低渗透油藏注水层位合理射开参数研究
——以鄂尔多斯盆地张柴窑子区长6油藏为例

赵思远唐后军肖胜东贾自力

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,西安 710065)

在油井完井过程中,射孔是主要的完井方式之一,射孔井眼也是沟通油层与井筒的唯一通道,射孔质量的好坏严重影响了油井产能的大小,在保证完井质量的情况下,射孔的射开位置和射开厚度影响着油井的产能。不同类型的油藏,最佳射开位置不同,例如气顶油藏最佳射开位置通常在底部,而底水油藏的最佳射开位置通常在顶部;一般情况下射孔井段的射孔厚度越大,油井产量越大,但是油井见水越快,而随着射开程度的增加,产量、产能增加的幅度越来越小,套管的抗拉、抗压强度降低,对其产生裂损,减少寿命[1-5]。该文针对延长油田低渗透、低产能油藏的特点,利用数值模拟方法,分析不同射开位置、射开程度对采出程度和含水率的影响,找出最合理的射开参数,为现场作业提供依据。

1 油藏地质特征

张柴窑子区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中部,其构造形态表现为向西倾斜的平缓单斜,坡降7～10 m/k m,倾角不到1°,地面海拔为1 280～1 580 m。该区主力油藏长6油层属于典型的低渗、特低渗岩性油藏,油层平均厚度为20 m,平均孔隙度9%,渗透率为0.3×10-3～0.9×10-3μm2,平均值0.84×10-3μm2,平均含油饱和度53.7%,油藏高角度裂缝发育,裂缝倾角最大超过80°,天然裂缝主要有两组,分别为NE方向25°～45°和NW 方向20°～45°,微裂缝主要方向为NE方向43.5°,人工压裂造缝主要为NE方向70°～80°,平均裂缝半长60 m。天然裂缝在原始地应力条件下呈闭合状态,开启前对油气的渗流影响甚小,属隐性裂缝。

2 模型建立

研究区长6油藏井网形式为不规则菱形反九点注采井网,井排方向为北东60°,井距排距为550 m×160 m,平均单井日产油0.68t,含水38.4%,平均单井日注水量6.5 m3。原油密度0.841～0.846 g/c m3,平均0.844 g/c m3,50℃地面黏度为6.0～6.8 mPa·s,平均6.4 mPa·s,原始地层压力13.56 MPa,体积系数1.12,模型物性参数见表1。通过20口注水井射孔情况进行统计分析可见,研究区射开程度主要为40%～60%,射开位置主要分布在油层上部或全段,如图1和图2所示。

图1 张柴窑子区长6射开程度统计图Fig.1 Statistics of perforated degree of Chang6 in Zhangchaiyaozi Area

图2 张柴窑子区长6射开位置统计图Fig.2 Statistics of perforated positions of Chang6 in Zhangchaiyaozi Area

表1 模型物性参数表Table 1 Model physical parameter table

根据研究区的井网形式、井排距、地层物性和流体参数,建立一注一采概念模型,如图3所示。模型设置井距280 m,模型平面网格大小10 m×10 m,纵向12 m,网格大小1 m,总网格数30×30×12=10 800;采油井储层全部射开且压裂,裂缝半长取研究区长6平均压裂半长60 m。

图3 一注一采概念模型示意图(以射开底部1/3为例)Fig.3 Schematic diagram of conceptual models of water injection and oil production wells(Take perforation off the bottom1/3)

由于储层韵律性引起的渗透率差异对注入水波及体积、突进速度和水驱采收率影响较大,根据张柴窑子区长6储层变化特点、渗透率垂向上的差异程度性质,在一采一注概念模型的基础上,建立正韵律、反韵律、上正下反以及上反下正4种层内韵律模型进行射开位置和射开程度研究,如图4所示。

图4 4种韵律模型示意图Fig.4 Schematic diagramof four kinds rhythmic models

1)正韵律:渗透率随深度的增加而增加。

2)反韵律:渗透率随深度的增加而减小。

3)上正下反韵律:在储层一定深度范围内,上部为正韵律,下部为反韵律。

4)上反下正韵律:在储层一定深度范围内,上部为反韵律,下部为正韵律。

3 合理射开参数研究

本次研究设定射开位置有上部、中部、下部3种,射开程度有1/5,1/3,1/2以及全射开4种,根据设定的射开位置和射开程度进行有机组合进行数值模拟分析,找出最优的射开位置和射开程度。

3.1 射开位置研究

3.1.1 正韵律

通过数值模拟结果做正韵律采出程度柱状图和含水率变化曲线,如图5、图6所示。从采出程度柱状图可以得出,正韵律模型在射开程度为1/5,1/3和1/2时,均为射开上部采出程度最高,并且射开上部1/5时采出程度最高,为17.54%,而射开下部1/5时最低,仅为15.95%;从含水率变化曲线可以看出,射开程度为1/5,1/3和1/2时,在相同时间下,均为射开上部时含水率低,并且射开上部1/5时含水率最低,含水上升最慢,采油期最长,因此采出程度最高。

