王福順，劉鵬程，王文環(huán)，郝明強，莊永濤

(1.中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083; 2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083;3.大港油田 采油工藝研究院，天津 300280)

0 引 言

低滲透儲層通常在形成過程中受到沉積環(huán)境、成巖作用和構造作用的影響，造成儲層滲透率各向異性，同時，如何克服儲層各向異性的作用，是改善低滲透油藏開發(fā)效果的主要問題之一[1-2]。我國將低滲透油藏分為3類：一般低滲透(1×10-3～10×10-3μm2)、特低滲透(0.5×10-3～1×10-3μm2)、超低滲透(<0.5×10-3μm2)。對于低滲透油藏，油水井的水力壓裂技術是最常見的增產方式之一。國內外學者對低滲透油藏各向異性和井網(wǎng)壓裂裂縫進行了深入的研究，儲層各向異性不僅影響地下流體的滲流規(guī)律，對壓裂裂縫參數(shù)設計也有很大影響[3-11]。研究表明壓裂裂縫能明顯提高各向異性油藏注水波及體積[14-15]，一般認為菱形反九點井網(wǎng)為各向異性低滲透油田開發(fā)的優(yōu)選井網(wǎng)形式。油田現(xiàn)場開發(fā)效果也表明，針對各向異性油藏，菱形反九點井網(wǎng)不但能提高水驅波及系數(shù)，而且便于開發(fā)后期井網(wǎng)調整，具有較好的適應性[16-17]。在菱形反九點井網(wǎng)中，邊井和角井等縫長壓裂不利于均勻驅替，不等縫長壓裂可以改善菱形反九點井網(wǎng)的開發(fā)效果[18]。近年來針對低滲透油藏開發(fā)方式，國內外學者提出了水平井-直井聯(lián)合井網(wǎng)等新的開發(fā)思路[19-20]，雖然在一定程度上克服了等縫長壓裂的不足，但缺乏對不等縫長壓裂的研究，缺乏注水井裂縫對儲層各向異性影響的研究。

1 基本模擬參數(shù)及模型建立

1.1 模擬參數(shù)

長慶油田A區(qū)塊油藏埋深3 150.0 m，原始地層壓力為26.0 MPa，儲層平均滲透率為5.0×10-3μm2，平均孔隙度為12.37%，儲層有效厚度21.0 m，原油黏度3.0 MPa·s，地面原油密度869.5 kg/m3，原油體積系數(shù)1.14，原始含油飽和度73.6%，地層水黏度0.5 MPa·s，地層水密度1 000 kg/m3，地層水壓縮系數(shù)0.52×10-4MPa-1，巖石壓縮系數(shù)0.32×10-4MPa-1。

1.2 儲層模型建立

圖1 網(wǎng)格模擬井網(wǎng)和裂縫示意圖Fig.1 Sketch for the location of wells and fractures in simulation model

長慶油田A區(qū)塊的油層頂面深度為3 150 m，儲層有效厚度為20 m，劃分為4個小層，x方向上劃分61個網(wǎng)格，y方向上劃分97個網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)為23 668個，平面上網(wǎng)格步長為15.0 m。所建立的菱形反九點井網(wǎng)井距為450.0 m，排距為118.0 m。對于壓裂裂縫的模擬，運用網(wǎng)格加密，采取等效導流能力的處理方法，模型中設置壓裂裂縫寬度為0.25 m，裂縫滲透率為5 000×10-3μm2，裂縫在縱向上貫穿整個儲層，建立相應的網(wǎng)格模擬模型見圖1。

2 油藏各向異性對水驅效果的影響

針對低滲透油藏的儲層特性，在注水開發(fā)中往往都要對油井進行人工壓裂，而壓裂裂縫所導致的各向異性是影響井網(wǎng)注水開發(fā)效果的重要因素。為研究各向異性對水驅效果的影響，運用數(shù)值模擬方法，借助在中低含水期的水驅剩余油分布場圖進行分析。

