基于不同裂縫發(fā)育程度下周期注水注采參數(shù)優(yōu)化研究

房 娜，張占女，程明佳，朱志強(qiáng)，程 奇

(1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

0 引 言

周期注水主要利用壓力擾動(dòng)彈性效應(yīng)，通過周期性地提高和降低注水量，造成地層壓力重新分配和注水波及區(qū)內(nèi)油水在地層中的重新分布，充分提高了注入水波及系數(shù)，從而有效改善裂縫性油藏開發(fā)效果[1-5]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于周期注水改善裂縫性油藏開發(fā)效果以及周期注水增油機(jī)理方面，已經(jīng)有了比較成熟的認(rèn)識(shí)[6-13]。針對(duì)周期注水注采參數(shù)方面的研究，主要采用一維巖心或者二維剖面模型，該模型不能表征雙重介質(zhì)油藏滲流特性，同時(shí)對(duì)于周期注水注采參數(shù)的研究也主要是定性認(rèn)識(shí)，無定量結(jié)論[14-17]?？紤]到裂縫性油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫在平面和縱向上的分布往往差異較大[18-25]，文中主要考慮不同裂縫發(fā)育程度下，結(jié)合三維物理模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬技術(shù)，建立實(shí)驗(yàn)室條件下數(shù)值模型，實(shí)現(xiàn)周期注水注采參數(shù)定量?jī)?yōu)化。

1 三維物理模擬模型的建立

對(duì)于裂縫性油藏的開發(fā)，由于受到古地形、古構(gòu)造和風(fēng)化作用的影響，裂縫的發(fā)育程度及分布規(guī)律差異較大[26-31]。為了便于研究，三維物理模型的構(gòu)建采用經(jīng)典的Warren-Root模型。根據(jù)錦州A油田巖石物性和儲(chǔ)層物性特征，從典型露頭區(qū)選擇微裂縫大量發(fā)育的淺啡網(wǎng)紋花崗巖，巖石平均孔隙度為4.0%～7.0%，滲透率為0.3～1.0 mD，與礦場(chǎng)實(shí)際情況相接近。以幾何相似、動(dòng)力相似和運(yùn)動(dòng)相似為基本原則，利用量綱分析法和方程分析法，推導(dǎo)出裂縫性油藏三維物理模擬相似準(zhǔn)則，據(jù)此，建立對(duì)應(yīng)的三維物理模型。

2 數(shù)值模擬研究

2.1 模型的建立

按照三維物理模型的規(guī)格和儲(chǔ)層物性參數(shù)，采用ECLIPSE軟件建立等比例的數(shù)值模型。模型采用雙孔單滲結(jié)構(gòu)，模型網(wǎng)格數(shù)為25×25×50，其中，z方向1～25層表示基質(zhì)系統(tǒng)部分，26～50層表示裂縫部分，網(wǎng)格步長(zhǎng)為1 cm×1 cm×1 cm。根據(jù)錦州A油田采用“頂?shù)捉诲e(cuò)注水開發(fā)”的井網(wǎng)部署方式，模型底部設(shè)置1口注水井、頂部設(shè)置2口采油井，井型均為水平井。

基質(zhì)系統(tǒng)滲透率為1.0 mD，裂縫系統(tǒng)滲透率為500.0 mD，總孔隙度為6.2%，其中，基質(zhì)巖塊孔隙度為5.0%，裂縫系統(tǒng)孔隙度為1.2%，基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)的儲(chǔ)量比為3∶1。相對(duì)滲透率曲線、PVT參數(shù)及巖石應(yīng)力敏感參數(shù)選取油田實(shí)際測(cè)量值，裂縫滲透率作為歷史擬合參數(shù)。裂縫發(fā)育均勻程度用σ因子表征，σ因子的物理意義為裂縫切割基質(zhì)巖塊的幾何參數(shù)，σ因子越大，表示裂縫越發(fā)育，裂縫切割基質(zhì)巖塊越均勻，即：

(1)