图5 正韵律采出程度柱状图Fig.5 Histogramof recovery percent of reserves of positive rhythmreservoir

图6 正韵律含水率变化曲线Fig.6 Water cut curve of positive rhythmreservoir

正韵律2种射开位置在不同时刻的含油饱和度分布如图7和图8所示。通过图可以看出,驱替后,射开上部1/5水驱前缘驱替较为均匀,而射开下部1/5在油井侧上部还有部分剩余油分布。造成主要原因是正韵律储层上部渗透率最低,当射开上部渗透率最低的位置,注入水的平面波及速度最慢,有效延缓见水时间,而且由于重力作用,使得注入水在纵向上向下波及,提高了纵向波及效率;当射开下部渗透率最高的位置时,注入水延渗透率较高的底层突进,造成纵向上的注入水波及不均匀,采出程度较低。因此,对于正韵律储层,最优射开位置为上部。正韵律储层射开下部渗透率最高的位置,注入水延渗透率较高的底层突进,造成纵向上的注入水波及不均匀,采出程度较低。因此,对于正韵律储层,最优射开位置为上部。

图7 正韵律射开上部1/5不同时刻含油饱和度分布图Fig.7 the positive rhythmradiates the upper 1/5 oil saturation distribution map at different times

图8 正韵律射开下部1/5不同时刻含油饱和度分布图Fig.8 the positive rhythmradiates thelower 1/5 oil saturation distribution map at different times

3.1.2 反韵律

通过数值模拟结果做反韵律采出程度柱状图和含水率变化曲线,如图9和图10所示。从采出程度柱状图可以得出,反韵律模型在射开程度为1/5,1/3和1/2时,采出程度均以射开下部时最高,并且射开下部1/5时采出程度最高,为17.47%,而射开上部1/5最低,仅为16.04%;从含水率变化曲线可以看出,射开程度为1/5,1/3和1/2时,在相同时间下,均为射开下部时含水率最低,并且射开下部1/5时含水率曲线最低,含水上升最慢,采油期最长,因此采出程度最高。

图9 反韵律采出程度柱状图Fig.9 Histogramof recovery percent of reserves of nagative rhythmreservoir

图10 反韵律含水率变化曲线Fig.10 Water cut curve of nagative rhythmreservoir

反韵律储层2种射开位置不同时刻含油饱和度分布如图11和图12所示。可以看出,反韵律射开下部1/5时水驱前缘驱替较为均匀,而射开上部1/5时油井下部存在部分剩余油分布。造成这种现象的主要原因是反韵律储层下部渗透率最低,射开下部渗透率最低的位置,注入水在平面波及速度最慢,有效延缓见水时间。射开下部可以有效提高注入水波及效率和采出程度。反韵律储层射开上部渗透率最高的位置,注入水沿高渗透率带突进,造成纵向上的注入水波及不均匀,采出程度较低。因此,对于反韵律储层,最优射开位置为下部。

图11 反韵律射开上部1/5不同时刻含油饱和度分布图Fig.11 The nagative rhythmreveals the upper 1/5 oil saturation distribution map at different times

图12 反韵律射开下部1/5不同时刻含油饱和度分布图Fig.12 The nagative rhythmreveals the lower 1/5 oil saturation distribution map at different times

3.1.3 上正下反韵律

通过数值模拟结果做上正下反韵律采出程度柱状图和含水率变化曲线,如图13和图14所示。从采出程度柱状图可以得出,上正下反模型在射开程度为1/5,1/3和1/2时,采出程度均以射开上部时为最高,并且射开上部1/5时的采出程度最高,为16.81%,而射开中部1/5最低,仅为15.39%;从含水率变化曲线可以看出,射开程度为1/5,1/3和1/2时,在相同时间下,均为射开上部时含水率最低,并且射开上部1/5的含水率最低,含水上升最慢,采油期最长,因此采出程度最高。

图13 上正下反韵律采出程度柱状图Fig.13 Histogramof recovery percent of reserves of upper positive and lower inverted layered reservoir

图14 上正下反韵律含水率变化曲线Fig.14 Water cut curve of upper positive and lower inverted layered reservoir

上正下反韵律储层2种射开位置不同时刻含油饱和度分布如图15和图16所示。可以看出,射开上部1/5水驱前缘驱替较为均匀,油井侧下部存在部分剩余油,而射开中部1/5水驱前缘岩中部突进明显,油井侧上部和下部均存在部分剩余油。造成这种现象的原因是上正下反韵律中部渗透率高,上部和下部渗透率低,当射开上部渗透率最低的位置,注入水在平面波及速度最慢,有效延缓见水时间,而且由于重力作用,使得注入水在纵向上向下波及,提高了纵向波及效率和采出程度;当射开中部渗透率高的位置时,注入水沿中部突进,导致油井侧上部和下部有大量剩余油富集,采出程度较低。因此,对于上正下反韵律储层,最优射开位置为上部。

