低渗透油藏水力压裂裂缝与井网组合优化研究

模拟模型时将原始井位网格顺时针旋转 15°。 1.2 参数选取
地层及流体参数主要包括原始地层压力 , 储层岩石 、 油气水的压缩系数 , 油气水密度 , 油气水粘
度 , 油藏原始油水及油气界面 。本次模拟计算所采用的地层及流体参数如表 1 所示 。相渗数据见图 2 和
图 3 , 流体高压物性数据如表 2 所示 。考虑地层的各向异性 , 初始模型建立时取 I 方向渗透率是J 方向渗 透率的 2.5 倍 , 取 K 方向渗透率为 J 方向渗透率的 0.1 倍 。模拟过程中采用定压生产 , 注水井井底最大注
加大 , 因而开发效果得到改善 。
但菱形反九点井网与正方形反九点井网有相同局限性 :裂缝方向上的油水井水窜情况不能得到彻底 解决 ;生产不能实施大规模压裂 , 影响单井产能的提高 ;注水井压裂规模也受到限制 。 不能高于破裂压
力注水 , 吸水能力低的情况未能得到有效改善 。
而矩形井网注采比大于反九点井网 , 注水强度大 , 并且是沿裂缝线状注水 , 即井排与裂缝走向一
裂缝穿透率并不是越大越好 , 应和压裂成本综合考虑 , 模拟得出的最优穿透率为相对较大的 0.75。
[ 关键词] 低渗透油气藏 ;水力压裂裂缝 ;井网形式 ;数值模拟
[ 中图分类号] T E348
[ 文献标识码] A [ 文章编号] 1000-9752 (2008) 04-0124-05
水力压裂最初的单井压裂仅考虑提高早期产量 , 加快压裂投资费用的回收 , 在压裂设计 、 压裂材料 应用与压裂施工工艺等方面均未考虑形成的水力压裂裂缝系统将对整个油田开发造成的影响 , 仅将其视 为孤立的工程问题 。 低渗透油藏在开发过程中井网形式与裂缝特性密切相关 , 低渗透油藏开发方案的编 制必须考虑人工裂缝的作用 , 应从相互交叉 、 耦合的方式去研究井网系统与裂缝系统的优化 、 匹配关系 以及实施该关系的优化压裂工艺 , 以获得产量 、 采出程度与经济净收益的最佳值 。 因此 , 建立低渗透油 藏井网与水力压裂裂缝系统优化研究方法 , 在低渗透油藏开发方案编制初期 , 研究井网与裂缝系统的优 化匹配关系 , 按水力压裂裂缝有利方位部署和优化开发井网系统 , 使其成为开发方案的重要组成部分 , 可为低渗透油藏的开发管理提供决策依据[ 1 ～ 3] 。 国外专家学者对井网与裂缝的匹配问题作了很多研究 , 对低渗层在均质与非均质情况下考虑了裂缝方位在井网系统中的位置时 , 井距与缝长的优化组合问题 , 提出了较明确的见解[ 4 ～ 9] :①在 20 世纪 70 年代以前 , 对水力压裂裂缝的要求是提高早期产能 , 加快投 资回收期 , 70 年代以后已发现低渗层压裂处理的结果常常导致采收率的提高 。 ②提出支撑裂缝方位对 于致密气砂层以及低渗透油层的长期开采的重要性 , 当井之间的距离近似于支撑缝长时 , 裂缝的一翼可 能很长 , 这时裂缝的方向就变得很重要 。 ③低渗透油藏压裂 , 对影响最终采收率的因素主要为缝长 、 裂 缝导流能力 、 方位 、 地层渗透率以及井网的泄油面积的大小和形状 。 ④对一定的裂缝长度与泄油面积 , 当渗透率相对较高时 , 正方形泄油面积的采出程度较高 ;而在渗透率相对较低时 , 矩形泄油面积的采出 程度更高 。 ⑤当渗透率存在各向异性时 , 对一定的井网密度与生产时间 , 长宽比较大的矩形井网 , 将取 得更高的采出程度 。 ⑥使用水力压裂裂缝模拟和油藏模拟 , 以取得最大净现值为目标 , 来进行井网系统 与水力压裂裂缝系统的优化组合 。
参数值
9.6 520.1 54.18 4.52
1500 2.6 12.0 13.01 0.84
参数名称及单位符号
油藏温度/ ℃ 饱和压力/ M Pa 脱气原油粘度/ mPa· s 地层原油粘度/ mPa· s 原始地层压力/ M Pa 原始含油饱和度/ % 原油体积系数 原始气油比/ m3 · t -1
入压力应保持在 20M Pa 左右 , 采油井最低井底流压约为 5M Pa , 为了保持充足的地层能量 , 压力应该
保持在原始地层压力附近 。