式中：Lx為基質(zhì)巖塊長(zhǎng)度，m；Ly為基質(zhì)巖塊寬度，m；Lz為基質(zhì)巖塊高度，m。

根據(jù)相似原理，計(jì)算三維物理模擬σ因子為0.48。通過調(diào)整滲透率、相對(duì)滲透率曲線參數(shù)，微調(diào)孔隙度、高壓物性參數(shù)，完成驅(qū)替實(shí)驗(yàn)含水率和產(chǎn)油量的擬合，擬合精度達(dá)到90%以上。

2.2 裂縫發(fā)育程度對(duì)周期注水的影響

為表征裂縫發(fā)育程度對(duì)周期注水的影響，設(shè)計(jì)σ因子分別為2.50、0.50和0.10，表征裂縫發(fā)育均勻程度分別為好、中、差。對(duì)比周期注水和常規(guī)注水采收率和含水上升率(表1)。由表1可知，周期注水可以提高裂縫性油藏采收率1.7～3.2個(gè)百分點(diǎn)，年平均含水上升率降低0.2～0.7個(gè)百分點(diǎn)。隨著裂縫發(fā)育程度越差，非均質(zhì)性越強(qiáng)，周期注水降水增油的效果越明顯。

表1 不同裂縫發(fā)育均勻程度下周期注水增油效果

2.3 周期注水注采參數(shù)優(yōu)化

2.3.1 單因素分析

以油藏采收率作為開發(fā)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過設(shè)計(jì)不同注采參數(shù)下周期注水方案，分析常規(guī)注水轉(zhuǎn)周期注水時(shí)機(jī)、注采比和間注時(shí)間3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)周期注水開發(fā)效果的影響(圖1)。由圖1可知，注水時(shí)機(jī)、間注時(shí)間和注采比(注水階段)3個(gè)參數(shù)均對(duì)采收率較為敏感。注水時(shí)機(jī)對(duì)采收率的影響表現(xiàn)為單調(diào)遞減性，周期注水開展越早，采收率越高，同時(shí)當(dāng)含水率大于60%時(shí)，采用周期注水效果急劇變差，因此，開展周期注水的時(shí)機(jī)含水率不大于60%。間注時(shí)間和注采比對(duì)采收率的影響表現(xiàn)出非單調(diào)性，在某區(qū)間內(nèi)采收率獲得極大值(圖1)。原因是間注時(shí)間主要影響壓降漏斗的“開度”，即調(diào)整注水井工作制度后，壓力波由注水井井底經(jīng)過一定時(shí)間傳播到采油井井底的時(shí)間，為最佳的間注時(shí)間。注采比主要影響壓降漏斗的“深度”，即壓力波動(dòng)的強(qiáng)度，注采比越大，壓力波動(dòng)越大，越能發(fā)揮巖石和流體的彈性能以及滲吸作用，當(dāng)注采比過大時(shí)，會(huì)造成應(yīng)力敏感和油井脫氣等反向作用，因此，間注時(shí)間和注采比均存在最優(yōu)值。

圖1 不同注采參數(shù)下周期注水采收率對(duì)比

2.3.2 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)

為優(yōu)化不同裂縫發(fā)育程度下的注采比和間注時(shí)間，同時(shí)考慮兩者的相互關(guān)聯(lián)與干擾，采用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)(表2)，考慮因素為注采比和間注時(shí)間，響應(yīng)值為采收率，一組實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)兩因素五水平方案13個(gè)。結(jié)合響應(yīng)面設(shè)計(jì)，分別計(jì)算σ因子分別為0.10、0.50、2.50條件下，采收率關(guān)于注水時(shí)機(jī)和注采比的響應(yīng)曲面(圖2)。其中，注采比和間注時(shí)間為自變量，采收率為響應(yīng)值。

表2 響應(yīng)曲面參數(shù)設(shè)計(jì)

圖2為不同裂縫發(fā)育程度下采收率響應(yīng)曲線。由圖2可知，裂縫發(fā)育均勻程度較差時(shí)(σ=0.10)，合理注采比為1.64，間注時(shí)間為105 d；裂縫發(fā)育均勻程度中等時(shí)(σ=0.50)，合理注采比為1.85，間注時(shí)間為80 d；裂縫發(fā)育均勻程度較好時(shí)(σ=2.50)，合理的注采比為1.96，間注時(shí)間為65 d。即裂縫分布越不均勻，儲(chǔ)層非均質(zhì)性越強(qiáng)，間注時(shí)間應(yīng)越長(zhǎng)，注采比應(yīng)減小。這是由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性越強(qiáng)，常規(guī)注水越容易沿大裂縫突進(jìn)，造成油井過早水淹，注入水無效循環(huán)。采用較小的注采比，較長(zhǎng)的間注時(shí)間，既防止注入水沿高滲層突進(jìn)，又充分發(fā)揮毛管力滯水排油作用，充分提高油藏最終采收率。

