趙思遠(yuǎn)唐后軍肖勝東賈自力

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,西安 710065)

在油井完井過程中,射孔是主要的完井方式之一,射孔井眼也是溝通油層與井筒的唯一通道,射孔質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響了油井產(chǎn)能的大小,在保證完井質(zhì)量的情況下,射孔的射開位置和射開厚度影響著油井的產(chǎn)能。不同類型的油藏,最佳射開位置不同,例如氣頂油藏最佳射開位置通常在底部,而底水油藏的最佳射開位置通常在頂部;一般情況下射孔井段的射孔厚度越大,油井產(chǎn)量越大,但是油井見水越快,而隨著射開程度的增加,產(chǎn)量、產(chǎn)能增加的幅度越來越小,套管的抗拉、抗壓強(qiáng)度降低,對其產(chǎn)生裂損,減少壽命[1-5]。該文針對延長油田低滲透、低產(chǎn)能油藏的特點(diǎn),利用數(shù)值模擬方法,分析不同射開位置、射開程度對采出程度和含水率的影響,找出最合理的射開參數(shù),為現(xiàn)場作業(yè)提供依據(jù)。

1 油藏地質(zhì)特征

張柴窯子區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部,其構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為向西傾斜的平緩單斜,坡降7～10 m/k m,傾角不到1°,地面海拔為1 280～1 580 m。該區(qū)主力油藏長6油層屬于典型的低滲、特低滲巖性油藏,油層平均厚度為20 m,平均孔隙度9%,滲透率為0.3×10-3～0.9×10-3μm2,平均值0.84×10-3μm2,平均含油飽和度53.7%,油藏高角度裂縫發(fā)育,裂縫傾角最大超過80°,天然裂縫主要有兩組,分別為NE方向25°～45°和NW 方向20°～45°,微裂縫主要方向為NE方向43.5°,人工壓裂造縫主要為NE方向70°～80°,平均裂縫半長60 m。天然裂縫在原始地應(yīng)力條件下呈閉合狀態(tài),開啟前對油氣的滲流影響甚小,屬隱性裂縫。

2 模型建立

研究區(qū)長6油藏井網(wǎng)形式為不規(guī)則菱形反九點(diǎn)注采井網(wǎng),井排方向為北東60°,井距排距為550 m×160 m,平均單井日產(chǎn)油0.68t,含水38.4%,平均單井日注水量6.5 m3。原油密度0.841～0.846 g/c m3,平均0.844 g/c m3,50℃地面黏度為6.0～6.8 mPa·s,平均6.4 mPa·s,原始地層壓力13.56 MPa,體積系數(shù)1.12,模型物性參數(shù)見表1。通過20口注水井射孔情況進(jìn)行統(tǒng)計分析可見,研究區(qū)射開程度主要為40%～60%,射開位置主要分布在油層上部或全段,如圖1和圖2所示。

圖1 張柴窯子區(qū)長6射開程度統(tǒng)計圖Fig.1 Statistics of perforated degree of Chang6 in Zhangchaiyaozi Area

圖2 張柴窯子區(qū)長6射開位置統(tǒng)計圖Fig.2 Statistics of perforated positions of Chang6 in Zhangchaiyaozi Area

表1 模型物性參數(shù)表Table 1 Model physical parameter table

根據(jù)研究區(qū)的井網(wǎng)形式、井排距、地層物性和流體參數(shù),建立一注一采概念模型,如圖3所示。模型設(shè)置井距280 m,模型平面網(wǎng)格大小10 m×10 m,縱向12 m,網(wǎng)格大小1 m,總網(wǎng)格數(shù)30×30×12=10 800;采油井儲層全部射開且壓裂,裂縫半長取研究區(qū)長6平均壓裂半長60 m。

圖3 一注一采概念模型示意圖(以射開底部1/3為例)Fig.3 Schematic diagram of conceptual models of water injection and oil production wells(Take perforation off the bottom1/3)

由于儲層韻律性引起的滲透率差異對注入水波及體積、突進(jìn)速度和水驅(qū)采收率影響較大,根據(jù)張柴窯子區(qū)長6儲層變化特點(diǎn)、滲透率垂向上的差異程度性質(zhì),在一采一注概念模型的基礎(chǔ)上,建立正韻律、反韻律、上正下反以及上反下正4種層內(nèi)韻律模型進(jìn)行射開位置和射開程度研究,如圖4所示。

