低滲透油藏加密井評價與加密技術(shù)界限計算方法
——以鄂爾多斯盆地盤古梁長6油藏為例

高占武, 楊林錦, 楊學峰, 雷啟鴻, 王 凱, 羅漢昌

(1.中國石油長慶油田分公司第三采油廠， 銀川 750006； 2.中國石油大學(北京)石油工程學院， 北京 102249)

近年來，低滲透油藏通過注水技術(shù)實現(xiàn)規(guī)模有效的開發(fā)，產(chǎn)量持續(xù)增長，其在油氣總產(chǎn)量中所占比例越來越大[1]。目前中國部分低滲透油藏處于注水開發(fā)的中后期，綜合含水率高，含水上升速度快[2]。井網(wǎng)加密調(diào)整可以有效降低含水率，改善水驅(qū)動用程度，是低滲透油藏生產(chǎn)中后期控水穩(wěn)油提高油藏采出程度的重要手段[3-5]。

但是在同一油藏中采用類似的加密方式下，不同加密井間的生產(chǎn)動態(tài)仍具有很大的差異，需要一套方法評價加密井的生產(chǎn)效果。在以往的油藏加密效果評價研究中，往往采用油藏工程方法或數(shù)值模擬方法優(yōu)選井網(wǎng)加密調(diào)整方式，分析油藏加密調(diào)整后油藏整體的開發(fā)效果[6-8]。曹仁義等[4]利用數(shù)值模擬方法優(yōu)選了加密井網(wǎng)和注入時機。田文博等[9]根據(jù)低壓物理模擬系統(tǒng)，研究不同壓裂裂縫穿透比、井排距對注采井網(wǎng)開采效果的影響。謝偉偉等[10]基于非達西滲流特征以及流管法原理，推導了各向異性低滲透油藏考慮啟動壓力梯度的五點井網(wǎng)油井見水時間理論表達式。但是這些方法均缺少實際油藏數(shù)據(jù)的驗證和加密井單井生產(chǎn)狀況評價。在井網(wǎng)加密技術(shù)界限方面，中外研究人員一直重視低滲透油藏井網(wǎng)部署的研究，包含低滲透油藏部署的各個方面：合理井網(wǎng)形式、合理井排距、合理井網(wǎng)密度、井網(wǎng)與裂縫匹配程度等[11]。殷代印等[6]從實際生產(chǎn)框框出發(fā)，在計算滿足低滲透油藏合理井數(shù)比的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬方法優(yōu)選不同加密方案；劉峰等[12]根據(jù)流管法原理推導了各向異性油藏菱形反九點井網(wǎng)開發(fā)合理井排距計算公式；趙繼勇等[13]運用聚類分析法和灰色關(guān)聯(lián)法定量評價低滲油藏合理井網(wǎng)形式適應(yīng)性。但是關(guān)于加密時機對加密效果影響的研究很少。

為此，分析鄂爾多斯盆地盤古梁長6油藏2007年至今加密井實際生產(chǎn)情況，確定標準，將加密井劃分為4個生產(chǎn)動態(tài)模式：高產(chǎn)見效型、高產(chǎn)遞減型、低產(chǎn)不見效型和高含水型，用以評價加密井單井生產(chǎn)情況。利用數(shù)值模擬方法定量研究了兩個人為可控因素(加密井網(wǎng)和加密時機)對低滲透油藏加密效果的影響，對比各因素對加密效果影響程度的大小。在此基礎(chǔ)上利用油藏工程方法分別推導了低滲透油藏極限加密井距和加密時機的計算方法。

1 加密井生產(chǎn)動態(tài)評價

盤古梁長6油藏自2007年起開始加密，主要分為3個階段分別對油藏西南部，中部和東北部進行加密，各區(qū)域加密方式如表1所示。加密井區(qū)均為單方向見水，西北部井區(qū)、中部井區(qū)和東北部加密井分別集中在2011—2012年、2016—2017年、2018—2019年投產(chǎn)。各區(qū)域均由原本的矩形井網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱庑畏淳劈c井網(wǎng)，然后進行加密配合轉(zhuǎn)注形成交錯排狀井網(wǎng)。

