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        低滲透油藏不同井網(wǎng)系統(tǒng)注采井距研究

        2016-08-24 02:50:33
        石油地質(zhì)與工程 2016年4期
        關(guān)鍵詞:井井井間井距

        鄭 偉

        (中海石油研究總院,北京 100027)

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        低滲透油藏不同井網(wǎng)系統(tǒng)注采井距研究

        鄭偉

        (中海石油研究總院,北京 100027)

        根據(jù)滲流理論,推導(dǎo)了水平井注采井網(wǎng)井間壓力及壓力梯度分布公式,分析了水平井注采井網(wǎng)、混合井網(wǎng)和直井井網(wǎng)不同井網(wǎng)系統(tǒng)沿程壓力及壓力梯度分布規(guī)律,提出了低滲透油藏極限注采井距確定方法,并對其影響因素進行了分析。結(jié)果表明,直井井網(wǎng)系統(tǒng)驅(qū)替壓力梯度在注采井附近較大,而在注采井間較大范圍內(nèi)較??;水平井井網(wǎng)系統(tǒng)的流體在注采井間內(nèi)為近似線性流動,壓力降幾乎呈線性變化,壓力損失明顯低于直井,具有更大的驅(qū)替壓力梯度,且沿程基本保持不變。因此對于低滲透油藏,水平井注采井網(wǎng)更容易形成有效驅(qū)替,其極限注采井距為直井井網(wǎng)的3~4倍,混合井網(wǎng)的2~3倍。

        低滲透油藏;水平井注采井網(wǎng);驅(qū)替壓力梯度;啟動壓力梯度;注采井距

        低滲透油藏儲層物性差,滲流阻力較大,具有啟動壓力,合理的注采井距成為建立井間有效驅(qū)替的關(guān)鍵,關(guān)系到油藏能否有效開發(fā)[1]。與直井相比,應(yīng)用水平井注采井網(wǎng)開發(fā)低滲透油藏能有效減小注水井的注入壓力,保持油層壓力,提高單井產(chǎn)能和減少井?dāng)?shù)[2-6]。確定低滲透油藏直井井網(wǎng)和混合井網(wǎng)系統(tǒng)合理井距,研究學(xué)者提出了相應(yīng)的方法[1,7-9],但對于水平井開發(fā)低滲透油藏,其合理井距的研究較少。本文以油藏滲流理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)了水平井井網(wǎng)系統(tǒng)在注采井間的壓力及壓力梯度分布公式,并對比分析了水平注采井網(wǎng)、混合井網(wǎng)和直井井網(wǎng)系統(tǒng)在注采井間的沿程壓力及壓力梯度變化規(guī)律。根據(jù)驅(qū)替壓力梯度和啟動壓力梯度提出了注采井距的確定方法,并分析了注采壓差、滲透率和水平段長度對不同井網(wǎng)系統(tǒng)注采井距的影響。

        1 不同井網(wǎng)系統(tǒng)壓力及壓力梯度分布

        1.1產(chǎn)能公式推導(dǎo)

        為簡化問題,假定油層中有1口水平注入井和1口水平生產(chǎn)井,注采井距為a,水平段長度為2l,井半徑均為rw,井網(wǎng)形狀如圖1所示。水平注入井中心坐標(x0,y0)=(0,a),水平生產(chǎn)井中心坐標(x0,y0)=(0,0)。生產(chǎn)井以產(chǎn)量Q進行生產(chǎn),注入井以注入量Q進行注入。應(yīng)用保角變換,將真實平面(Z平面)上的流動映射轉(zhuǎn)變?yōu)橄衿矫?W平面)上的一個已知流動問題。

        對上半Z平面進行保角變換,取以下保角變換公式[7]:

        圖1 水平井注采井網(wǎng)及保角變化示意圖

        Z-Z0=lchW

        (1)

        其中Z=x+iy,Z0=x0+iy0,W=ξ+iη。則Z平面與W平面坐標的對應(yīng)關(guān)系為:

        x-x0=lchξcosη,y-y0=lshξsinη

        (2)

        經(jīng)過映射,上半Z平面變換為寬度為π的帶狀區(qū)域,長度為2l的水平井變?yōu)閃平面上位于η軸寬度為π的排油坑道,各點對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