圖4 4種韻律模型示意圖Fig.4 Schematic diagramof four kinds rhythmic models

1)正韻律:滲透率隨深度的增加而增加。

2)反韻律:滲透率隨深度的增加而減小。

3)上正下反韻律:在儲層一定深度范圍內(nèi),上部為正韻律,下部為反韻律。

4)上反下正韻律:在儲層一定深度范圍內(nèi),上部為反韻律,下部為正韻律。

3 合理射開參數(shù)研究

本次研究設(shè)定射開位置有上部、中部、下部3種,射開程度有1/5,1/3,1/2以及全射開4種,根據(jù)設(shè)定的射開位置和射開程度進(jìn)行有機(jī)組合進(jìn)行數(shù)值模擬分析,找出最優(yōu)的射開位置和射開程度。

3.1 射開位置研究

3.1.1 正韻律

通過數(shù)值模擬結(jié)果做正韻律采出程度柱狀圖和含水率變化曲線,如圖5、圖6所示。從采出程度柱狀圖可以得出,正韻律模型在射開程度為1/5,1/3和1/2時,均為射開上部采出程度最高,并且射開上部1/5時采出程度最高,為17.54%,而射開下部1/5時最低,僅為15.95%;從含水率變化曲線可以看出,射開程度為1/5,1/3和1/2時,在相同時間下,均為射開上部時含水率低,并且射開上部1/5時含水率最低,含水上升最慢,采油期最長,因此采出程度最高。

圖5 正韻律采出程度柱狀圖Fig.5 Histogramof recovery percent of reserves of positive rhythmreservoir

圖6 正韻律含水率變化曲線Fig.6 Water cut curve of positive rhythmreservoir

正韻律2種射開位置在不同時刻的含油飽和度分布如圖7和圖8所示。通過圖可以看出,驅(qū)替后,射開上部1/5水驅(qū)前緣驅(qū)替較為均勻,而射開下部1/5在油井側(cè)上部還有部分剩余油分布。造成主要原因是正韻律儲層上部滲透率最低,當(dāng)射開上部滲透率最低的位置,注入水的平面波及速度最慢,有效延緩見水時間,而且由于重力作用,使得注入水在縱向上向下波及,提高了縱向波及效率;當(dāng)射開下部滲透率最高的位置時,注入水延滲透率較高的底層突進(jìn),造成縱向上的注入水波及不均勻,采出程度較低。因此,對于正韻律儲層,最優(yōu)射開位置為上部。正韻律儲層射開下部滲透率最高的位置,注入水延滲透率較高的底層突進(jìn),造成縱向上的注入水波及不均勻,采出程度較低。因此,對于正韻律儲層,最優(yōu)射開位置為上部。

圖7 正韻律射開上部1/5不同時刻含油飽和度分布圖Fig.7 the positive rhythmradiates the upper 1/5 oil saturation distribution map at different times

圖8 正韻律射開下部1/5不同時刻含油飽和度分布圖Fig.8 the positive rhythmradiates thelower 1/5 oil saturation distribution map at different times

3.1.2 反韻律

通過數(shù)值模擬結(jié)果做反韻律采出程度柱狀圖和含水率變化曲線,如圖9和圖10所示。從采出程度柱狀圖可以得出,反韻律模型在射開程度為1/5,1/3和1/2時,采出程度均以射開下部時最高,并且射開下部1/5時采出程度最高,為17.47%,而射開上部1/5最低,僅為16.04%;從含水率變化曲線可以看出,射開程度為1/5,1/3和1/2時,在相同時間下,均為射開下部時含水率最低,并且射開下部1/5時含水率曲線最低,含水上升最慢,采油期最長,因此采出程度最高。

圖9 反韻律采出程度柱狀圖Fig.9 Histogramof recovery percent of reserves of nagative rhythmreservoir

