江蘇油田復雜斷塊低滲透油藏壓驅(qū)研究與實踐

蔡新明，黃艷梅，金忠康

（1.中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇揚州 225009；2.中國石化江蘇油田分公司采油二廠，江蘇金湖 211600）

江蘇油田地質(zhì)儲量以低滲透油藏為主，占比54.5%，采出程度只有17.3%，其中特低滲油藏地質(zhì)儲量占比9.0%，采出程度只有6.1%。由于儲層物性極差，油井需要壓裂投產(chǎn)，壓裂縫易水竄，注入水無效循環(huán)，常規(guī)注水開發(fā)難以建立有效驅(qū)替系統(tǒng)，導致水井“欠注、注不進”、油井“采不出”等問題［1-4］。壓驅(qū)注水技術(shù)與常規(guī)壓裂技術(shù)［5］不同，通過采用大排量、高壓泵注設(shè)備，以高于地層破裂壓力的泵注壓力，短期、連續(xù)地向地層內(nèi)泵入大量水，補充地層能量，提高油井產(chǎn)能，從而改善水驅(qū)開發(fā)效果。目前，壓驅(qū)注水技術(shù)已在勝利油田、大慶油田得到廣泛的應用［6、7］。本文根據(jù)壓驅(qū)開發(fā)的機理和特點，優(yōu)選H59 井區(qū)開展壓驅(qū)現(xiàn)場試驗，探索老區(qū)挖潛提效新路徑。

1 壓驅(qū)機理

壓驅(qū)快速注水，近井儲層孔隙壓力增加，迫使巖石發(fā)生微破裂，同時開啟天然裂縫，形成微裂縫帶［8］。通過壓驅(qū)形成高壓力場，促進小孔隙低滲帶吸水。常規(guī)注水為紡錘狀波及，壓驅(qū)形成壓裂縫，形成擬水平井，改變了常規(guī)壓差下的油水運動規(guī)律，提高了波及系數(shù)［9-10］。通過提高注入壓力，形成擬水平井注水。一方面提高了注采壓差，另一方面減小了注采井距，有利于建立有效驅(qū)替。

2 壓驅(qū)數(shù)值模擬研究

利用cmg 軟件，對H59 井區(qū)的9 口井（其中2 口注水井、7 口采油井）進行壓驅(qū)數(shù)值模擬研究。針對壓驅(qū)及低滲透油藏特點，主要對造縫機理、滲吸機理、壓敏效應進行模擬。

2.1 造縫機理的模擬

通過網(wǎng)格細分模擬人工壓裂造縫，利用區(qū)塊以前壓裂井的裂縫監(jiān)測資料，確定壓驅(qū)時的裂縫方向、裂縫高度等裂縫參數(shù)，模擬油藏壓力達到一定數(shù)值時生成裂縫（或者裂縫開啟）。

（1）通過微地震人工裂縫監(jiān)測技術(shù)確定裂縫的主要展布方向，根據(jù)裂縫的方向確定網(wǎng)格的走向。

（2）通過壓裂井的壓裂曲線、地層壓力（孔隙壓力）、巖石抗拉強度計算最大最小應力［11］。計算公式為：

式中，σH為最大主應力，MPa；σh為最小主應力，MPa；pf為破裂壓力，MPa；pp為地層壓力，MPa；St為巖石抗拉，MPa。

（3）壓驅(qū)裂縫的描述。首先根據(jù)周圍井的裂縫監(jiān)測資料確定裂縫的方向，然后通過網(wǎng)格定義壓驅(qū)裂縫的半長、方位、開啟壓力等。當?shù)貙討Τ^巖石的破裂壓力時，裂縫就會開啟。

2.2 滲吸機理的模擬

壓驅(qū)過程既存在水驅(qū)油也存在油驅(qū)水，需要驅(qū)替、滲吸兩條相滲曲線（見圖1）。驅(qū)替相滲曲線通過水驅(qū)油試驗獲得，滲吸相滲曲線通過壓汞曲線計算求得（見圖2）。

圖1 進汞退汞毛管力曲線

圖2 驅(qū)替滲吸相滲曲線

2.3 壓敏效應的模擬

在開發(fā)過程中，尤其是低滲儲層隨著地層壓力逐漸下降，地層巖石受到壓縮，巖石中的微小孔道閉合，從而引起滲透率的降低，影響地下油水運動規(guī)律。

地層壓力上升使初始閉合狀態(tài)的微裂縫開啟，滲透率增加，壓力降低后滲透率降低。因此需要在數(shù)模中考慮壓敏效應。通過巖石分區(qū)，描述不同儲層滲透率隨壓力的變化，精細刻畫壓敏效應。通過室內(nèi)試驗（見圖3），建立滲透率隨壓力變化的關(guān)系曲線。

