特低渗透砂岩油藏水平井井网形式研究
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Abstract : The f ract uring technology of ho rizontal well and supplementary well patterns can greatly imp rove t he develop ment effec2 tiveness in t he ult ra2low permeability reservoir. The optimum pattern arrangement of st raight well and ho rizo ntal well was st udied by numerical simulation of 3D geological model fo r Chang28 reservoir of Xifeng Oilfield of Ordo s Basin. The multi2point f ract uring of oil well vertical to t he o rientation of t he maximum p rincipal st ress can imp rove develop ment effectiveness of t he ult ra2low permeability reservoir by using t he interlacing well pattern. In t he interlacing well pattern , t he water2flooding well is st raight , and t he oil well is horizo ntal or f ract ured at several point s. Application of t his met hod could imp rove effectiveness of t he ult ra2low permeability reser2 voi r . Key words : ult ra2low permeability reservoir ; ho rizontal well ; well pattern ; maximum p rincipal st ress ; f ract uring technology ; numer2
ical simulatio n
特低渗透油藏储量丰富 ,但大多油层孔隙度低 ,天 然裂缝发育 ,单井产量低 。对直井注采井网 :由于特低 渗透油藏的开发效果受到井型以及与裂缝系统相匹配 的井网形式影响 ,近年来 ,在该类油藏的布井方式研究 和矿场试验上开展了大量的工作[122 ] 。但能否利用水 平井技术提高特低渗透油藏的开发效果和开发效益是 一个新的课题[3 ] 。笔者以西峰油田长 8 油藏为例 ,结 合盆地特低渗透油藏地质特征和开发特征 ,探讨了特 低渗透油藏水平井开发的优化布井方式 。
90
石 油 学 报
2008 年 第 29 卷
2 储层渗流特点及提高流动能力的意义
特低渗透储层的渗流特点是 : (1) 低渗透油藏中低速非线性渗流的微观本质是 流体在微小孔喉中的微尺度流动效应 ,如壁面效应 、分 子间力等变成了主导因素 。流体的微尺度流动效应是 导致特低渗透油藏中特殊渗流现象的根本原因 。 对水在直径为 2～50μm 的石英管中的流动实验 结果发现 ,当石英管直径小于 10μm 时 ,呈明显的低速 非线性流动特性 。阻力系数高于经典的流体力学理论 计算结果时 ,随驱动力的增大而减小 ,趋近于稳定值 。 (2) 压敏效应对采油指数的影响 。由于渗透率受 压力敏感的影响 ,采油井流压过低 ,会引起采油指数的 降低 ,渗透率越低 ,压力敏感系数越大 ,采油指数降低 幅度越大 。 (3) 特低渗透油藏存在非达西渗流[4 ] ,与达西渗 流的主要区别就是存在启动压力梯度 。启动压力梯度 随渗透率的减小而增大 ;当渗透率小于一定值时 ,启动 压力梯度急剧增大 ;特低渗透油藏压力损失主要在井 筒附近 。 应用地层压力梯度概念 ,模拟计算了渗透率为 11 0 ×10 - 3μm2 的储层不同油水井间距压力梯度曲线 。 由于油水井距大于 250 m 时已不能形成有效的驱替 , 模拟区西峰油田董志区长 8 油藏的渗透率为 01 72 × 10 - 3μm2 ,有效驱替系统按油水井距 225 m 设计 。 综上所述 ,特低渗透油藏建立有效的压力驱替系 统需要更小的油水井距来实现 ,但却降低了井控储量 和开采效益 。目前菱形反九点法井网不断加大井距压 缩排距的方式 ,虽然在一定程度上缓和了开采效益和 开发效果矛盾 ,但未从根本上予以解决 。另外 ,直井经 过压裂 ,仅仅改善了渗流能力 。若水平井在水平段上 能有效进行 N 点压裂改造 ,其渗流能力理论上则提高 N 倍 。配合适当的注采井网 , 则特低渗透油藏开发水 平将有大幅度的提高 。
3 水平井开发井网数值模拟