圖10 反韻律含水率變化曲線Fig.10 Water cut curve of nagative rhythmreservoir

反韻律儲層2種射開位置不同時刻含油飽和度分布如圖11和圖12所示?？梢钥闯?反韻律射開下部1/5時水驅(qū)前緣驅(qū)替較為均勻,而射開上部1/5時油井下部存在部分剩余油分布。造成這種現(xiàn)象的主要原因是反韻律儲層下部滲透率最低,射開下部滲透率最低的位置,注入水在平面波及速度最慢,有效延緩見水時間。射開下部可以有效提高注入水波及效率和采出程度。反韻律儲層射開上部滲透率最高的位置,注入水沿高滲透率帶突進(jìn),造成縱向上的注入水波及不均勻,采出程度較低。因此,對于反韻律儲層,最優(yōu)射開位置為下部。

圖11 反韻律射開上部1/5不同時刻含油飽和度分布圖Fig.11 The nagative rhythmreveals the upper 1/5 oil saturation distribution map at different times

圖12 反韻律射開下部1/5不同時刻含油飽和度分布圖Fig.12 The nagative rhythmreveals the lower 1/5 oil saturation distribution map at different times

3.1.3 上正下反韻律

通過數(shù)值模擬結(jié)果做上正下反韻律采出程度柱狀圖和含水率變化曲線,如圖13和圖14所示。從采出程度柱狀圖可以得出,上正下反模型在射開程度為1/5,1/3和1/2時,采出程度均以射開上部時為最高,并且射開上部1/5時的采出程度最高,為16.81%,而射開中部1/5最低,僅為15.39%;從含水率變化曲線可以看出,射開程度為1/5,1/3和1/2時,在相同時間下,均為射開上部時含水率最低,并且射開上部1/5的含水率最低,含水上升最慢,采油期最長,因此采出程度最高。

圖13 上正下反韻律采出程度柱狀圖Fig.13 Histogramof recovery percent of reserves of upper positive and lower inverted layered reservoir

圖14 上正下反韻律含水率變化曲線Fig.14 Water cut curve of upper positive and lower inverted layered reservoir

上正下反韻律儲層2種射開位置不同時刻含油飽和度分布如圖15和圖16所示?？梢钥闯?射開上部1/5水驅(qū)前緣驅(qū)替較為均勻,油井側(cè)下部存在部分剩余油,而射開中部1/5水驅(qū)前緣巖中部突進(jìn)明顯,油井側(cè)上部和下部均存在部分剩余油。造成這種現(xiàn)象的原因是上正下反韻律中部滲透率高,上部和下部滲透率低,當(dāng)射開上部滲透率最低的位置,注入水在平面波及速度最慢,有效延緩見水時間,而且由于重力作用,使得注入水在縱向上向下波及,提高了縱向波及效率和采出程度;當(dāng)射開中部滲透率高的位置時,注入水沿中部突進(jìn),導(dǎo)致油井側(cè)上部和下部有大量剩余油富集,采出程度較低。因此,對于上正下反韻律儲層,最優(yōu)射開位置為上部。

圖15 上正下反韻律射開上部1/5不同時刻含油飽和度分布圖Fig.15 The oil saturation distribution map of the upper 1/5 at different times is radiated fromthe upper positive and lower inverted rhythm

圖16 上正下反韻律射開中部1/5不同時刻含油飽和度分布圖Fig.16 The oil saturation distribution map of the middle 1/5 at different times is radiated fromthe upper positive and lower inverted rhythm

3.1.4 上反下正韻律

通過數(shù)值模擬結(jié)果做上反下正韻律采出程度柱狀圖和含水率變化曲線,如圖17、圖18所示。從采出程度柱狀圖可以得出,上反下正模型在射開程度為1/5,1/3和1/2時,采出程度均以射開中部時為最高,并且射開中部1/5時的采出程度最高,為16.81%,而全射開時最低,僅為15.45%;從含水率變化曲線可以看出,射開程度為1/5,1/3和1/2時,在相同時間下,均為射開中部時含水率最低,并且射開中部1/5時的含水率曲線最低,含水上升最慢,采油期最長,因此采出程度最高。

圖17 上反下正韻律采出程度柱狀圖Fig.17 Histogram of recovery percent of reserves ofupper inverted layered and lower positive reservoir

