專利名稱：一種使特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用的開采原油方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油田開采方法設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于特低滲透儲(chǔ)層存在非
達(dá)西流動(dòng)特征，利用人工裂縫和面積井網(wǎng)協(xié)同作用，使特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用的開采原油 方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于特低滲透儲(chǔ)層來說，由于油層多孔介質(zhì)孔隙窄小，吼道半徑幾個(gè)微米，原油與 巖石界面接觸面積的比例明顯增加，體相中原油的比例顯著降低。流體流動(dòng)的阻力除了黏 滯力，還有固、液界面的分子作用力，使其與中高滲儲(chǔ)層中流體流動(dòng)的特點(diǎn)明顯不同，即非 達(dá)西滲流或具有啟動(dòng)壓力梯度的流動(dòng)。這就說明地層壓力梯度若是小于儲(chǔ)層自身的啟動(dòng)壓 力梯度，儲(chǔ)層內(nèi)一部分儲(chǔ)量就難以得到有效動(dòng)用。 目前人工注水油田多是采用面積注水，也就是使注水井和生產(chǎn)井按一定的幾何形 狀和密度均勻的布置在整個(gè)開發(fā)區(qū)上，如矩形井網(wǎng)、菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)等。 一般采油井都?jí)?裂，注水井視具體情況有的壓裂有的未壓裂，壓裂目的也僅是改善井筒附近滲流能力和增 產(chǎn)增注。但是這種開發(fā)方法在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)過程中，仍然沿用傳統(tǒng)的基于達(dá)西流動(dòng)的情況，開 發(fā)過程中很難使特低滲透儲(chǔ)層形成有效合理的動(dòng)用開發(fā)系統(tǒng)，儲(chǔ)層難以有效動(dòng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種使特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用的開采原油方法。該方法采用壓裂直
井組成面積井網(wǎng)，在人工裂縫和面積井網(wǎng)協(xié)同作用下，確定壓裂直井單井控制面積和面積
井網(wǎng)的啟動(dòng)系數(shù)，形成有效合理的動(dòng)用開發(fā)系統(tǒng)，開采特低滲透儲(chǔ)層原油。所述啟動(dòng)系數(shù)是
單元面積井網(wǎng)內(nèi)啟動(dòng)面積與單元井網(wǎng)面積的比值。啟動(dòng)面積是井網(wǎng)單元內(nèi)各單井控制面積
之和。啟動(dòng)系數(shù)可以定量分析井網(wǎng)、井排距對(duì)特低滲透儲(chǔ)層動(dòng)用程度的影響，是衡量一定井
網(wǎng)壓差情況下儲(chǔ)層動(dòng)用程度的指標(biāo)，為特低滲透儲(chǔ)層的開發(fā)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
采用如下步驟 (1)確定所開發(fā)特低滲透儲(chǔ)層的啟動(dòng)壓力梯度G，并選定一塊試驗(yàn)區(qū)；
(2)確定試驗(yàn)區(qū)面積井網(wǎng)的型式和試驗(yàn)區(qū)井距l(xiāng)a，排距l(xiāng)b ; (3)對(duì)試驗(yàn)區(qū)每口直井的相應(yīng)儲(chǔ)層段進(jìn)行射孔和壓裂，使其生成垂直井筒的孔眼 和裂縫，其中測(cè)量壓裂縫半長(zhǎng)為Xf，壓裂縫角度a ; (4)測(cè)量地層壓力控制注水井井底流壓Ph和采油井井底流壓Pw，對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行 原油開采； (5)確定試驗(yàn)區(qū)每口直井的動(dòng)用半徑rm、控制面積Sf和面積井網(wǎng)的啟動(dòng)系數(shù)n， 滿足特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用； (6)根據(jù)試驗(yàn)區(qū)的啟動(dòng)系數(shù)n，確定全區(qū)的壓裂縫角度a,、壓裂縫半長(zhǎng)Xf,、注水 井井底流壓Ph,、采油井井底流壓Pwq，井距l(xiāng)aq和排距l(xiāng)bq。 其中，所述步驟(5)特低滲透儲(chǔ)層直井動(dòng)用半徑rm滿足特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用