表1 各區(qū)域加密概況

加密井的生產(chǎn)情況隨時間而變化，為了方便比選，選取2個時間點(投產(chǎn)初期和生產(chǎn)5年后)的4個參數(shù)作為加密井生產(chǎn)動態(tài)模式劃分。部分加密井投產(chǎn)時間晚，未能生產(chǎn)5年，該類加密井第二個時間點數(shù)據(jù)使用目前最新數(shù)據(jù)。4個參數(shù)中投產(chǎn)初期產(chǎn)液量受加密井改造程度、儲層物性及地層能量保持水平影響；初期含水率反映儲層油水分布情況；5年后產(chǎn)液量反映油井受效情況；5年后加密井含水率反映水驅(qū)波及情況。通過聚類分析，可以得到表2的劃分標準。

按照表2標準可以將加密井生產(chǎn)動態(tài)模式劃分為：加密效果好：高產(chǎn)見效型加密井；加密效果一般：高產(chǎn)遞減型加密井；加密效果差：低產(chǎn)不見效型加密井和；加密效果差：高含水型加密井。盤古梁長6油藏各區(qū)域的加密井生產(chǎn)模式劃分情況如圖1所示，可以看出：同一油藏加密井生產(chǎn)效果也存在較大差異；中部井區(qū)加密效果好的加密井所占比例較大；高含水型加密井所占比例：東北部井區(qū)>中部井區(qū)>西南部井區(qū)，與加密時機存在相關(guān)性。

圖1 不同生產(chǎn)動態(tài)模式加密井分布

表2 加密井生產(chǎn)動態(tài)模式劃分標準

2 影響加密效果可控因素定量分析

儲層性質(zhì)、井間連通性、加密井網(wǎng)和加密時機都會對加密井的生產(chǎn)情況產(chǎn)生一定的影響，其中加密井網(wǎng)和加密時機是人為可控的影響油藏加密效果的因素。這里依據(jù)盤古梁長6油藏基本參數(shù)建立數(shù)值模擬機理模型，分析影響加密井生產(chǎn)效果的兩個可控因素(加密井網(wǎng)和加密時機)，為加密技術(shù)界限分析提供基礎(chǔ)。

2.1 模型建立

油藏基本參數(shù)如表3所示[14]，基礎(chǔ)模型為菱形反九點井網(wǎng)(500 m×180 m)，為消除邊界效應(yīng)的影響，模型包括5個完整井組，中間井組為主要研究對象，通過改變網(wǎng)格滲透率等效水力壓裂裂縫，數(shù)值模擬模型網(wǎng)格情況和井位如圖2所示，網(wǎng)格為160×100×1，尺寸為12.5 m×8 m×20 m，圖2中O為生產(chǎn)井，W為注入井。相對滲透率曲線由全區(qū)數(shù)值模擬模型歷史擬合生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到。生產(chǎn)井和注水井均采用定井底流壓生產(chǎn)，模擬生產(chǎn)井生產(chǎn)動態(tài)情況和遞減模式與盤古梁長6油藏生產(chǎn)井一致，模型適合盤古梁長6低滲透油藏研究。

表3 油藏基本參數(shù)

圖2 數(shù)值模擬模型網(wǎng)格

為研究加密井網(wǎng)和加密時機對加密效果的影響，這里分別設(shè)計了2組方案。第1組方案主要研究加密井網(wǎng)對加密效果的影響，包括以下具體方案，各方案井網(wǎng)形式如圖3所示：①方案1：基礎(chǔ)方案，菱形反九點井網(wǎng)模擬生產(chǎn)30年；②方案2：生產(chǎn)15年時進行井網(wǎng)加密，形成更小井距的矩形反九點井網(wǎng)繼續(xù)生產(chǎn)15年；③方案3：生產(chǎn)15年后在菱形反九點井網(wǎng)的兩口邊井中間鉆一口加密井，縮小井距，配合老井轉(zhuǎn)注形成沿主向的交錯排狀井網(wǎng)；④方案4：生產(chǎn)15年后均勻打加密井，配合老井轉(zhuǎn)注形成更小排距的交錯排狀井網(wǎng)；⑤方案5：在方案3的基礎(chǔ)上，在兩邊井之間打兩口加密井；⑥方案6：在方案3的基礎(chǔ)上，將定向井轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮倍染?/p>

圖3 不同方案加密井網(wǎng)

