倪維蔚

摘 要：高壓注水開(kāi)采是低滲透油田主要的開(kāi)采方式，注入水沿隔夾層及斷層竄流和滲漏使注水達(dá)不到預(yù)期效果，嚴(yán)重影響開(kāi)發(fā)效果。本文針對(duì)導(dǎo)致竄流的主要因素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究、理論建模和數(shù)值模擬的方法，建立了考慮隔夾層滲流損傷的力學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值模擬，對(duì)影響竄流、滲漏的主要因素進(jìn)行了敏感性分析，給出了竄流、滲漏的防控措施。

關(guān)鍵詞：低滲透油藏;注水開(kāi)采;敏感性分析;竄流

1 緒論

我國(guó)低滲透油氣藏探明量占總新探明油氣藏半數(shù)以上。且其生產(chǎn)潛力大，生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模占總規(guī)模七成以上?？砷_(kāi)發(fā)的低滲透油田一般微裂縫發(fā)育，這些微裂縫具有良好的導(dǎo)流能力，是油藏內(nèi)流體滲流的主要通道。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，注入流體很容易沿著裂縫竄流或滲漏到相鄰其他層位，造成竄流。弄清注入流體竄流和滲漏的基本規(guī)律，對(duì)于提高注水開(kāi)釆的成效以及油氣藏的采收率具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2 考慮滲流--損傷本構(gòu)的竄流及滲漏敏感性分析

2.1 孔隙度滲透率演化對(duì)竄流及滲漏的影響分析

取研究區(qū)域?yàn)榈叵?000m處油層，模型上邊界與蓋層相接，并取上覆巖層壓力20MPam，模型上邊界為不透水邊界;設(shè)儲(chǔ)層厚度為61m，其中被隔層分隔的上部油藏層厚度為20m，上部油層與工作層間隔層厚0.5m，工作層厚為20m，工作層與下部油層間隔層厚0.5m，下部?jī)?chǔ)層厚度為20m，其中只對(duì)中部油層進(jìn)行注水開(kāi)采。 儲(chǔ)層及隔層孔隙度及物性參數(shù)如表1所示。對(duì)照組物性參數(shù)只采用動(dòng)態(tài)演化組的初始計(jì)算數(shù)據(jù)，計(jì)算過(guò)程中不考慮動(dòng)態(tài)演化過(guò)程。

注水10年后，在考慮有效應(yīng)力與孔隙度、滲透率之間關(guān)系關(guān)系模型中，儲(chǔ)層中部滲透率最大達(dá)到10.3 （m/D），初始滲透率為10.0（m/D），變化幅度不大;夾層滲透率0.039（mD），初始滲透率為0.41（mID），增加幅度幾乎為400%，在高壓注水條件下，骨架有效應(yīng)力減小，儲(chǔ)層孔隙度變化不如滲透率變化顯著，且增加幅度較小;而對(duì)于夾層，孔隙度與滲透率均有明顯變化，且滲透率變化明顯。

2.2 滲流一損傷演化模型對(duì)竄流及滲漏的影響分析

本節(jié)研究一注一采油藏，其中注水井壓力為15MPa采收邊界壓力為5MPa，地層壓力7.5MPa，模型四周及底面約束軸向位移。模擬區(qū)域長(zhǎng)寬高為100m×60m×20m。其中油藏上部油層厚度為4.9m;上部油層與工作層間隔層厚0.1m;工作層厚為10m;工作層與下部油層間隔層厚0.lm;下部油層厚度為4.9m。整個(gè)區(qū)域有限元模型共有單元數(shù)3840個(gè)，結(jié)點(diǎn)數(shù)4641個(gè)。

