特低渗压裂水平缝油藏底部注水数值模拟及应用_朱争.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：朱争，党海龙，梁李，等特低渗压裂水平缝油藏底部注水数值模拟及应用非常规油气，（）：，（）：特低渗压裂水平缝油藏底部注水数值模拟及应用朱争，党海龙，梁李，白璞，冯晓伟，黄天怿（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，西安 ；陕西省特低渗透油气勘探开发工程研究中心，西安 ；什邡华润燃气有限公司，四川 德阳 ；延长油田股份有限公司七里村采油厂，陕西 延安 ；延长油田股份有限公司靖边采油厂，陕西 榆林 ）摘要：为解决延长油田长油藏压裂水平缝注水开发易水窜和见效难的问题，采用底部注水的方法来提高浅层水平裂缝特低渗油藏水驱采收率；运用数值模拟方法研究了长油藏底部注水效果及影响因素。研究结果表明：底部注水的效果明显优于常规注水，底部注水可形成人造底水，将油向上驱替托进；同时，可以加快裂缝基质渗吸置换效率，通过重力分异作用抑制含水上升，实现注采错层高效能量补充，保证油井产液能力。该油藏底部注水时，最佳垂向注采井距为，最佳日注水量为，最佳水平注采井距为 ，储层正韵律为宜。油区先导试验表明，底部注水技术对水平缝油藏注水开发具有较好的增油抑水效果。关键词：压裂水平缝；特低渗油藏；底部注水；数值模拟；人造底水中图分类号：文献标识码：，（.（）.，.，；.，；.，.，；.，.，；.，.，）：，收稿日期：基金项目：陕西省科技统筹创新项目“延长难采储量有效动用开发技术研究”（）第一作者简介：朱争（），男，硕士，工程师，主要从事油田注水开发及油藏数值模拟工作。：非常规油气油气开发 ；，：；引言延长组长油藏是延长油田东部油区主力储层，由于油层埋藏浅，地层上覆压力小，压裂改造多为水平缝形态，以致该油层注水开发极易暴性水淹，注水见效差。为了解决浅层压裂水平缝长油层注水开发难题，学者们提出了不同开发方法，郭粉转等、高飞龙等和李莉 提出先采用周期注采方式进行高含水治理，若治理效果较差，可通过考虑储层韵律性调整油井对应小层内采油位置的方式，实现降水增油；吴昊镪等 发现注适度的聚合物，可明显提高压裂水平缝油藏驱替波及系数，驱油效果较好；薛颖 认为空气泡沫驱是水平缝油藏高效开发方式，泡沫液携带作用较好，可提高驱替波及效果；韩松 提出了多轮次注水吞吐可实现水平缝发育油藏注水高效开发；上述方法涉及压裂水平缝油藏底部注水的几乎没有。为了解决水平缝发育的长油藏注水开发水窜水淹的难题，首次提出了压裂水平缝特低渗透油藏底部注水开发方法，并运用数值模拟手段进行关键影响因素论证。底部注水的提出与机理延长油田东部油区延长组长油层天然水平层理及裂缝发育，油井压裂也多呈水平裂缝状，常规注水油井不见效，易出现周围油井多方向连片水淹，且没有明确的优势水淹方向，不适用该类水平缝发育油藏注水开发，因此提出了浅层水平缝特低渗透油藏底部注水方法。该文底部注水方法是指针对水平缝发育特低 渗 较 厚 且 中 部 隔 夹 层 不发育的长油层，口采油井（直井）钻至长油层顶部，套管完井，采用水力压裂改造投产采油；对应注水井（直井）钻至长油层底部，套管完井，采用水力压裂进行小规模改造注水，实现油层底部注水顶部采油的注采模式。在整个底部注水采油过程中，采油井生产而注水井同步注水。油层底部注入水后，因油层底部水平缝发育，注入水先沿着油层底部快速形成人造底水，平缓而均衡地将油向上驱替托进，同时也促进裂缝基质最大程度地渗吸置换，因重力分异作用地层原油朝着顶部移动，而注入水向下运动，可有效避免快速水窜和暴性水淹（如图所示）。对于底部注水顶部采油注采模式，注采层段在油层垂向上存在间距，实现油层垂向上超前注水，先在油层底部憋压形成高压区，逐级将压力向上传播，达到短时间高效补充地层能量目的，提高生产压差，保证油井产液能力，实现增油抑水高效开发 （如图所示）。图特低渗水平缝油藏底部注水增油降水机理图 年月朱争等：特低渗压裂水平缝油藏底部注水数值模拟及应用图特低渗水平缝油藏底部注水提压机理图 数值模拟研究 模型建立为了验证水平缝特低渗油藏底部注水的开发效果及影响因素，参考东部油区地质与油藏特征，运用 软件 模拟器建立长油藏模型，模型网格数为 ，平面网格步长为 ，垂向网格步长为（如图所示），模型基础参数见表。