超低滲透油藏M區(qū)塊多段壓裂水平井產(chǎn)能影響因素研究

程子岳

摘 ?????要： 根據(jù)超低滲透油藏 M區(qū)塊的地質(zhì)條件和物性， 應(yīng)用非線(xiàn)性滲流模型，結(jié)合實(shí)際情況分析對(duì)比超低滲透油藏 M區(qū)塊不同含水率和不同種類(lèi)井的流入動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)，并研究了不同裂縫和不同井距的流入動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)，確定了決定水平井產(chǎn)油能力的因素。 研究結(jié)果表明：油水相對(duì)滲透率試驗(yàn)結(jié)果表明，M區(qū)塊儲(chǔ)層具有啟動(dòng)壓力梯度，動(dòng)水飽和度低，油水互相滲透共同區(qū)域較小。超低滲透油藏 M區(qū)塊含水率、井網(wǎng)類(lèi)型、裂縫數(shù)量和井距對(duì)產(chǎn)油能力影響較大。其中，含水率為10%、中心壓裂水平井采用矩形井網(wǎng)、裂縫數(shù)為5和井距80 m的條件下超低滲透油藏 M區(qū)塊產(chǎn)能最優(yōu)。

關(guān) ?鍵 ?詞：超低滲透油藏;多段壓裂水平井;產(chǎn)能影響因素;流入動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 357 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）08-1771-04

Abstract： According to the geological conditions and physical properties of M block in the ultra-low permeability reservoir， the nonlinear seepage model was used for numerical simulation， and the inflow dynamic curves of different water cuts and different types of wells in the M block of the ultra-low permeability reservoir were compared with the actual situation. The inflow dynamic curves of different cracks and different well spacings were studied， and the factors affecting the oil production capacity of horizontal wells were determined. The results showed that the M block had a starting pressure gradient， low dynamic water saturation， and the common area of oil-water two-phase infiltration was small. Moisture content， well pattern type， fracture amount and well spacing in the M block of ultra-low permeability reservoir had a greater impact on oil production capacity. When the water content was 10%， the central fracturing horizontal well adopted the rectangular well pattern， the crack amount was 5 and the well spacing was 80 m，the M block of ultra-low permeability reservoir obtained the best oil production capacity.

Key words： Ultra low permeability reservoir; Multi-stage fracturing horizontal well; Productivity influencing factor; Inflow dynamic curve

由于M區(qū)塊的滲流情況特殊，超低滲透率，孔喉狹窄，可以使油氣水通過(guò)的通道非常細(xì)窄， 滲透阻力非常大，液固界面與液液界面的相互作用力顯著[1，2]; 同時(shí)，上覆有效應(yīng)力對(duì)低滲多孔介質(zhì)的物性參數(shù)影響較大，導(dǎo)致滲流規(guī)律產(chǎn)生某種變化而偏離達(dá)西定律，出現(xiàn)低速非線(xiàn)性滲流現(xiàn)象[3-6]。目前，壓裂水平井技術(shù)的發(fā)展主要作用于為超低滲透的油藏。然而，由于壓裂后水平井的情況復(fù)雜，其生產(chǎn)率受到裂縫數(shù)，裂縫滲透率和裂縫間距等諸多要素的影響[7-10]。 這些因素對(duì)超低滲透油藏壓裂水平井產(chǎn)量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，水平井壓裂設(shè)計(jì)的優(yōu)化和水平井壓裂效果的評(píng)價(jià)都有影響。因此，研究影響超低滲透油藏產(chǎn)油能力的因素非常有關(guān)鍵性意義。

1 ?在超低滲透油藏非線(xiàn)性滲流模型

在實(shí)際油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，地層中流體情況很復(fù)雜，由于受注水開(kāi)發(fā)、邊底水等因素的影響， 油藏中大部分地方以及開(kāi)發(fā)過(guò)程中大部分時(shí)間都處于油水共存狀態(tài);當(dāng)?shù)貙拥撞苛鲃?dòng)壓力低于泡點(diǎn)壓力時(shí)，原油將脫氣，甚至油、氣和水共同滲透也會(huì)發(fā)生。 單相滲流只是存在于地層中的部分地區(qū)或是某一階段。 在注水保持地層能量的情況下，水驅(qū)油過(guò)程中由于油水密度及黏度等性質(zhì)的差異，必然引起水的指進(jìn)以及滲流阻力的改變， 從而引起油水共滲的變化，影響油井的產(chǎn)量以及地層壓力的分布。

