致密油藏CO2吞吐参数优化数值模拟研究.pdf

为提高致密油藏压裂后油井开发效果基于河南油田 区块通过压裂裂缝变导流物理实验确定基质及裂缝的渗透率应力敏感性关系应用数值模拟方法确定致密油藏不同储层 吞吐参数最优值 结果表明:在注入和闷井阶段波及范围越来越大波及范围内原油黏度明显降低生产阶段 随原油产出动用范围较大换油率随 注入量或闷井时间的增加均呈现先上升后降低趋势与 注入速率呈正相关性与吞吐周期呈负相关性储层物性越好最佳 注入量及注入速度越低最佳闷井时间越短吞吐周期越多 在四类储层的 井开展 吞吐试验累计增油量为 取得较好开发效果换油率为 /研究成果可为致密油藏压裂后 吞吐相关研究与应用提供参考关键词:致密油藏压裂吞吐数值模拟参数优化中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.():./.:引 言目前中国原油可采储量中致密油占比高达具有良好的开发前景 但致密油藏孔隙度一般小于 基质气测渗透率一般小于 具有渗透率低、储层物性差、油气水分异弱无明显的盖层及统一的油水或气水界面等特点 这些特点使致密油藏开发存在注水困难、高投入、低采收率等问题严重制约其开发效果 为提高采收率大部分致密油藏采用大规模压裂工艺改造储 特 种 油 气 藏第 卷层但由于基质中流体受储层致密性影响流动能力较差且没有能量补充压裂后生产井初期产能急剧下降 因此考虑在压裂后进行 吞吐开发补充能量的同时能使油水分布达到新的平衡提高致密油藏产能国内外学者对致密油藏压裂 吞吐相关问题进行了大量的研究 周拓等采用大型物理模拟实验系统首次选用露头平板模型利用致密岩心和实际原油开展分段压裂水平井吞吐模拟实验研究 梁宏儒等采用正交试验设计方法应用油藏数值模拟技术对井网形式、井网参数及 吞吐工艺参数进行优化研究 等开展了致密岩心 吞吐实验指出 能够有效提高致密油藏采出程度 杨正明研发了大型露头致密岩样分段压裂水平井 吞吐物理模拟实验系统创建了分段压裂水平井 吞吐物理模拟实验方法 等通过室内岩心实验研究了 吞吐中混相和非混相对产能的影响采收率随实验压力上升而增大达到混相压力时采收率最高说明在混相条件下 吞吐才能发挥最大作用 虽然学者们在致密油藏压裂吞吐研究中取得了一定成果但很少考虑基质及裂缝渗透率应力敏感性对结果的影响且没有分析不同储层条件下吞吐介质影响因素 因此以河南油田 区块为例通过物理模拟实验分析区块岩心基质及裂缝渗透率应力敏感性并建立组分模型导入渗透率应力变化数据通过数值模拟分析不同储层条件 吞吐效果影响因素讨论 吞吐各参数合理取值为致密油藏压裂吞吐试验提供理论依据 数值模拟缝网模型建立为准确反映地层压力变化对整个主缝系统及基质系统渗透率的影响加入裂缝渗透性应力敏感性变化数据建立数值模拟的缝网模型 缝网系统应力敏感性研究利用河南油田 区块地面脱气原油及 块标准岩心采用岩心驱替装置、方形岩心夹持器等设备研究岩心基质、分支裂缝与主裂缝的渗透率应力敏感性通过压力传感器以及达西定律测取不同应力下的渗透率 为模拟裂缝采用线切割机将岩心切割成 、等级长度的半月形成对岩心柱(图)用于模拟组合裂缝图 裂缝模拟及拼接方法 岩心基质渗透率应力敏感性对、号岩心开展岩心基质渗透率应力敏感性研究 在保持围压为 、注入速度为 /的条件下逐渐降低背压 根据达西公式计算得到各岩心逐渐降低背压过程中岩心渗透率随时间变化规律(图)实际油井工作时岩心渗透率的降低是由于地层压力的降低统计各组实验在不同背压下的渗透率得到不同有效应力增大倍图 岩心渗透率变化规律 