趙興達(dá)

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163300)

0 引 言

2013年借鑒國外致密油開發(fā)理念大慶油田陸續(xù)開辟了垣平1、齊平2、龍26三個(gè)致密油開發(fā)先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)，采用體積壓裂[1]及水平井鉆井技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。致密油儲(chǔ)層具有分布范圍廣，單層厚度薄、縱向不集中、橫向不連續(xù)等特點(diǎn)。致密油水平井投產(chǎn)前3個(gè)月產(chǎn)量遞減較快、平均月遞減率在20%以上，之后遞減趨勢(shì)逐漸變緩。因此，研究致密油水平井地層壓力特征及裂縫變化規(guī)律成為當(dāng)務(wù)之急。目前，水平井試井解釋多以解析法為主，然而對(duì)于油水分布復(fù)雜的老油區(qū)及非均質(zhì)性嚴(yán)重的油氣藏，地層滲流方程已經(jīng)不存在解析解，只能采用存在解析解的簡(jiǎn)化模型近似替代，由此得出的試井解釋結(jié)果誤差很大，甚至不能正確反應(yīng)油藏動(dòng)態(tài)信息。解析法只能處理較為簡(jiǎn)單的裂縫情況[2]，而大規(guī)模壓裂水平井的裂縫分布是極其復(fù)雜的，這些復(fù)雜裂縫只能采用數(shù)值解方法建立的試井模型進(jìn)行描述。本文采用數(shù)值試井方法進(jìn)行了大慶油田致密油水平井試井解釋。

1 數(shù)值試井方法原理

1.1 基本數(shù)學(xué)模型

UST數(shù)值試井軟件采用目前應(yīng)用最為廣泛的油藏?cái)?shù)學(xué)模型黑油模型[3]：

油組分滲流方程：

·

(1)

水組分滲流方程：

·

(2)

附加方程：

So+Sw=1

(3)

油產(chǎn)量方程：

(4)

水產(chǎn)量方程：

(5)

在試井中，井的產(chǎn)量是已知的，由此可以得到油水產(chǎn)量約束方程為：

(6)

由式(1)～(6)及邊界條件和初始條件即可模擬水平井地層流動(dòng)規(guī)律。

式中：re為裂縫網(wǎng)格點(diǎn)到相鄰網(wǎng)格的距離，m；rw為主裂縫半長，m；Pwf為水平井流動(dòng)壓力，MPa；K為滲透率，μm2；Kro為油相相對(duì)滲透率，無量綱；Krw為水相相對(duì)滲透率，無量綱；h為網(wǎng)格厚度，m；pi為m層編號(hào)為i的網(wǎng)格壓力，MPa；μo為油相粘度，Pa·s；μw為水相粘度，Pa·s；Bo為原油體積系數(shù)，m3/m3；Bw為地層水體積系數(shù)，m3/m3；So為油相飽和度，無量綱；Sw為水相飽和度，無量綱；S為表皮系數(shù)，無量綱；C為井筒存儲(chǔ)系數(shù)，m3/MPa；Q為產(chǎn)液量，m3/d；l為相，無量綱；n為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)，無量綱。

1.2 數(shù)值試井規(guī)范解釋流程

數(shù)值試井解釋流程包括以下4步[4]：

1)建立地質(zhì)模型?？紤]儲(chǔ)層非均質(zhì)性采用相控建模方法建立地質(zhì)模型如圖1(a)所示。輸入井號(hào)、小層數(shù)據(jù)、相對(duì)滲透率、產(chǎn)量史、壓力史及所有的PVT參數(shù)等數(shù)據(jù)，如圖1(b)所示。

2)正確性檢測(cè)。使用軟件自動(dòng)對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行檢測(cè)，合格后進(jìn)行擬合分析。