鄂尔多斯盆地西峰油田长 8 油藏特低渗透油藏为 湖泊三角洲前缘亚相沉积 ,以水下分流河道微相为主 。 储 层 为 细 —中 粒 长 石 岩 屑 砂 岩 。平 均 孔 隙 度 为 91 84 % ,空气渗透率为 01 72 ×10 - 3μm2 ,属于典型的低 孔隙 、特低渗透储层 。油藏压力系数为 01 8 ～01 9 ,原 始气油比为 1061 4 m3 / t ,原始驱动类型为弹性溶解气 驱 ,属于岩性油藏 。储层天然微裂缝较发育 ,区域最大 主应力方位为 N E75°。
储层胶结物成份以酸敏矿物绿泥石 、浊沸石和方 解石为主 。粘土矿物主要以绿泥石等酸敏矿物为主 , 有利于注水开发 。油层的润湿性为弱亲水 —中性 。岩 心核磁共振可动流体评价实验表明 ,大多数油藏可动 流体均在 40 %以上 。注水井启动压力和注水压力低 , 吸水能力强 。视吸水指数为 3～5 m3 / M Pa·d 。储层微 裂缝发育 。在构造缝 、层间缝及成岩缝这三大类裂缝 中 ,以成岩缝发育为特征 ;微裂缝在平面上总体分布以 北偏东 5°为主 。裂缝宽为 1 ～3μm ,长 80 ～130μm 。 储层压裂裂缝方向受现今地层最大主应力方向控制 。 研究区 地 层 最 大 主 应 力 方 向 测 试 结 果 是 N E70°至 N E75°。
图 1 交错排状注水系统 6 种布井方式 Fig . 1 Six interlacing well patterns
将 6 种组合方式进行数值模拟计算 ,开发技术指 标如表 1 。
对交错排状注水系统 6 种组合方式的模拟结果进 行的对比分析发现 (图 2) :
(1) 对于同一类注水井 ,开发初期水平井的采油 速度比压裂直井的采油速度高 ,水平井的平均单井产 量是压裂直井平均单井产量的 11 5～21 7 倍 ,其中水平 段垂直最大主应力方向的采油井的采油速度和平均单 井产量最高 。
摘要 : 水平井在水平段上有效压裂 N 次 ,其渗流能力在理论上提高 N 倍 。再配合适当的注采井网 ,特低渗透油藏开发水平将有大 幅度的提高 。通过建立鄂尔多斯盆地西峰油田长 8 油藏的三维地质模型 ,运用数值模拟技术 , 研究了最佳的直井和水平井组合方 式及其井网形式 。采用交错井网 ,用直井注水的方法 ,在油井水平段垂直于最大主应力方向进行多点有效压裂 ,能有效地提高特低 渗透油藏开发效果 。 关键词 :特低渗透油藏 ;水平井 ;井网 ;最大主应力 ;压裂工艺 ;数值模拟 中图分类号 : T E3131 4 文献标识码 : A
以交错排状注水方式为例 ,研究了直井 、水平井组 合方式对开发效果的影响[8 ] ,选择直井 、水平井 6 种不 同组合方式 (图 1) 。设计条件 : ①井距 450 m ,排距 225 m ,符合该地层建立有效驱动压力的最大井距和单井 有效控制储量的需要 ; ②以定压控制方式进行生产 ,保 持注采压差为 20 M Pa ; ③水平井水平段长度为 275 m , 压裂改造三段 ,设计压裂半缝长 125 m ; ④注水井为水 平井 、油井水平段为 x 方向时不压裂 。
基金项目 :中国石油天然气股份有限公司科技攻关项目 (07011921)“长庆低渗透油田提高单井产量及稳产技术研究”部分成果 。 作者简介 :冉新权 ,男 ,1965 年 6 月生 ,1993 年获西南石油学院博士学位 ,现为中国石油长庆油田公司党委书记兼副总经理 ,教授级高级工程师 。
E2mail :randy @pet rochina. co m. cn
Study on horizontal well pattern in ultra2lo w permeability sandstone reservoir
RAN Xinquan C H EN G Qigui Q U Xuefeng RAO Qiao
( Pet roChi na Chan gqi n g Oi l f iel d Com p any , X i’an 710021 , Chi na)
(2) 当注水井为直井 、采油井为水平井时 , x 方向 水平井采油速度明显低于 y 方向压裂的水平井 。单 井产量约降低 50 % 。
第 1 期
冉新权等 :特低渗透砂岩油藏水平井井网形式研究
91
表 1 交错排状注水系统直井水平井组合方式的技术指标 Table 1 The development index contrast of different combined way of water injection system in straight well and horizontal well
1 鄂尔多斯盆地特低渗透油藏的特征
鄂尔多斯盆地特低渗透油藏与国内外同类油藏相 比 ,埋藏深度相对较浅 ,面积大且整装 。储层埋深为 1 400～2 300 m ,连片含油面积为 110～400 km2 。储层 物性为低孔隙和低渗透 ,但原油性质较好 。与国内其
他同类油田相比 ,原油具有低粘度 、低凝固点的特点 , 易于流动 。孔隙度为 10 %～12 % ,渗透率为 (01 3～5) ×10 - 3μm2 ,原油黏度低于 3 mPa·s ,凝固点为 22 ℃。
第
29
卷
第
1
期
2008 年 1 月
文章编号 : 025322697 (2008) 0120089204
石油学报
AC TA P E TROL EI SIN ICA
Vol. 29 No . 1
J an.