2.1 基質滲透率方向性對水驅效果的影響

圖2中a和b注水井均未壓裂，生產井壓裂裂縫參數(shù)相同，圖2a中儲層滲透率Kx∶Ky為1∶1，圖2b中儲層滲透率Kx∶Ky為3∶1。

圖2a中，均質儲層的水驅前緣形狀更為規(guī)則，x方向和y方向上注入水驅替速率一致，驅替更加均勻。圖2b中，由于儲層滲透率的各向異性，導致注入水在x方向和y方向上驅替速率不一致，地層流體在x方向上流動速度更快，使得水驅前緣形態(tài)呈非均勻驅替的“橢圓形”。

2.2 水力裂縫對水驅效果的影響

圖2為注水井壓裂時剩余油分布場圖，其中圖2c和2d所選取注水井具有相同的壓裂裂縫，生產井壓裂裂縫參數(shù)相同，圖2c儲層滲透率Kx∶Ky為1∶1，圖2d儲層滲透率Kx∶Ky為3∶1。

從圖2c可以看出，在均質儲層中，注水井壓裂裂縫會改變水驅前緣形態(tài)，具有和各向異性滲透率儲層相同的影響效果，使得注入水在裂縫展布方向(即x方向)形成“橢圓形”驅替。圖2d注水井同時具有壓裂裂縫和儲層滲透率各向異性，裂縫的存在會加劇注入水在x方向上的優(yōu)勢驅替。

圖2 不同各向異性下注水井壓裂對剩余油分布影響圖Fig.2 Plane distribution of remaining oil saturation withinjection well fractured at different Kx∶Ky

在低滲透油藏的菱形反九點井網(wǎng)水驅開發(fā)中，當角井、邊井壓裂裂縫采取傳統(tǒng)的等長壓裂裂縫時，由于滲流場受裂縫線源的影響而形成“橢圓形”驅替，有助于延緩邊井含水上升。當儲層具有滲透率方向性時，“橢圓形”驅替現(xiàn)象更加嚴重，但邊井見水早、含水上升快的現(xiàn)象依然存在。因此需進一步對角井、邊井進行不等縫長優(yōu)化研究，改善水驅開發(fā)效果。

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3 油藏各向異性條件下裂縫尺度優(yōu)化

通過圖2對剩余油分布的研究可以發(fā)現(xiàn)，當注水井不壓裂時，水驅相對均勻，無水采油期較長，井組含水率上升較慢；在注水井有壓裂裂縫的情況下，注入量和產液量會有很大的提高，從而提高階段采出程度，但井組含水率較高且上升較快。因此，在油藏各向異性條件下，分注水井壓裂與不壓裂兩種情況研究水驅開發(fā)效果，對生產井角井、邊井裂縫縫長配置進行優(yōu)化。

通過在菱形反九點井網(wǎng)中分別設置不同的邊部位生產井和角部位生產井裂縫縫長，即在數(shù)值模型中定義不同裂縫穿透比(壓裂裂縫長度與井距長度的比值)，研究不同裂縫配置模式對水驅開發(fā)效果的影響。為研究儲層滲透率各向異性對井網(wǎng)裂縫配置的影響，基質滲透率的Kx∶Ky分別取值為1∶1、3∶1、6∶1、10∶1，在此基礎上分別設置注水井無裂縫和注水井裂縫穿透比為0.37的兩組基礎模型，又對邊部位生產井和角部位生產井都分別設置12組裂縫穿透比0.17、0.23、0.3、0.37、0.43、0.5、0.57、0.63、0.7、0.77、0.83、0.9，在每組注水井不同Kx∶Ky比值下有144組邊井和角井壓裂裂縫配置模式。

3.1 注水井無壓裂裂縫配置優(yōu)化

注水井在不壓裂條件下，模擬出以下4組關于邊井裂縫穿透比、角井裂縫穿透比和采出程度的關系曲線圖(圖3)。

圖3 注水井不壓裂不同Kx∶Ky的采出程度曲線Fig.3 Relationship between oil recovery and fracture penetration ratio of the edge well at different Kx∶Ky with injection well not fractured

對于圖3a，Kx∶Ky為1∶1為均質儲層，可以看出，由于邊井和角井都存在裂縫，注水井井底到邊井裂縫的距離大于到角井裂縫的距離。隨著邊井穿透比的增大，邊井的見水時間越來越早，導致驅替越來越不均衡，采液量增大的效果不如含水率上升的效果，所以采出程度隨著邊井穿透比的增大而降低。