3時(shí)，乙滿足如下公式 rm .eGrm = q/G ， 其中C=Ei(^fe)—^((^ ) ，L為井筒半徑，re為井筒距邊界距離。 其中，所述步驟(5)確定試驗(yàn)區(qū)每口井的控制面積Sf滿足特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用 時(shí)，Sf滿足如下公式 Sf省丄2+Xf2 ， 使得壓裂直井控制面積內(nèi)地層內(nèi)的壓力梯度大于特低滲透儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力梯度。 所述步驟(5)確定面積井網(wǎng)啟動(dòng)系數(shù)n滿足特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用時(shí)，啟動(dòng)系數(shù) n為單元面積井網(wǎng)內(nèi)啟動(dòng)面積與單元井網(wǎng)面積的比值，所述啟動(dòng)面積是井網(wǎng)單元內(nèi)各單井 控制面積之和。


圖1為矩形井網(wǎng)單元示意圖； 圖2為葡333試驗(yàn)區(qū)井網(wǎng)示意圖； 圖3為葡333試驗(yàn)區(qū)啟動(dòng)壓力與滲透率關(guān)系曲線； 圖4為葡173-422井組直井非達(dá)西與達(dá)西流動(dòng)壓力分布比較圖； 圖5為葡173-422井組地層壓力梯度分布圖； 圖6為葡173-422井組裂縫半長(zhǎng)不同時(shí)單元井網(wǎng)啟動(dòng)分布圖； 圖7為葡175-422井組裂縫半長(zhǎng)不同時(shí)單元井網(wǎng)啟動(dòng)分布具體實(shí)施例方式
利用本發(fā)明在大慶油田、勝利油田等多個(gè)特低滲透試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，均收到顯著 的開發(fā)效果。下面以大慶油田葡南地區(qū)扶余油層葡333試驗(yàn)區(qū)為例，結(jié)合附圖進(jìn)一步說明 本發(fā)明。 扶余油層有效孔隙度一般分布在9 15%之間，平均為12% ;空氣滲透率一般 分布在O. 1 2. 5mD，平均為1.35mD，屬于特低滲透油層。葡333試驗(yàn)區(qū)采取井排方向 NE74. 5° 、240X100m的矩形井網(wǎng)(如圖2)。平均壓裂縫半長(zhǎng)為84m，壓裂縫角度為北東79 度。葡333試驗(yàn)區(qū)采用面積井網(wǎng)方式是矩形井網(wǎng)，井距240m，排距100m。葡173-422井組 是油井壓裂井組平均地層壓力為15. 28MPa，水井井底流壓為28. 12MPa，平均油井井底流壓 為2. 23MPa ;葡175-422井組是整體壓裂井組(即注水井和采油井都?jí)毫?，平均地層壓力 為15. 04MPa，水井井底流壓為28. 68MPa，平均油井井底流壓為3. 97MPa。雖然本實(shí)施例中采 用矩形井網(wǎng)，但是本領(lǐng)域公知采用其它類型的井網(wǎng)型式如菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)、正方形反九點(diǎn) 井網(wǎng)等也是該領(lǐng)域常采取的布井型式，本發(fā)明所基于非達(dá)西滲流理所得到的有效動(dòng)用相關(guān) 結(jié)果也適用于上述井網(wǎng)型式。 圖3是利用扶余油層葡333試驗(yàn)區(qū)巖心，進(jìn)行啟動(dòng)壓力梯度室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn) 區(qū)啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行測(cè)定，再根據(jù)扶余油層葡333試驗(yàn)區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)(地層滲透率、地層有效厚度、地層流體黏度、生產(chǎn)壓差、已開發(fā)區(qū)塊的井網(wǎng)參數(shù)井網(wǎng)形式及井距、該區(qū)塊的產(chǎn)量
等)，對(duì)啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行修正，得到扶余油層葡333啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系曲線。 葡333試驗(yàn)區(qū)平均的啟動(dòng)壓力梯度為0. 023MPa/m。 對(duì)于低滲透油層特別是特低滲透油層來說，由于油層多孔介質(zhì)孔隙窄小，吼道半 徑幾個(gè)微米，原油與巖石界面接觸面積的比例明顯增加，體相中原油的比例顯著降低。流體 流動(dòng)的阻力除了黏滯力，還有固液界面的分子作用力，使其與中高滲儲(chǔ)層中流體流動(dòng)的特 點(diǎn)明顯不同，即非達(dá)西滲流或具有啟動(dòng)壓力梯度的流動(dòng)。這就決定了一部分儲(chǔ)量難以得到 有效動(dòng)用，以往的基于達(dá)西滲流理論和條件下的油藏工程計(jì)算公式已滿足不了特低滲透油 藏研究的需要?？紤]低滲透儲(chǔ)層液體流動(dòng)為克服啟動(dòng)壓力梯度的非達(dá)西滲流，再結(jié)合單相 液體流理論公式，描述液體真實(shí)的低速非達(dá)西流動(dòng)全過程的數(shù)學(xué)模型如下
