考慮啟動壓力梯度的堵塞器嘴后壓力確定方法及其現(xiàn)場應(yīng)用

徐國民 周曉峰 尚德淼 張建軍

（1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠，黑龍江 大慶 163114；2.“陸相頁巖油氣成藏及高效開發(fā)”教育部重點實驗室（東北石油大學(xué)），黑龍江 大慶 163318；3.東北石油大學(xué)非常規(guī)油氣研究院，黑龍江 大慶 163318；4.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；5.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司，黑龍江 大慶 163114）

0 引 言

大部分水驅(qū)油田進入開發(fā)中后期時，隨著注水沖刷，儲層非均質(zhì)性日益嚴(yán)重。在注水開發(fā)多層系油藏過程中，需要綜合考慮層間和層內(nèi)非均質(zhì)性矛盾，基于儲層特征制定個性化分層注水方案。目前注水井定量注水方式無法真正實現(xiàn)分層定量注水，其主要原因是注采系統(tǒng)中注入端定量而采出端不定量，即注采系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)［1］。因此，為了使層間各類油層得到均衡動用，必須建立分層有效驅(qū)動壓力體系并對分層注入壓力進行動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)分層定壓注水并采取切實可行的分層調(diào)整及挖潛措施，從而提高油田整體注水開發(fā)效果［1-3］。

利用預(yù)置電纜智能配注系統(tǒng)進行測調(diào)作業(yè)時，通常只有當(dāng)注水壓力達到或超過某一臨界值時，多孔介質(zhì)中的流體才會開始流動，啟動壓力為多孔介質(zhì)中流體開始流動時的壓力。預(yù)置電纜智能測調(diào)系統(tǒng)測定的注水井各小層的壓力和流量動態(tài)變化特征表明：當(dāng)注水小層開始吸水時，對應(yīng)的套管壓力為該小層的吸水啟動壓力。注水井的啟動壓力監(jiān)測對于設(shè)計高效配注方案具有重要意義。傳統(tǒng)的注水井堵塞器嘴后壓力均基于等值滲流阻力方法確定，計算時并未考慮吸水啟動壓力梯度的影響，因此利用該方法設(shè)計的配注方案在開發(fā)非均質(zhì)性強的多層系油藏時，某些啟動壓力梯度大的注水層段由于注入壓力的限制根本無法實現(xiàn)動用，進而導(dǎo)致無法實現(xiàn)注水井精細(xì)分層配注的目的［4-13］。

本文基于預(yù)置電纜智能測調(diào)結(jié)果，提出了一種考慮吸水啟動壓力梯度的堵塞器嘴后壓力確定方法。該方法可用于解決多油層注水開發(fā)油藏?zé)o法實現(xiàn)精細(xì)分層配注的問題，進而建立分層有效驅(qū)動壓力體系，提高整體開發(fā)效果。以大慶油田某試驗區(qū)井組為例，利用該方法進行了精細(xì)分層定壓注水配注參數(shù)優(yōu)化設(shè)計并跟蹤評價了現(xiàn)場應(yīng)用效果，可以為進一步開展多層系定壓注水配注參數(shù)優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)支撐。

1 考慮吸水啟動壓力梯度的堵塞器嘴后壓力計算方法

隨著分層注水技術(shù)的發(fā)展，注水井預(yù)置電纜智能測調(diào)系統(tǒng)在開發(fā)多層系油藏中的應(yīng)用越來越廣泛［5-12］。預(yù)置電纜智能測調(diào)結(jié)果表明：注水井注采層段內(nèi)存在吸水啟動壓力，當(dāng)注水壓力低于吸水啟動壓力時，層段不吸水導(dǎo)致無法有效動用該層段，因此有必要修正現(xiàn)有的基于等值滲流阻力原理的配注方案設(shè)計方法。常規(guī)注水井分層配水方案是基于等值滲流阻力方法計算獲得，該方法存在的缺陷是未考慮吸水啟動壓力梯度對配注計算結(jié)果的影響?？紤]吸水啟動壓力梯度的堵塞器嘴后壓力計算［14］可實現(xiàn)注水井精細(xì)分層配注的目的。

1.1 注采層段配注壓差確定

選擇一個典型注采井組為研究對象，典型注采井組內(nèi)含有1 口注水井和n口采油井，注水井共劃分出m個注采層段。典型注采井組井位分布、注水井與第i口采油井間注采層段分布如圖1所示。

圖1 典型注采井組系統(tǒng)井位/注采層段分布示意Fig.1 Sketches of well locations/injection-production intervals distribution of typical well pattern