在低滲、超低滲的地層中，各種力相互關(guān)系的變化導(dǎo)致了油、氣、水三相滲流特征產(chǎn)生較大的差別。在數(shù)值模擬過(guò)程應(yīng)充分思量這些要素對(duì)滲流的影響。

1.1 ?基本假設(shè)條件

假設(shè)有一個(gè)超低滲透儲(chǔ)層，儲(chǔ)層巖石具有非均質(zhì)性和各向異性，儲(chǔ)層巖石考慮為變形介質(zhì)并且介質(zhì)變形不影響流體的相滲; 儲(chǔ)層中流體流動(dòng)是等溫滲流;在考慮起始梯度壓力后，油藏只有三相油、氣和水，油和水相遵循非達(dá)西定律;烴成分僅含有油和氣的兩種成分，油成分完全留存于油相中，氣體成分既可以是游離氣體，也可以留在于水和油相中。 氣體的溶解和逸出是霎時(shí)實(shí)現(xiàn)的; 油藏流體弱可壓縮; 考慮滲透過(guò)程中重力和毛細(xì)力的影響。

1.3 ?求解方法

超低滲透油藏采用的數(shù)學(xué)模型基本方程是一組非線(xiàn)性偏微分方程。 以及模擬邊界的不規(guī)則性，一般不可能用解析的方法求解。只有使用某種數(shù)學(xué)方法，微分方程才能轉(zhuǎn)變?yōu)榇鷶?shù)方程，并通過(guò)數(shù)值解求解。最廣泛使用的方式之一是有限差分方式。本研究選用IMPES（Implicit Pressure Explicit Saturation）方法對(duì)方程組進(jìn)行線(xiàn)性化處理。與傳統(tǒng)的黑油模型的不同之處在于壓力梯度和壓力差值校正系數(shù)相乘（該值的區(qū)間為[0，1]）。在差分離散化方式的油水方程中包括非線(xiàn)性滲流校正因數(shù)。這使得關(guān)系式中系數(shù)矩陣的更可靠更恒定，??并且將其中一些方式，例如流度上游值和黑油模型中的完全隱含方式運(yùn)用在當(dāng)中。

2 ?多段壓裂水平井產(chǎn)能影響因素

2.1 ?計(jì)算參數(shù)選取

本論文針對(duì)大慶油田 M區(qū)塊進(jìn)行計(jì)算，目前大慶油田 M區(qū)塊油井單井日產(chǎn)量小，甚至不經(jīng)壓裂就無(wú)天然產(chǎn)能， 生產(chǎn)形勢(shì)穩(wěn)定，產(chǎn)量下降較快，看水后含水量急劇上升，液體產(chǎn)量指標(biāo)和產(chǎn)油指數(shù)迅速下降; 另外，由于較高水井注水壓力，難以填充油藏能量，油井見(jiàn)效不明顯，導(dǎo)致地層中難以建立有效的驅(qū)替壓力系統(tǒng)，采收率和采油速度都比較低。 M區(qū)塊基本參數(shù)： 地層原油密度0.812 g/cm3，地層原油粘度6.4 mPa·s，飽和壓力5.13 MPa，體積系數(shù)1.1，原始?xì)庥捅?8.7 m3/ t。 M油層平均地面原油密度0.868 6 t/m3，原油粘度46.3 mPa·s，凝固點(diǎn)35.0 ℃，含膠量15.8%，含蠟量25.9%。具體地層等縫參數(shù)見(jiàn)表1。

本研究中的油水相對(duì)滲透率數(shù)據(jù)如圖1所示。從相滲透曲線(xiàn)試驗(yàn)成效來(lái)看，M區(qū)塊有分別不低于40%和不低于25%的束縛水和殘油飽和度。圖中也能夠看出相對(duì)滲透率增大非常緩慢的是水，降低十分迅速的是油。 因此隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間的不斷推進(jìn)，產(chǎn)液量提升很難達(dá)到，為保持油田穩(wěn)產(chǎn)靠二提高產(chǎn)液量的困難也十分大。油水相對(duì)滲透率共同占據(jù)的面積非常有限，驅(qū)油得能力始終不高于40%。試驗(yàn)結(jié)果表明，M區(qū)塊油層存在起始啟動(dòng)壓力梯度，極低動(dòng)水飽和度，油水相對(duì)滲透率共同領(lǐng)域較窄。

2.2 ?不同含水率條件下裂縫水平井IPR曲線(xiàn)

