低渗透油藏水驱合理时机与渗透率关系研究

低渗透油藏水驱合理时机与渗透率关系研究

近年来，随着国内石油需求的增加，低渗透油藏的勘探和开发越来越受到重视。低渗透油藏，尤其是特殊低渗透油藏，属于弹塑性储层，渗流阻力大，压力传统差，油田自然生产能力低。经过区块生产，地层压力迅速下降，产量下降，且难以恢复。为了提高低渗透油田的开发效果，近年来对低渗透油藏的渗透机理进行了大量研究，并尝试应用于矿场的实际应用。前方注入就是其中之一。所谓超前注水,就是在新区投产前一段时间,油井关井,水井首先投入注水,使地层压力升高,当地层压力或者注水量达到设计要求后,油井开始投入生产,开发过程中,通过调整注采比控制油藏压力.超前注水的基础理论研究尚处于不断深化、完善过程中,目前研究认为,超前注水的作用机理主要是保持了较高的地层压力,建立了有效的压力驱替系统,降低或者避免了因地层压力下降造成的储层伤害.矿场实践过程中,最重要的问题是如何从理论上确定合理的超前注水时机.其中的关键技术包括3个方面:一是能够考虑对超前注水效果存在影响的渗流机理;二是采用的油藏工程方法具有合理性;三是建立经济评价指标.在此,参考江苏油田低渗透油藏弹塑性储层特征以低渗透-特低渗透油藏物理实验结果为基础,结合单井产能计算和油藏物质守恒原理,从简单经济分析的角度出发,建立了确定合理超前注水时机的油藏工程方法,分析了超前注水合理时机的变化规律.1将围压与应力-应变关系覆盖起来低渗透储层的孔隙结构特征和低渗微细孔隙中流体力学特征,决定了低渗透油层渗流区别于高渗透层最显著的特征之一是具有强烈的应力敏感性.地应力变化对储层物性参数,特别是对渗透率存在明显影响,导致超前注水与中晚期注水开发效果存在一定的差别.根据江苏油田典型低渗透油藏应力(围压)-应变关系曲线(图1),可见在实验过程中,随着围压的增大,渗透率明显降低,表明岩心内部孔道被压缩,随着围压的下降,渗透率恢复出现滞后,即恢复不到原渗透率值,且渗透率越低,恢复的越慢.实验过程中,用围压模拟应力变化,建立典型低渗透弹塑性油藏渗透率与应力变化的关系,用油藏压力变化值代替应力变化,得到弹塑性储层压力变化时渗透率变化关系:式中:K——原始压力下降至P时的渗透率,µm2;K0——原始油层压力下的渗透率,µm2;Pi——原始压力,MPa.岩石渗透率随地层压力的减小呈现指数递减的关系,这个状态方程可以应用于低渗透油田单井产能研究中.2透率及等式积分根据一维径向流达西公式:式中:Qo——单井产油量,m3/d;B——单位换算系数;h——储层厚度,m;Kro——油相相对渗透率,无因次;等式两边积分:式中:Pwf——井底流压,MPa;——平均地层压力,MPa;——平均泄油半径,m.积分变换得单井产油量与地层压力的关系:同理可得地层压力为,井底流压为Pwf时,单井日产水量Qw,单井日产液量Qp=wQ+oQ,单井日注水量Qi.图2显示了弹塑性储层中,不同形变因子对应的油井IPR曲线,当形变因子较大时,储层弹塑性特征明显,单井产能下降.3低渗透地层模型根据油藏物质守恒原理,将油藏开发期限分为多个阶段,以井组为单元,采用容积法,计算每一阶段的压力、注水量、产油量、产液量、产水率等开发指标和平均含油饱和度等地层参数.其中,考虑低渗透地层的弹塑性特征和单井注水、采液能力的变化.3.1开发阶段n,n-1阶段根据水驱油藏物质守恒关系式:NpBo=NBoiCt(Pi-P)+(Wi-Wp)Bw式中:Np——累积原油产量,m3;Bo——原油体积系数,无因次;Boi——原油原始体积系数,无因次;P——目前压力,MPa;Wi——地面累积注水量,m3;Wp——地面累积产水量,m3;Bw——水体积系数,无因次.对于第(n+1)个开发阶段有:(2)式减去(1)式,得:式中:mw——水井数目,口;m0——油井数目,口;∆nP+1——(n+1)阶段与n阶段相比地层压力降落值,MPa;∆t——(n+1)阶段时间,d;将(4)、(5)、(6)式代入(3)式,即可得到含(n+1)阶段压力的表达式,在已知地层产水率的情况下,采用迭代求解方法.3.2该层的产量为产水率表达式:式中:Krw——水相相对渗透率,无因次,与地层剩余油饱和度有关;µw——水相粘度,mPa·s.3.3son+1考虑井网平面波及系数,根据油相物质守恒:得到(n+1)阶段的含油饱和度Son+1:Son+1=(EVpnSon+VpnSonCo∆Pn+1-∆Npn+1)EVpn+1式中:Vp——孔隙体积,m3;Co——原油压缩系数,1/MPa;E——面积井网波及系数,以五点井网为例,面积波及系数.式中:M——水油流度比.4小样本装置的净表面水驱开发简称程序2以推导的低渗透油藏注水开发指标概算方法,研究低渗透油藏超前注水的合理时机,具体方法:(1)根据低渗透储层参数,由合理井网密度方法试算出井网密度,得到油水井的数目和;(2)确定超前注水时间,将油田开发分为2个过程,第一个过程超前注水,第二个过程人工水驱开发,分别分多阶段完成低渗透油藏不同时期的注水量、采油量概算;(3)参考现场提供的技术经济参数,从超前注水开始,计算油田开发的净现值:式中:NPV——净现值,万元;i——年利率,小数;(CI-CO)t——第t年的净现金流量,万元,CO——现金流出.基于该原理和方法,对不同渗透率低渗透油藏的超前注水规律进行了计算对比.图3为某低渗透区块不同超前注水时机与净现值的关系.随着超前注水时间的增加,净现值先增加,后减少,存在一个最大净现值,对应的超前注水时间即为低渗透油藏超前注水的合理时机.图4为超前注水合理时机与渗透率关系,随着渗透率的增大,低渗透油藏最佳超前注水时间缩短.5储油条件分析从油藏工程的角度出发,参考低渗透油藏渗流机理和弹塑性特征,以物质守恒原理为基础,提出了一种低渗透油藏超前注水合理时机的计算方法,从理论上进行了验证,并研究了低渗透油藏超前注水合理时机与渗透率的关系.结果表明,低渗透油藏存在一个超前注水合理时机,随着渗透率的增加,最佳超前注水合理时间缩短.该方法从原理上,能够满足低渗透油藏超前注水合理时机研究的要求,对低渗透、特低渗透