低滲儲層壓驅(qū)設(shè)計(jì)數(shù)值模擬研究

張華麗，金智榮，馬 巍

（中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚(yáng)州 225009）

對低滲透油田進(jìn)行壓驅(qū)注水開發(fā)的主要目的是建立有效的水動力驅(qū)替系統(tǒng)，并為井組對應(yīng)油井提供能量［1］，提高井組開發(fā)效果。因此，對注入排量、注入總量、壓驅(qū)時(shí)機(jī)、壓驅(qū)方式及注采比等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立一套最佳的壓驅(qū)注采工藝方案［2］，有利于最大限度發(fā)揮采油井生產(chǎn)能力，使油藏獲得較高采收率。考慮壓驅(qū)注水驅(qū)油機(jī)理，利用CMG油藏?cái)?shù)值模擬軟件，分析不同參數(shù)對開發(fā)效果的影響規(guī)律，并與室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)對比驗(yàn)證，探索考慮壓驅(qū)過程基質(zhì)滲透率變化的油藏壓驅(qū)數(shù)值模擬方法，為后續(xù)儲層壓驅(qū)參數(shù)及注采制度優(yōu)化提供手段。

1 壓驅(qū)油藏?cái)?shù)值模擬建模

基于室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的巖心滲流特征及驅(qū)油規(guī)律，建立考慮壓驅(qū)注水驅(qū)油機(jī)理的純基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫—基質(zhì)系統(tǒng)兩類油藏?cái)?shù)值模型（見圖1），開展不同參數(shù)對最終開發(fā)效果的影響規(guī)律分析與室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的對比驗(yàn)證，形成壓驅(qū)油藏?cái)?shù)值模擬方法。

圖1 壓驅(qū)油藏?cái)?shù)值模型

1.1 數(shù)值模型的建立

建立63×63×1 的網(wǎng)格系統(tǒng)，設(shè)置正方形網(wǎng)格，單個網(wǎng)格長度為8 m。儲層厚度設(shè)置為10 m，區(qū)域面積為0.254 km2。模擬區(qū)塊布置5 口井，其中1 口注入井，4口生產(chǎn)井，構(gòu)建的井位模型如圖1所示。

1.2 模擬參數(shù)設(shè)定

壓驅(qū)油藏?cái)?shù)值模擬采用有限元壓驅(qū)增滲數(shù)值模擬部分的相關(guān)地質(zhì)參數(shù)，油藏基本性質(zhì)如表1 所示，儲層目前的地層壓力為10 MPa，原始含水飽和度25%，模擬儲層為油水兩相流動情況，無自由氣，無邊、底水等。

表1 數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置

模型中裂縫和基質(zhì)有著不同的滲流特征，模擬過程中基質(zhì)使用的相滲曲線是由高壓驅(qū)替實(shí)驗(yàn)處理得到（見圖2），而裂縫的相滲曲線采用標(biāo)準(zhǔn)裂縫相滲曲線（見圖3）。

圖2 基質(zhì)區(qū)域相滲曲線

圖3 裂縫區(qū)域相滲曲線

油藏中毛管力與地層孔隙度有很大相關(guān)性，孔隙度越大毛管力作用越小。低滲油藏由于基質(zhì)巖石孔隙度與滲透率都非常低，具有很大的毛管力，而對于導(dǎo)流能力較高的水力裂縫，其毛管力作用微弱，可以忽略不計(jì)。壓驅(qū)油藏?cái)?shù)值模型中巖石基質(zhì)的毛管力曲線如圖4所示。悶井過程中基質(zhì)毛管力是自發(fā)滲吸的動力，注入結(jié)束后，注入流體滯留于裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，在高毛管力的作用下，注入流體滲吸進(jìn)入巖石基質(zhì)。毛管力越大，滲吸能力越強(qiáng)［3］。因此數(shù)值模擬中通過毛管力曲線設(shè)置來模擬滲吸過程，裂縫中不存在毛管力，沒有滲吸作用，而巖石基質(zhì)中的毛管力很大，滲吸作用很強(qiáng)［4］。

