基于啟動壓力下稠油油田合理產能及井距研究

張俊廷，賈曉飛，魏 舒，司少華，孫召勃

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

目前，在渤海油田開發過程中，地層原油黏度小于400 mPa·s的稠油油藏近80%采用注水開發[1-5]，部分油田由于邊底水能量充足采用天然能量開發[6，7]，也有少數油田采用熱采開發[8，9]。基于渤海油田多年的稠油注水開發經驗，在注水開發過程中合理井距的確定對油田開發效果的影響至關重要，井距過大，儲量無法得到有效動用，井距過小，由于稠油水油流度比大會導致油井過早見水，影響開發效果，因此在注水開發過程中，合理井距的確定決定著油田的開發效果。目前針對合理井距的研究方法較多，數值模擬法[10，11]、油藏工程法[12-14]、滲流法[15，16]、動態法[17]等都可獲得相應油田的合理井距，但是筆者通過調研發現，目前在研究稠油油藏合理井距過程中，大多數忽略了啟動壓力對井距的影響，因此本文結合渤海S油田的物性參數和流體性質，通過滲流力學方法，利用公式推導得到考慮啟動壓力情況下的定向井產能公式，并確定出S油田在行列式井網注水開發下的合理井距，并在S油田開發調整過程中進行應用，取得了較好的開發效果。

1 考慮啟動壓力梯度稠油油藏定向井產能公式建立

假設有一均質等厚的圓形稠油油藏，油藏邊界為rem，油井半徑為rwm，有一口定向井在油層中心生產，若不考慮啟動壓力影響，定向井在生產過程中動用半徑re=rw（見圖1（a）），若考慮啟動壓力影響，則定向井生產過程中實際動用半徑re＞rw（見圖1（b）），動用半徑的不同，則直接影響定向井產能預測和合理井距的確定。

圖1（a） 定向井生產示意圖（不考慮啟動壓力）

圖1（b） 定向井生產示意圖（考慮啟動壓力）

基于啟動壓力對定向井產能和井距的影響，為了更加準確的預測稠油油藏實際開發過程中定向井合理產能和合理井距，本文通過公式推導建立考慮啟動壓力情況下的定向井產能公式。

假設存在一均質等厚稠油油藏，油藏半徑為rem，定向井井筒半徑為rwm，油層厚度為h m，油層滲透率為K mD，原油黏度為μomPa·s，油藏為定壓邊界，邊界處壓力為peMPa，定向井生產時井底流壓為pwfMPa，油藏啟動壓力梯度為G MPa/m，在以上條件下推導定向井產能公式。

考慮啟動壓力梯度情況下，定向井沿著r方向流動基本微分方程如公式（1）所示：

流動初始條件如公式（2）所示：

由物理模型圖1（b）可知，其內邊界條件如公式（3）所示：

外邊界條件如公式（4）所示：

其中導壓系數如公式（5）所示：

根據公式（1）～（5），通過積分求解可得到考慮啟動壓力梯度情況下稠油油藏定向井產能公式，如公式（6）所示：

根據公式（6），結合實際油藏的物性參數、流體參數及啟動壓力梯度情況下，便可計算得到實際油藏的產能，根據不同位置產能貢獻便可得到定向井控制半徑，定向井控制半徑大小即可確定為油藏的合理井距。但是在稠油油藏的開發過程中，啟動壓力梯度獲得較難，筆者通過對海上油田實際開發調研發現，目前海上稠油油藏的啟動壓力梯度確定主要通過渤海實際油田原油樣品實驗測得數據回歸得到，通過實驗測得渤海稠油樣品啟動壓力梯度與流度數據，并通過回歸得到啟動壓力梯度與流度的關系[18，19]，如公式（7）所示：

通過公式（7），結合實際油藏物性參數和流體參數，便可計算得到渤海稠油油田啟動壓力梯度，進一步結合公式（6），便可得到定向井合理產能。

2 渤海S油田定向井合理產能和井距確定

S油田是渤海典型的注水開發稠油油田，屬于典型的三角洲沉積，儲層發育，屬于高孔高滲儲層，油田投產初期采用反九點井網注水開發，隨著不斷開發，油田含水逐漸升高，對注水量需求增大，為滿足油田合理高效開發水平，油田開展轉井網研究。在研究合理井網適應性的同時，合理井距及加密井合理產能也是研究關鍵，本文通過考慮啟動壓力情況定向井產能公式建立，對S油田合理產能及合理井距進行研究。