        則中心坐標為(0,0)的水平生產(chǎn)井在空間任一點(x,y)的勢分布函數(shù)為:

        (3)

        中心坐標為(0,a)的水平注入井在空間任一點(x,y)的勢分布函數(shù)為:

        (4)

        根據(jù)勢的疊加原理可以確定水平生產(chǎn)井和水平注入井在空間任意一點(x,y)產(chǎn)生的勢函數(shù)為:

        φ=φp+φi

        (5)

        由于水平生產(chǎn)井位于等勢線上,取井壁坐標(0,rw),代入式(5),得到水平井生產(chǎn)井井底壓力為:

        (6)

        同理,水平注入井井底壓力為:

        (7)

        (8)

        (9)式中:Qhh——水平井注采井網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)量,m3/d;α——單位換算系數(shù),α=0.0864;Bo——體積系數(shù);k——油層滲透率,10-3μm2;h——油層厚度,m;b——注采井距,m;Pwi、Pwf——分別為注入井和生產(chǎn)井的井底壓力,MPa;μ——原油黏度,mPa·s。

        1.2井間沿程壓力及壓力梯度公式推導(dǎo)

        Z平面上,令x=0,將其代入式(5)可得注采井間沿程壓力分布公式:

        (10)

        式(10)對y求導(dǎo),得到水平井注采井網(wǎng)井間沿程壓力梯度分布公式:

        (11)

        直井注-水平井采的混合井網(wǎng)系統(tǒng)主流線上壓力和壓力梯度分布公式[1]為:

        (12)

        (13)

        式中:Qhv——混合井網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)量,m3/d;ρw——W平面上注入井的井筒半徑,m;(ξ0,η0)——鏡像映射后直井井位坐標。

        直井井網(wǎng)系統(tǒng)主流線上壓力和壓力梯度分布公式[10-11]為:

        (14)

        (15)

        式中:Qvv——為直井井網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)量,m3/d。

        2 不同井網(wǎng)系統(tǒng)沿程壓力及壓力梯度變化規(guī)律

        2.1沿程壓力變化規(guī)律

        根據(jù)參考文獻[1]的數(shù)據(jù),對比分析整體水平注采井網(wǎng)、混合井網(wǎng)和直井井網(wǎng)這三種井網(wǎng)系統(tǒng)在注采井間沿程壓力及壓力梯度的變化規(guī)律。

        假定注入壓力Pwi和產(chǎn)量Q確定,各井網(wǎng)系統(tǒng)在不同井距條件下的主流線上的壓力分布見圖2所示??梢钥闯?,為獲得相同的產(chǎn)量,水平井井網(wǎng)系統(tǒng)所需要的注采壓差最小,混合井網(wǎng)次之,直井系統(tǒng)最大。在相同的注采壓差下,水平井井網(wǎng)能夠獲得最大的產(chǎn)量,混合井網(wǎng)次之,直井系統(tǒng)最小。這是因為水平井注采井間為近似線性流動,壓力降幾乎呈線性變化;而直井井筒附近產(chǎn)生徑向流,出現(xiàn)較大的壓降漏斗,注采井間壓力損失嚴重。另外可以看出,隨著井距增大,各井網(wǎng)系統(tǒng)井間壓力損失增大,為維持產(chǎn)量需要加大注采壓差。

        2.2沿程驅(qū)替壓力梯度變化規(guī)律

        假定注采壓差一定,各井網(wǎng)系統(tǒng)在不同井距條件下的井間驅(qū)替壓力梯度分布如圖3??梢钥闯?,對于直井井網(wǎng)系統(tǒng),在注采井附近很小的區(qū)域內(nèi)驅(qū)替壓力梯度較大,而在注采井間中間位置的較大范圍內(nèi)卻很小。水平井井網(wǎng)系統(tǒng)在注采井間能獲得較大的驅(qū)替壓力梯度,且沿程基本保持不變,其值約為直井井網(wǎng)的3~4倍?;旌暇W(wǎng)系統(tǒng)介于直井系統(tǒng)與水平井網(wǎng)系統(tǒng)之間。另外,隨著注采井距的增大,各井網(wǎng)系統(tǒng)驅(qū)替壓力梯度均減小。