<formula>formula see original document page 5</formula> 式中p為任一壓力p時(shí)流體的密度，kg/m3 ;小為壓力p時(shí)的孔隙度；k為絕對(duì)滲 透率，mD ; ii為流體黏度，mPa. s ;G為啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m ; P 。為大氣壓力下流體的密度， kg/m3 ;CP為液體的彈性壓縮系數(shù)，1/MPa ;p。為大氣壓力；小。為大氣壓力下巖石的孔隙度； C$為巖石的彈性壓縮系數(shù)，1/MPa ;C為總壓縮系數(shù)。
將式(2) 、 (3)代入式(1)得到總的控制方程為 —
<formula>formula see original document page 5</formula>
假設(shè)為穩(wěn)態(tài)且Cp = l，轉(zhuǎn)化為柱坐標(biāo)系下平面徑向流常微分方程為
<formula>formula see original document page 5</formula>


式中rw為井筒半徑，m ;pw為井筒壓力，MPa ;re為泄壓半徑，m ;pe為邊界壓力，MPa。 由式(5)、 (6)得出解為
其中c i =
+ C2 = -C'Ei(Gr) + C2 (7)
，C2 = pjQEi (Grw) ，Ei為數(shù)學(xué)領(lǐng)域公知的
函數(shù)算法即冪積分函數(shù)表達(dá)式Ei(-"=-
對(duì)式(7)兩邊進(jìn)行求導(dǎo)，就得出了地層中任意點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)壓力梯度 字(r)《/廣,，當(dāng)字。卜G時(shí)，所對(duì)應(yīng)的泄油半徑的距離即為單井動(dòng)用半徑的值rm，即 rm滿足^'e化'^q/G。 對(duì)于特低滲透油層油井壓裂后，裂縫周圍滲流區(qū)域形狀近似為橢圓，裂縫方向與 油水井連線角度為a ，即主流線角度；裂縫半長(zhǎng)即橢圓的焦半徑，記為Xf ;橢圓短軸的距離
等于特低滲透基質(zhì)動(dòng)用半徑乙；橢圓長(zhǎng)軸的距離0 = ^^+^2 。則一口壓裂直井的控制面
積為 Sf嗜丄2+V 。 矩形井網(wǎng)一個(gè)單元內(nèi)各井控制面積分析，可分右上角井、左上角井兩種情況，如圖 l所示。對(duì)于裂縫與矩形井網(wǎng)的一個(gè)單元中，裂縫方向與井網(wǎng)油水連線所成角度a ，井距為
la，排距為lb，則對(duì)角線與油井連線的夾角^,tan(〗 則右上角井的裂縫橢圓在單元中的啟動(dòng)面積為
n 1 , , CCOS(〃 —or) 、 ， Sur = — rm "(arccos( ,m 、廣 ,=)+ arccos(-
2 ^tt2-x》.cos(/ - a)2
/ 2 2 冗 -
戶-X, .COS(y+ a-
0) 同理可得左上角井的裂縫橢圓在單元中的啟動(dòng)面積為
T、
& 二丄r,4;r—(arccos(— , ，^s、a十^1 J+arcC0S( , 2 ))]
2




那么矩形井網(wǎng)啟動(dòng)面積為
矩形井網(wǎng)單元面積為 S = 2 la lb
啟動(dòng)系數(shù)為
n = sqd/s
圖4是以葡173-422井組中一 口油井為例，在生產(chǎn)壓差約為13MPa時(shí)，井底附近實(shí) 際非達(dá)西流動(dòng)和傳統(tǒng)達(dá)西流動(dòng)地層壓力分布比較圖。由圖4所示，非達(dá)西流動(dòng)情況下，壓力 沿泄壓半徑到一定位置就不在變化，說明井筒外圍有很大一部分面積的油藏沒有動(dòng)用，這 與常規(guī)達(dá)西流動(dòng)壓降情況明顯不同，達(dá)西流動(dòng)情況下全部動(dòng)用。 圖5是以葡173-422井組中一口油井為例，在生產(chǎn)壓差約為13MPa、啟動(dòng)壓力梯度 為0. 023MPa/m時(shí)，井底附近實(shí)際非達(dá)西流動(dòng)情況下地層壓力梯度分布圖。由圖5所示，在 非達(dá)西流動(dòng)情況下，隨著距井筒距離的增大地層的壓力梯度逐漸減小，與啟動(dòng)壓力梯度基 準(zhǔn)線交界處即為未壓裂單井動(dòng)用半徑的位置，大約在50m左右?？梢姶嬖趩?dòng)壓力梯度時(shí) 的非達(dá)西流動(dòng)情況下，單井控制的范圍很有限，嚴(yán)重影響了特低滲透儲(chǔ)層的開發(fā)，井控范圍 以外很大一部分沒能有效動(dòng)用。 