低滲裂縫性儲層注水井鉆關泄壓模擬

艾 池，高 見，馮福平，黃 芮，鄭惠峰，王遠航

（1. 東北石油大學 石油工程學院， 黑龍江 大慶 163318； 2. 東北石油大學 地球科學學院， 黑龍江 大慶 163318；3. 大慶鉆探工程公司測井公司， 黑龍江 大慶 163310； 4. 中油大慶油田有限責任公司， 黑龍江 大慶 163514）

低滲裂縫性儲層注水井鉆關泄壓模擬

艾 池1，高 見1，馮福平1，黃 芮2，鄭惠峰3，王遠航4

（1. 東北石油大學 石油工程學院， 黑龍江 大慶 163318； 2. 東北石油大學 地球科學學院， 黑龍江 大慶 163318；3. 大慶鉆探工程公司測井公司， 黑龍江 大慶 163310； 4. 中油大慶油田有限責任公司， 黑龍江 大慶 163514）

針對注水后低滲裂縫性儲層地層壓力和注水井泄壓時間難以確定，影響調整井安全鉆井的問題。結合低滲裂縫儲層滲流特點，運用變形雙重介質滲流理論，建立泄壓后儲層動態地層壓力模型。利用數值模擬技術，預測關井泄壓和溢流泄壓方式下泄壓區地層壓力分布隨泄壓時間變化規律。應用預測泄壓過程中泄壓區地層壓力分布變化規律得出不同泄壓方式注水井的鉆關時間，制定注水井的鉆關方案。研究表明，泄壓區內裂縫連通低壓處起提高泄壓效率的作用；關井和溢流泄壓過程，注水井井底壓力不應作為衡量待鉆點處地層壓力的指標；應用對泄壓區地層壓力預測指導注水井進行鉆關，滿足安全調整井鉆井實際應用。

地層壓力；鉆關泄壓；低滲裂縫；數值模擬；調整井

在扶余低滲油藏注水開發過程中，除了天然裂縫，還存在注水動態裂縫[1,2]。這些裂縫增強地層非均質性，影響著儲層地層壓力分布。同時，低滲裂縫性儲層存在“注水難，泄壓難”。綜上兩點導致注水井鉆關時間難以確定，影響油田注水開發，延誤調整井鉆井施工，也不利于調整井安全鉆進儲層。目前相關性的研究主要針對低滲裂縫雙重介質滲流規律進行研究，考慮低滲裂縫性油藏壓敏性、地層巖石裂縫雙重介質以及低滲儲層非線性滲流對地層壓力影響[3-8]，應用油藏數值模擬技術對調整井地層壓力預測[9-11]。沒有結合低滲裂縫性儲層注水井關井泄壓和溢流泄壓工況進行研究，難以指導調整井安全鉆井。基于變形雙重介質滲流理論，建立考慮低滲油藏壓敏性、雙重介質和低滲儲層非線性滲流的動態地層壓力數學模型。通過對動態地層壓力數學模型求解，得出泄壓過程儲層地層壓力分布規律，進而科學有針對性地制訂出鉆關方案。