        圖2 不同井網(wǎng)系統(tǒng)注采井間壓力分布

        圖3 不同井網(wǎng)系統(tǒng)注采井間驅(qū)替壓力梯度分布

        3 注采井距影響因素分析

        3.1注采井距的確定方法

        利用靜液柱的方法測量了目標區(qū)塊多塊巖心的啟動壓力梯度,回歸啟動壓力梯度與流動系數(shù)的關(guān)系[1]:

        G=0.0308(k/μ)-0.3209

        (16)

        低滲透油藏由于存在啟動壓力梯度,要保證井間區(qū)域被波及動用,其驅(qū)替壓力梯度必須大于啟動壓力梯度G,則有:

        (17)

        此時確定注采井距為水平井注采井網(wǎng)極限井距。

        3.2注采壓差的影響

        由圖4可以看出,隨著注采壓差的增大,不同井網(wǎng)系統(tǒng)的注采井距均呈增大趨勢。與直井井網(wǎng)與混合井網(wǎng)相比,在相同注采壓差下,水平井井網(wǎng)可采取更大的井距。

        圖4 注采壓差對注采井距的影響

        3.3滲透率的影響

        由圖5可以看出,隨著滲透率的增大,不同井網(wǎng)系統(tǒng)的極限注采井距均相應(yīng)增加,但增加增幅逐漸減緩;水平井井網(wǎng)的極限注采井距明顯大于混合井網(wǎng)和直井井網(wǎng)的極限注采井距是混合井網(wǎng)的2~3倍,直井井網(wǎng)的3~4倍。

        圖5 滲透率對注采井距的影響

        3.4水平段長度的影響

        由圖6可以看出,對于水平井井網(wǎng)系統(tǒng),隨著水平井段長度的增加,極限注采井距逐漸增加,但增幅逐漸減??;水平井段長度約大于700 m后,極限注采井距基本保持不變。對于混合井網(wǎng),水平段長度在200~300 m時,極限注采井距取得最大值,之后隨著水平段長度的增大而減小,最后趨于平緩。

        圖6 水平段長度對注采井距的影響

        4 主要認識

        (1)推導(dǎo)了水平井井網(wǎng)在注采井間的壓力與壓力梯度分布公式。為獲得相同的產(chǎn)量,水平井井網(wǎng)系統(tǒng)所需要的注采壓差最小,混合井網(wǎng)次之,直井井網(wǎng)最大。

        (2) 水平井井網(wǎng)系統(tǒng)的流體在注采井間為近似線性流動,壓力損失少,能量消耗小,能獲得較大的驅(qū)替壓力梯度,且沿程基本保持不變;而直井井網(wǎng)系統(tǒng)的驅(qū)替壓力梯度在注采井井筒附近很小的區(qū)域內(nèi)較大,但在注采井間中間位置的較大范圍內(nèi)卻很小,其能量主要消耗在直井井筒附近。

        (3)水平井井網(wǎng)系統(tǒng)的極限注采井距為直井井網(wǎng)的3~4倍,混合井網(wǎng)的2~3倍,因此可采取較大的注采井距布井。相同條件下,隨著注采壓差、滲透率的增大,注采井距可適當(dāng)放大。

        [1]鄭偉, 姜漢橋, 陳民鋒, 等. 低滲透油藏混合井網(wǎng)系統(tǒng)合理注采井距確定[J].新疆石油地質(zhì), 2010, 31(6): 637-640.

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        [6]鄭偉, 姜漢橋, 陳民鋒, 等. 水平井注采井網(wǎng)合理井間距研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2011, 33(1): 120-124.

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        [9]谷維成, 莫小國, 朱學(xué)謙, 等. 文留油田低滲透油藏合理注采井距研究[J].油氣地質(zhì)與采收率, 2004, 11(10): 54-56.

        [10]郎兆新. 油氣地下滲流力學(xué)[M].東營: 石油大學(xué)出版社, 2000:34-36.

        [11]葛家理. 現(xiàn)代油藏滲流力學(xué)原理[M].北京: 石油工業(yè)出版社, 2003:102-105.

        編輯:王金旗

        1673-8217(2016)04-0106-04

        2016-03-09

        鄭偉,工程師,博士,1984生,2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè),現(xiàn)從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。

        國家科技重大專項“海上稠油熱采技術(shù)”(2011ZX05024-005)。

        TE345

        A

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