低渗透油藏不同井网系统注采井距研究

郑　伟

(中海石油研究总院，北京 100027)



低渗透油藏不同井网系统注采井距研究

郑伟

(中海石油研究总院，北京 100027)

根据渗流理论，推导了水平井注采井网井间压力及压力梯度分布公式，分析了水平井注采井网、混合井网和直井井网不同井网系统沿程压力及压力梯度分布规律，提出了低渗透油藏极限注采井距确定方法，并对其影响因素进行了分析。结果表明，直井井网系统驱替压力梯度在注采井附近较大，而在注采井间较大范围内较小；水平井井网系统的流体在注采井间内为近似线性流动，压力降几乎呈线性变化，压力损失明显低于直井，具有更大的驱替压力梯度，且沿程基本保持不变。因此对于低渗透油藏，水平井注采井网更容易形成有效驱替，其极限注采井距为直井井网的3～4倍，混合井网的2～3倍。

低渗透油藏；水平井注采井网；驱替压力梯度；启动压力梯度；注采井距

低渗透油藏储层物性差，渗流阻力较大，具有启动压力，合理的注采井距成为建立井间有效驱替的关键，关系到油藏能否有效开发[1]。与直井相比，应用水平井注采井网开发低渗透油藏能有效减小注水井的注入压力，保持油层压力，提高单井产能和减少井数[2-6]。确定低渗透油藏直井井网和混合井网系统合理井距，研究学者提出了相应的方法[1，7-9]，但对于水平井开发低渗透油藏，其合理井距的研究较少。本文以油藏渗流理论为基础，推导了水平井井网系统在注采井间的压力及压力梯度分布公式，并对比分析了水平注采井网、混合井网和直井井网系统在注采井间的沿程压力及压力梯度变化规律。根据驱替压力梯度和启动压力梯度提出了注采井距的确定方法，并分析了注采压差、渗透率和水平段长度对不同井网系统注采井距的影响。

1　不同井网系统压力及压力梯度分布

1.1产能公式推导

为简化问题，假定油层中有1口水平注入井和1口水平生产井，注采井距为a，水平段长度为2l，井半径均为rw，井网形状如图1所示。水平注入井中心坐标(x0，y0)=(0，a)，水平生产井中心坐标(x0，y0)=(0，0)。生产井以产量Q进行生产，注入井以注入量Q进行注入。应用保角变换，将真实平面(Z平面)上的流动映射转变为像平面(W平面)上的一个已知流动问题。

对上半Z平面进行保角变换，取以下保角变换公式[7]：

图1　水平井注采井网及保角变化示意图

Z-Z0=lchW

(1)

其中Z=x+iy，Z0=x0+iy0，W=ξ+iη。则Z平面与W平面坐标的对应关系为：

x-x0=lchξcosη,y-y0=lshξsinη

(2)

经过映射，上半Z平面变换为宽度为π的带状区域，长度为2l的水平井变为W平面上位于η轴宽度为π的排油坑道，各点对应关系如图1所示。

则中心坐标为(0,0)的水平生产井在空间任一点(x,y)的势分布函数为：

(3)

中心坐标为(0,a)的水平注入井在空间任一点(x,y)的势分布函数为：

(4)

根据势的叠加原理可以确定水平生产井和水平注入井在空间任意一点(x,y)产生的势函数为：

φ=φp+φi

(5)

由于水平生产井位于等势线上，取井壁坐标(0,rw)，代入式(5)，得到水平井生产井井底压力为：

(6)

同理，水平注入井井底压力为：

(7)

(8)

(9)式中：Qhh——水平井注采井网系统产量，m3/d；α——单位换算系数，α=0.0864；Bo——体积系数；k——油层渗透率，10-3μm2；h——油层厚度，m；b——注采井距，m；Pwi、Pwf——分别为注入井和生产井的井底压力，MPa；μ——原油黏度，mPa·s。

1.2井间沿程压力及压力梯度公式推导

Z平面上，令x=0，将其代入式(5)可得注采井间沿程压力分布公式：

(10)

式(10)对y求导，得到水平井注采井网井间沿程压力梯度分布公式：

(11)

直井注-水平井采的混合井网系统主流线上压力和压力梯度分布公式[1]为：

(12)

(13)

式中：Qhv——混合井网系统产量，m3/d；ρw——W平面上注入井的井筒半径，m；(ξ0,η0)——镜像映射后直井井位坐标。

直井井网系统主流线上压力和压力梯度分布公式[10-11]为：

(14)

(15)