圖4 毛管力曲線

1.3 數(shù)值模擬方案設(shè)計(jì)

利用數(shù)值模擬的方法對3 類滲透率儲層（超低滲、特低滲、一般低滲）壓驅(qū)注水工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，整個數(shù)值模擬分為3個階段：

（1）注入階段：注入井定流量注入、生產(chǎn)井關(guān)閉；

（2）悶井階段：注入井和生產(chǎn)井均關(guān)閉，悶井一定天數(shù)；

（3）生產(chǎn)階段：注入井定流量注入，生產(chǎn)井定流量生產(chǎn)，進(jìn)行20年開發(fā)指標(biāo)預(yù)測。

具體的數(shù)值模擬方案如表2所示。

表2 數(shù)值模擬方案

2 壓驅(qū)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過構(gòu)建的壓驅(qū)注水油藏?cái)?shù)值模型，評價(jià)壓驅(qū)參數(shù)（壓驅(qū)總量、壓驅(qū)排量、壓驅(qū)方式、壓驅(qū)時(shí)機(jī)）及后續(xù)注采制度（維持注采比平衡）等對最終采收率的影響規(guī)律，初步明確適用于各設(shè)定條件儲層的最佳壓驅(qū)注采工藝方案。

2.1 注入排量優(yōu)化

在其他壓驅(qū)注水參數(shù)不變的情況下，分別設(shè)置注入排量為300、400、500、600、700、800、900 m3/d共7 個方案進(jìn)行20 年開發(fā)指標(biāo)預(yù)測，得到3 種滲透率級別對應(yīng)模型下不同注入排量的生產(chǎn)開發(fā)結(jié)果。

由圖5 可知，當(dāng)注入排量增加時(shí)，采收程度、采油速度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，但是兩者的變化幅度較小，這說明壓驅(qū)過程中注入排量對開發(fā)效果影響較?。? 種滲透率級別對應(yīng)模型的最優(yōu)注入排量分別為700、500、500 m3/d，采收率分別可達(dá)到36.71%、30.97%、16.21%。

圖5 采出程度、采油速度隨注入排量的變化

2.2 注入總量優(yōu)化

在其他壓驅(qū)注水參數(shù)保持不變的情況下，分別設(shè)置注入總量為3 000、5 000、7 000、9 000、11 000、13 000、15 000 m3共7 個方案進(jìn)行20 年開發(fā)指標(biāo)預(yù)測，得到3 種滲透率級別對應(yīng)模型下不同注入總量的生產(chǎn)開發(fā)結(jié)果（見圖6）。

圖6 采出程度、采油速度隨注入總量的變化

由圖6 可知，隨著注入總量的增加，采收程度、采油速度呈現(xiàn)先迅速增大后緩慢減小的規(guī)律；3種滲透率級別對應(yīng)模型的最優(yōu)注入總量分別為12 000、11 000、7 000 m3，分別對應(yīng)儲層虧空體積倍數(shù)為1.15、1.25、1.1，采收率分別可達(dá)到37.05%、27.91%、16.49%。

綜上所述，壓驅(qū)注入量不宜過大，建議維持在儲層虧空量的1.1～1.25倍。

2.3 壓驅(qū)時(shí)機(jī)優(yōu)化

在其他壓驅(qū)注水參數(shù)保持不變的情況下，分別設(shè)置壓驅(qū)時(shí)機(jī)為5、10、15、20 MPa 共4 個方案進(jìn)行20 年開發(fā)指標(biāo)預(yù)測，得到3 種滲透率級別對應(yīng)模型下不同壓驅(qū)時(shí)機(jī)的生產(chǎn)開發(fā)結(jié)果（見圖7）。