對于圖3b—d，曲線整體呈現(xiàn)先上升后下降兩段式，由于Kx∶Ky大于1，儲層流體在x方向上具有流動的優(yōu)勢，導致角井裂縫的見水時間相對提前，在前半段隨著邊井裂縫長度的增加，平衡了儲層各向異性的作用，使得驅替更加均勻，采液量增加的效果強于含水率上升的影響，導致采出程度上升。當邊井裂縫穿透比增加到一定程度，采出程度會有一個最高點，此后繼續(xù)增加邊井裂縫長度，采液量增加的效果不如含水率上升的影響，導致整體采出程度下降。隨著儲層各向異性的增強，角井采液量和含水率都有所上升，平衡各向異性效果所需的邊井裂縫變長，采出程度最高點對應的邊井裂縫穿透比也隨之增大。

對于圖3，橫坐標相等的點表示邊井裂縫長度固定，隨著角井裂縫穿透比增加，采出程度逐漸增大，但當角井裂縫穿透比增加到一定程度時，采出程度增幅很小，會達到一個最優(yōu)點，之后隨著角井裂縫穿透比的增加，采出程度反而不斷降低。(如Kx∶Ky為3∶1時，當角井裂縫穿透比超過0.43～0.57后，采出程度幾乎不再增加，當角井穿透比在0.57時采出程度最大)隨著儲層滲透率的Kx∶Ky逐漸變大，采出程度最高點所對應的角井裂縫穿透比越來越小，并且在邊井穿透比更小時即發(fā)生反轉現(xiàn)象，角井裂縫穿透比的改變對采液量和含水率的影響與邊井裂縫穿透比相同。

在儲層各向異性且注水井無壓裂裂縫條件下，生產井在不同Kx∶Ky條件下，邊、角井優(yōu)化裂縫配置如表1所示，可以看出：邊井和角井裂縫優(yōu)化穿透比受儲層各向異性影響較大，儲層各向異性對含水率有很大影響。隨著儲層滲透率Kx∶Ky增加，角井裂縫優(yōu)化穿透比減小，而邊井裂縫優(yōu)化穿透比增加。

表1注水井不壓裂時不同Kx∶Ky邊、角井優(yōu)化裂縫配置

Table1OptimizationoffractureparameterswiththeinjectionwellnotfracturedatdifferentKx∶Ky

編號Kx∶Ky角井裂縫優(yōu)化穿透比邊井裂縫優(yōu)化穿透比生產6年綜合含水率/%采出程度/%11∶10.830.1726.346.923∶10.570.3780.751.336∶10.500.5091.453.3410∶10.430.6394.454.6

3.2 注水井壓裂裂縫配置優(yōu)化

圖4 注水井壓裂時不同Kx∶Ky的采出程度曲線Fig.4 Relationship between oil recovery and fracture penetration ratio of the edge well at different Kx∶Ky with injection well fractured

在注水井有壓裂裂縫條件下，模擬出4組關于邊井裂縫穿透比、角井裂縫穿透比和原油采出程度的關系曲線圖(圖4)。

對于圖4a，在儲層Kx∶Ky為1∶1的情況下，注水井存在壓裂裂縫，角井裂縫穿透比一定時，隨著邊井穿透比增加，采出程度先逐漸增大然后減小，最后略有增大，可以將曲線分為前、中、后3個不同階段，曲線中采出程度最高值對應邊井裂縫優(yōu)化穿透比。由于油藏累計采油量及原油采出程度主要由產液量和含水率決定，針對每條曲線進行分析：在前期(上升段)，邊井裂縫半長較短導致區(qū)塊綜合含水率相對較低，采液量增加的效果強于含水率上升的影響，導致采出程度上升；在中期(下降段)，邊井裂縫半長較長導致區(qū)塊綜合含水率相對較高，采液量增加的效果不如含水率上升的影響，導致采出程度下降；在后期(上升段)，邊井裂縫半長特別長(裂縫穿透比大于0.77)，導致區(qū)塊綜合含水率都維持在較高水平，采液量增加的同時，含水率上升極少，導致采出程度稍有上升。

