一种泄油半径计算方法及其在冷西低渗油藏井位部署中的应用

2015-07-02张舒琴

石油地质与工程 2015年1期

关键词：半轴压力梯度计算方法

张舒琴

(中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010)

一种泄油半径计算方法及其在冷西低渗油藏井位部署中的应用

张舒琴

(中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010)

根据储层压裂改造后易在井筒两翼产生主裂缝椭圆渗流场的机理，通过求得低渗油藏启动压力梯度和裂缝方位，可以确定泄压半径的大小，从而可得到充分控制油藏的井网井距与排距。利用该方法对冷西油藏的泄油半径进行了确定，并部署了新的开发井位。该方法能有效解决低渗透油藏开发采用规则井网难以有效控制储量的问题，对后期注水参数的确定也具有一定指导意义。

低渗透油藏；泄油半径；冷西油田

低渗油藏的地层流体在多孔介质中渗流速度很低，其渗流规律不再符合达西定律，为偏离原点的非达西非线性渗流[1-2]。其渗流方程必须考虑启动压力，这已经得到国内众多专家与现场实践认可。启动压力存在使得油井有一定的泄油半径，泄油半径内的驱替压力梯度大于启动压力梯度，流体能进行有效流动；反之泄油半径外流体不能进行有效流动。泄油半径在井位部署中对井距的设计十分重要，井距一般为泄油半径的两倍左右，如果井距大于两倍泄油半径，储量损失变大；如果井距小于两倍泄油半径，会出现井间干扰，影响生产效果。

低渗油藏油井一般都采用压裂投产，压裂之后的油井渗流区域近似椭圆，沿着裂缝方向为椭圆长轴，垂直裂缝方向为椭圆短轴。与压裂前圆形渗流区域不同，椭圆渗流区域，需要同时确定椭圆短轴与长轴。针对现场实际情况，本文借鉴前人的经验，利用一种较简单实用的方法确定泄油半径，为低渗油藏井位二次部署井距的设计提供可靠依据。

1 泄油半径计算方法

对于低渗油藏，需要通过压裂进行储层改造才能取得较好的生产效果。文献[3]指出，低渗油层直井压裂后，裂缝周围渗流区域形状近似为椭圆(图1)，且椭圆短半轴为未压裂井泄油半径OB，裂缝半长为椭圆中心到椭圆焦点的距离OC[3]。泄油半径距离长短受启动压力梯度大小影响，因此泄油半径的计算需要先确定启动压力梯度大小，再确定椭圆短半轴OB长度，最后确定椭圆长半轴OA长度。

图1 压裂缝椭圆渗流示意图

1.1 启动压力梯度计算方法

前人对启动压力梯度计算方法有很多种，包括实验法、试井解释法、数学模型法、同类油田类比法[4-6]等多种方法。文献[7]指出，典型非达西渗流曲线总共分3段，也代表了3种不同的渗流状态(图2)。定义(△P/L)a为最小启动压力梯度，(△P/L)b为拟启动压力梯度。

实验法：传统的压差流量法是只能测得def段(图2)，利用这段直线的延长线与压力梯度轴的交点来确定拟启动压力梯度大小；也可以通过毛细管平衡法实验直接测得最小启动压力梯度；还可以通过多个室内物理实验回归得到启动压力梯度与黏度、渗透率的关系式，根据回归关系式求取。

试井解释法：采用双对数图版拟合方法进行解释得到启动压力梯度，但是需要注意要与常规油藏封闭外边界进行区分。

图2 典型非达西渗流特征曲线

数学模型法：利用数学模型求取启动压力梯度的方法很多，各位学者假设条件不一致：渗流相是单相还是多相、渗流状态是稳态还是非稳态以及拟稳态、是否考虑边界、是否考虑垂向非均质以及平面非均质等等众多因素。这些条件导致数学模型方法求解十分困难，对现场工作人员理论水平要求较高。

同类油田类比法：利用地质条件接近的同类油藏实验成果，回归启动压力梯度与渗透率关系式，根据油藏渗透率得到启动压力梯度。

1.2 椭圆短半轴计算方法

低渗油藏采用天然能量开发居多，进入天然能量开发后期，单井综合含水一般较低，因此计算泄油半径时假设如下：只考虑井处于稳定情况下的渗流，流体为单相渗流，圆形均质油藏。

由于井径相对泄油半径无穷小，可以忽略不计，结合文献[7]～[9]得到泄油半径计算公式：

(1)

其中：re——泄油半径，m；Pe——地层压力,MPa；Pw——井底流压,MPa；G——启动压力梯度,MPa/m。

1.3 椭圆长半轴计算方法

计算得到泄油半径就相当于确定了椭圆的短半轴，文献[3]指出裂缝半长端点为椭圆的焦点。由数学理论可知，椭圆的焦点为椭圆轨迹上任意一点到两个焦点的距离之和为常数，根据椭圆的焦点公式，确定椭圆长半轴的距离为：

OA2=OB2+OC2

(2)

2 泄油半径计算方法应用

冷西油藏位于冷家堡油田西南部，本次研究区域为冷46-冷3井区，该区构造面积约19.9 km2，目的层为沙三层段。该油藏储层为重力流沉积，平均渗透率5.5×10-3μm2，平均孔隙度17.1%，为低孔低渗油藏。该区1994年大规模投入开发以来，受油藏埋藏深大、储层条件差、地层能量不足等因素影响，开发矛盾日益突出，需要在该区块开展储层二次评价研究，进行井位部署。泄油半径的确定能够为低渗油藏的井位部署指明方向：在未动用、压力保持较好、储层物质基础较好的区域进行部署。

2.1 确定启动压力梯度

利用辽河油田低渗典型油藏实验求得的启动压力梯度与渗透率关系曲线回归拟合公式(图3)，求出冷西油藏启动压力梯度G为0.268 MPa/m。

图3 冷西油田启动压力梯度与渗透率关系

2.2 确定椭圆短半轴

冷西油藏在油田开发初期进行了18井次压力测试，得到了纵向上不同层、平面上不同部位原始地层压力分布状况(表1)。根据表1确定该区块平均地层压力为33.2 MPa。

表1 冷西油藏压力测试数据

2005年分别对冷10-58-44井和冷75-52-46井进行泵下常温长效井底流压测试，测试结果表明，该块井底流压在2 MPa左右，换算到油层中流压为5.3 MPa。根据上面数据，由式(1)求得椭圆短轴即垂直裂缝方向油井控制半径为104 m。

2.3 确定椭圆长半轴

冷西油藏冷35块共有4井次进行了微地震人共裂缝监测以及2井次压裂裂缝方向监测，考虑到冷46-冷3井区物性差于冷35井区，确定人工裂缝缝长为80 m。

由式(2)求得椭圆长轴即沿裂缝方向油井控制半径为131 m。

2.4 泄油半径应用情况

根据冷西油藏储层二次评价研究结果，确定了直井井位部署的方向：老井未控制住区域，地层压力保持较好区域，油层厚度较大区域，单井控制储量较大区域。为了更好地控制油藏以及尽量避免老井泄压干扰，沿着裂缝方向井距确定为260 m左右，垂直裂缝方向井距210 m左右。在V组冷161和冷10块交界区域的油藏，具备上述四个部署原则，共部署5口直井。