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        海上弱固結(jié)砂巖儲層膨脹注水工藝研究

        2015-02-22 12:25:40彭成勇中海油研究總院北京100027

        彭成勇 (中海油研究總院,北京 100027)

        徐康泰(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué)(北京))中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京102249)

        于繼飛,曹硯鋒 (中海油研究總院,北京 100027)

        王雷,崔楠(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué)(北京))中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京102249)

        海上弱固結(jié)砂巖儲層膨脹注水工藝研究

        彭成勇(中海油研究總院,北京 100027)

        徐康泰(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué)(北京))中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京102249)

        于繼飛,曹硯鋒(中海油研究總院,北京 100027)

        王雷,崔楠(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué)(北京))中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京102249)

        [摘要]針對我國渤海弱固結(jié)砂巖油田注水井近井污染問題,提出膨脹注水解堵工藝技術(shù),考慮隨距井筒距離變化的污染程度,結(jié)合流固耦合效應(yīng),編寫ABAQUS子程序,建立有限元分析模型,模擬渤海油田某注水井膨脹注水解堵效果。結(jié)果表明,在一定污染程度下,存在一個可達到解堵目的的最小注入速度,并在此基礎(chǔ)上,建立渤海弱固結(jié)砂巖儲層膨脹注水圖版。結(jié)合實際,提出配套階梯式膨脹注水工藝,增強現(xiàn)場運用的安全性和靈活性。

        [關(guān)鍵詞]弱固結(jié)砂巖;膨脹注水;污染程度;注水圖版;階梯式注水

        海上弱固結(jié)砂巖高滲油田注水開發(fā),由于注水水質(zhì)、顆粒沉積等原因,注水井污染堵塞現(xiàn)象嚴重,注入壓力上升明顯[1,2]。針對我國渤海弱固結(jié)砂巖油田注水污染井問題,采用膨脹注水技術(shù)進行解堵[3],即高于儲層破裂壓力注水,使地層產(chǎn)生穿透污染帶區(qū)域的短裂縫,從而達到解堵目的。該工藝難點在于控制排量,即合理的注入速度;在達到解堵目的的同時,能夠降低實施風(fēng)險??紤]隨距井筒距離變化的污染程度[4~6],結(jié)合流固耦合效應(yīng),針對該區(qū)塊某口具體注水井,采取該工藝進行解堵,模擬膨脹注水效果,給出最優(yōu)注入速度。設(shè)置不同隨距離變化的污染程度,建立適用于弱固結(jié)高滲砂巖儲層注水井解堵的一般適用性注水圖版,實現(xiàn)快速判斷可穿透污染帶的最小注入速度。根據(jù)工藝現(xiàn)場施工特點,提出階梯式膨脹注水概念。

        1膨脹注水模型建立

        弱固結(jié)砂巖儲層注水過程,受注入流體影響,巖土微觀幾何形狀較常規(guī)儲層更易發(fā)生改變,影響儲層孔滲特征[7]。

        巖石骨架的變形可表征為:

        (1)

        式中:Δe為孔隙比變化量,1;ΔVp為孔隙體積變化量,m3;Vs為固相體積,m3。

        體積應(yīng)變?yōu)椋?/p>

        (2)

        式中:εv為體積應(yīng)變,1;ΔV為巖石體積變化量,m3;V0為原始體積,m3;e為孔隙比,1;e0為初始孔隙比,1。

        即:

        (3)

        式中:φ為孔隙度,1;φ0為初始孔隙度,1。

        結(jié)合滲透系數(shù)和孔隙度間的關(guān)系,得到考慮滲流-應(yīng)力耦合數(shù)學(xué)公式[7,8]:

        (4)

        式中:K0為初始滲透系數(shù),cm/s;K為滲透系數(shù),cm/s。

        污染程度由弱固結(jié)砂巖儲層注水井近井地帶污染情況測定結(jié)果[4~6]確定,可采取“三段直線型”污染模式表征近井污染情況,設(shè)定了4種不同污染程度,從小到大分別為:情況①——0~1m,井筒儲層污染程度最為嚴重,滲透率損失率為95%,且為常數(shù),也是影響注入效果的主要因素;1~7m內(nèi),7m時滲透率損失率下降為20%,為線性變化;7~11m內(nèi),11m時滲透率損失率為0%,即恢復(fù)原始滲透率,為線性變化;11m外滲透率無損失。情況② ——0~1m,滲透率損失率為97%,且為常數(shù);1~9m內(nèi),9m時滲透率損失率為20%,為線性變化;9~13m內(nèi),13m時滲透率損失率為0%,為線性變化;13m外滲透率無損失。情況③ ——0~1m,滲透率損失率為99%,且為常數(shù);1~10m內(nèi),10m時滲透率損失率為20%,為線性變化;10~15m內(nèi),15m時滲透率損失率為0%,為線性變化;15m外滲透率無損失。情況④——0~1m,滲透率損失率為99.5%,且為常數(shù);1~11m內(nèi),11m時滲透率損失率為20%,為線性變化;11~15m內(nèi),15m時滲透率損失率為0%,為線性變化;15m外滲透率無損失。