依據(jù)葡333試驗(yàn)區(qū)壓裂井控制面積滿足特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用，根據(jù)壓裂縫參 數(shù)，進(jìn)而確定壓裂井直井控制面積和面積井網(wǎng)的啟動(dòng)系數(shù)，進(jìn)而優(yōu)化井網(wǎng)設(shè)計(jì)，給出合理的 裂縫參數(shù)和動(dòng)態(tài)開發(fā)調(diào)整參數(shù)。 圖6為葡173-422井組裂縫半長(zhǎng)不同時(shí)單元井網(wǎng)啟動(dòng)分布圖，(a)裂縫半長(zhǎng)為75m 時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 385 ; (b)裂縫半長(zhǎng)為85m時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 41 ; (c)裂縫半長(zhǎng)為95m時(shí)，啟 動(dòng)系數(shù)為0. 436 ; (d)裂縫半長(zhǎng)為105m時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 462 (圖中白色區(qū)域?yàn)閱?dòng)區(qū)，黑色 為未啟動(dòng)區(qū))。由圖6所示，當(dāng)葡173-422井組裂縫半長(zhǎng)分別為75m、85m、95m和105m時(shí)，對(duì) 應(yīng)的矩形井網(wǎng)啟動(dòng)系數(shù)分別為0. 385、0. 41、0. 436、0. 462。 圖7為葡175-422井組裂縫半長(zhǎng)不同時(shí)單元井網(wǎng)啟動(dòng)分布圖，(a)裂縫半長(zhǎng)為74m 時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 481 ; (b)裂縫半長(zhǎng)為84m時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 500 ; (c)裂縫半長(zhǎng)為94m時(shí)， 啟動(dòng)系數(shù)為0. 514 ; (d)裂縫半長(zhǎng)為104m時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 525 (圖中白色區(qū)域?yàn)閱?dòng)區(qū)， 黑色為未啟動(dòng)區(qū))。由圖7所示，當(dāng)葡175-422井組裂縫半長(zhǎng)分別為74m、84m、94m和104m 時(shí)，對(duì)應(yīng)的矩形井網(wǎng)啟動(dòng)系數(shù)分別為0. 481、0. 5、0. 514、0. 525。隨著裂縫半長(zhǎng)的等值增加， 啟動(dòng)系數(shù)遞增的速度越來越慢，裂縫半長(zhǎng)越長(zhǎng)，儲(chǔ)層的動(dòng)用增幅較小，存在一個(gè)合理的裂縫 半長(zhǎng)。 圖8為葡175-422井組生產(chǎn)壓差不同時(shí)單元井網(wǎng)啟動(dòng)分布圖，(a)生產(chǎn)壓差為 13MPa時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 50 ; (b)生產(chǎn)壓差為13MPa時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 518 ; (c)生產(chǎn)壓差為 13MPa時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 543 ;(d)生產(chǎn)壓差為13MPa時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)為0. 562 ;(圖中白色區(qū) 域?yàn)閱?dòng)區(qū)，黑色為未啟動(dòng)區(qū))。由圖8所示，當(dāng)葡175-422井組生產(chǎn)壓差分別為13MPa、 15MPa、17MPa和19MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的矩形井網(wǎng)啟動(dòng)系數(shù)分別為0. 50、0. 518、0. 543、0. 562。隨 著生產(chǎn)壓差的等值增加，啟動(dòng)系數(shù)遞增的速度越來越慢，也就是說在地層承受壓力允許的 情況下，放大生產(chǎn)壓差到一定大小后，儲(chǔ)層的動(dòng)用增幅較小，存在一個(gè)合理的生產(chǎn)壓差。實(shí) 際葡175-422井組生產(chǎn)壓差為13MPa，儲(chǔ)層動(dòng)用50%左右。 綜合葡173-422和葡175-422兩個(gè)井組對(duì)比，基本上兩個(gè)井組注采方式和裂縫情 況基本相同，只是葡173-422井組是油井壓裂井組，啟動(dòng)系數(shù)為0. 41最合理，葡175-422 井組是整體壓裂井組，啟動(dòng)系數(shù)為0. 50最合理，整體壓裂井組比油井壓裂井組多動(dòng)用10% 的儲(chǔ)層。葡333試驗(yàn)區(qū)平均合理裂縫半長(zhǎng)為84m，裂縫角度為北東78度，合理生產(chǎn)壓差為 17MPa，將此參數(shù)應(yīng)用到全區(qū)進(jìn)行布井開發(fā)。