2008
特低渗透砂岩油藏水平井井网形式研究
冉新权 程启贵 屈雪峰 饶 巧
(中国石油长庆油田公司 陕西西安 710021)
采油井
5 年采 注水井 出程度/
%
5 年综合 10 年采 10 年综合 综合含水
含水率/ 出程度/ 含水率/ 率 95 %采
%
%
%
出程度/ %
综合含水 率 95 %开 发时间/ a
低含水期 含水上升
率/ %
1 年采油 1 年平均
速度/ 单井产量/
%
t/ d
10 年平均 地层压力/
M Pa
Baidu Nhomakorabea压裂直井
直井 水平井
x 方向水平井
直井 水平井
y 方向压裂水平井
直井 水平井
71 20 81 11
81 86 91 86
121 49 131 05
71 58 111 82
131 10 201 86
401 99 581 41
121 49 131 09
141 30 151 01
171 37 171 78
401 42 521 74
在建立西峰油田长 8 油藏三维模型[5 ] 的基础上 ,
开展了数值模拟[627 ] 研究 。模拟区块面积为 16 km2 ,采 用规则中心网格 ,选取网格步长 d x = 25 m ,d y = 25 m , 纵向上分为 1 个层 ,总的模拟网格节点数为 25 600 个 。 考虑压裂裂缝方向易于沿最大主应力方向延伸 ,模拟 网格 x 方向为最大主应力方向 , 储层天然微裂缝作为 储层综合效应等效于基质总渗透率 。 31 1 直井水平井组合方式
ical simulatio n
特低渗透油藏储量丰富 ,但大多油层孔隙度低 ,天 然裂缝发育 ,单井产量低 。对直井注采井网 :由于特低 渗透油藏的开发效果受到井型以及与裂缝系统相匹配 的井网形式影响 ,近年来 ,在该类油藏的布井方式研究 和矿场试验上开展了大量的工作[122 ] 。但能否利用水 平井技术提高特低渗透油藏的开发效果和开发效益是 一个新的课题[3 ] 。笔者以西峰油田长 8 油藏为例 ,结 合盆地特低渗透油藏地质特征和开发特征 ,探讨了特 低渗透油藏水平井开发的优化布井方式 。
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石 油 学 报
2008 年 第 29 卷
2 储层渗流特点及提高流动能力的意义
特低渗透储层的渗流特点是 : (1) 低渗透油藏中低速非线性渗流的微观本质是 流体在微小孔喉中的微尺度流动效应 ,如壁面效应 、分 子间力等变成了主导因素 。流体的微尺度流动效应是 导致特低渗透油藏中特殊渗流现象的根本原因 。 对水在直径为 2～50μm 的石英管中的流动实验 结果发现 ,当石英管直径小于 10μm 时 ,呈明显的低速 非线性流动特性 。阻力系数高于经典的流体力学理论 计算结果时 ,随驱动力的增大而减小 ,趋近于稳定值 。 (2) 压敏效应对采油指数的影响 。由于渗透率受 压力敏感的影响 ,采油井流压过低 ,会引起采油指数的 降低 ,渗透率越低 ,压力敏感系数越大 ,采油指数降低 幅度越大 。 (3) 特低渗透油藏存在非达西渗流[4 ] ,与达西渗 流的主要区别就是存在启动压力梯度 。启动压力梯度 随渗透率的减小而增大 ;当渗透率小于一定值时 ,启动 压力梯度急剧增大 ;特低渗透油藏压力损失主要在井 筒附近 。 应用地层压力梯度概念 ,模拟计算了渗透率为 11 0 ×10 - 3μm2 的储层不同油水井间距压力梯度曲线 。 由于油水井距大于 250 m 时已不能形成有效的驱替 , 模拟区西峰油田董志区长 8 油藏的渗透率为 01 72 × 10 - 3μm2 ,有效驱替系统按油水井距 225 m 设计 。 综上所述 ,特低渗透油藏建立有效的压力驱替系 统需要更小的油水井距来实现 ,但却降低了井控储量 和开采效益 。目前菱形反九点法井网不断加大井距压 缩排距的方式 ,虽然在一定程度上缓和了开采效益和 开发效果矛盾 ,但未从根本上予以解决 。另外 ,直井经 过压裂 ,仅仅改善了渗流能力 。若水平井在水平段上 能有效进行 N 点压裂改造 ,其渗流能力理论上则提高 N 倍 。配合适当的注采井网 , 则特低渗透油藏开发水 平将有大幅度的提高 。