對于圖4b—d，儲層Kx∶Ky分別為3∶1、6∶1和10∶1，隨著儲層各向異性不斷增強，采出程度最高點對應點的邊井裂縫穿透比也在增大，在曲線上升階段，隨著邊井裂縫穿透比的增加，平衡了儲層各向異性的影響，使得驅替更加均勻，同時也使得整體采液量和含水率上升，但采液量增加的效果強于含水率增加的效果，所以采出程度增加。達到采出程度最高點后，此時邊井裂縫穿透比為最優(yōu)，繼續(xù)增大邊井裂縫穿透比，反而使得邊井更易見水，含水率上升的效果大于采液量上升的效果，最終使得采出程度下降。

當儲層Kx∶Ky為10∶1，各向異性十分嚴重，角井裂縫穿透比一定時，隨邊井裂縫穿透比的增加曲線呈現(xiàn)單調上升的形態(tài)，說明由于儲層各向異性過于嚴重，邊井裂縫只要增長，都能夠進一步改善非均勻驅替的狀況，采液量上升的效果始終大于含水率上升的效果。雖然邊井裂縫穿透比的增加提高的原油采出程度，但含水率上升過快，見水時間也相應提前，穩(wěn)產時間縮短，并不能達到良好的開發(fā)效果。

對于角井裂縫穿透比來說，這4幅曲線都出現(xiàn)了與注水井無壓裂情況類似的反轉情況，即在邊井裂縫穿透比一定時，隨著角井裂縫穿透比的增加，采出程度先上升而后降低，存在一個最優(yōu)的角井裂縫穿透比。

在儲層各向異性且注水井存在壓裂裂縫條件下，生產井在不同Kx∶Ky條件下，邊、角井裂縫優(yōu)化配置結果如表2所示，由于注水井存在裂縫，與注水井無壓裂裂縫相比，最終采出程度有所增加，但在相同生產年限下的綜合含水率也相應增大。

表2注水井壓裂條件下不同Kx∶Ky邊、角井優(yōu)化裂縫配置

Table2OptimizationoffractureparameterswiththeinjectionwellfracturedatdifferentKx∶Ky

編號Kx∶Ky角井裂縫優(yōu)化穿透比邊井裂縫優(yōu)化穿透比生產6年綜合含水率%采出程度/%11∶10.770.4387.852.323∶10.630.6394.655.836∶10.570.7096.557.8410∶10.300.9097.159.1

4 結 論

(1)在低滲透油藏菱形反九點井網(wǎng)開發(fā)中，儲層滲透率方向性和壓裂裂縫都將導致儲層各向異性，形成“橢圓形”非均勻驅替。在井網(wǎng)中設計等縫長壓裂時，將加劇角井與邊井的非均勻驅替，水驅開發(fā)效果較差。

(2)對于各向異性較嚴重的油藏，邊井與角井的裂縫穿透比優(yōu)化能夠有效地減少注水開發(fā)中的非均勻驅替現(xiàn)象，使邊井和角井均勻見水，從而提高驅替效率，增大采出程度。

(3)在各向異常低滲透油藏開發(fā)中，油水井裂縫越長，則產液量、階段采出程度增大，但含水率及含水上升率亦升高。在各種Kx∶Ky比值條件下的裂縫長度優(yōu)化，其實質在于盡可能提高產液量，而同時抑制含水率，最終獲取較高的累計采油量。

(4)當注水井不壓裂時，隨著儲層Kx∶Ky的增加，角井裂縫優(yōu)化穿透比減小(由0.83減小到0.43)，而邊井裂縫優(yōu)化穿透比增大(由0.17增大到0.63)。當注水井壓裂時，隨著儲層Kx∶Ky的增加，角井裂縫優(yōu)化穿透比減小(由0.77減小到0.3)，而邊井裂縫優(yōu)化穿透比增大(由0.43增大到0.9)。

(5)在相等Kx∶Ky條件下，注水井是否壓裂對角井裂縫優(yōu)化穿透比影響較小，對邊井裂縫優(yōu)化穿透比影響較大。在Kx∶Ky分別為1∶1、3∶1、6∶1、10∶1時，優(yōu)化邊井裂縫穿透比分別由0.17、0.37、0.5、0.63(注水井不壓裂)增大為0.43、0.63、0.7、0.9(注水井壓裂)。

參考文獻：

[1] 張仲宏,楊正明,劉先貴,等. 低滲透油藏儲層分級評價方法及應用[J]. 石油學報, 2012, 33(3) : 437-441.