数下的致密岩心渗透率变化系数(表)基质渗透率变化系数的下降速度与岩石物性有一定关系 号和 号岩心渗透率具有较强压敏性而 号岩心的渗透率受有效应力变化影响较小 第 期宋保建等:致密油藏 吞吐参数优化数值模拟研究 表 不同有效应力下的致密岩心基质渗透率变化系数 围压/背压/有效应力/有效应力增大倍数 号岩心渗透率变化系数 号岩心渗透率变化系数 号岩心渗透率变化系数 分支缝渗透率及导流能力应力敏感性使用 号岩心开展分支缝渗透率应力敏感性研究 将岩心以切割、铺砂、再拼接的方式组合成裂缝岩心通过测量计算裂缝岩心渗透率随压力变化模拟实际分支缝渗透率变化设计 组实验 组的分支缝宽度为 组的分支缝宽度为 组的分支缝宽度为 在保持围压为 、注入速度为 /的条件下逐渐降低背压 根据达西公式计算得到各岩心逐渐降低背压过程中岩心渗透率随时间的变化规律(图)不同有效应力增大倍数下的分支裂缝渗透率变化系数如表 所示 由图 及表 可知:不同铺砂条件下分支裂缝渗透率变化系数与有效应力增大倍数的关系有一定差异但是不同铺砂条件下各曲线差异性较弱说明铺砂浓度对分支裂缝渗透率影响较弱图 分支裂缝岩心渗透率变化规律 表 不同有效应力下的岩心分支裂缝渗透率变化系数 围压/背压/有效应力/有效应力增大倍数 组渗透率变化系数 组渗透率变化系数 组渗透率变化系数 主裂缝渗透率及导流能力应力敏感性用 号岩心开展岩心渗透率应力敏感性研究将岩心以切割、铺砂、再拼接的方式组合成裂缝岩心通过测量计算裂缝岩心渗透率随压力变化情况来模拟实际主裂缝渗透率变化设计 组实验 组铺设 目陶粒铺砂浓度为 /组铺设 目陶粒铺砂浓度为 /研究不同铺砂条件下的渗透率敏感性变化 在保持围压为 、注入速度为 /的条件下逐渐增加围压和轴压(增至 )计算不同轴压下有效应力与初始有效应力的比值、裂缝渗透率与初始渗透率的比值得到不同有效应力增大倍数与致密岩心裂缝渗透率变化系数的关系(表)由表 可知不同铺砂浓度条件下主裂缝 特 种 油 气 藏第 卷渗透率变化系数与有效应力倍数的关系有一定差异但不同铺砂浓度条件下各曲线差异性较弱曲线下降速度及幅度相差不大说明铺砂浓度对主裂缝渗透率影响较弱表 有效应力增大倍数与主裂缝渗透率变化系数关系 有效应力倍数 组渗透率变化系数 组渗透率变化系数 数值模型假设条件考虑组分模型中组分变化导致计算量过大设计为均质概念模型 油藏顶深为 设置 口井进行 吞吐生产模型基本参数见表 模型网格划分为 网格大小为 采用“对数网格加密等效导流能力”法将实际微裂缝简化为垂直交叉分布的裂缝网络分布于网络区域内 基于目标区块流体物性数据和 状态方程利用 公司的 模拟器进行基础建模以保证流体性质能更准确地表征储层中的实际流体满足后续数值模拟的精度要求表 模型基本参数 参数值参数值网格()饱和压力/温度/地层原油密度/()地层压力/地层原油黏度/()渗透率应力敏感性导入取各组实验的平均值代表整个裂缝系统将研究基质及裂缝渗透率应力敏感性资料写入数值模型中实现生产降压过程中裂缝变导流能力设计数值模拟效果以图(图中为数值模拟的局部模拟结果)为例展示基质与裂缝应力敏感性变化规律 由图 可知:随着生产时间增加压力降低24364860728496108120012图 不同生产时长渗透率分布规律 裂缝渗透率下降幅度较为明显但基质网格处渗透率与裂缝相比过低其直观变化相当微弱整体上渗透率下降规律呈现出以井筒为中心逐渐向四周扩散趋势 第 期宋保建等:致密油藏 吞吐参数优化数值模拟研究 结果与分析 吞吐动用范围变化结果图 为 个阶段 波及范围变化图图 为 