3 水平井开发井网数值模拟
鄂尔多斯盆地西峰油田长 8 油藏特低渗透油藏为 湖泊三角洲前缘亚相沉积 ,以水下分流河道微相为主 。 储 层 为 细 —中 粒 长 石 岩 屑 砂 岩 。平 均 孔 隙 度 为 91 84 % ,空气渗透率为 01 72 ×10 - 3μm2 ,属于典型的低 孔隙 、特低渗透储层 。油藏压力系数为 01 8 ～01 9 ,原 始气油比为 1061 4 m3 / t ,原始驱动类型为弹性溶解气 驱 ,属于岩性油藏 。储层天然微裂缝较发育 ,区域最大 主应力方位为 N E75°。
储层胶结物成份以酸敏矿物绿泥石 、浊沸石和方 解石为主 。粘土矿物主要以绿泥石等酸敏矿物为主 , 有利于注水开发 。油层的润湿性为弱亲水 —中性 。岩 心核磁共振可动流体评价实验表明 ,大多数油藏可动 流体均在 40 %以上 。注水井启动压力和注水压力低 , 吸水能力强 。视吸水指数为 3～5 m3 / M Pa·d 。储层微 裂缝发育 。在构造缝 、层间缝及成岩缝这三大类裂缝 中 ,以成岩缝发育为特征 ;微裂缝在平面上总体分布以 北偏东 5°为主 。裂缝宽为 1 ～3μm ,长 80 ～130μm 。 储层压裂裂缝方向受现今地层最大主应力方向控制 。 研究区 地 层 最 大 主 应 力 方 向 测 试 结 果 是 N E70°至 N E75°。
图 1 交错排状注水系统 6 种布井方式 Fig . 1 Six interlacing well patterns
将 6 种组合方式进行数值模拟计算 ,开发技术指 标如表 1 。
对交错排状注水系统 6 种组合方式的模拟结果进 行的对比分析发现 (图 2) :
(1) 对于同一类注水井 ,开发初期水平井的采油 速度比压裂直井的采油速度高 ,水平井的平均单井产 量是压裂直井平均单井产量的 11 5～21 7 倍 ,其中水平 段垂直最大主应力方向的采油井的采油速度和平均单 井产量最高 。
摘要 : 水平井在水平段上有效压裂 N 次 ,其渗流能力在理论上提高 N 倍 。再配合适当的注采井网 ,特低渗透油藏开发水平将有大 幅度的提高 。通过建立鄂尔多斯盆地西峰油田长 8 油藏的三维地质模型 ,运用数值模拟技术 , 研究了最佳的直井和水平井组合方 式及其井网形式 。采用交错井网 ,用直井注水的方法 ,在油井水平段垂直于最大主应力方向进行多点有效压裂 ,能有效地提高特低 渗透油藏开发效果 。 关键词 :特低渗透油藏 ;水平井 ;井网 ;最大主应力 ;压裂工艺 ;数值模拟 中图分类号 : T E3131 4 文献标识码 : A
以交错排状注水方式为例 ,研究了直井 、水平井组 合方式对开发效果的影响[8 ] ,选择直井 、水平井 6 种不 同组合方式 (图 1) 。设计条件 : ①井距 450 m ,排距 225 m ,符合该地层建立有效驱动压力的最大井距和单井 有效控制储量的需要 ; ②以定压控制方式进行生产 ,保 持注采压差为 20 M Pa ; ③水平井水平段长度为 275 m , 压裂改造三段 ,设计压裂半缝长 125 m ; ④注水井为水 平井 、油井水平段为 x 方向时不压裂 。
基金项目 :中国石油天然气股份有限公司科技攻关项目 (07011921)“长庆低渗透油田提高单井产量及稳产技术研究”部分成果 。 作者简介 :冉新权 ,男 ,1965 年 6 月生 ,1993 年获西南石油学院博士学位 ,现为中国石油长庆油田公司党委书记兼副总经理 ,教授级高级工程师 。