基于公式可得到該井組注采層段對應(yīng)的碾平厚度、等效井距和平均絕對滲透率。

注采層段碾平厚度計算公式為

注采井組內(nèi)注水井與采油井之間等效井距計算公式為

式中：re——等效井距，m；ri——注水井與第i口采油井之間的距離，m。

注采層段平面內(nèi)平均絕對滲透率計算公式為

典型注采井組內(nèi)注采層段油水兩相相對滲透率計算過程：

（1）根據(jù)典型注采井組目前開采狀態(tài)，計算井組內(nèi)各采油井平均含水率表達式為

式中：——注采井組各采油井平均含水率，%；qo，i——第i口采油井目前產(chǎn)油量，m3/d；qt，i——第i口采油井目前總產(chǎn)液量，m3/d。

（2）基于所述典型注采井組內(nèi)油—水相滲數(shù)據(jù)，建立油相、水相相對滲透率、含水率與平均含水飽和度之間的關(guān)系曲線，含水率計算公式為［14］

式中：μw——注入水黏度，mPa·s；——注采井組內(nèi)注水井各注采層段各方向平均油相相對滲透率；μo——地層原油黏度，mPa·s；——注采井組內(nèi)注水井各注采層段各方向平均水相相對滲透率；——平均含水飽和度，%。

（3）基于公式（4）和公式（5）確定典型注采井組內(nèi)目前平均含水飽和度?；谒嘞鄬B透率與含水飽和度變化關(guān)系曲線，計算得出典型注采井組目前含水率條件下對應(yīng)的水相相對滲透率()。

在獲得上述典型注采井組基礎(chǔ)參數(shù)后，基于等值滲流阻力原理，注水井第j個注采層段的配注壓差表達式為

式中：Δpj——注水井第j個注采層段的配注壓差，MPa；Q——注水井總配注量，m3/d；m——注水井注采層段總數(shù)；——注水井第j個注采層段對應(yīng)的滲流阻力，MPa/（m3·d-1）。

式中：Bw——注入水體積系數(shù)，m3/m3；rw——注水井井眼半徑，m；S——表皮系數(shù)。

1.2 注采層段吸水啟動壓力梯度確定

典型注采井組各層段吸水啟動壓力梯度是基于預(yù)置電纜智能測調(diào)系統(tǒng)測定的壓力和流量數(shù)據(jù)計算獲得。若典型注采井組未進行預(yù)置電纜智能測調(diào)作業(yè)，則可采用研究區(qū)塊內(nèi)臨近井組的智能測調(diào)數(shù)據(jù)計算對應(yīng)注采層段的吸水啟動壓力梯度。根據(jù)預(yù)置電纜智能測調(diào)系統(tǒng)測定的注水井各注采層段的壓力和流量數(shù)據(jù)，計算各小層對應(yīng)的吸水啟動壓力梯度，進而確定各注采層段對應(yīng)的附加啟動壓差。

（1）智能測調(diào)注采井組第j個注采層段由吸水啟動壓力引起的附加啟動壓差計算公式為

式中：Δpth，j，in——智能測調(diào)注采井組第j個注采層段附加啟動壓差，MPa；pth，j，in——智能測調(diào)注采井組第j個注采層段的吸水啟動壓力，MPa；qth，j，in——智能測調(diào)注采井組第j個注采層段的配注量，m3/d；pˉwf，in——智能測調(diào)注采井組各采油井平均井底流壓，MPa；Kew，j，in——智能測調(diào)注采井組第j個注采層段水相有效滲透率，μm2；下標(biāo)“in”代表智能測調(diào)注采井組對應(yīng)的參數(shù)。

智能測調(diào)注采井組第j個注采層段的吸水啟動壓力pth，j，in和分層配注量qth，j，in由預(yù)置電纜智能配注測調(diào)系統(tǒng)測定獲得。在獲得智能測調(diào)注采井組的附加啟動壓差后，即可計算研究注采層段對應(yīng)的啟動壓力梯度。

（2）智能測調(diào)注采井組第j個注采層段啟動壓力梯度計算公式為

式中：?pj，in——智能測調(diào)注采井組第j個注采層段啟動壓力梯度，MPa/m；nin——智能測調(diào)注采井組內(nèi)采油井總數(shù)。

（3）若典型注采井組未進行預(yù)置電纜智能測調(diào)作業(yè)，則依據(jù)鄰近智能測調(diào)井組測定的啟動壓力梯度值計算典型注采井組注水井第j個注采層段對應(yīng)的附加啟動壓差Δpth，j，其計算公式為

式中 Δpth，j——典型注采井組內(nèi)注水井第j個注采層段對應(yīng)的附加啟動壓差，MPa。

1.3 堵塞器合理嘴后壓力確定

（1）計算典型井組注水井第j個注采層段的配產(chǎn)壓差時，需要考慮井組內(nèi)注水井在該注采層段內(nèi)由吸水啟動壓力梯度引起的附加啟動壓差，最終給出合理的堵塞器嘴后壓力。考慮吸水啟動壓力梯度的堵塞器嘴后合理壓力計算公式為

式中：pnp，j——典型井組內(nèi)注水井第j個注采層段堵塞器嘴后壓力，MPa；pˉwf——典型井組內(nèi)各采油井平均井底流壓，MPa。

（2）基于式（6）、式（10）和式（11），同時結(jié)合典型井組內(nèi)各采油井平均井底流壓數(shù)據(jù)，即可計算出考慮吸水啟動壓力梯度的堵塞器嘴后合理壓力，其表達式為