3)擬合分析。對(duì)測(cè)試水平井的原始?jí)毫﹄p對(duì)數(shù)曲線(圖1(c))、壓力生產(chǎn)史曲線(圖1(d))、含水率曲線同時(shí)進(jìn)行擬合，如果計(jì)算的理論曲線與實(shí)際曲線變化趨勢(shì)一致表明地質(zhì)模型正確；否則應(yīng)調(diào)整地質(zhì)模型，經(jīng)過正確性檢測(cè)后再進(jìn)行擬合分析，直至擬合分析合格為止。

4)解釋結(jié)果輸出?？梢暬瘮?shù)據(jù)檢查正常后輸出建模區(qū)域的井儲(chǔ)、表皮、滲透率等數(shù)據(jù)；同時(shí)輸出模型區(qū)域內(nèi)的地層壓力、滲透率等可視圖。

圖1 數(shù)值試井規(guī)范解釋流程

2 應(yīng)用實(shí)例

數(shù)值試井資料測(cè)試方法以常規(guī)壓力恢復(fù)試井為主，測(cè)試儀器為高精度存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)。

2.1 測(cè)試工藝流程

2.1.1 存儲(chǔ)式井下電子壓力計(jì)工作原理

存儲(chǔ)式井下電子壓力計(jì)原理框圖如圖2所示，電路部分主要由供電電路、A/D轉(zhuǎn)換、電壓基準(zhǔn)源、通訊接口、單片機(jī)、存儲(chǔ)器等電路組成。

圖2 常規(guī)壓力計(jì)原理框圖

通過鋼絲將常規(guī)壓力計(jì)下到目的層，電池組為儀器提供工作電源，電池為整個(gè)電路提供工作電壓，壓力、溫度傳感器將壓力、溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換電路將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)將得到的數(shù)字信號(hào)通過插值算法轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的壓力和溫度值，并發(fā)給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行儲(chǔ)存。測(cè)量結(jié)束后，起出壓力計(jì)后，通過USB通訊電纜連接計(jì)算機(jī)壓力計(jì)回放軟件，回放測(cè)量數(shù)據(jù)，形成壓力和溫度曲線。

2.1.2 工藝流程

水平井壓力恢復(fù)試井是利用鋼絲將壓力計(jì)通過油套環(huán)形空間下至預(yù)定深度，通過停止抽油機(jī)生產(chǎn)，測(cè)試油層的壓力、溫度數(shù)據(jù)的一種測(cè)試工藝。該工藝流程可以分為：測(cè)試前的準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工藝、資料采集與驗(yàn)收3部分。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)必須要將儀器下進(jìn)液面，采用測(cè)試的壓力梯度數(shù)據(jù)折算儀器下入點(diǎn)與水平井油層中部深度間的垂向靜液柱壓力。

2.2 數(shù)值試井方法在水平壓裂井的應(yīng)用

大慶致密油采用大規(guī)模體積壓裂及水平井鉆井技術(shù)開發(fā)，大部分井測(cè)試的壓力雙對(duì)數(shù)曲線末端會(huì)出現(xiàn)上翹或下翹現(xiàn)象，表現(xiàn)為邊界、物性變差或鄰井干擾，常規(guī)試井不能準(zhǔn)確解釋擬合這些特征，本次采用數(shù)值試井法解釋。在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)資料、測(cè)井資料和生產(chǎn)資料，通過試井分析，建立符合儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)表現(xiàn)的“試井模型”，具體模型參數(shù)見表1。借助先進(jìn)的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳導(dǎo)方程的數(shù)值求解，得到初始化試井分析曲線，通過不斷地對(duì)實(shí)際測(cè)試資料擬合分析，得到了很好的擬合效果，如圖3所示，通過參數(shù)的調(diào)整，得到了更加符合油藏實(shí)際情況的試井動(dòng)態(tài)模型。得到的試井解釋結(jié)果見表2。

