特低滲透油藏A區B油層合理地層壓力研究

付艷 (中石油大慶油田有限責任公司第四采油廠地質大隊,黑龍江大慶 163000)

特低滲透油藏A區B油層合理地層壓力研究

付艷 (中石油大慶油田有限責任公司第四采油廠地質大隊,黑龍江大慶 163000)

針對特低滲透油藏A區B油層開發過程中普遍存在的問題,從確定合理地層壓力保持水平出發,在考慮啟動壓力和壓敏效應的前提下,通過建立特低滲透油藏滲流模型,定量研究了低滲透油藏合理壓力保持水平、超前注水量的大小和超前注水時機。研究結果表明,超前注水是有效開發低滲透油藏的一個重要手段,有利于建立有效的驅替壓力系統,可提高單井產量和最終采收率;超前注水量的定量研究可確保地層維持合理的地層壓力,為合理開發低滲透油藏提供保障;合理的注水參數將直接決定特低滲透油藏的開發效果。

特低滲透油藏;合理地層壓力;超前注水量;超前注水時機

A區開發區B油層為特低滲透油藏,滲透率低、滲流阻力大、能量消耗快,油井投產后,壓力下降快,產量遞減大。而且壓力、產量降低之后,恢復起來十分困難。由于特低滲透油藏的這些特征,決定了其開發規律不同于高滲透油藏的開發,在考慮注水方式時,實行超前注水,確保地層壓力。

1 超前注水設計區塊C井區概況

以A區B油層C井區超前注水設計為例,闡述超前注水實施方案參數設計方法。C井區面積1.21km2,采用井距200m、排距100m的矩形井網,部署油井25口,水井16口,埋深在1516～1617m,平均單井鉆遇砂巖厚度29.7m,有效厚度8.6m。儲層巖石顆粒較細,泥質含量較高,粒度中值0.135mm。空隙類型為殘余粒間孔～粒間溶孔組合,次生孔隙發育,滲透率一般0.4～6mD,孔隙度10%～15%,平均有效孔隙度為15.7%,平均空氣滲透率為1.36mD,平均孔喉半徑一般在0.1～0.9μm,孔隙結構較差,滲流能力差,不發育天然裂縫,地層壓力17.89MPa,原油性質差,自然產能低[1-2]。

2 超前注水適應條件及采用超前注水依據

1)油藏儲層壓敏效應明顯,地層壓力下降對低滲儲層滲透率傷害大。由于特低滲透油藏存在壓力敏感性(見圖1),空氣滲透率小于1.0m D以下儲層為中等偏強壓敏 (見表1),超前注水可以克服壓力過快降低,減少巖石顆粒變形的程度,從而減緩了孔隙體積變小和流體滲流能力的變差[3-4]。

2)滲透率傷害增加了啟動壓力梯度。由于特低滲透油田存在啟動壓力梯度,當壓力梯度較小時,它所對應的非線性滲流系數處于急劇下降段 (見圖2)。因此,對于特低滲透油藏通過超前注水可以提高壓力梯度,降低非線性滲流系數,提高特低滲透油藏的開發效果[4]。

3)地層壓力保持水平直接影響可動流體飽和度。由不同圍壓下巖心核磁共振測試結果 (見圖3)可以看出,圍壓4MPa時可動流體百分數最高,圍壓升至20MPa可動流體百分數下降,圍壓恢復4MPa時可動流體百分數有所恢復,但是達不到初始水平。

表1 B油層巖心壓敏程度評價表

圖1 B油層巖心壓敏試驗曲線圖

圖2 巖心非線性滲流系數與壓力梯度關系圖

因此當巖心所受凈應力增加時,巖心可動流體減少,超前注水有降低油藏上覆壓力的作用,所以有利于提高油藏的可動流體百分數[3]。

C井區壓力系數1.10MPa/100m,屬正常壓力系統,能夠進行超前注水。C井區1m D以下儲層達到54.9%,具有較強的壓敏特征,采用超前注水能夠保持地層壓力,減少低滲層的滲透率損失。

C井區B油層不發育天然裂縫,超前注水不會造成油井暴性水淹,同時試驗區儲層發育面積較大,可以滿足超前注水的要求。

圖3 不同圍壓下的T2弛豫時間譜

3 超前注水方案設計研究

3.1 地層壓力保持水平確定

超前注水有利于建立有效的驅替壓力系統,提高單井產量和最終采收率。在考慮啟動壓力情況下,根據不穩定滲流數學模型[5]模擬計算超前注水后地層壓力分布及地層壓力梯度分布,模擬結果表明地層壓力恢復程度不同,壓力梯度分布不同 (見圖4)。當油水井間最小驅替壓力梯度大于啟動壓力梯度時,該壓力可建立有效驅動系統,壓力保持水平越高,越有利于建立有效的壓力驅動系統,但壓力過高在注水井周圍會形成超破裂壓力注水,降低最終采收率,因此地層壓力保持水平應以不超過注水井周圍破裂壓力為最高界限[5]。根據井區物性條件,通過計算地層壓力保持水平為原始水平的110%～120%可滿足設計要求,按平均滲透率計算為116.2%。

3.2 累計注水量的確定

超前注水由于在超前的時間內只注不采,因此,提高了地層壓力。其注入的體積與地層壓力有如下關系:

式中,Ct為綜合壓縮系數,MPa-1;Pi為原始地層壓力,MPa;Pr為半徑r處地層壓力,MPa;S為含油面積,km2;Vya為地層在Re～Rw范圍內的體積,m3;Re為供油半徑,m;Rw為有效半徑,m; V為注入的流體體積,m3;h為有效厚度,m。