[2] 劉峰. 低滲透各向異性油藏油井產能及合理井網(wǎng)研究[D]. 成都：西南石油大學, 2014.

[3] 肖勇,郭建春. 低滲透非均質油藏油井壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 科學技術與工程,2012,33(12):9019-9022.

[4] 丁云宏,陳作,曾斌,王欣. 滲透率各向異性的低滲透油藏開發(fā)井網(wǎng)研究[J]. 石油學報, 2002, 23(2) : 64-67.

[5] 劉月田. 各向異性油藏注水開發(fā)布井理論與方法[J]. 石油勘探與開發(fā), 2005, 32(5):101-104.

[6] HOLDITCH A, JENNINGS J M, NEUSE S H. The optimization of well spacing and fracture length in low permeability gas reservoirs[J]. SPE 7496, 1978.

[7] MEEHAN D N, HORNE R N, AZIZ K. Effects of reservoir heterogeneity and fracture length and well spacing[J]. SPE 17606, 1988.

[8] MEEHAN D N. Optimization of fracture length and well spacing in heterogeneous reservoirs [J]. SPE Production & Facilities, 1995, 10(2)：82-88.

[9] GATENS J M, LEE W J, HOPKINS C W, et al. The effect of permeability anisotropy on the evaluation and design of hydraulic fracture treatments and well performance[J]. SPE 21501, 1991.

[10] 曹仁義,周焱斌,熊琪,等. 低滲透油藏平面波及系數(shù)評價及改善潛力[J]. 油氣地質與采收率, 2015, 22(1) : 74-77.

[11] 劉鵬程,李凡華,楊琨,等. 新立油田119區(qū)塊反九點井網(wǎng)超前注水研究[J]. 石油天然氣學報(原江漢石油學院學報), 2007, 29(6) : 120-123.

[12] MAZO E O, MOREN J, SCHIOZER D, et al. Effects of directional permeability anisotropy on sweep efficiency of water injection under fracturing conditions process[P/OL]. 2007-06-10[2014-09-26].https://www.researchgate.net/publication/25454006_Effects_of_Directional_Permeability_Anisotropy_on_Sweep_Efficient_of_water_Injection_Under_Fracturing_Condition_Process.

[13] LI Kewen.Effect of heterogeneity on production performance in low permeability reservoirs[J].SPE 143482,2011.

[14] 何聰鴿,范子菲,方思冬,等. 特低滲透各向異性油藏平面波及系數(shù)計算方法[J]. 油氣地質與采收率, 2015, 22(3) : 77-83.

[15] ROSE W.Permeability anisotropy in low permeability formation[J].SPE 10810,1982.

[16] 徐慶巖. 長慶特超低滲透油藏不同井型井網(wǎng)優(yōu)化技術研究[D]. 廊坊：中國科學院研究生院(滲流流體力學研究所), 2013.

[17] 王文環(huán),彭緩緩,李光泉,等. 長慶特低滲透油藏注水動態(tài)裂縫及井網(wǎng)加密調整模式研究[J]. 石油鉆探技術, 2015, 43(1) : 106-110.

[18] 周林波,曲海,張俊江,等. 菱形反九點井網(wǎng)不等縫長整體壓裂設計[J]. 特種油氣藏, 2013, 20(3) : 101-103.

[19] 曹振義,劉鵬程,趙廣民,等. 低滲透油藏水平井注CO2井網(wǎng)優(yōu)化與影響因素[J]. 現(xiàn)代地質, 2016, 30(2) : 382-387.

[20] 郝宏達,侯吉瑞,趙鳳蘭,等. 低滲透非均質油藏二氧化碳非混相驅竄逸控制實驗[J]. 油氣地質與采收率, 2016, 23(3) : 95-100.

[21] 侯曉春,陸程,蔡文,等. 低滲透儲層水平井—直井聯(lián)合布井極限注采井距研究[J]. 現(xiàn)代地質, 2008,22(1) : 91-96.

[22] 凌宗發(fā),王麗娟,李保柱，等. 水平井含水率上升影響因素[J]. 現(xiàn)代地質, 2008, 22(1) : 86-90.