式中：Qvv——为直井井网系统产量，m3/d。

2　不同井网系统沿程压力及压力梯度变化规律

2.1沿程压力变化规律

根据参考文献[1]的数据，对比分析整体水平注采井网、混合井网和直井井网这三种井网系统在注采井间沿程压力及压力梯度的变化规律。

假定注入压力Pwi和产量Q确定，各井网系统在不同井距条件下的主流线上的压力分布见图2所示。可以看出，为获得相同的产量，水平井井网系统所需要的注采压差最小，混合井网次之，直井系统最大。在相同的注采压差下，水平井井网能够获得最大的产量，混合井网次之，直井系统最小。这是因为水平井注采井间为近似线性流动，压力降几乎呈线性变化；而直井井筒附近产生径向流，出现较大的压降漏斗，注采井间压力损失严重。另外可以看出，随着井距增大，各井网系统井间压力损失增大，为维持产量需要加大注采压差。

2.2沿程驱替压力梯度变化规律

假定注采压差一定，各井网系统在不同井距条件下的井间驱替压力梯度分布如图3。可以看出，对于直井井网系统，在注采井附近很小的区域内驱替压力梯度较大，而在注采井间中间位置的较大范围内却很小。水平井井网系统在注采井间能获得较大的驱替压力梯度，且沿程基本保持不变，其值约为直井井网的3～4倍。混合井网系统介于直井系统与水平井网系统之间。另外，随着注采井距的增大，各井网系统驱替压力梯度均减小。

图2　不同井网系统注采井间压力分布

图3　不同井网系统注采井间驱替压力梯度分布

3　注采井距影响因素分析

3.1注采井距的确定方法

利用静液柱的方法测量了目标区块多块岩心的启动压力梯度，回归启动压力梯度与流动系数的关系[1]：

G=0.0308(k/μ)-0.3209

(16)

低渗透油藏由于存在启动压力梯度，要保证井间区域被波及动用，其驱替压力梯度必须大于启动压力梯度G，则有：

(17)

此时确定注采井距为水平井注采井网极限井距。

3.2注采压差的影响

由图4可以看出，随着注采压差的增大，不同井网系统的注采井距均呈增大趋势。与直井井网与混合井网相比，在相同注采压差下，水平井井网可采取更大的井距。

图4　注采压差对注采井距的影响

3.3渗透率的影响

由图5可以看出，随着渗透率的增大，不同井网系统的极限注采井距均相应增加，但增加增幅逐渐减缓；水平井井网的极限注采井距明显大于混合井网和直井井网的极限注采井距是混合井网的2～3倍，直井井网的3～4倍。

图5　渗透率对注采井距的影响

3.4水平段长度的影响

由图6可以看出，对于水平井井网系统，随着水平井段长度的增加，极限注采井距逐渐增加，但增幅逐渐减小；水平井段长度约大于700 m后，极限注采井距基本保持不变。对于混合井网，水平段长度在200～300 m时，极限注采井距取得最大值，之后随着水平段长度的增大而减小，最后趋于平缓。

图6　水平段长度对注采井距的影响

4　主要认识

(1)推导了水平井井网在注采井间的压力与压力梯度分布公式。为获得相同的产量，水平井井网系统所需要的注采压差最小，混合井网次之，直井井网最大。

(2) 水平井井网系统的流体在注采井间为近似线性流动，压力损失少，能量消耗小，能获得较大的驱替压力梯度，且沿程基本保持不变；而直井井网系统的驱替压力梯度在注采井井筒附近很小的区域内较大，但在注采井间中间位置的较大范围内却很小，其能量主要消耗在直井井筒附近。

(3)水平井井网系统的极限注采井距为直井井网的3～4倍，混合井网的2～3倍，因此可采取较大的注采井距布井。相同条件下，随着注采压差、渗透率的增大，注采井距可适当放大。

[1]郑伟, 姜汉桥, 陈民锋, 等. 低渗透油藏混合井网系统合理注采井距确定[J].新疆石油地质, 2010, 31(6): 637-640.

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[6]郑伟, 姜汉桥, 陈民锋, 等. 水平井注采井网合理井间距研究[J].西南石油大学学报(自然科学版), 2011, 33(1): 120-124.

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编辑：王金旗

1673-8217(2016)04-0106-04

2016-03-09

郑伟，工程师，博士，1984生，2012年毕业于中国石油大学(北京)油气田开发工程专业，现从事油气田开发方面的研究工作。

国家科技重大专项“海上稠油热采技术”(2011ZX05024-005)。

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