圖3 滲透率隨壓力變化曲線

3 壓驅(qū)選井

根據(jù)壓驅(qū)注水的機理及江蘇油田復雜斷塊低滲透油藏特點，確定壓驅(qū)選井規(guī)則：①區(qū)塊封閉、內(nèi)部斷層不發(fā)育的井區(qū)，防止注入水無效擴散；②能量不足、采出程度低、有壓驅(qū)的物質(zhì)基礎(chǔ)；③砂體發(fā)育，注采連通性好；④應力各向異性應小于0.3，當應力各向異性大于0.3 時，易形成單縫，導致暴性水淹；⑤主應力方向與注采方向具有較大夾角，油井壓裂裂縫方向與注采方向基本一致的井區(qū)不適宜壓驅(qū)；⑥地面供水管網(wǎng)、水源充足；⑦井筒無破損，固井質(zhì)量合格，無管外竄。

4 壓驅(qū)注入?yún)?shù)研究

4.1 注入總量優(yōu)化

根據(jù)物質(zhì)平衡法推導，注水量與地層壓力的關(guān)系如下：

式中，Wi為累計注水量，104m3；Wp為累計產(chǎn)水量，104m3；Np為累計產(chǎn)油量，104t；Bw為地層水體積系數(shù)；N為地質(zhì)儲量，104t；Boi為原始原油體積系數(shù)，小數(shù)；Bo為原油體積系數(shù)，小數(shù)；Ct為綜合壓縮系數(shù)，小數(shù)。

通過公式（2），計算注水量與地層壓力的關(guān)系（見圖4），地層破裂壓力對應的注水量為總注入量。通過公式（1）計算H59-1 井區(qū)破裂壓力為41.1 MPa，確定H59-1 井的壓驅(qū)注入量為3×104m3。為防止水竄，根據(jù)井組動態(tài)變化，邊注邊觀察，分周期逐級追加注入。

圖4 H59-1井注水量與地層壓力的關(guān)系

4.2 注入速度優(yōu)化

注入排量越大，方向性指進越明顯，注入速度越大，驅(qū)替效果就越強，水驅(qū)波及體積越小，不利于注水吞吐，采收率隨之降低（見圖5）。為確保壓驅(qū)形成的微破裂帶集中于注入目的層，避免水竄，在滿足注入的條件下，應適當控制施工排量，注入速度控制在600 m3/d以下。

圖5 注入速度對采收率的影響

4.3 注入壓力優(yōu)化

壓驅(qū)時的井底壓力與破裂壓力應接近，避免生產(chǎn)主裂縫。根據(jù)破裂壓力、液柱壓力、不同排量時的摩阻壓力計算施工壓力（見表1）。同時考慮套管抗壓及施工時間，注水施工限壓50 MPa。

表1 不同注入排量下施工壓力預測

5 現(xiàn)場應用

在數(shù)值模擬、物質(zhì)平衡分析的基礎(chǔ)上，針對每口井編寫壓驅(qū)注入設(shè)計方案，開展壓驅(qū)注水試驗，取得了一定的效果。

自2021 年以來，江蘇油田開展了11 井次壓驅(qū)注水試驗，覆蓋地質(zhì)儲量208.96×104t，累計注入15.75×104m3，累計增油3 261t（見表2）。

表2 壓驅(qū)井組實施情況

6 結(jié)論與建議

（1）壓驅(qū)注水能夠?qū)崿F(xiàn)注水井短期內(nèi)大量注入、形成近井裂縫帶，既能有效實現(xiàn)增注，也有利于后期轉(zhuǎn)入常規(guī)注水。

（2）在數(shù)值模擬、物質(zhì)平衡分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了注入量、注入速度，成功指導了壓驅(qū)礦場實施，為復雜斷塊低滲透油藏改善開發(fā)效果提供了新思路。

（3）較大排量壓驅(qū)易造成水竄，對于江蘇油田復雜斷塊低滲透油藏不適用，下步現(xiàn)場試驗應采取小排量、微壓驅(qū)方案。

（4）建議對壓驅(qū)裂縫的擴展進行更深入研究，以精準指導礦場施工。