3 應(yīng)用效果

錦州A油田位于遼東灣海域，主力產(chǎn)層為太古宇變質(zhì)巖潛山，為典型的雙重介質(zhì)油藏。測(cè)井資料和取心資料表明，該油藏內(nèi)部裂縫發(fā)育程度橫向及縱向差異較大，儲(chǔ)層表現(xiàn)出很強(qiáng)的非均質(zhì)性[18-21]。該油田于2009年12月投入生產(chǎn)，先期投產(chǎn)的區(qū)塊(2/7井區(qū)和5井區(qū))早期采用常規(guī)注水開發(fā)，油井表現(xiàn)出初期產(chǎn)量高、含水上升快、產(chǎn)量遞減大的開發(fā)特征。2014年12月，首次在2/7井區(qū)開展周期注水試驗(yàn)，根據(jù)注采單元裂縫發(fā)育程度的不同，注水階段注采比為1.6～1.9，間注時(shí)間為2～3個(gè)月。截至2017年，2/7井區(qū)累計(jì)增油8.9×104m3，含水率降低7.2個(gè)百分點(diǎn)。新投產(chǎn)區(qū)塊(1/8井區(qū))于2015年9月投產(chǎn)，投產(chǎn)即采用周期注水開發(fā)?？紤]新區(qū)塊裂縫分布不均，部分注采單元存在大裂縫溝通。

圖2 不同裂縫發(fā)育程度下采收率響應(yīng)曲線(投影)

應(yīng)用上述研究成果，優(yōu)化不同注采單元注采參數(shù)。目前新區(qū)塊共投產(chǎn)采油井11口，平均單井初期日產(chǎn)油為281 m3/d，目前仍處于無水采油期，較老區(qū)平均單井初期日產(chǎn)油提高123 m3/d，無水采油期較老區(qū)延長(zhǎng)6個(gè)月，預(yù)計(jì)采收率可以提高1.3個(gè)百分點(diǎn)(圖3)。

圖3 1/8井區(qū)產(chǎn)油量及含水率變化曲線

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1) 建立實(shí)驗(yàn)室條件下數(shù)值模型，通過擬合三維驅(qū)替實(shí)驗(yàn)含水率和產(chǎn)油量，有效表征了儲(chǔ)層物性和裂縫參數(shù)，該方法靈活、簡(jiǎn)便，模擬結(jié)果說服力強(qiáng)。

(2) 與常規(guī)注水對(duì)比，裂縫發(fā)育程度越差，儲(chǔ)層非均質(zhì)性越強(qiáng)，周期注水降水增油效果越好。

(3) 注水時(shí)機(jī)對(duì)采收率的影響表現(xiàn)為“單調(diào)性”，即周期注水開展越早，開發(fā)效果越好，注采比和間注時(shí)間對(duì)采收率的影響表現(xiàn)為非單調(diào)性，在一定區(qū)間內(nèi)存在最優(yōu)值。

(4) 對(duì)于裂縫發(fā)育程度較差，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)的區(qū)塊，應(yīng)提前開展周期注水，注水階段注采比應(yīng)保持在1.6～1.8，間注時(shí)間在3個(gè)月左右，采用這種“弱降壓”的方式開采，有利于提高裂縫性油藏最終采收率。

(5) 研究成果指導(dǎo)了錦州A油田優(yōu)化注水工作。通過優(yōu)化周期注水注采參數(shù)，老井區(qū)累計(jì)增油6.9×104m3，含水率降低7.2個(gè)百分點(diǎn)，新區(qū)平均單井日產(chǎn)油較老區(qū)提高123 m3/d，無水采油期延長(zhǎng)6個(gè)月，預(yù)計(jì)采收率可以提高1.3個(gè)百分點(diǎn)。