圖7 采出程度、采油速度隨壓驅(qū)時(shí)機(jī)的變化

由圖7 可知，隨著轉(zhuǎn)壓驅(qū)注水前地層壓力水平的提高，采出程度、采油速度均呈現(xiàn)單調(diào)遞增趨勢；3 種滲透率級別對應(yīng)模型的最優(yōu)壓驅(qū)時(shí)機(jī)均為20 MPa，采收率分別可達(dá)到41.60%、26.40%、20.14%。

綜上所述，壓驅(qū)時(shí)機(jī)越早，儲層彈性能量釋放越少，補(bǔ)充的能量可快速發(fā)揮驅(qū)油作用，有效提高原油采出程度。

2.4 壓驅(qū)方式優(yōu)化

在其他壓驅(qū)注水參數(shù)保持不變的情況下，分別設(shè)置壓驅(qū)方式為恒定排量式、遞增排量式、遞減排量式、交替排量式共4 個方案進(jìn)行20 年開發(fā)指標(biāo)預(yù)測，得到3 種滲透率級別對應(yīng)模型下不同壓驅(qū)方式的生產(chǎn)開發(fā)結(jié)果（見圖8）。

圖8 采出程度、采油速度隨壓驅(qū)方式的變化

由圖8 可知，在4 種壓驅(qū)方式中，交替排量式對應(yīng)的開發(fā)效果最好，遞減排量式對應(yīng)的開發(fā)效果最差；在交替排量式條件下，3 種滲透率級別對應(yīng)模型的采收率分別為42.81%、26.27%、20.46%。

綜上所述，相較于其他壓驅(qū)方式，交替排量注入能夠增加能量擴(kuò)散范圍，有效提高原油采收率。

2.5 注采比優(yōu)化

在壓驅(qū)注水參數(shù)保持不變的情況下，在生產(chǎn)階段分別設(shè)置注采比為1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 共6 個方案進(jìn)行20 年開發(fā)指標(biāo)預(yù)測，得到3 種滲透率級別對應(yīng)模型下不同注采比的生產(chǎn)開發(fā)結(jié)果（見圖9）。

圖9 采出程度、采油速度隨注采比的變化

由圖9 可知，隨著注采比的增加，滲透率為19×10-3μm2及0.1×10-3μm2的模型采出程度、采收率呈單調(diào)遞減趨勢，6×10-3μm2的模型采出程度、采收率先增大后減??；3 種滲透率級別對應(yīng)模型的最優(yōu)注采比分別為1.0、1.4、1.0，采收率分別可達(dá)到27.62%、20.14%、15.27%。

綜上所述，注采比過大，會導(dǎo)致油井過早見水，不利于實(shí)際生產(chǎn)，建議將注采比維持在1.0～1.4，能夠?yàn)閮犹峁┏渥闼?qū)能量。

3 總結(jié)

（1）基于考慮壓驅(qū)過程基質(zhì)滲透率變化的油藏壓驅(qū)數(shù)值模擬方法，初步明確了適用于各設(shè)定條件儲層的最佳壓驅(qū)注采工藝方案。

（2）基于數(shù)值模擬結(jié)果，通過增產(chǎn)效果統(tǒng)計(jì)分析，初步明確不同參數(shù)對壓驅(qū)增產(chǎn)的影響規(guī)律，并根據(jù)分析結(jié)果給定最優(yōu)的壓驅(qū)參數(shù)范圍。

（3）增滲程度隨注入排量的增大而增加，但也會使油井過早見水從而降低采收率，應(yīng)優(yōu)選合理的注入排量。

（4）壓驅(qū)注入量維持在儲層虧空的1.1～1.25倍。

（5）交替排量注入能夠增加能量擴(kuò)散范圍，有效提高原油采收率。

（6）壓驅(qū)時(shí)機(jī)越早，儲層彈性能量釋放越少，補(bǔ)充的能量可快速發(fā)揮驅(qū)油作用。

（7）注采比維持在1.1～1.2，能夠?yàn)閮犹峁┏渥闼?qū)能量。