E2mail :randy @pet rochina. co m. cn
Study on horizontal well pattern in ultra2lo w permeability sandstone reservoir
RAN Xinquan C H EN G Qigui Q U Xuefeng RAO Qiao
( Pet roChi na Chan gqi n g Oi l f iel d Com p any , X i’an 710021 , Chi na)
(2) 当注水井为直井 、采油井为水平井时 , x 方向 水平井采油速度明显低于 y 方向压裂的水平井 。单 井产量约降低 50 % 。
第 1 期
冉新权等 :特低渗透砂岩油藏水平井井网形式研究
91
表 1 交错排状注水系统直井水平井组合方式的技术指标 Table 1 The development index contrast of different combined way of water injection system in straight well and horizontal well
1 鄂尔多斯盆地特低渗透油藏的特征
鄂尔多斯盆地特低渗透油藏与国内外同类油藏相 比 ,埋藏深度相对较浅 ,面积大且整装 。储层埋深为 1 400～2 300 m ,连片含油面积为 110～400 km2 。储层 物性为低孔隙和低渗透 ,但原油性质较好 。与国内其
他同类油田相比 ,原油具有低粘度 、低凝固点的特点 , 易于流动 。孔隙度为 10 %～12 % ,渗透率为 (01 3～5) ×10 - 3μm2 ,原油黏度低于 3 mPa·s ,凝固点为 22 ℃。
第
29
卷
第
1
期
2008 年 1 月
文章编号 : 025322697 (2008) 0120089204
石油学报
AC TA P E TROL EI SIN ICA
Vol. 29 No . 1
J an.
2008
特低渗透砂岩油藏水平井井网形式研究
冉新权 程启贵 屈雪峰 饶 巧
(中国石油长庆油田公司 陕西西安 710021)
采油井
5 年采 注水井 出程度/
%
5 年综合 10 年采 10 年综合 综合含水
含水率/ 出程度/ 含水率/ 率 95 %采
%
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出程度/ %
综合含水 率 95 %开 发时间/ a
低含水期 含水上升
率/ %
1 年采油 1 年平均
速度/ 单井产量/
%
t/ d
10 年平均 地层压力/
M Pa
Baidu Nhomakorabea压裂直井
直井 水平井
x 方向水平井
直井 水平井
y 方向压裂水平井
直井 水平井
71 20 81 11
81 86 91 86
121 49 131 05
71 58 111 82
131 10 201 86
401 99 581 41
121 49 131 09
141 30 151 01
171 37 171 78
401 42 521 74
在建立西峰油田长 8 油藏三维模型[5 ] 的基础上 ,
开展了数值模拟[627 ] 研究 。模拟区块面积为 16 km2 ,采 用规则中心网格 ,选取网格步长 d x = 25 m ,d y = 25 m , 纵向上分为 1 个层 ,总的模拟网格节点数为 25 600 个 。 考虑压裂裂缝方向易于沿最大主应力方向延伸 ,模拟 网格 x 方向为最大主应力方向 , 储层天然微裂缝作为 储层综合效应等效于基质总渗透率 。 31 1 直井水平井组合方式