第2組方案用來研究不同加密時機對加密效果的影響，基本加密井網(wǎng)與第1組方案中的方案3一致，但是設(shè)置不同的加密時機，分別在生產(chǎn)5、10、15、20、25年后進行加密。

2.2 加密井網(wǎng)對加密效果的影響

第1組各方案數(shù)值模擬結(jié)果如表4所示，其中加密井初期產(chǎn)量為加密井投產(chǎn)前3個月產(chǎn)量的平均值，初期含水率為投產(chǎn)后第3個月的含水率，這里的加密井初產(chǎn)均為中間井組加密井的數(shù)據(jù)。

表4 數(shù)值模擬結(jié)果

2.2.1 井距

方案2、方案3均為在原本菱形反九點井網(wǎng)的基礎(chǔ)上主向加密，井距由原來的500 m縮小為250 m?？s小井距有效降低注水井和生產(chǎn)井之間的滲流阻力，改善加密井及老井的生產(chǎn)情況，基礎(chǔ)菱形反九點井網(wǎng)中老井的平均日產(chǎn)液量為2.84 m3/d，縮小井排距后矩形反九點井網(wǎng)和交錯排狀井網(wǎng)中的加密井初期產(chǎn)液能力均達到5 m3/d以上。其中矩形反九點井網(wǎng)的油井排加密井初期產(chǎn)液能力只有2.93 m3/d，是因為注水井注入水沿主滲透率方向由主向加密井快速采出，無法保持較高的生產(chǎn)壓差，說明在實際生產(chǎn)中水淹井及時關(guān)井或轉(zhuǎn)注有利于提高注水利用率，保持地層壓力。

2.2.2 排距

方案4在原本菱形反九點井網(wǎng)的基礎(chǔ)上側(cè)向交錯加密，排距由原本的180 m縮小為90 m，同時加密油井排的井距也由原本的500 m縮小為250 m。縮小井排距后，生產(chǎn)井的見效情況顯著改善，采油速度明顯增加，最終采出程度大幅度提升，但是隨著井網(wǎng)密度的增大，綜合含水率的快速提升，油藏整體更早進入高含水期，油藏有效生產(chǎn)年限減小。

2.2.3 加密井型

方案5、方案6在方案3交錯排狀加密井網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用兩口加密井或大斜度井代替一口加密井以改善加密井的生產(chǎn)及見效情況。模擬得到兩口加密井的累計初期產(chǎn)液量為9.48 m3/d，大斜度井的初期產(chǎn)液量為9.64 m3/d，均明顯優(yōu)于一口加密井的初期產(chǎn)能，并且兩口加密井可以有效提高采出程度5.92%，大斜度井可以有效提高采出程度5.99%，均優(yōu)于一口加密井。但是提高幅度有限，現(xiàn)場情況下需要進一步考慮經(jīng)濟成本。

2.2.4 方案對比

以提高采出程度排序，5種加密效果方案依次為：小排距排狀加密井網(wǎng)>矩形反九點井網(wǎng)>大斜度井加密>兩口加密井加密>交錯排狀加密井網(wǎng)。由于不同加密方案計劃的加密井數(shù)存在較大差別，這里定義單井提高采出程度，即每口加密井可以有效提高采出程度。表5為各方案的單井提高采出程度，則按照單井提高采出程度排序有：小排距排狀加密井網(wǎng)>大斜度井加密>交錯排狀加密井網(wǎng)>矩形反九點井網(wǎng)>兩口加密井加密。

表5 各方案單井提高采出程度

2.3 加密時機對加密效果的影響

第2組方案進行加密時機的研究，其中生產(chǎn)井生產(chǎn)1年后再注水，模擬生產(chǎn)過程中壓力緩慢恢復(fù)的過程。對比各方案可以得到不同加密時機的壓力恢復(fù)水平及水驅(qū)波及情況如表6所示，根據(jù)相對滲透率曲線，取含水前緣飽和度為65%，認為水驅(qū)前緣內(nèi)的范圍為波及范圍，可以計算得到相應(yīng)的加密時的水驅(qū)平面波及系數(shù)，如表6所示。模擬開發(fā)30年，各方案的采出程度曲線如圖4(a)所示，含水率曲線如圖4(b)所示，加密井投產(chǎn)后會對老井產(chǎn)生一定的影響，這里用加密井投產(chǎn)后3個月老井的日產(chǎn)液、日產(chǎn)油和含水率來表示，如圖5所示。加密井投產(chǎn)時的初期產(chǎn)量如圖6所示。