2 計算實例

2.1 典型井組注采層段配產(chǎn)壓差確定

選擇大慶油田某區(qū)塊典型注采井組為研究對象，該井組包含1 口注水井和4 口采油井，注水井組內(nèi)共劃分7 個注采層段。典型注采井組內(nèi)注水井和采油井各注采層段基本信息如表1所示。

以現(xiàn)場實際典型注采井組內(nèi)注水井設(shè)計總配注量91.7 m3/d 為例，基于式（2）—式（7），計算了注水井與采油井間等效井距、井組內(nèi)各采油井采出端平均含水率、注采系統(tǒng)內(nèi)水相相對滲透率、各注采層段對應(yīng)的滲流阻力和配注量?；谏鲜鰠?shù)計算結(jié)果，即可獲得注水井在各注采層段內(nèi)的配產(chǎn)壓差，計算結(jié)果如表1所示。

表1 典型注采井組基本參數(shù)與各小層配注量和配產(chǎn)壓差計算結(jié)果Table 1 Basic parameters of typical injection-production well pattern and calculated results of injection volume and pressure difference for each separated layer

2.2 智能測調(diào)注采井組各層段附加啟動壓差確定

利用預(yù)置電纜智能配注測調(diào)系統(tǒng)測定了與典型注采井組相鄰的注采井組各小層的壓力和流量動態(tài)變化情況（圖2）。由圖2可知，當(dāng)ZS-2 小層開始吸水時，對應(yīng)的套管壓力為該小層的吸水啟動壓力。以此類推確定了智能測調(diào)注采井組各小層的吸水啟動壓力，智能測調(diào)注采井組內(nèi)注水井和采油井各小層吸水啟動壓力和流量統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 智能測調(diào)注采井組各小層吸水啟動壓力和流量的測定結(jié)果Table 2 Water-injection starting pressure and flow rate for each separated layer of intelligent injection-production well pattern

圖2 注水井分層吸水啟動壓力和流量的測定結(jié)果Fig.2 Measured results of starting pressure and flow rate for separated layers in water injector

基于預(yù)置電纜智能配注測調(diào)系統(tǒng)測定的注水井各小層的啟動壓力和流量數(shù)據(jù)并結(jié)合智能測調(diào)注采井組基本參數(shù)，計算了注采井組內(nèi)各注采層段啟動壓力梯度，進而獲得目標(biāo)典型井組各注采層段對應(yīng)的附加啟動壓差，計算結(jié)果如表3所示。

2.3 典型井組注采層段堵塞器嘴后壓力確定

基于獲得的典型井組各注采層段配產(chǎn)壓差、各采油井平均井底流壓和各注采層段附加啟動壓差結(jié)果，利用公式（12）計算給出了考慮吸水啟動壓力梯度的堵塞器嘴后合理壓力設(shè)計結(jié)果，如表3所示。

表3 典型井組各注采層段附加啟動壓差和嘴后壓力計算結(jié)果Table 3 Calculated results of additional starting pressure difference and pressure behind blanking plug for injection-production intervals in typical well pattern

3 現(xiàn)場應(yīng)用

以大慶油田某試驗區(qū)典型注采井組為例（與計算實例選用的典型井組相同），論證了考慮吸水啟動壓力梯度的精細(xì)分層定壓注水配注參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法的有效性?；诒?計算的嘴后壓力設(shè)計結(jié)果，調(diào)整了該典型井組注水井各注采層段的注水壓力。綜合分析該注采井組嘴后壓力調(diào)整后7 個月的動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)（包含4 口采油井的日產(chǎn)油量和含水率）并跟蹤評價了分層定壓注水開發(fā)效果。圖3代表典型注采井組嘴后壓力調(diào)整后的生產(chǎn)動態(tài)變化曲線。

由圖3可知，采用新方法設(shè)計的配注參數(shù)后，典型井組采油井平均產(chǎn)油量穩(wěn)步提升（由1.56 t/d上升至1.93 t/d），含水率逐漸降低（由95.9%下降至93.2%）。表明利用本文提出的分層定壓嘴后壓力設(shè)計方法進行分層定壓注水設(shè)計起到了良好的注水開發(fā)效果。

圖3 典型注采井組生產(chǎn)動態(tài)變化曲線（調(diào)整后）Fig.3 Production performance curves of typical injectionproduction well pattern(After adjusted)

4 結(jié) 論

（1）考慮吸水啟動壓力梯度的堵塞器嘴后壓力確定方法克服了傳統(tǒng)的分層定壓注水配注參數(shù)設(shè)計的不足，可實現(xiàn)多層系注水開發(fā)油藏配注參數(shù)的精細(xì)設(shè)計。

（2）應(yīng)用實例證明了精細(xì)分層定壓注水配注參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法的有效性。采用該方法精細(xì)調(diào)整配注參數(shù)后，采油井平均產(chǎn)油量穩(wěn)步提升（由1.56 t/d 上升至1.93 t/d），含水率逐漸降低（由95.9%下降至93.2%）。