模型左侧为口压裂采油井，生产层段位于油层顶部，采用修改渗透率等效模拟水平缝，模型右侧为口注水井，注水层段位于油层底部，油层底部同样设有水平缝，模拟同层中底部注水开发过程，同时运用考虑滞后效应的相渗曲线和毛管力曲线实现渗吸置换等效模拟。图油藏数值机理模型 表油藏数值模型相关参数 方向网格数方向网格数方向网格数储层渗透率 裂缝渗透率 原始地层压力 原始含油饱和度储层孔隙度裂缝半长地层原油黏度（）地层水黏度（）束缚水饱和度水相最大相对渗透率 底部注水与常规注水开发效果对比为了验证底部注水开发特低渗水平缝油藏的有效性，设计了底部注水与常规注水套方案。基于数值模型计算，发现底部注水的开发效果明显好于常规注水。预测生产时间为 年，底部注水方案累产油量较常规注水的增产效果显著（如图 所示）；底部注水控水效果明显，相比常规注水，含水率降低 个百分点，且含水率开发后期趋于稳定，而常规注水的后期含水率呈快速上升趋势（如图所示）。底部注水采油效果较好的原因是油层底部注入水后，因油层底部水平缝发育，注入水先沿着油层底部快速形成人造底水，平缓而均衡地将油向上驱替托进，同时也加快了裂缝基质渗吸作用，因重力分异作用原油朝着顶部移动，而注入水向下运移，可避免含水快速上升；对于底部注水顶部采油注采模式，注采层段在油层垂向上存在间距，实现油层垂向上超前注水，先在油层底部憋压形成高压区，逐级将压力向油井生产层段传播，实现地层能量高效补充，有效提高生产压差，保证油井产液能力；底部注水也避免了地层能量补充不及时导致的储层应力敏感性不可逆伤害。图底部注水与常规注水产油量对比 非常规油气油气开发 图底部注水与常规注水含水率对比 底部注水开发效果影响因素 垂向上注采井距常规注水方法注水井注水层段与采油井生产层段处于相同水平面上，以保证最大程度的注采对应。由于东部油区长油层水平缝发育，为保证增油控水效果，垂向上必须保证一定的注采井距。为了研究垂向上注采井距对油层底部注水的影响，依据主力油层厚度以及油井、水井射孔段厚度范围，考虑垂向油水重力分异作用，设计套不同方案，垂向注采井距分别为，和。研究结果表明，垂向注采井距对底部注水开发中期影响较大，垂向注采井距越大，累产油量越小，注水开发后期，随着含水的上升，垂向注采井距对累产油量影响较小，累 产油 量 基本相近（如 图和图所示）。综合考虑后垂向注采井距为的底部注水开发效果较好，含水率较低，累产油量较高。合理的垂向注采井距可充 分 发挥 油 水重力 分 异 作用，控制水平缝油藏含水上升速度，避免快速裂缝水淹，同时也保证人造底水驱替与渗吸作用最大程度发挥。图不同垂向注采井距底部注水产油量对比 图不同垂向注采井距底部注水含水率对比 日注水量日注水量大小决定地层压力恢复速度，日注水量过大易造成对应油井含水上升过快及水淹。依据东部油区水平缝油藏常规注水见效井组实际注水量范围，模型设计注水井日注水量分别为，和 对产油量进行计算。数值模拟结果显示，日注水量对累产油量影响较大，随着日注水量上升，累产油量增大，当日注水量超过 时，累产油量明显下降（如图所示）；日注水量对含水率同样影响较大且呈正相关，日注水量越大，含水上升时间越早，含水率越大（如图所示）。综合考虑后得出日注水量为 的底部注水开发效果最佳。底部注水日注水量越大，人造底水对地层能量补充效率越高，油井产油能力不断增强；当注水量过大时，人造底水前缘推进过快而快速突破至油井生产层段，导致含水上升及水淹，注水效果变差。图不同日注水量底部注水产油量对比 水平面上注采井距合理水平面上注采井距可确保底部注水驱替压力梯度大于注采井间最小启动压力梯度，建立有效驱替压力系统，避免油井不见效现象，改善注水开发效果。依据东部油区水平缝油藏常规注水区的合理井网井距特征，模型设计水平面上注采井距分别为 ，和 共套方案，年月朱争等：特低渗压裂水平缝油藏底部注水数值模拟及应用图不同日注水量底部注水含水率对比 通过数值模拟计算对比不同注采井距的产油和含水情况。数值模拟结果显示，注采井距对累产油量影响较大，随着注采井距加大，累产油量增大，当注采井距超过 时，累产油量出现下降（如图 所示）；注采井距对含水率同样影响较大且呈负相关，注采井距越大，含水上升时间越晚，含水率越小（如图 所示）。