圖4 超前注水后地層壓力梯度分布曲線圖

射開有效厚度取值8.1m,面積1.07km2,地層壓力17.98MPa,Pr=17.98×1.162=20.89MPa,綜合壓縮系數1.266×10-3MPa-1,通過計算要累積注水31930m3。

3.3 注水強度確定

考慮到啟動壓力梯度的影響,注水井注水強度公式為:

式中,m為區塊校正系數,0.625;Qi為注水量,m3;Ko為油相滲透率,mD;Pwf為井底流壓, MPa;ˉP為平均地層壓力,MPa;G為啟動壓力梯度,MPa/m;Bw為水的體積系數1.144;μw為注入水黏度,0.6mPa·s;A為泄油面積,100×200=20000m2;rw為井眼半徑,m。

確定初期注水強度為2.4m3/(d·m)。隨注水量不斷增加地層壓力不斷上升,投注以后根據試注情況進一步優化單井注水量,將注水壓力控制在最高注入壓力以下的情況下和保持吸水剖面均勻的前提下可以適當加大注水量,縮短超前注水時間。

3.4 超前注水時間的確定

根據超前注水期累積注水量和單井注水量,計算超前注水時間為99.8d。

3.5 最高注入壓力確定

1)通過測井解釋破裂壓力梯度確定破裂壓力,由E井巖石力學特性解釋成果中給出1424.0～1660.0m地層破裂壓力梯度多在0.17～0.19atm/m (1atm=0.1MPa),由F井巖石力學特性解釋成果中給出1500～1693m地層破裂壓力梯度多在0.17～0.27atm/m,平均破裂壓力梯度在為0.184atm/m,新完鉆H井和I井XMAC解釋成果表破裂壓力梯度0.176～0.206atm/m,平均0.185atm/m,地層的破裂壓力為31MPa左右。

2)在壓裂施工過程中,通過小型壓裂測試試驗求取地層閉合壓力(見圖5)。

圖5 破裂壓力試驗曲線圖

3)根據注水井吸水指示曲線確定地層破裂壓力。

通過目前破裂壓力計算公式計算試驗區破裂壓力不應該超過19.8MPa。各井最高控制壓力要通過現場試驗測試分析求得。

3.6 超前注水實施方案

1)注水井射孔后及時壓裂放噴投注,盡量減少油層污染。所有注水井完井后下入分層管柱注水,在注水井投注1個月后及油井投產后,根據注采剖面及層間差異再進行分層試配。

2)所有注水井按照試配注入量進行注水,注水壓力控制在最高注入壓力以下,要根據各注水井實際注水能力,及時調整注入量。注水壓力不斷上升接近最高注入壓力,適當降低單井注水量。井口壓力明顯低于井口最高注入壓力時,注入剖面均勻,可適當加大注水量,縮短超前注水時間。

3)所有注水井最高注入壓力要通過理論計算及相鄰區塊實測資料作為初始值。注水井壓裂后要根據小型測試壓裂分析得出微裂縫閉合壓力,進行合理校正后作為超前注水最高注入壓力控制值。

4)所有注采井要在現場壓裂監測取得認識的基礎上再進行壓裂參數優化。根據監測結果適時調整下口井壓裂設計參數,保證裂縫穿透率等參數設計的合理。

5)選擇物性較好的采油井作為地層壓力監測井。地層壓力監測井與注水井同期射孔,下入壓力計求取原始地層壓力,并在超前注水期間持續適時監測地層壓力狀況。根據各井地層壓力監測情況決定采油井是否壓裂投產。

4 結論與認識

1)特低滲透油藏通過超前注水可以克服壓力過快降低,減少巖石顆粒變形的程度,從而減緩了孔隙體積變小和流體滲流能力的變差,還可以提高壓力梯度,降低非線性滲流系數,提高特低滲透油藏的開發效果。

2)C井區B油層屬于正常的壓力系統,并且天然裂縫不發育,超前注水不會造成油井暴性水淹,同時試驗區儲層發育面積較大,可以滿足超前注水的要求。

3)以建立有效驅動系統為目標,根據低滲透不穩定滲流模型,模擬計算超前注水后地層壓力梯度分布,當油水井間最小壓力梯度大于啟動壓力梯度時,確定為合理的地層壓力保持水平。同時最高注入壓力不應超過注水井井底破裂壓力。

4)根據合理地層壓力保持水平,計算超前注水時機等參數,計算結果表明A區B油層C井區超前注水時間需要99.8d。

[1]曾大乾,李淑貞.中國低滲透砂巖儲層類型及地質特征[J].石油學報,1994,15(1):38-51.

[2]時佃海.低滲透砂巖油藏平面徑向滲流流態分布[J].石油勘探與開發,2006,33(4):491-494.

[3]楊正明,苗盛,劉先貴,等.特低滲透油藏可動流體百分數參數及其應用[J].西安石油大學學報(自然科學版),2007,22(2): 96-99.

[4]許建紅,程林松,周穎,等.一種求解低滲透油藏啟動壓力梯度的新方法[J].石油勘探與開發,2007,34(5):594-597.

[5]壬道富,李忠興.低滲透油藏超前注水理論及其應用[J].石油學報,2007,28(6):78-81.

[編輯] 洪云飛

TE271

A

1673-1409(2014)20-0062-03

2014-03-14

付艷(1976-),女,工程師,現主要從事油田儲層評價方面的研究工作。