1 建立低滲裂縫儲層動態地層壓力數學模型

1.1 低滲儲層滲透率隨有效應力變化特征

泄壓過程中，裂縫和巖石基質孔隙流體壓力逐漸下降，儲層在應力的作用下孔隙度變小，滲透率變小，滲流阻力增大，裂縫及巖石基質的滲透率受有效應力變化影響規律如下：

式中：Kf—受壓敏效應影響后滲透率，μm2；

K0—初始滲透率，μm2；

C —滲透率變化系數，1。

1.2 復合雙重變形介質非線性油藏滲流方程

低滲裂縫儲層中流體在裂縫和巖石基質中流動滿足遵循質量守恒定律和達西定律，基于結合低滲裂縫性儲層中流體流動存在建立復合雙重變形介質非線性油藏滲流方程：裂縫系統：

基質系統：

式中：qw分別為流體單位時間注入或采出的質量，g/s；

Pf、Pm，分別為油、水兩相的壓力，atm；

μ為水兩相的粘度，mPa·s；

Kf、Km，分別裂縫和基質的滲透率，μm2；

φf、φm分別為裂縫、巖石基質的孔隙度，f；

α、β為滲透率變化系數，1；

σ為基質巖塊與裂縫間的竄流因子，μm2/cm2。

2 實例分析

2.1 關井泄壓方式泄壓區地層壓力預測及分析

在應用已知穩態的地層壓力分布，改變注水井邊界條件為井底向內流量為零，對注水井關井泄壓地層壓力分布模型進行求解。

注水井關井泄壓時，泄壓區內的地層壓力均有不同程度的降低，如圖1。原有高壓處流體會向低壓處流動，使區間壓差減小。同時，對距注水井0 和200 m裂縫處泄壓前后地層壓力對比，發現裂縫處地層壓力由注水時高壓在泄壓連通低壓處后壓力略低于巖石基質。說明泄壓時裂縫是地層流體由高壓處流向低壓處的主要流通通道，由于裂縫高導壓能力，使裂縫影響的泄壓區的區間壓差快速平衡，提高泄壓效率。

圖1 沿注水井至待鉆點方向地層壓力分布圖Fig.1 Formation pressure profile along the water injection well to the drilling point

圖2中，關井泄壓注水井井底壓力和待鉆點處壓力泄壓初始壓力值不同，泄壓速率也不同，關井泄壓井口壓力大小不能夠衡量待鉆點壓力大小。若儲層待鉆點地層壓力需降到18 MPa才可進行施工，預測注水井關井的時間為54 d，以此為參照制定關井泄壓的鉆關時間。注水井關井55 d后，待鉆點鉆井鉆至儲層1 200 m鉆井液密度1.55 g/cm3，未發生鉆井事故，與預測結果相符。

圖2 關井泄壓井底和待鉆點處壓力隨時間變化圖Fig.2 Pressure variation with time in shut-in pressure relief bottom hole and drilling point

2.2 溢流泄壓方式泄壓區地層壓力預測及分析

應用已知穩態的地層壓力分布，改變注水井邊界條件為井底為井筒內靜液柱壓力，對注水井溢流泄壓地層壓力分布模型進行求解。

注水井溢流泄壓時，受注水井影響范圍內的地層壓力均有不同程度的降低，如圖 3。井口敞開進行放噴，地層流體流動是雙向的。一方面，靠近注水井周圍的地層流體沿井筒流向井口；受井口敞開放溢流影響，井底壓力迅速下降和井筒內靜液柱壓力平衡。另一方面，高壓地層流體受壓差作用向低壓處即生產井以及泄壓區邊緣流動。

圖3 沿注水井至待鉆點方向地層壓力分布Fig.3 Formation pressure distribution along the water injection well to the drilling point

圖4中，溢流泄壓注水井井底壓力快速下降與井筒內靜液柱壓力平衡，待鉆點出壓力緩慢下降，注水井井口壓力大小不能夠衡量待鉆點壓力大小。

圖4 溢流泄壓井底和待鉆點處壓力隨時間變化圖Fig.4 Pressure variation with time in the overflow pressure relief bottom hole and drill point

若待鉆點處地層壓力需降到19 MPa才可進行施工，預測溢流泄壓的時間為15 d，以此為參照制定溢流泄壓的鉆關時間。注水井溢流泄壓15 d后，待鉆井鉆至儲層1 300 m鉆井液密度1.53 g/cm3，未發生鉆井事故，與預測結果相符。

3 結 論

低滲裂縫性儲層泄壓過程需要考慮裂縫的影響，裂縫影響注采穩定時泄壓區初始的地層壓力分布；泄壓過程中，裂縫導壓能力高于巖石基質，裂縫連通泄壓區低壓處，使高壓處壓力與低壓處壓力快速平衡，提高泄壓速率。低滲裂縫性儲層注水井關井和溢流泄壓方式下的泄壓，注水井井底和待鉆點處初始泄壓壓力不同，泄壓速率不同，無明顯相關性。因此，注水井井口壓力都不能作為待鉆點處泄壓后壓力的參考指標。通過對注水井關井和溢流泄壓方式下，泄壓區地層壓力預測，依據預測制定注水井鉆關泄壓時間，應用指導注水井進行鉆關泄壓，降低了鉆井復雜事故發生率及鉆井成本。

