低渗透高饱和油藏能量合理补充时机研究
2014-06-28陈民锋赵梦盼王敏盖建时建虎
陈民锋,赵梦盼,王敏,盖建,时建虎
(中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249)
由于储层具有启动压力梯度,流体地层饱和压差小,低渗透高饱和油藏开发受到更多条件的限制。此类油藏在初期采取衰竭开发后,地层压力下降较快,如果注水不及时,造成油藏地层压力低于饱和压力,容易使地层脱气,导致油藏产量低或停采[1]。如何最大程度地利用天然能量,并在合理的开采制度下适时进行地层能量补充,是提高此类油藏开发效果的一个关键问题。
1 开发过程中的渗流问题及基本解
1.1 低渗透高饱和油藏开发要求
根据流体高压物性分析,高饱和油藏地层饱和压差一般小于6.0 MPa,且饱和压力为原始地层压力的0.7倍以上。在天然能量衰竭开发条件下,油井附近地层压力不断下降,当压力降低到泡点压力以下时,油层内含气饱和度会很快达到并超过临界含气饱和度,从而形成油、气两相流动,气油比持续升高。开发实践表明,高饱和油藏采取早期注水,合理控制采油速度,可以得到较高的采收率[2-5]。
与常规油藏相比,低渗透储层具有启动压力梯度[6-10]。随生产时间增加,动用范围逐渐增大,但驱替压力梯度逐渐减小[11-21]。当储层延展范围足够大时,在平面上将存在一个“流动界限”,“界限”以外区域的压力梯度小于启动压力梯度,使得渗流速度为0,储层中压力传播过程见图1。
图1 储层中压力波传播过程示意
如图1所示,储层中半径rc处,该半径以外的压力梯度小于启动压力梯度,rc即为极限动用半径,油藏开发井距一般应小于2rc。油井以定产的方式生产,生产一段时间tb后,压力波传播到rb处。假定在此处油井的生产压差为地层饱和压差,此半径rb可称为有效泄油半径。为满足油井定产开发要求,此时可继续降低井底流压pwf,也可开始补充能量来提高原始地层压力pe。
对于高饱和油藏,一般要求油井井底流压大于等于原油饱和压力,而由于其地层饱和压差一般较小,因此需要及时注水补充能量。在一定生产条件下,当油井井底流压pwf降低到饱和压力pb时,对应的开采时间tb就是油藏的合理注水时机。
1.2 渗流方程及基本解
1.2.1 压力与产能公式
对于上述不稳定生产过程,可采用稳定逐次逼近的方法求解。存在启动压力梯度时,在油井极限泄油范围内,流体的渗流方程为
求解式(1),得到压力分布为
式(2)对r求导,可得到压力梯度为
则考虑启动压力梯度影响时油井产量为
式中:pe为原始地层压力,MPa;pwf为油井井底流压,MPa;rw为井半径,m;re为极限动用边界半径,m;K 为储层渗透率,10-3μm2;μ 为流体黏度,mPa·s;G 为启动压力梯度,MPa/m;v为渗流量,m3/d。
1.2.2 油井泄油区弹性产出量
由物质平衡原理,泄油区内的弹性产出量为
式中:Cf为综合压缩系数,MPa-1;Vf为泄油区体积,m3;为平均地层压力,MPa。
根据面积加权平均法,地层中的平均压力为
将式(3)代入式(6),得出稳态条件、考虑启动压力梯度时,单井控制范围内的平均地层压力为
1.2.3 给定采油速度下的开采时间
设油井以定产量q生产,经过时间t后压力波传播至泄油半径rb处。此时,油井若保持定产q不变,则需进行能量补充。若油藏开发井距为d,单井控制面积为A,则单井控制的流体储量为
式中:φ为孔隙度;Soi为原始含油饱和度;Boi为原油体积系数;ρ为原油密度,g/cm3。
设年采油速度为a,则油井折算产量为
式中:Te为一年中折算的生产时间,取330 d。
确定合理能量补充时机的具体步骤为:1)根据油田条件和对采油速度的要求,利用式(8),(9),确定油井产量 q;2)利用式(4),根据计算的 q,反求出相应条件下的有效泄油半径 rb;3)通过式(5)、(7),计算出 rb下油井的弹性产出量Vo;4)油井在饱和压力以上定产量q,累计产量等于弹性产出量Vo生产,则合理能量补充时机为tb。
2 高饱和油藏能量合理补充时机
2.1 油藏基本参数
JS-LMZ油田属低渗高饱和油藏,经过论证,宜采取早期天然能量开发、适时转入注水补充能量的开发方式。
油藏基本参数:油井半径为0.1 m;储层渗透率为30×10-3μm2; 储层有效厚度为 20.0 m; 储层孔隙度为0.2;储层原始含油饱和度为0.65;地层原油黏度为5.0 mPa·s;原始地层压力为20.0 MPa;原油饱和压力为15.0 MPa;综合压缩系数为 5.0×10-4MPa-1;启动压力梯度为 0.02~0.03 MPa/m。
油藏开发井距为400 m,则单井控制单元半径为200 m。为保证整个开发过程中地层始终不脱气,限定油井最小井底流压等于原油饱和压力。
2.2 油井泄油范围内的压力分布规律
应用式(2),考虑启动压力梯度影响,不同条件下储层中压力分布规律见图2。
图2 考虑启动压力梯度影响时压力分布规律
由图2可看出:启动压力梯度的存在增加了渗流阻力,主要体现在储层能够泄油的范围明显缩小;在不同驱动压差(△p)和启动压力梯度条件下,极限泄油半径明显不同;启动压力梯度较小、驱动压差较大时,油井的极限泄油半径较大。