本文以S油田E區物性參數為基礎，通過公式（6）對S油田定向井合理產能和合理井距進行分析，已知E區平均滲透率為3 000 mD，儲層厚度30 m～50 m，平均為40 m左右，原油黏度為150 mPa·s，油藏邊界處原始地層壓力為14 MPa，定向井井筒半徑為0.11 m左右。根據儲層滲透率和原油黏度，通過公式（7）計算得到S油田啟動壓力梯度為0.009 1 MPa/m。

結合確定的啟動壓力梯度，利用微元思想，假設圓形油藏定向井驅油半徑范圍內，任意一點向井底流動單元為一微元，則定向井產量為無數個微元產生的流量疊加求和，基于此思想結合S油田E區油藏參數對定向井流量計產量進行計算（見圖2、圖3）。

由于油田存在啟動壓力梯度，原油向井底流動時需要克服啟動壓力才可流動，因此只有在生產壓差大于啟動壓力的區域時，原油才會向井底流動。通過圖2可以看出，隨著距離定向井井底距離增加，微元產生流量逐漸降低，當距離井底距離300 m左右時，原油停止流動，此時生產壓差小于啟動壓力。通過該方法確定S油田E區定向井控制半徑為300 m，通過圖3可知，任意一微元處產生流量疊加求和可以得到定向井控制范圍內產量，結合S油田E區物性參數計算得到該油田定向井產量大概為80 m3/d。

圖2 距離定向井不同位置微元流量圖

圖3 距離定向井不同位置微元流量疊加圖

同時，為了了解不同地層原油黏度下定向井驅油半徑和定向井合理產量，為油田井網調整提供技術支持，同時也方便其他相似油田進行借鑒，本文分析了不同原油黏度下定向井驅油半徑及初期合理產量，并繪制成圖版。物性參數均選用S油田E區物性參數，不同地層原油黏度驅油半徑和初期產量計算結果（見圖4、圖5）。

通過圖4和圖5可知，隨著地層原油黏度增大，定向井控制半徑逐漸減小，初期產量逐漸降低，當地層原油黏度大于500 mPa·s時，定向井控制半徑小于100 m，初期產量小于20 m3/d，此時無法滿足油田經濟有效開發。因此，在渤海稠油油田開發過程中，當地層原油黏度大于500 mPa·s時，大多采用熱采開發，實現稠油油田的經濟有效開發。

3 應用

基于本文研究成果可知，在考慮啟動壓力梯度時，S油田定向井有效控制半徑在300 m左右，儲層厚度為40 m左右時，定向井初期產量在80 m3/d左右。S油田E區投產初期采用反九點注采井網開發，井網內邊井處注采井距約350 m，角井處注采井距約500 m，為了改善油田開發效果，E區從2010年逐漸實施注采井網調整，對水井排油井轉注，在水井排和油井排分別加密注水井和油井，形成行列式注采井網，注采排距為350 m。通過注采井網調整，E區產油由調整前780 m3/d逐漸上升到1 730 m3/d，增油950 m3/d，極大的改善了油田開發效果。通過E區注采井網調整研究表明，本文研究方法確定的基于啟動壓力梯度下稠油的合理井距和合理產能具有一定指導意義。

圖4 不同原油黏度定向井驅油半徑圖版

圖5 不同原油黏度定向井初期產量圖版

4 結論

（1）本文通過公式推導建立了考慮啟動壓力梯度影響下的稠油油藏定向井產能公式，同時給出渤海稠油油田啟動壓力梯度計算公式。

（2）根據確定的考慮啟動壓力梯度定向井產能公式，結合渤海S油田E區物性參數，基于微元思想，確定E區定向井合理井距和合理產能，同時基于此方法繪制了不同地層原油黏度下定向井合理產能和合理井距圖版，為相似油田提供借鑒。

（3）基于本文研究成果，在S油田E區實施注采井網調整中對產能和合理井距進行理論指導，E區調整后實現增油950 m3/d，改善了油田開發效果。