對(duì)工作區(qū)油層持續(xù)注水10年。取注水邊界正上方單元為研究對(duì)象，在連續(xù)注水約1000天后開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形，然后塑性應(yīng)變迅速增加，在此過(guò)程中，隔層滲透性的變化趨勢(shì)與其損傷因子保持一致。取最小井距間各結(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，注水10年后，在注水井80m以?xún)?nèi)范圍的隔層均處于損傷指標(biāo)相對(duì)較高，其損傷因子達(dá)到2.5E-2;而80m到90m內(nèi)損傷因子迅速減小，損傷因子由2.5E-2降低至1.4E-2;900m以后的損傷變化情況不明顯。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明隔層滲透性變化趨勢(shì)與損傷指標(biāo)變化趨勢(shì)保持一致，且塑性部分滲透率變化較大，注入流體沿著損傷區(qū)域竄入了上下層。

2.3 不同形態(tài)天然裂縫對(duì)竄流的影響分析

通過(guò)比較在裂縫長(zhǎng)度分別為10m，15m，及30m時(shí)地層內(nèi)部的滲流速度場(chǎng)分布，我們發(fā)現(xiàn)隨石裂縫長(zhǎng)度的改變，滲流場(chǎng)的狀態(tài)也相應(yīng)隨之改變。從總體上來(lái)看，裂縫內(nèi)部的滲流流體流速較高，而又由于裂縫滲流率的各向異性，其延伸方向的流速遠(yuǎn)高于其法問(wèn)流速。因此在當(dāng)裂縫長(zhǎng)度較短時(shí)，地層內(nèi)部通過(guò)裂縫的流體較小，裂縫內(nèi)部的流體速度也較小;而當(dāng)裂縫穿整個(gè)地層時(shí)，裂縫內(nèi)部流體流速也較大。當(dāng)裂縫延伸穿過(guò)隔層時(shí)，流體就會(huì)延著裂縫竄向臨層，導(dǎo)致層間竄流現(xiàn)象發(fā)生。

2.4 不同形態(tài)人工縫對(duì)竄流的影響分析

以上是對(duì)天然裂縫進(jìn)行的研究。然而壓裂開(kāi)采是低滲流油藏的主要開(kāi)采方式，在壓裂過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生各種人工裂縫，因此本節(jié)對(duì)不同形態(tài)的人工縫進(jìn)行研究。在人工裂縫未與天然裂縫連通時(shí)，天然裂縫對(duì)于地層內(nèi)部的滲流場(chǎng)分布的影響相對(duì)較小;而一旦二者互相連通，注入流體會(huì)先沿著人工縫注入天然裂縫，然后再由天然裂縫滲入地層。豎直的天然裂縫對(duì)于其法向滲流場(chǎng)影響較大，而人工裂縫則對(duì)于水平方向上的滲流場(chǎng)影響較大。在注入井到天然裂縫之間的地層內(nèi)，流體基本上是通過(guò)天然裂縫反向注入地層的。因此，這部分油藏不能很好的得到驅(qū)替，在人工裂縫一天然裂縫的組合裂縫形式下，竄流現(xiàn)象極可能發(fā)生。

2.5 環(huán)空竄流模擬

通過(guò)比較水泥環(huán)與地層之間有微裂隙與無(wú)微裂隙時(shí)的情況，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)無(wú)微裂隙存在時(shí)，地層內(nèi)部孔壓分布均勻，隔層以外地層孔壓無(wú)明顯變化;而有微裂隙存在時(shí)，微裂隙使得地層內(nèi)部孔壓急劇減小，隔層以外孔壓變化明顯。在滲流速度矢量場(chǎng)上，無(wú)微裂隙時(shí)儲(chǔ)層內(nèi)部流體流動(dòng)速度比地層中其他位置的流體流動(dòng)速度快，隔層以外流體流動(dòng)不明顯。這說(shuō)明微裂隙改變了地層內(nèi)部的流體流動(dòng)情況，在有微裂隙存在的情況下，大部分注入流體會(huì)沿著微裂隙穿過(guò)隔層，并降低地層內(nèi)流體流動(dòng)速度，影響注水開(kāi)采的效果。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)不同形態(tài)天然裂縫及人工裂縫進(jìn)行數(shù)值模擬研究得出，由于裂縫滲透率的各向異性特征，其在延伸方向上具有良好的導(dǎo)流能力，裂縫的存在將明顯改變地下滲流場(chǎng)的分布情況。

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