圖5 加密井投產(chǎn)后老井生產(chǎn)情況

圖6 加密井的初期產(chǎn)量

表6 不同加密時的壓力恢復(fù)水平及水驅(qū)波及情況

加密時機并不是越早越好或者越晚越好，而是存在最優(yōu)值，如圖4(a)采出程度曲線可以看出，生產(chǎn)30年時生產(chǎn)5年后加密、生產(chǎn)10年后加密和生

圖4 各方案的采出程度、含水率曲線

產(chǎn)15年后加密對加密效果的改善程度基本一致，所以應(yīng)該選擇生產(chǎn)15年后加密減少早期操作成本。井網(wǎng)加密后能有效降低含水率起到控水穩(wěn)油的作用，如圖4(b)所示。

不同加密時機下加密效果主要受地層壓力水平和水驅(qū)波及情況影響。地層能量從兩方面影響水驅(qū)波及情況：①生產(chǎn)5、10、15年時，地層壓力逐步回升，從圖6可以看出，隨著壓力的逐步回升，地層能量不斷增強，新投產(chǎn)的加密井的產(chǎn)液能力也不斷增強；②加密井的投產(chǎn)會改變單井的控制范圍，從而對老井產(chǎn)生不同程度的干擾。越晚投產(chǎn)的加密井對周圍老井的干擾越來越小，因為隨著生產(chǎn)時間的增加，地層的壓力系統(tǒng)越來越穩(wěn)定，生產(chǎn)15年后地層壓力基本維持在初始地層壓力的105%，之后加密井投產(chǎn)對老井的產(chǎn)液量的影響越來越小，如圖5所示。水驅(qū)波及情況主要影響新打加密井的初始含水率，加密時機越晚，油藏的水驅(qū)平面波及范圍越大，加密井的初始含水飽和度越高，對應(yīng)的產(chǎn)油量越少，加密井生產(chǎn)情況和加密井模式分布(圖1)均反映了這種情況。

2.4 影響加密效果的可控因素排序

影響加密效果的可控因素有井排距、加密井型和加密時機，依據(jù)上述數(shù)值模擬結(jié)果，各參數(shù)與生產(chǎn)30年時加密井方案提高采出程度的關(guān)系可以繪制龍卷風圖[15]，如圖7所示，可以看出井排距對加密井效果有顯著影響，其次是加密井型和加密時機，所以在加密方案制定和優(yōu)選中應(yīng)該優(yōu)先考慮加密調(diào)整井網(wǎng)井排距，其次考慮加密井型、加密時機。

圖7 各因素增長采收率排序

3 低滲透油藏加密技術(shù)界限

在油藏加密調(diào)整方案設(shè)計中，對加密效果影響最大的因素為加密井網(wǎng)井排距，其次為加密井型和加密時機，這里利用油藏工程方法分別給出了低滲透油藏極限加密井排距和加密時機的計算方法。

3.1 極限加密井距

極限加密井距通過以下油藏工程方法計算[16-17]：依據(jù)勢的疊加原理，計算油藏中勢的分布，進而計算油藏中的壓力梯度分布情況。當壓力梯度大于啟動壓力梯度時即認為儲量可動用(這里使用的啟動壓力梯度關(guān)系式為：G=0.006 08K-1.152 2，其中，G為啟動壓力梯度，MPa/m；K為滲透率，mD。其他基本參數(shù)與數(shù)值模擬模型一致。)，計算得到井距與動用程度的關(guān)系圖版，如圖8所示。儲量動用程度小于100%時對應(yīng)的井距為極限井距。

圖8 極限井距計算圖版

以盤古梁長6油藏為例，主向平均滲透率為1 mD，對應(yīng)圖版可以查的最小極限井距約為240 m；側(cè)向平均滲透率為0.05 mD，對應(yīng)最小極限排距為120 m。盤古梁長6油藏原始菱形反九點井網(wǎng)尺寸為500 m×180 m，目前加密調(diào)整為交錯排狀井網(wǎng)后，油井排井距為250 m，注采井排距為仍180 m，現(xiàn)場生產(chǎn)情況顯示油井排老井部分油井注水見效差，可以考慮進一步縮小排距。