应用式(4),考虑启动压力梯度影响,不同条件下油井产量随泄油半径的变化见图3。
图3 油井产量与泄油半径变化关系
由图3可看出:随着衰竭开发的进行,压力波向外传播,泄油半径增大,油井产量逐渐递减;生产压差越小,启动压力梯度越大,极限泄油半径越小。在不同生产压差及启动压力梯度条件下,其有效泄油半径明显小于对应条件下的极限泄油半径;当油井产量为0时,储层极限泄油半径为rc;如取采油速度为1%时折算日产量,对应的油井有效泄油半径为rb,一般rb/rc约为0.65。
2.3 满足开发要求的能量合理补充时机
应用式(5),(7),计算不同条件下,油井泄油范围内的弹性产出量(见图4)。
图4 不同条件下累计弹性产量变化曲线
由图4可看出:驱替压差越小、启动压力梯度越高,油井的极限动用半径就越小;当储层厚度一定时,随着油井在平面上的泄油半径增大,弹性产量初期增加较快;距离油井越远,该处储层中产生的压力降越小、储量动用程度越低,导致后期弹性产量增加趋势逐渐变缓。
应用式(8)—(10),计算不同采油速度下的油藏能量合理补充时机,结果见图5。
由图5可看出,在衰竭开发阶段,可利用的驱动压差越大(△p),相同条件下可以采取相对较高的采油速度生产,其能量开始的补充时机也可以相对延迟一些。
综上分析认为:低渗透高饱和油藏,储层具有启动压力梯度,油井泄油半径小;流体饱和压力高,地层饱和压差小,储量动用强度低,弹性采收率较小。整体来看,在衰竭开发阶段,采油速度应控制在2%以内,而能量补充时机也应较早,一般控制在投入开发后的1 a以内。
图5 不同条件下能量补充时机变化曲线
3 结论
1)低渗透高饱和油藏,储层具有启动压力梯度,流体饱和压力高,油田开发中要综合考虑2方面的影响,确定合理开发对策。
2)低渗透高饱和油藏在给定产量条件下,储层有效泄油半径小,储量动用强度低,在开发初期阶段宜采取限制井底流压、低采油速度开采的方式,并应尽早开始补充能量开发。
3)基于低渗透高饱和油藏基本渗流规律,建立了确定油藏合理能量补充时机的方法。实例应用表明,该方法具有很好的操作性。
[1]张建宁,姜桂英,狄敏燕.永7块高油气比油藏开发配套技术[J].石油钻探技术,2003,31(1):52-53.
[2]张阳.东濮凹陷文72断块挥发油油藏开采特征研究[J].断块油气田,1994,1(2):18-25.
[3]张卫国,沈平平.复杂油藏开发中的能量保持研究[J].石油钻采工艺,2006,14(6):80-82.
[4]贺刚,张丽华,郎兆新,等.挥发油油藏生产特征及影响采收率的因素[J].断块油气田,1996,3(2):23-26.
[5]崔梅红,杨波,屈传刚,等.高饱和油藏注水改善开发效果对策研究[J].断块油气田,2008,14(5):65-68.
[6]黄延章.低渗透油层渗流机理[M].北京:石油工业出版社,1998:20-30.
[7]李道品.低渗透砂岩油田开发[M].北京:石油工业出版社,1997:50-60.
[8]计秉玉,何应付.基于低速非达西渗流的单井压力分布特征[J].石油学报,2011,32(3):466-469.
[9]邓英尔,刘慈群.低渗油藏非线性渗流规律数学模型及其应用[J].石油学报,2001,22(4):72-76.
[10]孙玉凯,宋洪庆,朱维耀,等.低渗透油藏非达西渗流地层压力计算方法及分析[J].岩土力学,2009,30(2):138-141.
[11]罗宪波,李波,刘英,等.存在启动压力梯度时储层动用半径的确定[J].中国海上油气,2009,21(4):248-250.
[12]陈民锋,李晓风,赵梦盼,等.启动压力影响下确定油藏有效动用半径[J].断块油气田,2013,20(4):462-465.
[13]李爱芬,张磊,李春芹,等.特低渗透油藏气驱启动压力实验研究[J].断块油气田,2009,15(5):75-78.
[14]田建刚,窦让林.高饱和压力、高油气比油藏注采比的计算方法[J].断块油气田,1999,6(3):40-41.
[15]樊兆琪,程林松,耿昌浩,等.低渗透油藏储层非均质性评价与井网调整新方法[J].石油钻探技术,2013,41(2):93-98.
[16]张庆辉,李相方,张磊,等.考虑启动压力梯度的低渗底水气藏见水时间预测[J].石油钻探技术,2012,40(5):96-99.
[17]位云生,邵辉,贾爱林,等.低渗透高含水饱和度砂岩气藏气水分布模式及主控因素研究[J].天然气地球科学,2009,20(5):822-826.
[18]彭彩珍,孟立新,郭平,等.三维物理模型驱油实验模拟装置研制与应用[J].石油实验地质,2013,35(5):570-573.
[19]郭正权,齐亚林,楚美娟,等.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组储层致密史恢复[J].石油实验地质,2012,34(6):594-598.
[20]陈志海.特低渗油藏储层微观孔喉分布特征与可动油评价:以十屋油田营城组油藏为例[[J].石油实验地质,2011,33(6):657-661.
[21]陈民锋,姜汉桥,郑伟,等.低渗透压敏油藏极限注采井距研究[J].断块油气田,2010,17(5):579-582.