2018, Vol. 38引用本文 |
| 渤海窄河道型油藏注水能力分析 |  [PDF全文] |
渤海地区BZ油田是典型的窄河道型油田，目前油田注采比不足1.0，但部分注水井井口压力却非常高。注水井的注入压力高会对油田造成不利的影响：第一，注入压力高，增注比较困难；第二，注入压力高，若超过地层的破裂压力则易在注水井周围形成微裂缝，加剧含水上升；第三，长期的高注入压力会减短注水管柱的使用寿命。因此分析注水井注入压力高的原因和注水井的注入能力非常有必要[1-12]。现场分析注入压力高主要从注采连通、吸水能力以及储层污染等方面考虑，而对于窄河道型油藏注入压力的研究比较少[13-21]。统计发现：注水井注入压力较高的注水段大多处于河道的边部，因此本文从渗流机理出发，考虑窄河道油藏横向上物性的变化和其注采特点来研究窄河道油藏注水井的注水能力。
1 模型建立BZ油田主力砂体以窄条状展布的分支河道砂体为主(图 1)，河道宽度在80~300 m左右，河道砂体厚度1~12 m不等，窄河道型油藏的储层物性在垂直河道方向也存在较大的差异。河道中间储层厚度大，孔隙度和渗透率也相对较大，河道边部储层厚度小，孔隙度和渗透率也相对较小。
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| 图 1 窄河道油藏主力砂体解剖图 |
BZ油田一般为一注一采的注采相间井网。考虑注采平衡，对于一注一采的井组可以简化为三个渗流场的耦合：注水井径向流、窄河道油藏线性流以及生产井径向流(图 2)。根据窄河道的地质油藏特点，河道中部储层厚度大，其渗透率也相对较高。考虑窄河道油藏河道中部和边部储层厚度和渗透率的差异，利用达西定律可以得到窄河道油藏线性流公式：
| $ Q = \frac{{Ak}}{\mu } \cdot \frac{{dp}}{{dx}} = \frac{{wh(\mathit{x})\mathit{k}{\rm{(}}\mathit{x}{\rm{)}}}}{\mu } \cdot \frac{{dp}}{{dx}} $ | (1) |
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| 图 2 窄河道油藏渗流场解析示意图 |
上式分离变量积分得：
| $ {p_{\rm{x}}} = {p_{\rm{o}}} + \frac{{\mu Q \cdot x}}{{w({\mathit{k}_{\rm{x}}}{\mathit{h}_{\rm{c}}}-{\mathit{k}_{\rm{c}}}{\mathit{h}_{\rm{x}}})}}\ln \frac{{{k_{\rm{x}}}{h_{\rm{c}}}}}{{{k_{\rm{c}}}{h_{\rm{x}}}}} $ | (2) |
根据式(2)代入边界条件，可以得出窄河道线性流的压降公式：
| $ {p_{{\rm{we}}}} = {p_{{\rm{oe}}}} + \frac{{\mu Q(\mathit{L}{\rm{-2}}\mathit{r})}}{{2{r_{\rm{e}}}({\mathit{k}_{\rm{b}}}{\mathit{h}_{\rm{c}}}-{\mathit{k}_{\rm{c}}}{\mathit{h}_{\rm{b}}})}}\ln \frac{{{\mathit{k}_{\rm{b}}}{\mathit{h}_{\rm{c}}}}}{{{\mathit{k}_{\rm{c}}}{\mathit{h}_{\rm{b}}}}} $ | (3) |
生产井径向流：
| $ {p_{{\rm{oe}}}} = {p_{\rm{o}}} + \frac{{\mu Q}}{{2{\rm{ \mathsf{ π} }}{\mathit{k}_{\rm{c}}}{\mathit{h}_{\rm{c}}}}}\ln \frac{{{r_{\rm{e}}}}}{{{r_{\rm{w}}}}} $ | (4) |
注水井径向流：
| $ {p_{\rm{w}}} = {p_{{\rm{we}}}} + \frac{{\mu Q}}{{2{\rm{\pi }}{{k}_{\rm{b}}}{h_{\rm{b}}}}}\ln \frac{{{r_{\rm{e}}}}}{{{r_{\rm{w}}}}} $ | (5) |
联立式(3)~(5)可以求得注水井注入压力的表达式：