个阶段波及范围内原油黏度变化图 由图、可知:注入阶段主要沿着裂缝高导流通道流向地层深处随着注入量的增加波及范围增大井筒及缝网内原油黏度开始降低闷井阶段裂缝内逐渐向基质及地层深处运移逐渐发挥其扩散与溶胀降黏作用沿主裂缝作用半径约为 垂直裂缝方向作用半径约为 生产阶段井筒降压生产溶解的 随着原油产出地层内逐渐降低整体动用范围较大a?b?c?0 00.0 20.0 40.0 60.0 80.1 00.CO?2/（mol）L-1图 波及范围变化 a?b?c?0 00.0 28.0 56.0 84.1.121 40.?/（）mPa?s图 波及范围内原油黏度变化 压裂吞吐数值模拟优化结果设计各类物性储层(表)不同 注入量、注入速率、闷井时间、吞吐周期模拟计算产能变化统计各模型累计产油量计算并绘制换油率曲线(图)表 储层分类 储层类别孔隙度/渗透率/一类 二类 三类 四类 注入量图 为不同类别储层 注入量的影响曲线 由图 可知:随着 注入量的增加换油率呈现先上升后降低的趋势随储层物性不断变好换油率达到最大值所需注入的 量随之减少换油率最大值向左移动采收率随注气量增加呈增加趋势 深入分析认为:注入量较少时能够完全溶解于储层原油中此阶段 气驱作用效果微弱换油率随着注入量增加而提高当 注入量达到某一值时换油率具有最大值此时 的溶胀降黏作用与气驱作用达到平衡点注入量继续增加储层原油在 气驱作用下远离井筒被驱至地层深处降压生产时也无法回流至井筒储层物性较好时更易于流向地层深处波及范围更广因此换油率达到最大值所需注入的 量更少 特 种 油 气 藏第 卷图 不同注入量条件下不同类别储层 吞吐开采效果 图 不同注入速率条件下不同类别储层 吞吐开采效果 图 不同闷井时间条件下不同类别储层 吞吐开采效果 第 期宋保建等:致密油藏 吞吐参数优化数值模拟研究 图 不同吞吐周期条件下不同类别储层 吞吐开采效果 注入速率图 为不同类别储层 注入速率的影响曲线 由图 可知:随着 注入速率的增大换油率逐渐上升但增长速率逐渐下降注入速率达到某一值后换油率基本保持不变储层物性越好换油率增长较慢时所需的注入速率越低采收率增加并不明显 分析认为:同一储层中注入速率越大井底压力相对越高压裂裂缝的高导流通道优势更易于体现出来的波及范围更大因此注入速率越大换油率越高但由于 的气驱作用过大的注入速率会将部分原油驱离井筒致使换油率不再上升因此换油率的上升速率逐渐降低 储层物性越好在相同注入速率下由裂缝进入储层的就更多注入 的气驱作用就更明显实现换油率最大时所需的 注入速率最低 闷井时间图 为不同类别储层 闷井时间的影响曲线 由图 可知:随着闷井时间的增加换油率呈现先上升后下降的趋势物性较差储层实现换油率最大化时所需的闷井时间相对更长说明物性较好的储层对闷井时间具有更强的敏感性随闷井时间增加采收率增幅很小 分析认为:随着闷井时间增加溶解扩散作用时间更久较为充分地溶解于储层原油中井筒周围局部的高压能够提高气体的波及系数因此换油率随闷井时间的增加而上升但当换油率达到最大值后延长闷井时间无法大幅增加 溶解度甚至导致井筒压力过于分散储层原油无法回流换油率下降 储层物性越好渗流阻力越小及压力在较短扩散时间内就能达到最佳作用效果换油率达到最大值 吞吐周期图 为不同类别储层 吞吐周期的影响曲线 由图 可知:随着吞吐周期的增加换油率逐渐下降采收率逐渐增加经过 周期吞吐不同类别储层换油率均已下降至 以下随着吞吐周期增加储层物性越好换油率下降幅度越小且下降速率越慢随吞吐周期增加采收率会逐渐增加分析认为:储层物性越好地层原油储量越大在相同生产压差工作制度下产能下降较慢换油率下降幅度较小 