低滲透油田超前注水時(shí)機(jī)的研究

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1、低滲透油田超前注水時(shí)機(jī)的研究王立軍，魏林麗東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，大慶中國(guó)郵箱：wlj196464@163.com2011年1月6日收到，2011年3月17日修改，2011年4月22日接受摘要：由于低滲透油藏在滲流過程中存在啟動(dòng)壓力，所以必須使地層壓力保持在一定水平。超前注水可以使地層處于較高的壓力水平，保持較高的壓力梯度，是一種較為有效的方法對(duì)于開發(fā)低滲透油藏。我們根據(jù)超前注水機(jī)理和低滲透油藏多孔介質(zhì)滲流理論建立了一個(gè)考慮啟動(dòng)壓力梯度的滲流模型；當(dāng)以恒定速度注水時(shí)，該模型可以確定任意時(shí)刻地層的壓力分布。當(dāng)?shù)蜐B透油藏采用超前注水技術(shù)時(shí)，可利用該模型確定超前注

2、水時(shí)機(jī)。而且，模型計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相符合，這表明該滲流模型可以使用。關(guān)鍵詞：超前注水，注水時(shí)機(jī)，油藏壓力，啟動(dòng)壓力梯度1.引言超前注水技術(shù)是一種非常有效的方法對(duì)于開發(fā)低滲透油藏和特低滲透油藏，超前注水可以及時(shí)的補(bǔ)充地層能量、提高地層壓力、維持一個(gè)較高的產(chǎn)油量、降低油井含水量【1-7】。此外，超前注水還可以阻止原油性能變差、有效地保證原油滲流通道的暢通、增大注入水的波及體積【8-10】。在采用超前注水技術(shù)開發(fā)低滲透油藏和特低滲透油藏過程中，合理注水時(shí)機(jī)和極限注水時(shí)機(jī)是一個(gè)普遍的技術(shù)難點(diǎn)。目前，超前注水技術(shù)參數(shù)，例如：地層壓力保持水平、注氺壓力、累計(jì)注水量、

3、注水強(qiáng)度、注水時(shí)機(jī)等都是通過數(shù)值模擬技術(shù)【11-13】來確定的；但是，數(shù)值模擬需要大量的數(shù)據(jù)和工作量；而且早期油藏地質(zhì)描述可能不完整，所以可能導(dǎo)致模擬結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤。我們建立的數(shù)學(xué)模型考慮到了低滲透油藏的不穩(wěn)定滲流和壓力梯度，并且可以確定地層壓力分布。采用該數(shù)學(xué)模型，可以確定地層壓力與注水量之間的關(guān)系、優(yōu)化注水量和注水時(shí)機(jī)，進(jìn)而明確油井和水井之間的壓力分布和油井產(chǎn)量。然而，通過該數(shù)學(xué)模型確立的兩井之間的壓力分布與數(shù)值模擬的結(jié)果也是相符的。2.超前注水的機(jī)理超前注水是一種非常有效的方法對(duì)于開發(fā)低滲透油藏，特別是對(duì)于水驅(qū)油田的發(fā)展具有重要的意義。超前注水具有以下幾個(gè)

4、優(yōu)點(diǎn)【14-16】：1）低滲透油藏和裂縫性油藏存在流固耦合效應(yīng)，并且裂縫系統(tǒng)和孔隙吼道存在壓敏效應(yīng)，通常為非達(dá)西滲流。采用超前注水技術(shù)，可以將地層壓力保持在一定水平，使地層壓力梯度高于啟動(dòng)壓力梯度【2】?？傊白⑺梢越⒂行У膲毫︱?qū)替系統(tǒng)，使低滲透油藏和裂縫性油藏跟有效的開發(fā)。62）超前注水是在油井投產(chǎn)之前通過注水井向地層中注水，因此沒有打破地層原有的壓力平衡系統(tǒng)；注入水可以從注氺井底均勻地向油井井底驅(qū)替原油，增大了注入水的波及體積和驅(qū)替效率。在油井投產(chǎn)時(shí)，地層壓力高于原始地層壓力，因此可以改善原油脫氣、原油物理性質(zhì)例如粘度、密度等變化，有利于原油在油藏

5、中滲流。3）一般來說，低滲透油藏存在壓力敏感現(xiàn)象。在實(shí)施同步注水和滯后注水過程中，由于不能及時(shí)補(bǔ)充地層能量，都可能使地層壓力下降，導(dǎo)致天然裂縫閉合、孔隙度減小、滲透率降低。一但對(duì)地層造成滲透率傷害，在通過補(bǔ)充地層能量來恢復(fù)，是很難見效的，即儲(chǔ)層滲透率傷害是一個(gè)不可逆的過程。采用超前注水技術(shù)，提前補(bǔ)充地層能量，避免壓力下降造成儲(chǔ)層滲透率傷害，提高注入水的波及體積和驅(qū)替效率。3.低滲透油藏不穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型考慮到啟動(dòng)壓力梯度的滲流數(shù)學(xué)模型如下：（1）原始條件：（2）邊界條件：（3）式中：井底壓力，；油層厚度，；半徑，；井筒半徑，；邊界壓力，；啟動(dòng)壓力梯度，；流體粘

6、度，；滲透率，。根據(jù)上面的數(shù)學(xué)模型，可得如下壓力分布公式：（4）式中：流動(dòng)規(guī)律中的驅(qū)替邊界需要計(jì)算；為了求出，我們僅考慮一口水井連續(xù)注水情況。當(dāng)一口注水井連續(xù)注水時(shí)，是連續(xù)的?？紤]啟動(dòng)壓力的條件下，根據(jù)物質(zhì)平衡方程：6（5）（6）通過計(jì)算可以得到運(yùn)動(dòng)方程：（7）將內(nèi)邊界條件，，代入（4）中，可得井底壓力公式：（8）通過實(shí)驗(yàn)的方法，可以獲得驅(qū)替外部邊界，然后根據(jù)上述模型可以獲得任意時(shí)刻油藏壓力分布。4.滲流模型在低滲透油田超前注水中的應(yīng)用某一個(gè)低滲透油藏，給出如下基本參數(shù)如表1。表1基本參數(shù)基本參數(shù)數(shù)值單位滲透率5.2氺的粘度1孔隙度0.137—原始地層壓力7.

7、3有效厚度10井筒半徑0.1啟動(dòng)壓力梯度0.032注水量15綜合壓縮系數(shù)12.4低滲透油藏不穩(wěn)定滲流最大的特點(diǎn)就是地層壓力或能量傳播與時(shí)間有關(guān)，而且隨時(shí)間變化明顯【16】。隨著注水量的增加，注入水不斷的進(jìn)入地層，地層壓力升高。根據(jù)低滲透油藏不穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型，可計(jì)算的注水時(shí)機(jī)影響著壓力波動(dòng)。隨著距離注水井的距離增大，地層壓力逐漸減?。ㄈ鐖D1）。6圖1不同超前注水時(shí)機(jī)下的地層壓力根據(jù)模型的邊界條件，當(dāng)距離水井的距離大于或等于驅(qū)替邊界死，地層壓力井維持在原始地層壓力7.3。然后通過加權(quán)驅(qū)替范圍內(nèi)各種注水時(shí)機(jī)下的地層壓力，可以得到平均地層壓力（如表2）。表2各種注水

8、時(shí)機(jī)下的平均地層壓力超前注水時(shí)間平均地