注采井距过小时，井间驱替压力梯度较大，开发前期产油量较大，但人造底水前缘突破至油井生产层段的时间缩短，后期含水快速上升；注采井距过大时，井间驱替压力梯度无法克服储层启动压力梯度，不能建立有效驱替系统，油井难以受效。图 不同水平注采井距底部注水产油量对比 图 不同水平注采井距底部注水含水率对比 储层韵律性储层韵律性决定储层垂向上渗透率变化规律。为了研究储层韵律性对长油层底部注水采油的影响，设计正韵律储层和反韵律储层 套方 案（如图 所示）。研究结果表明，正韵律储层底部注水开发效果较好，累产油量较高，延缓含水快速上升时间，且降水明显（如图 和图 所示）。由于长油层呈正韵律且水平缝发育，注水层段位于油层底部，注水后先在油层底部高渗透率带快速推进形成人造底水，裂缝基质间充分发挥渗吸作用，在油水重力分异作用下，原油向上运动，而注入水向下运动，实现增油降水效果；而反韵律储层油层顶部渗透率高于底部，注入水先沿着高渗带快速窜到油井生产层段，导致其含水快速上升，注入水波及面积大幅减小，注水效果变差。综合考虑后得出正韵律储层更适合底部注水开发。图 不同韵律储层渗透率分布图 图 不同储层韵律性底部注水产油量对比 非常规油气油气开发 图 不同储层韵律性底部注水含水率对比 矿场应用延长油田油区为典型浅层水平缝发育特低渗透油藏，主力油层为长，呈正韵律特性，平均渗透率 为 ，平 均 孔 隙 度 为 ，年 月开始注水开发。底部注水先导试验井组为 ，和 （其中油井 口，注水井口），注水井注水层段位于油层底部，采用油层上端封隔器卡封下端桥塞封堵方式开展单油层底部注水，对应油井射开油层顶部，实现长单层底部注水试验，试验前单井平均日产油量 。年月井组开始底部注水，单井日注水量为，保持垂向注采间距为，截至 年月，累计注水量为 ，其中井组 见 到 明 显 增油效果，累计增油量为 （如图 所示）。通过数值模拟与矿场试验，总结出底部注水试验区有利条件为：储层水平缝发育且呈渗透率正韵律特征；储层较厚且初始含油饱和度较高；储层为强亲水性，渗吸作用强。图 典型井组 底部注水注采开发曲线 结论）利用数值模拟方法对特低渗水平缝油藏底部注水方法进行研究，结果表明采用底部注水方法的开发效果明显优于常规注水，底部注水可形成人造底水，将油向上驱替托进，同时也加快了裂缝基质渗吸置换效率，通过重力分异作用抑制含水上升，实现注采错层高效能量补充，提高生产压差，保证油井产液能力。）通过对延长东部油区底部注水关键影响因素分析，发现底部注水更适于正韵律的压裂水平缝油藏，得出最佳垂向注采间距为，最佳日注水量为，最佳水平面上注采井距为 。）延长油田 油区底部注水先导试验表明，利用底部注水顶部采油对水平缝油藏注水开发的增油抑水效果较好，对该类油藏的注水开发具有一定的技术借鉴意义。参考文献：杨悦，李相方，卢巍，等浅层低渗油藏压裂水平裂缝直井产能方程推导及应用科学技术与工程，（）：，年月朱争等：特低渗压裂水平缝油藏底部注水数值模拟及应用 ，（）：高涛 特低渗砂岩油藏水平缝应力敏感实验研究及产能计算成都：西南石油大学，：，郝世彦，李伟峰，郭春芬超低渗浅层油藏水平井钻井技术难点与突破 中国石油勘探，（）：，（）：高庆华，赵亚杰，申峰，等 水平井抽油泵研制及其在低渗透油田浅层油藏应用试验钻采工艺，（）：，（）：，余浩低渗透油藏压裂水平缝注水开发水窜机理研究北京：中国石油大学（北京），：（），李茜野猪峁特低渗油藏压裂水平缝产能评价及注采优化研究 北京：中国石油大学（北京），：（），孟选刚，杜志敏，王香增，等压裂水平缝渗流特征及影响因素大庆石油地质与开发，（）：，（）：郭粉转，刘滨，荆冠军，等水平缝发育低超低渗透油藏注水开发特征特种油气藏，（）：，（）：高飞龙，张斯，李莉，等 低渗透油藏不同韵律下压裂水平缝位置对注水开发的影响石油化工应用，（）：，（）：李莉低渗油藏压裂水平缝注水开发研究成都：西南石油大学，：，吴昊镪，彭小龙，朱苏阳，等砾岩油藏弓形井多级水平缝压裂聚驱采收率数值模拟 新疆石油地质，（）：，：，（）：薛颖 超低渗透水平缝油藏空气泡沫驱注采参数敏感性研究新疆石油天然气，（）：，（）：，韩松 特低渗油藏压裂水平缝注水吞吐机理及应用研究 北京：中国石油大学（北京），：（），丁祖鹏，田冀，屈亚光，等巨厚潜山油藏水平井立体井网开发方式优化 油气井测试，（）：，（）：，陈钟祥，朱亚东底部注水时裂缝性底水油藏中的单井水锥问题石油学报，（）：，（）：