表1 試井模型參數(shù)選擇

圖3 研究區(qū)3口水平井壓力和雙對(duì)數(shù)曲線擬合圖

參數(shù)A井B井C井井筒存儲(chǔ)/(m3·MPa-1)0.581.991.96總表皮系數(shù)-5.87-4.98-6.65地層系數(shù)/(10-3浣m2·m)23.539.611.8滲透率/(10-3浣m2)9.426.45.88末點(diǎn)壓力/MPa10.7812.6414.26流動(dòng)壓力/MPa4.443.372.52參數(shù)A井B井C井裂縫數(shù)10-12裂縫半長/m55-122裂縫角度/°80-縱向/徑向滲透率0.40.830.42水平段長度/m105183.12500.3邊界距離/m-399-

2.3 數(shù)值試井方法效果評(píng)價(jià)

2016年A井進(jìn)行了關(guān)井壓力恢復(fù)測(cè)試1 458 h，采用數(shù)值試井方法進(jìn)行了試井解釋，其結(jié)果為：

1)A井具有典型壓裂井滲流特征[5-6]，包括前期續(xù)流段到線性流段，擬徑向流顯示段以及邊界反映線性流段；2)關(guān)井壓恢測(cè)試解釋裂縫有效流動(dòng)長度158 m，這比壓裂時(shí)微地震監(jiān)測(cè)縫長398 m明顯減小，說明部分裂縫可能閉合；3)關(guān)井恢復(fù)時(shí)間較長，壓力恢復(fù)速度較慢，說明供液范圍比較小，地層能量不足。查閱生產(chǎn)數(shù)據(jù)，截止關(guān)井壓力恢復(fù)測(cè)試時(shí)A井已經(jīng)生產(chǎn)3年多，該井日產(chǎn)液從壓裂投產(chǎn)初期38.9 m3/d下降至關(guān)井壓力恢復(fù)前9.8 m3/d，說明該水平井隨著開采的進(jìn)行，地層壓力逐漸下降、地層供液能力也逐漸下降，生產(chǎn)現(xiàn)象與試井解釋結(jié)果吻合。

國內(nèi)外研究結(jié)果表明， 致密油水平井在不同生產(chǎn)階段具有不同的滲流特征，水平井流動(dòng)邊界隨生產(chǎn)時(shí)間逐步擴(kuò)大[7]。根據(jù)壓力雙對(duì)數(shù)曲線特征，可劃分為4個(gè)階段[8-12]：

1)續(xù)流影響段，雙對(duì)數(shù)曲線重合為一條直線，井筒儲(chǔ)集與表皮效應(yīng)結(jié)束后，壓力導(dǎo)數(shù)值向下傾斜；

2)垂向徑向流段，當(dāng)?shù)貙虞^厚時(shí)，水平井穿過其中，會(huì)產(chǎn)生垂向徑向流，B井產(chǎn)層厚度為1.5 m，C井產(chǎn)層厚度2 m，所以該段現(xiàn)象不是特別明顯，只出現(xiàn)一小段；

3)水平井線性流段，這是水平井試井曲線的重要特征線段，當(dāng)具有較長水平段時(shí)，這一特征更明顯，導(dǎo)數(shù)表現(xiàn)為斜率的上升曲線，從解釋結(jié)果看，C井的水平段大于B井，所以該段曲線在C井顯示的更為明顯；

4)擬徑向流段，壓力導(dǎo)數(shù)在這一段為水平直線。B井測(cè)試出現(xiàn)明顯徑向流特征，并在壓力恢復(fù)末期有對(duì)數(shù)曲線上翹的反應(yīng)，解釋斷層邊界距離399 m，而C井測(cè)試沒有出現(xiàn)徑向流，推測(cè)該地層物性較差，試井解釋結(jié)果滲透率為5.88 mD，屬低滲儲(chǔ)層，與擬合曲線特征一致。這也進(jìn)一步可以說明C井雖為壓裂水平井，但物性較差，在生產(chǎn)效果上等同普通水平井。

3 結(jié) 論

1)采用數(shù)值試井方法解釋出的致密油水平井滲流參數(shù)準(zhǔn)確度較高，反應(yīng)出的地層滲流特征與真實(shí)情況較為接近。

2)水平井壓裂裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果、原始地層壓力，生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)以及壓力曲線擬合特征等有助于判斷數(shù)值試井解釋結(jié)果的正確性。