權(quán)利要求
一種使特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用的開采原油方法，其特征在于采用如下步驟(1)確定所開發(fā)特低滲透儲(chǔ)層的啟動(dòng)壓力梯度G，并選定一塊試驗(yàn)區(qū)；(2)確定試驗(yàn)區(qū)面積井網(wǎng)的型式和試驗(yàn)區(qū)井距l(xiāng)a，排距l(xiāng)b；(3)對(duì)試驗(yàn)區(qū)每口直井的相應(yīng)儲(chǔ)層段進(jìn)行射孔和壓裂，使其生成垂直井筒的孔眼和裂縫，其中測(cè)量壓裂縫半長(zhǎng)為xf，壓裂縫角度α；(4)測(cè)量地層壓力pe，控制注水井井底流壓ph和采油井井底流壓pw，對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行原油開采；(5)確定試驗(yàn)區(qū)每口直井的動(dòng)用半徑rm、控制面積Sf和面積井網(wǎng)的啟動(dòng)系數(shù)η，滿足特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用；(6)根據(jù)試驗(yàn)區(qū)的啟動(dòng)系數(shù)η，確定全區(qū)的壓裂縫角度αq、壓裂縫半長(zhǎng)xfq、注水井井底流壓phq、采油井井底流壓pwq，井距l(xiāng)aq和排距l(xiāng)bq。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用的開采原油方法，其特征在于所 述步驟(5)中，特低滲透儲(chǔ)層直井動(dòng)用半徑rm按照如下公式確定<formula>formula see original document page 2</formula>其中<formula>formula see original document page 2</formula>rw為井筒半徑，re為井筒距邊界距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用的開采原油方法，其特征在 于所述步驟(5)中，試驗(yàn)區(qū)每口井的控制面積Sf按照如下公式確定<formula>formula see original document page 2</formula>使得壓裂直井控制面積內(nèi)地層內(nèi)的壓力梯度大于特低滲透儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力梯度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用的開采原油方法，其特征在于所述步驟(5)確定面積井網(wǎng)啟動(dòng)系數(shù)n滿足特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)n為 單元面積井網(wǎng)內(nèi)啟動(dòng)面積與單元井網(wǎng)面積的比值，所述啟動(dòng)面積是井網(wǎng)單元內(nèi)各單井控制 面積之和。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于特低滲透儲(chǔ)層存在非達(dá)西流動(dòng)特征，利用人工裂縫和面積井網(wǎng)協(xié)同作用，使特低滲透儲(chǔ)層有效動(dòng)用的開采原油方法。目前，開發(fā)特低滲透儲(chǔ)層所設(shè)計(jì)采用的面積井網(wǎng)，基本上都是沿用傳統(tǒng)的基于達(dá)西流動(dòng)的情況，直井壓裂目的也僅是改善井筒附近滲流能力和增產(chǎn)增注，開發(fā)過程中很難使特低滲透儲(chǔ)層形成有效合理的動(dòng)用開發(fā)系統(tǒng)，儲(chǔ)層難以有效動(dòng)用。本發(fā)明采用壓裂直井組成面積井網(wǎng)，在人工裂縫和面積井網(wǎng)協(xié)同作用下，確定壓裂直井單井動(dòng)用半徑、控制面積和面積井網(wǎng)的啟動(dòng)系數(shù)，形成有效合理的動(dòng)用開發(fā)系統(tǒng)，開采特低滲透儲(chǔ)層原油，大大提高油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)E21B43/30GK101737029SQ20091023877
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者宋洪慶, 朱維耀, 王明, 鞠巖, 黃小荷 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)