圖18 上反下正韻律含水率變化曲線圖Fig.18 Water cut curve of upper inverted layered and lower positive reservoir

上反下正韻律儲層2種射開位置不同時刻含油飽和度分布如圖19和圖20所示。可以看出,射開中部1/5水驅(qū)前緣驅(qū)替較為均勻,而全射開在油井側(cè)中部還有部分剩余油分布;造成這種現(xiàn)象的主要原因是上反下正韻律中部滲透率最低,上部和下部滲透率高,當(dāng)射開中部滲透率最低的位置,注入水在平面波及速度最慢,有效延緩見水時間,而且由于重力作用,使得注入水在縱向上向下波及,提高了縱向波及效率,采出程度高;上反下正韻律儲層全段射開,注入水沿滲透率較高的上部和下部突進(jìn),造成縱向上的注入水波及不均勻,油井側(cè)中部剩余油富集,采出程度較低。因此,對于上反下正韻律儲層,最優(yōu)射開位置為中部。

圖19 上反下正韻律射開中部1/5不同時刻含油飽和度分布圖Fig.19 The oil saturation distribution map of the middle 1/5 of the middle part at different times is revealed in the upper inverted lower positive rhythm

圖20 上反下正韻律全射開不同時刻含油飽和度分布圖Fig.20 The oil saturation distribution map at different ti mes is fully radiated fromthe upper inverted and lower positive rhythm

3.2 射開程度研究

根據(jù)射開位置優(yōu)化結(jié)果,以最優(yōu)射開位置對射開程度進(jìn)行優(yōu)化,即正韻律儲層取射開位置為上部,反韻律儲層取射開位置為下部,上正下反韻律儲層取射開位置為上部,上反下正韻律儲層取射開位置為中部。

圖21為不同射開程度條件下采出程度柱狀圖。可以發(fā)現(xiàn),在一定范圍內(nèi),射開程度越小越好,射開程度越低,采出程度越高。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際射開程度統(tǒng)計,射開程度以1/5為最優(yōu)。圖22為不同射開程度條件下含水率變化曲線圖。可以得出,射開程度越低,其含水上升越慢,這是由于射開程度越低注入水波及體積越大,縱向上波及情況也越好。

圖21 不同射開程度條件下采出程度柱狀圖Fig.21 Histogram of recovery percent under different perforated degree conditions

圖22 不同射開程度含水率變化曲線Fig.22 Water cut curve of different perforated degree

總之,不管哪種韻律的儲層,最優(yōu)射開位置均為滲透率低的位置,滲透率低的平面上注入水推進(jìn)速度慢,縱向上能更好的波及,故效果最好;對于同一射開位置,射開程度越大,意味著射開了滲透率更大的平面,注入水推進(jìn)速度越快,縱向上波及情況越差,故在最優(yōu)射開位置下,射開程度越低開發(fā)效果越好。

4 結(jié)論

1)根據(jù)鄂爾多斯盆地張柴窯子區(qū)長6油藏的物性特點(diǎn),建立了正韻律、反韻律、上正下反韻律、上反下正韻律4種“一采一注”韻律模型,進(jìn)行注水層位合理射開位置、射開程度研究,模型井距280 m、平面網(wǎng)格大小10 m×10 m,縱向12 m,網(wǎng)格大小1 m,總網(wǎng)格數(shù)30×30×12=10 800;采油井儲層全部射開且壓裂,裂縫半長取自長6區(qū)塊壓裂平均半長60 m。

2)不管哪種韻律的儲層,最優(yōu)射開位置均為滲透率低的位置,其中正韻律儲層最優(yōu)射開位置為上部,反韻律儲層最優(yōu)射開位置為下部,上正下反韻律儲層最優(yōu)射開位置為上部,上反下正韻律儲層最優(yōu)射開位置為中部。這是由于滲透率低的位置,平面上注入水推進(jìn)慢,縱向上能更好的波及,故效果最好。

3)對于同一射開位置,射開程度1/5時效果最好,這是由于射開程度越低,注水推進(jìn)速度越慢,縱向波及情況越好,含水上升越慢,采出程度越高,開發(fā)效果越好。