［1］ 王友凈，宋新民，田昌炳，等．動態裂縫是特低滲透油藏注水開發中出現的新的開發地質屬性[J]．石油勘探與開發，2015（2）：222-228．

［2］ 范天一，吳淑紅，李巧云，等．注水誘導動態裂縫影響下低滲透油藏數值模擬[J]．特種油氣藏，2015（03）：85-88+155．

［3］ 黃延章．低滲透油層滲流機理[M]．北京：石油工業出版社，1998，30-100．

［4］ 楊蕾，同登科．變形介質油藏-井筒耦合流動研究[J]．石油天然氣學報，2006，28（6）：98-101．

［5］ 楊清立，楊正明，王一飛，等．特低滲透油藏滲流理論研究[J]．鉆采工藝，2007，30（6）：52-54．

［6］ 李松泉，程林松，李秀生，等．特低滲透油藏非線性滲流模型[J]．石油勘探與開發，2008，35（5）：606-612．

［7］ 伊懷建，朱維耀，張明江，等．低滲透致密儲層氣體低速非達西滲流地層壓力分布及產能分析[J]．特種油氣藏，2012（01）：70-73+138-139．

［8］ 馮金德，程林松，李春蘭，等．裂縫性油藏單井滲流規律研究[J]．石油鉆探技術，2007，35（3）：76-78．

［9］ 王西江，劉其成，王恩輝，等．雙重介質油藏物模實驗技術及滲流特征研究[J]．特種油氣藏，2007（2）：97-100+110．

［10］楊仁鋒，姜瑞忠，劉世華，等．特低滲透油藏非線性滲流數值模擬[J]．石油學報，2011，32（2）：299-306．

［11］姚約東，李相方．動靜態結合預測調整井地層壓力的方法[J]．石油鉆探技術，2009，37（4）：32-34．

Time Prediction of Injection Well Decompression in low Permeability Fractured Reservoir

AI Chi1，GAO jian1，FENG Fu-ping1，HUANG Rui2，ZHENG Hui-feng3，WANG Yuan-hang4

（1. College of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China; 2. College of Geosciences, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China; 3. Well Logging Company of Daqing Drilling Group, Heilongjiang Daqing 163310, China; 4. Daqing Oilfield Company, Heilongjiang Daqing, 163511, China）

It is very difficult to determine formation pressure and water injection well decompression time of low permeability reservoir after water injection, which can affect safe well drilling. Combined with seepage characteristics of the low permeability fractured reservoir, based on deformable double media seepage theory, considering rock and fracture pressure sensitive effect, dynamic model of reservoir formation pressure after pressure relief was established. Numerical simulation technology was used to predict the change of formation pressure distribution with the decompression time under shutting pressure relief and overflow pressure relief. Well drilling and shutting time of water injection well under different pressure relief mode was determined, so well drilling and shutting time scheme was made. Research shows that cracks connection of low pressure area in the pressure relief zone can improve pressure relief efficiency; in shut-in and overflow pressure relief processes, injection well bottom pressure should not be as a index of drill point formation pressure; The prediction of formation pressure in the pressure relief zone can be used to guide the drilling and shutting of the water injection well, which can satisfy the practical application of the safe adjustment of well drilling.

formation pressure; drilling and shutting pressure relief; low permeability; numerical simulation; adjustment wells

TE319

A

1671-0460（2016）12-2845-03

國家高新技術研究發展計劃（863）基金項目，項目號：2013AA064903。

2016-05-26

艾池（1957-），男，教授，博士生導師，1982年畢業于東北石油大學鉆井工程專業，2003年畢業于東北石油大學油氣田開發工程專業，獲博士學位，現主要從事油氣井工藝理論、油氣井工程力學與儲層增產措施等方面的教學和科研工作。E-mail：aichi2001@163.com。

高見（1991-），男，從事低滲儲層地層壓力研究。E-mail：gaojian920422@163.com。