图15 上正下反韵律射开上部1/5不同时刻含油饱和度分布图Fig.15 The oil saturation distribution map of the upper 1/5 at different times is radiated fromthe upper positive and lower inverted rhythm

图16 上正下反韵律射开中部1/5不同时刻含油饱和度分布图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 上反下正韵律

通过数值模拟结果做上反下正韵律采出程度柱状图和含水率变化曲线,如图17、图18所示。从采出程度柱状图可以得出,上反下正模型在射开程度为1/5,1/3和1/2时,采出程度均以射开中部时为最高,并且射开中部1/5时的采出程度最高,为16.81%,而全射开时最低,仅为15.45%;从含水率变化曲线可以看出,射开程度为1/5,1/3和1/2时,在相同时间下,均为射开中部时含水率最低,并且射开中部1/5时的含水率曲线最低,含水上升最慢,采油期最长,因此采出程度最高。

图17 上反下正韵律采出程度柱状图Fig.17 Histogram of recovery percent of reserves ofupper inverted layered and lower positive reservoir

图18 上反下正韵律含水率变化曲线图Fig.18 Water cut curve of upper inverted layered and lower positive reservoir

上反下正韵律储层2种射开位置不同时刻含油饱和度分布如图19和图20所示。可以看出,射开中部1/5水驱前缘驱替较为均匀,而全射开在油井侧中部还有部分剩余油分布;造成这种现象的主要原因是上反下正韵律中部渗透率最低,上部和下部渗透率高,当射开中部渗透率最低的位置,注入水在平面波及速度最慢,有效延缓见水时间,而且由于重力作用,使得注入水在纵向上向下波及,提高了纵向波及效率,采出程度高;上反下正韵律储层全段射开,注入水沿渗透率较高的上部和下部突进,造成纵向上的注入水波及不均匀,油井侧中部剩余油富集,采出程度较低。因此,对于上反下正韵律储层,最优射开位置为中部。

图19 上反下正韵律射开中部1/5不同时刻含油饱和度分布图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

图20 上反下正韵律全射开不同时刻含油饱和度分布图Fig.20 The oil saturation distribution map at different ti mes is fully radiated fromthe upper inverted and lower positive rhythm

3.2 射开程度研究

根据射开位置优化结果,以最优射开位置对射开程度进行优化,即正韵律储层取射开位置为上部,反韵律储层取射开位置为下部,上正下反韵律储层取射开位置为上部,上反下正韵律储层取射开位置为中部。

图21为不同射开程度条件下采出程度柱状图。可以发现,在一定范围内,射开程度越小越好,射开程度越低,采出程度越高。结合现场实际射开程度统计,射开程度以1/5为最优。图22为不同射开程度条件下含水率变化曲线图。可以得出,射开程度越低,其含水上升越慢,这是由于射开程度越低注入水波及体积越大,纵向上波及情况也越好。

图21 不同射开程度条件下采出程度柱状图Fig.21 Histogram of recovery percent under different perforated degree conditions

图22 不同射开程度含水率变化曲线Fig.22 Water cut curve of different perforated degree

总之,不管哪种韵律的储层,最优射开位置均为渗透率低的位置,渗透率低的平面上注入水推进速度慢,纵向上能更好的波及,故效果最好;对于同一射开位置,射开程度越大,意味着射开了渗透率更大的平面,注入水推进速度越快,纵向上波及情况越差,故在最优射开位置下,射开程度越低开发效果越好。

4 结论

1)根据鄂尔多斯盆地张柴窑子区长6油藏的物性特点,建立了正韵律、反韵律、上正下反韵律、上反下正韵律4种“一采一注”韵律模型,进行注水层位合理射开位置、射开程度研究,模型井距280 m、平面网格大小10 m×10 m,纵向12 m,网格大小1 m,总网格数30×30×12=10 800;采油井储层全部射开且压裂,裂缝半长取自长6区块压裂平均半长60 m。

2)不管哪种韵律的储层,最优射开位置均为渗透率低的位置,其中正韵律储层最优射开位置为上部,反韵律储层最优射开位置为下部,上正下反韵律储层最优射开位置为上部,上反下正韵律储层最优射开位置为中部。这是由于渗透率低的位置,平面上注入水推进慢,纵向上能更好的波及,故效果最好。

3)对于同一射开位置,射开程度1/5时效果最好,这是由于射开程度越低,注水推进速度越慢,纵向波及情况越好,含水上升越慢,采出程度越高,开发效果越好。