        利用ABAQUS有限元軟件,建立有限元分析模型[8~12]:采用線性二維CPE4RP單元對模型進行網(wǎng)格劃分??紤]近井區(qū)域壓力變化明顯,對模型進行二次加密,即圖1加密區(qū)1與加密區(qū)2。利用用戶子程序USDFLD、UFLUIDLEAKOFF實現(xiàn)隨距離變化的滲透率,即污染程度,利用用戶子程序GETVRM實現(xiàn)弱固結(jié)砂巖儲層流固耦合特征,即式(4)。

        圖1 計算模型示意圖

        2膨脹注水工藝運用

        渤海某油田注水井,采用“一投三分”分層注水技術(shù)[13],取各段參數(shù)平均值,代入所建立的有限元分析模型中。其中污染模式根據(jù)儲層原始滲透率按照“三段式”的污染模式賦值,其余參數(shù)見表1。

        表1 模型中基礎(chǔ)參數(shù)

        采取膨脹注水工藝進行解堵,在604、864、1296、1728、2160m3/d注入速度下施工25min,觀察井底壓力變化趨勢,并在施工25min后,繼續(xù)以200m3/d的原配注量注水,分析解堵后效果,結(jié)果見圖2。由圖2可知,當(dāng)注入速度大于864m3/d,恢復(fù)常規(guī)注水,井底壓力幾乎一致,表明膨脹注水注入速度大于864m3/d ,均能達到解堵效果。864m3/d為該井施工優(yōu)選值,即在這種情況下能夠達到解堵目的的最小施工排量。

        圖2 注入井底壓力模擬

        3膨脹注水圖版建立

        采取所示 “三段式”污染模式,根據(jù)渤海弱固結(jié)砂巖儲層基本物性,建立有限元分析模型,分析不同儲層厚度、不同污染情況下,能夠突破污染帶,達到解堵目的的最小注入速度。根據(jù)儲層特點,模板采取儲層厚度為10、20、30、40、50m;上述4種不同污染程度情況如圖3所示。

        圖3 污染程度情況

        模型其他基本參數(shù)包括:①原始地層壓力13MPa,水平最大主應(yīng)力為27MPa,最小主應(yīng)力為22MPa;②初始滲透率為1000mD,初始孔隙度為0.3;③彈性模量為1.8 GPa,泊松比為2.64。如圖4所示,得到適合于分析我國渤海弱固結(jié)砂巖儲層注水井污染膨脹解堵注水圖版。運用該圖版:假設(shè)一污染井,污染程度類似圖3中的情況2,作用儲層厚度約為30m,則達到解堵目的的最小注入速度約為2000m3/d。

        圖4 最小注入速度圖版

        4階梯式膨脹注水工藝提出

        結(jié)合現(xiàn)場運用,提出階梯式膨脹注水概念,即逐步提高排量技術(shù)。如圖5所示,分5個階段升排量注入,每階段施工25min,即300m3/d(25min) +518m3/d(25min)+864m3/d(25min)+1296m3/d(25min)+1728m3/d(25min);與常規(guī)膨脹注水(1728m3/d(25min))對比,可知階梯式注水工藝技術(shù)優(yōu)勢如下:①井底最大壓力降低,達到6.30MPa,較大幅度降低了施工所需最大壓力,即降低了對設(shè)備性能的要求和施工難度;②有利于現(xiàn)場施工調(diào)整;③整體施工趨勢更平穩(wěn),降低了施工帶來的風(fēng)險。

        圖5 注入井底壓力模擬(階梯式膨脹注水)

        5結(jié)論

        1)考慮流固耦合效應(yīng),結(jié)合隨距井筒

        距離變化的滲透率特征,即“三段式”污染形式,建立有限元分析模型,該模型適合于分析渤海疏松砂巖油藏注水井膨脹注水解堵過程。

        2)以渤海疏松砂巖油藏某口污染注水井為例,采用膨脹注水技術(shù),模擬注水過程井底壓力變化情況,得到可達到解堵目的的最小注入速度。

        3)考慮“三段式”污染形式,建立膨脹注水圖版,該圖版能夠根據(jù)不同儲層厚度、不同污染情況,快速確定達到解堵目的的最小注入速度。

        4)提出階梯式膨脹注水工藝,較之于常規(guī)膨脹注水,該工藝具有逐步增大注入量、施工所需最大壓力小、持續(xù)作業(yè)壓力平穩(wěn)的特征,從而具備降低設(shè)備性能要求、便于調(diào)整施工方案、降低施工帶來的風(fēng)險等優(yōu)勢。

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        [編輯]黃鸝

        [引著格式]彭成勇,徐康泰,于繼飛,等.海上弱固結(jié)砂巖儲層膨脹注水工藝研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版) ,2015,12(26):77~80.

        [中圖分類號]TE53

        [文獻標志碼]A

        [文章編號]1673-1409(2015)26-0077-04

        [作者簡介]彭成勇(1981-),男,碩士,工程師,主要從事非常規(guī)油氣開發(fā)增產(chǎn)工作, pengchy@cnooc.com.cn。

        [基金項目]中海石油(中國)有限公司科研項目(CCL2012RCPS0259RSN)。

        [收稿日期]2015-04-20

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