圖3展現(xiàn)了中心壓裂水平井含水率不同時(shí)的IPR曲線(xiàn)，滲透率為0.1 mD。 分析可得對(duì)于直井注，中心水平井采的井網(wǎng)，隨著井底流壓的降低，油井產(chǎn)量呈現(xiàn)先增大后減小的形狀。這是因?yàn)殡S著地層底部井內(nèi)流動(dòng)壓力的降低，一方面，生產(chǎn)壓力差增大，促進(jìn)了產(chǎn)量的增加; 另一方面，由于介質(zhì)的變形，地層滲透性降低，這阻礙了生產(chǎn)的增加。 當(dāng)井底流動(dòng)壓力高時(shí)，生產(chǎn)壓力差在促進(jìn)生產(chǎn)中起主要作用，因此產(chǎn)量隨著流動(dòng)壓力的降低而增加; 當(dāng)井底流壓超過(guò)臨界值后，介質(zhì)變形對(duì)產(chǎn)量的阻礙作用起主要作用，使產(chǎn)量隨流壓的降低而降低。 當(dāng)局部層的滲透率相同時(shí)，含水量越低，產(chǎn)油量越高，與不同含水量的最大產(chǎn)油量相對(duì)應(yīng)的最大底部油壓相同。同時(shí)，介質(zhì)變形的影響與地層滲透率有關(guān)，與地層流體類(lèi)型不相關(guān)。

2.3 ?不同滲透率條件下裂縫水平井IPR曲線(xiàn)

圖4為中心壓裂水平井采矩形井網(wǎng)不同滲透率下含水率30%的IPR曲線(xiàn)。從圖中可以看出，在含水量相同和地層滲透率有差異的條件下，最大產(chǎn)油量相對(duì)的最大底油壓力也有差異， 滲透率越高，臨界井底流壓越小，說(shuō)明介質(zhì)變形對(duì)低滲透地層的影響要比對(duì)高滲透地層的影響大。

2.4 ?不同井網(wǎng)條件下裂縫水平井IPR曲線(xiàn)

圖5為不同注采井網(wǎng)條件下地層滲透率0.1 mD下含水率30%的IPR曲線(xiàn)。分析圖5可以看出直井注，水平井壓裂采井網(wǎng)的產(chǎn)量最高，是水平井的2.5倍左右，是直井的10倍左右。

2.5 ?不同裂縫條數(shù)下裂縫水平井IPR曲線(xiàn)

圖6顯示了中心壓裂水平井網(wǎng)的IPR曲線(xiàn)，滲透率為0.1 mD，裂縫數(shù)不同。從圖6可知，當(dāng)滲透率相同時(shí)，裂縫數(shù)越多，油井產(chǎn)量越高。 五個(gè)裂縫的產(chǎn)量約為三個(gè)裂縫的1.2倍。 在相同的地層滲透率中，不同裂縫的水平井的最大輸出對(duì)應(yīng)于相同的臨界底部流動(dòng)壓力。

2.6 ?不同井距條件下裂縫水平井IPR曲線(xiàn)

圖7為壓裂水平井井網(wǎng)地層滲透率0.1 mD不同井距條件下的IPR曲線(xiàn)。

從圖7可以得知，當(dāng)局部層的滲透率相同時(shí)，更小的井間距使油井產(chǎn)油量更高。80 m井距的產(chǎn)量是300 m井距產(chǎn)量的1.7倍左右。考慮鉆井成本和單井控制儲(chǔ)量后，最優(yōu)井距為80 m。當(dāng)?shù)貙訚B透率相同時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同井水平井最大輸出的臨界井底流動(dòng)壓力是相同的。

3 結(jié) 論

（1）在油水相對(duì)滲透率試驗(yàn)中，超低滲透油藏的 M區(qū)塊存在起始啟動(dòng)壓力梯度，動(dòng)水飽和度極低，油水相對(duì)滲透率共同領(lǐng)域較窄，采用水平井壓裂采井網(wǎng)含水率10%，滲透率1.0 mD時(shí)產(chǎn)能最優(yōu)。

（2）含水率有差異的條件下最大產(chǎn)油量對(duì)應(yīng)的臨界地層底部井內(nèi)流壓為9 MPa，地層滲透率有差異的條件下最大產(chǎn)油量對(duì)應(yīng)的臨界地層底部井內(nèi)流壓為3 MPa。

（3）超低滲透M區(qū)塊中水平井壓裂采井網(wǎng)的產(chǎn)量最高，是水平井的2.5倍左右，是直井的10倍左右。較多的裂縫條數(shù)，較小的井間距，會(huì)使井的產(chǎn)量更高。超低滲透M區(qū)塊5條裂縫，80 m井距使該區(qū)塊油井的產(chǎn)能最大。

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