600 m時的累積產(chǎn)油量（55萬t）比水平段長度為400 m時的累積產(chǎn)油量（41萬t）增加了14萬t，水平段長度為1 000 m時的累積產(chǎn)油量（90萬t）比水平段長度為800 m時的累積產(chǎn)油量（72萬t）增加了18萬t，當水平段長度達到1 200 m時，累產(chǎn)油增幅量只有11萬t，所以水平段長度在影響水平井產(chǎn)能時當水平段長度在1 000 m到1 200 m時水平井產(chǎn)能達到最優(yōu)。

2.5 ?裂縫垂向和水平滲透率比對產(chǎn)能的影響

在水平井開采過程中，滲透率各向異性對水平井產(chǎn)能的大小具有一定程度的影響，設(shè)避水高度為230 m，井底流壓20 MPa，水體大小5倍，水平段長度1 000 m，預(yù)測時間30 a，通過設(shè)置不同的裂縫垂向水平滲透率比：0.1、0.2、0.3、0.5、0.7，得到五個不同的方案。由圖6可知：當垂向滲透率增大時，流體在流入水平井時垂向上的滲流阻力會減小，使水平井垂向上的流入量增大，進而導(dǎo)致水平井產(chǎn)能的增大。并且可以明顯的看出累積產(chǎn)油量的增幅量逐漸減小，所以當K_v/K_h為0.2～0.5時，水平井產(chǎn)能達到最優(yōu)。

3 ?多因素分析

3.1 ?實驗方案的確立及模擬結(jié)果

前面已經(jīng)通過數(shù)值模擬軟件分析了各個因素對水平井產(chǎn)能的影響，本部分綜合考慮水體大小，避水高度，工作制度，水平段長度，裂縫垂向和水平滲透率比等5個因素，通過正交實驗設(shè)計得出各因素在影響水平井產(chǎn)能時的主次順序和顯著程度，進而確定最優(yōu)的參數(shù)組合，實現(xiàn)產(chǎn)能的最大化。在本次試驗研究中以單井累積產(chǎn)油量為考察指標。因素和水平如表1所示。本次試驗一共是5因素，4水平。從模擬結(jié)果（表2）中分析出最佳的實驗方案：當避水高度230 m，水平井長度1 200 m，水體倍數(shù)5倍，井底流壓 16 MPa，裂縫垂向水平滲透率比為0.4時，水平井開發(fā)效果最好。

3.2 ?各因素影響程度分析

（1）確定參考序列和比較序列

灰色關(guān)聯(lián)法首先要指定參考序列。以每個方案的單井累產(chǎn)油為參考序列記為X₀（t），記第一個為x₀（1），第二個為x₀（2），…，第n個為x₀（n）。所以，參考序列可以表示為X₀（t）={x₀（1），x₀?（2），…，x₀（n）}^[7，8]。然后再以每個影響因素為比較序列，分別記為X₁（t），X₂（t），…，X_i（t），類似參考序列X₀（t）的表示方法，有X₁（t）={x₁（1），x₁（2），…，x₁（n）}，…，X_i（t）= {x_i（1），x_i（2），…，x_i（n）}，i=1，2，…，m。

（2）計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

（1）

根據(jù)式（1），結(jié)合均值化無量綱數(shù)據(jù)，可以得到各數(shù)據(jù)的絕對差值。其中ξ_0i（t）是關(guān)聯(lián)系數(shù)，ρ是分辨系數(shù)，此次取值為0.5。

（3）求關(guān)聯(lián)度

（2）

根據(jù)式（2），可以求得各參數(shù)的關(guān)聯(lián)度（表3）。

由表3可知，在上述5個參數(shù)中對水平井產(chǎn)能大小的影響程度依次為：工作制度，水平段長度，避水高度，裂縫垂直水平滲透率比，底水倍數(shù)。

（4）定量化分析

在研究水平井產(chǎn)能時，各個參數(shù)對產(chǎn)能的影響程度均不一樣，為了在對水平井產(chǎn)能的貢獻度上定量描述各個參數(shù)，以實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算出不同參數(shù)對水平井產(chǎn)能的平均影響程度：工作制度的減小，水平井產(chǎn)能平均增加4.8%;水平段長度的增加，水平井產(chǎn)能平均增加4.0%，避水高度的增加，水平井產(chǎn)能平均增加2.5%，裂縫垂向水平滲透率比增加，水平井平均產(chǎn)能增加2.0%，底水倍數(shù)的增加，水平井產(chǎn)能平均增加1.4%。從而計算出各個因素對水平井產(chǎn)能的貢獻度分別為：32.7%，27.2%，17%，13.6%，9.5%。

4 ?結(jié) 論

（1）正交試驗優(yōu)化結(jié)果表明：該區(qū)宜采用避水高度230 m，水平井長度1 200 m，水體倍數(shù)5倍，井底流壓 16 MPa，裂縫垂直水平滲透率比為0.4時的參數(shù)進行開發(fā)。

（2）采用正交設(shè)計實驗和灰色關(guān)聯(lián)法，得出各因素對水平井影響程度的主次順序依次為：工作制度，水平段長度，避水高度，裂縫垂直水平滲透率比，底水倍數(shù)。并且定量給出了各因素對水平井產(chǎn)能的貢獻度：工作制度（產(chǎn)能貢獻度32.7%），水平段長度（貢獻度27.2%），避水高度（貢獻度17%），裂縫垂向水平滲透率比（產(chǎn)能貢獻度13.6%），底水倍數(shù)（貢獻度9.5%）。

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