应用效果选择目标区块 井开展 吞吐试验井组为“五点法”井网井距约为 目的层为层属第四类储层吞吐前该井日产油为 /含水率为 于 年 月 日开始以 /的注入速度注入 共 闷井 实施 吞吐后高峰期日产油为 /含水率降至 稳定期日产油为 /含水率为 至 年 月日产油为 /含水率为 累计增油量为 阶段换油率为 /取得较好的措施效果 结 论()在注入和闷井阶段波及范围越来越大波及范围内原油黏度明显降低生产阶段 特 种 油 气 藏第 卷随原油产出动用范围较大()换油率随 注入量或闷井时间的增加均呈现先上升后降低趋势与 注入速率呈正相关性与吞吐周期呈负相关性()储层物性越好最佳 注入量及注入速度越低最佳闷井时间越短吞吐周期越多()根据四类储层特征选取 井按最优注入参数进行 吞吐现场试验累计增油量为 取得较好开发效果参考文献:闫方平郭永伟曹梦菁等 异常高压致密油藏 吞吐参数优化及微观孔隙动用特征:以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组为例 大庆石油地质与开发():():石立华程时清常毓文等 致密油藏微观渗吸实验及数值模拟 中国石油大学学报(自然科学版)():()():邸士莹程时清代力等 致密油藏水平井注水吞吐效果评价方法 特种油气藏():():邸士莹程时清白文鹏等 裂缝性致密油藏注水吞吐转不稳定水驱开发模拟 石油钻探技术():():付京姚博文雷征东等 北美超低渗致密油藏提高采收率技术现状 西南石油大学学报(自然科学版)():.()():刘国华 裂缝性致密砂岩油藏 吞吐微观孔隙动用特征 西安石油大学学报(自然科学版)():()():范希彬蒲万芬单江涛等 致密砾岩油藏 吞吐提高采收率可行性研究 油气藏评价与开发():():姜俊帅刘庆杰王家禄 致密油藏二氧化碳吞吐有效作用半径计算方法 科学技术与工程():():马亮亮 非均质致密油藏压裂水平井产能预测模型 大庆石油地质与开发():():.():():周翔周丹邓家胜等 超临界 驱提高致密油藏采收率实验研究 特种油气藏():():陈熙嘉樊毅龙 致密油藏注 吞吐技术研究 石油化工应用():():汤翔李宜强韩雪等 致密油二氧化碳吞吐动态特征及影响因素 石油勘探与开发():():第 期宋保建等:致密油藏 吞吐参数优化数值模拟研究 ():.():张越琪苟利鹏乔文波等 致密油藏超临界二氧化碳吞吐开发特征实验研究 特种油气藏():():张矿生白晓虎刘顺等 致密油藏注 增能效果及参数优化 科学技术与工程():():邓宝康李军建高银山等 鄂尔多斯盆地致密油藏注 吞吐微观剩余油分布特征 大庆石油地质与开发():():贾瑞轩孙灵辉苏致新等 二氧化碳吞吐致密油藏的可动用性 断块油气田():():周拓刘学伟王艳丽等 致密油藏水平井分段压裂 吞吐实验研究 西南石油大学学报(自然科学版)():()():梁宏儒薛海涛卢双舫等 致密油藏水平井水力压裂 吞吐参数优化 大庆石油地质与开发():():.:杨正明刘学伟张仲宏等 致密油藏分段压裂水平井注二氧化碳吞吐物理模拟 石油学报():.():():张丰收吴建发黄浩勇等 提高深层页岩裂缝扩展复杂程度的工艺参数优化 天然气工业 ():():周尚文董大忠张介辉等 页岩气储层孔隙度测试方法关键参数优化 天然气工业 ():():任旭王杰董海海等 考虑组分差异的致密油二氧化碳吞吐效果分子模拟 断块油气田():():唐磊 特低渗油藏油水相渗端点预测模型与数值模拟:以濮城沙三中 油藏为例 断块油气田():():编辑 姜广义