| $ \begin{array}{*{20}{l}} {{p_{\rm{w}}} = {p_{\rm{o}}} + \frac{{\mu Q}}{{2\pi {k_{\rm{c}}}{h_{\rm{c}}}}}\ln \frac{{{r_{\rm{e}}}}}{{{r_{\rm{w}}}}} + \frac{{\mu Q}}{{2\pi {k_{\rm{b}}}{h_{\rm{b}}}}}{\rm{ln}}\frac{{{r_{\rm{e}}}}}{{{r_{\rm{w}}}}} + }\\ {\;\;\;\;\;\;\;\;\frac{{\mu Q(L{\rm{/2}}{r_{\rm{e}}} - 1)}}{{({k_{\rm{b}}}{h_{\rm{c}}} - {k_{\rm{c}}}{h_{\rm{b}}})}}\ln \frac{{{k_{\rm{b}}}{h_{\rm{c}}}}}{{{k_{\rm{c}}}{h_{\rm{b}}}}}} \end{array} $ | (6) |
式中：Q为油井液量，m3/d；L为注采井距，m；μ为黏度，mPa · s；re为渗流半径，m；po为油井井底流压，MPa；poe为油井供给压力，MPa；pw为注水井井底压力，MPa；pwe为注水井周围地层压力，MPa；hb为河道边部厚度，m；hc为河道中部厚度，m；kb为河道边部渗透率，10-3μm2；kc为河道中部渗透率，10-3μm2。
式(6)为考虑窄河道油藏垂直河道方向厚度和物性变化的注水井注入压力理论计算公式，利用该公式可以得到不同注采井厚度差异以及河道物性差异下注水井的注入压力。
2 数值模拟验证为了验证考虑窄河道油藏垂直河道方向厚度和物性变化的理论计算公式的正确性，利用Petrel建立考虑厚度和渗透率变化的窄河道油藏地质模型(图 3)。通过数值模拟计算定注入量200 m3/d研究注入压力。
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| 图 3 窄河道油藏地质模型 |
理论公式计算和数值模拟计算结果如图 4所示，可以看出公式计算和数值模拟的结果非常接近，结果可靠。而在参数敏感性分析方面，由于窄河道油藏厚度和物性在垂直河道方向变化，因此公式求解起来比数值模拟更加快速和便捷。
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| 图 4 公式求解和数值模拟计算结果 |
| 表 1 数值模拟计算参数 |
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3 分析和现场应用
根据公式(6)可以得到不同河道边部厚度和不同渗透率极差下的注水井注入压力曲线变化图。
从图 5可以看出：窄河道油藏边部厚度越小，渗透率极差越大，注水井的注入压力越高；当边部厚度小于2 m，注入压力升高的幅度越明显。因此，对于窄河道油藏注水井而言，在布井时也应考虑其在河道的位置，保证吸水厚度应在2 m以上相对较好。根据公式(6)可以得到窄河道油藏极限注水量的理论图版(图 6)。从图版中可以看出：限定注水井最高井口压力，边部储层厚度越大，极限注水量增大；边部和中部储层的渗透率极差越大，极限注水量越小。通过极限注水量的图版可以来实现油田注水井酸化措施的优选。
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| 图 5 窄河道油藏注入压力影响 |
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| 图 6 窄河道油藏极限注水量图版 |
将该油田部分井口压力高的井投射到该图版上，发现B23b、C22b和D13a这3口井达到极限注水量，而其它5口井均没有达到极限注水量。对这8口注水井进行酸化作业后效果如表 2所示。分析可知：没有达到极限注水量的注水井酸化后增注效果比已经达到极限注水量的注水井增注效果要好得多。
| 表 2 BZ油田注水井酸化措施后增注效果 |
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5 结论和认识
(1) 根据渗流力学推导出考虑窄河道油藏垂直河道方向物性变化的注水井注入压力计算公式，并通过数值模拟验证公式的可靠性。
(2) 窄河道油藏河道边部注水中部采油的薄注厚采模式注入压力比较高，存在极限注水量，注水井吸水厚度应在2 m以上为宜。
(3) 利用公式得到窄河道油藏极限注水量的理论图版，该图版用来指导油田注水井酸化措施的提出，取得比较好的应用效果。
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