根据低渗透油田低孔隙度 、 低渗透率 、 低丰度 、 低产量 、 低效益以及初始含水率低等这些特点 , 在
进行不同方案模拟计算时 , 选择 50 年作为模拟计算时间 。
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石油天然气学报 (江汉石油学院学报) 2008 年 8 月 第 30 卷 第 4 期 Journal of Oil and Gas Technology (J.JPI) A ug.2008 V ol.30 N o.4
低渗透油藏水力压裂裂缝与井网组合优化研究
张旭东 (江汉石油管理局井下作业公司 , 湖北 潜江 4331 23) 崔锐锐 (中国石油大学 (北京) 石油天然气工程学院 , 北京 1来自百度文库02249)
第 30 卷第 4 期
张 旭东等 :低渗透油藏水力压裂裂缝与井网组合优化研究
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图 4 定裂缝穿透率的 3 种井网组合方式示意图
菱形反九点井网相对扩大了地层主应力方向 (裂缝方向) 上的注采井距 , 缩短了垂直主应力方向的 排距 , 相对有效地改善了平面上各油井的均匀受效程度 , 延缓了角井水淹时间 , 同时使边井的受效程度
致 , 这样既避免了裂缝方向上的油水井发生水窜 , 又能扩大人工压裂规模 , 提高采油井产能和注水井的 注水能力 , 从而改善注水开采效果 , 因此这种井网形式与正方形反九点井网和菱形反九点井网相比有较
大的优越性 。
排状交错井网的注采比大于菱形反九 点井
网和矩形井网 , 可以认为是将矩形井网的 注水 井排的井 距加 倍 , 注 水强 度加大 。 也就 是说 ,
参数名称及单位符号
含油面积/ km 2 模拟计算地质储量/ 104 t 丰度/ 104 t · km -2 单储系数/ 104 t · km -2 · m -1 油层深度/ m 平均渗透率/ 10 -3μm2 平均有效厚度/ m 孔隙度/ % 脱气原油密度/ g · cm -3
表 1 模拟区油藏地层及流体基本参数
我国低渗透砂岩油田开发的特殊性 , 不仅在于基质块具有低渗透开采特点 , 更突出的是天然或人工 裂缝的存在 , 大大改变了流体在地下的流场 。在含裂缝的低渗透油藏注水开发的过程中 , 裂缝具有双重 性质作用 :①不利方面 , 注入水容易沿破裂缝窜进 , 往往造成采油井过早见水 , 甚至暴性水淹 ;②有利 方面 , 裂缝可以提高注水井的吸水能力和采油井的生产能力 。 因此 , 裂缝性油藏注采井网的部署要充分 发挥和利用裂缝的有利作用 , 尽可能减轻和避免裂缝的不利影响 。
将主力油层 的 2 个小层合并
为 1 个模拟小层 , 合并后小
层数据 表中静态资料 (包括
有效厚度 、 孔隙度 、 渗透率 、
饱和度) 的确定是根 据 2 个
小层的静态资料 利用有效厚
度加权平 均求得的 , 合并后
模拟小层的砂体 厚度和有效 厚度为 2 个小层的叠加值 。
图 1 模拟井组井网井位及网格划分图
排状交错井网为矩形井网的注水井排加密而来 ,
两者都是沿裂缝方向线性注水 , 注水井排 上不 存在采油井 , 既避免了油水井发生水窜 , 又加
强了井排上采油井的受效程度 , 大大改善 了注
水效果 。
因此 , 在单元井网和相同裂缝特征条件下 , 排状交错井网的效果最好 。 由图 5 可看出 , 开 采 50 年的单井日产量 , 排状交错井网优于矩形 井网 , 矩形井网优于菱形反九点井网 。
图 4c 为矩形井网单元 , 模拟井组内共有生产井 9 口 , 其中采油井 4 口 , 注水井 5 口 。有效井数为 6 口 , 其中采油井 4 口 , 注水井 2 口 , 注采比 1 ∶2 。
模拟采油井裂缝穿透率 (裂缝缝长与井距的比值)为 0.5 时的缝长 260m , 注水井裂缝 穿透率为 0.4 时的缝长 208m , 模拟裂缝等效导流能力为 25μm 2 ·cm 。
开采 50 年后的含水率变化 , 菱形反九点井
图 5 单井日产量随时间变化曲线 (3 种井网)