3.2 加密時機

由數(shù)值模擬研究得到，加密井最優(yōu)的加密時機應(yīng)該滿足兩個因素：①加密時地層壓力恢復(fù)至原始地層壓力的100%及以上并趨于穩(wěn)定；②水驅(qū)前緣未波及至加密井排。其中地層壓力保持/恢復(fù)水平較容易確定，而水驅(qū)波及情況常難以確定。這里以菱形反九點井網(wǎng)加密配合轉(zhuǎn)注形成交錯排狀加密井網(wǎng)為例，推導了一種計算水驅(qū)前緣波及至加密井排時間的計算公式。當采用注采井排與井網(wǎng)方向一致的交錯排狀井網(wǎng)加密時，如圖9當水驅(qū)前緣波及至加密井A的位置時，加密井投產(chǎn)后含水率會迅速上升。

x為井網(wǎng)主向；y為井網(wǎng)側(cè)向；L為主向井距；d為側(cè)向井距

在各向同性油藏之中，注水井周圍的流動可以認為是平面徑向流，水驅(qū)前緣自注水井向四周推進。根據(jù)物質(zhì)平衡方程有

(1)

式(1)中：ξ為平面徑向流水驅(qū)前緣的半徑，m；A(ξ)為平面徑向流水驅(qū)前緣半徑為ξ處的流動截面積，m2；qinj為注水井的日注量，m3/d；t為注入時間，d；Swf為前緣含水飽和度，%；φ為孔隙度，小數(shù)；f′(Swf)為水驅(qū)前緣含水飽和度所對應(yīng)的含水率導數(shù)。

式(1)積分可以得到，水驅(qū)前緣移動的半徑為

(2)

式(2)中：h為儲層厚度，m。

各向異性油藏中的井網(wǎng)可以根據(jù)式(3)～式(5)進行坐標變換，轉(zhuǎn)變至等效各向同性油藏中[18-19]，可分別表示為

(3)

(4)

(5)

式中：Kx為x方向滲透率，mD；Ky為y方向滲透率，mD；K為等效各向同性油藏滲透率，mD。

圖9中注水井到加密井A的距離為

(6)

式(6)中：n為有效注水利用率。

將式(6)代入式(2)，可以得到水驅(qū)前緣波及至加密井排的時間為

(7)

當加密時機晚于加密井排見水時間時，加密井投產(chǎn)初始高含水的概率大大增加。

盤古梁長6油藏基本參數(shù)如表7所示，代入式(7)可以計算得到加密井排見水時間為22.1年。該區(qū)塊自2002年開始投產(chǎn)，2003年初開始注水，2019年投產(chǎn)加密井平均初期含水率為37.1%，水驅(qū)前緣尚未波及至加密井排，符合計算得到生產(chǎn)至2025年水驅(qū)前緣開始波及至加密井排。

表7 盤古梁長6油藏基本參數(shù)

4 結(jié)論

結(jié)合實際加密井動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析了加密井生產(chǎn)動態(tài)特征，將加密井劃分為4種生產(chǎn)動態(tài)模式。進一步利用數(shù)值模擬方法定量分析加密井網(wǎng)和加密時機對加密效果的影響。在此基礎(chǔ)上提出了低滲透油藏加密技術(shù)界限的計算方法。主要得到以下結(jié)論。

(1)給出了加密井生產(chǎn)動態(tài)模式劃分標準，將加密井劃分為4種生產(chǎn)動態(tài)模式：加密效果好：高產(chǎn)見效型加密井；加密效果一般：高產(chǎn)遞減型加密井；加密效果差：低產(chǎn)不見效型加密井；加密效果差：高含水型加密井。

(2)分析了加密井網(wǎng)和加密時機對加密效果的影響，加密井排距對加密后提高采出程度的影響最為顯著，其次是加密井類型，最后是加密時機。

(3)給出了菱形反九點井網(wǎng)極限井距計算圖版，加密調(diào)整井網(wǎng)的井距需要小于極限井距以形成有效驅(qū)替。

(4)提出了合理加密時機需要滿足的兩個要求：①加密時地層壓力恢復(fù)至原始地層壓力的100%及以上并趨于穩(wěn)定；②水驅(qū)前緣未波及至加密井排。并給出了水驅(qū)波及前緣波及至加密井排時間的計算公式。