[ 摘要] 根据地质资料和室内物 理模拟 试验结果 , 选取某 低渗研 究区 , 建立 地质模 型 , 优选合 理的参 数 ,
对 3 种井 网形式 (即菱形反九点井网 、 排状交错井网 、 矩 形井网) 的开 发效 果通过 数值 模拟软 件进 行模
拟计算 , 评价不同井网形式及 裂缝参 数条 件下的 模拟 结果 , 最 后优 选出排 列交 错井网 为最 佳井 网形 式 。
原油粘度/m Pa · s
4 3 2.1 1.97 2.45 2.86 2.9 3.03
2 相同裂缝特征条件下 3 种井网单元的比较
为了研究不同井网形式的开发效果 , 设计了 3 种井网形式 , 如图 4 所示 , 井排距为 520 ∶140 , 以 定压控制方式进行生产 , 保持注采压差为 10M Pa 。
3 模拟研究结果
根据模拟区块的低渗透油藏井网演化历史 , 此区块曾采用 250 ～ 300m 正方形反九点面积注采井网 , 由于裂缝存在 , 井距较小 , 注水井离采油井的距离相同 , 注水井排上沿裂缝方向的角井见水快 , 过早水 淹 , 注水井排上的地层压力大大超过原始地层压力 ;而垂直裂缝方向的采油井由于储层基质渗透率低 , 致使注水井排两侧的油井受效程度差 。 实践证明此种井网的开采效果较差 , 因此没有将其列入对比 。
参数值
50 7.4 4.8 2.45 11.8 52 1.198 71.5
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石油天然气学报 (江汉石油学院学报)
2008 年 8 月
图 2 油 水相对渗透率曲线图 图 3 油气相对渗透率曲线图
序号 压力/ M Pa
1
0.89
2
2.5
3
4
4
7.4 ＊
5
所选 的模型 井组 , 其形
状在平面上为一矩形 , 选取网格步长 dx =23.0m , dy =12.5m , 纵向上为合并的 1 个模拟小层 , 模型中 采用规则块中心网格 , 总的模拟网格节点数为 2025 个 (45 ×45 ×1), 对应的网格划分如图 1 所示 。 考
虑人工裂缝方向即最大主地应力方向为 NE75°, 为便于模拟过程中使裂缝主方向位于 X 方向 , 在建立
图 4a 为菱形反九点井网单元 , 模拟井组内共有生产井 13 口 , 其中采油井 8 口 , 注水井 5 口 。 有效 井数为 8 口 , 其中采油井 6 口 , 注水井 2 口 , 注采井数比为 1 ∶3 。
图 4b 为排状交错井网单元 , 模拟井组内共有生产井 13 口 , 其中采油井 4 口 , 注水井 9 口 。 有效井 数为 8 口 , 其中采油井 4 口 , 注水井 4 口 , 注采比 1 ∶1 。
笔者根据地质资料和室内物理模拟试验结果 , 选取某低渗研究区 , 建立地质模型 , 通过数值模拟软 件进行模拟计算 , 对比不同井网形式及裂缝参数条件下的模拟结果 , 优选出最优井网 。
[ 收稿日期] 2008-05-22 [ 基金项目] 中国石油化工股份有限公司科技项目 (ZK K0207003) 。 [ 作者简介] 张旭东 (1970-), 男 , 1992 年大学毕业 , 博士 , 高级工程师 , 现主要从事油水井井下作业技术及管理工作 。
第 30 卷第 4 期
张 旭东等 :低渗透油藏水力压裂裂缝与井网组合优化研究
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1 模型的建立和参数的选取
1.1 地质模型的建立
根据研究 区的地 质构造
图 , 选取 面 积 为 0.5482km 2 (1040m ×560m)) 的一个井
组作为研 究对象 , 建立地质
模型 。 在 模 型 建 立 过 程 中 ,
10
6
15
7
20
8
25
注 :＊表示泡点压力 。
表 2 研究区油藏流体高压物性数据表
溶解油气比/ m3 · t -1
21.8
34 52.3 71.5 71.5 71.5 71.5 71.5
原油体积系数
1.093 1.124 1.18 1.245 1.24 1.225 1.216 1.205