利用油藏工程方法计算薄油层自流注水量

王庆勇,张凤喜,昌 锋,裴素杰

(1.上海石油天然气有限公司,上海 200041;2.中油辽河油田公司,辽宁 盘锦 124010)

利用油藏工程方法计算薄油层自流注水量

王庆勇1,张凤喜1,昌 锋1,裴素杰2

(1.上海石油天然气有限公司,上海 200041;2.中油辽河油田公司,辽宁 盘锦 124010)

海上油田开发由于受平台条件、水处理能力等条件的限制,无法像陆地油田一样采用注水来实现二次开发。依靠弹性驱动开发的薄油层,能量供给不足,采收率较低。通过实施自流注水,将油层跟上部水层连通,利用能量充足的水体来补给油藏能量,有效维持了油藏压力,保持了油井的产量,进而提高了薄油层的采收率。自流注水量无法通过地面计量系统进行计量,因此利用油藏工程方法,通过拟合测压点,可预测自流注水量及压力随时间变化的关系。

自流注水;薄油层;注水量;井底压力;平均地层压力;H4B油藏

引 言

H4B油藏是非均质性严重、储层厚度为 2 m左右的薄油层。通过生产证实,该油藏地层压力下降快,缺乏天然能量供给,开采主要依靠岩石及油水的弹性膨胀驱动,水驱采收率低。在油藏上部地层,发育有较大规模的天然水层,开发过程中考虑利用邻井侧钻 1口注水分支井,将水层跟油层连通,利用水层与油层的压力差补给油藏能量,实现地层水的自流注入[1-5]。

1 自流注水原因及实施条件

PH地区主断层发育的若干条北西向断层将该构造分割成 3个独立的半封闭断块和 1个断背斜。其中,断背斜位于构造北端,是构造的主体,走向为北东向。PH主断层控制了构造的形成,构造的南北两端依靠断层遮挡形成圈闭。

H4油藏目前有 1口生产井开发 H4B层。该井于 2007年 10月投产,采用气举生产,初期日产油达到 190 m3/d,但递减较快,到 2008年 11月,日产油基本维持在 20 m3/d左右,井口压力较低,产量递减快。因此该油藏投入开采后,驱油能量供给不足。进一步油藏跟踪分析认为,该油藏为弱水驱边水油藏,无大的水体能量供给,这是该井投入生产 2 a来产量递减的主要原因。

PH地区油藏以底水油藏为主,仅部分砂体顶部发育边水油藏。由于砂体非常发育,各层的连续性较好,故 H3和 H41水体基本全区分布,分布非常广,估计水体规模在 6×108m3以上。水层原始压力为 24.9 MPa,油层压力约为 14.24 MPa,在邻近调整井上侧钻 1口分支井,使得水层与油层连通,此侧钻注水分支的最大注水压力约为 10 MPa。经过地层水性质、出砂极限压差、工程等方面的系统分析认为,可以利用天然压差将上面 H3和 H41地层中的水引入 H4B油藏,实施地层引流注水。目前该技术已成功实施,但注水量大小难以判断,因此下面对注水量变化进行计算。

2 自流注水量计算

为研究注入水量的大小,依照实际地质情况,简化为下面的地质模型 (图 1)。对 H3水层,因构造面积大,砂体较厚,假定引流注水井位于圆形油藏中心。而对 H4油藏,根据实际钻遇情况,注水井位于圆形油藏中偏心位置,而生产井 (观察井)位于油藏中心,研究阶段 H4油藏没有油井生产。

图 1 自流注水简化模型

对于注水层位 H3,孔隙度和渗透率值较大,压力很快能传导到油藏边界,进入拟稳态阶段。根据物质平衡方程[6],有:

对上式积分得:

式中:Ct3为 H3层总压缩系数,MPa-1;Vp3为 H3层孔隙体积,m3为 H3层平均地层压力,MPa;t为注水时间,d;Q为自流注水量,m3/d;pi3为 H3层原始地层压力,MPa;Re3为泄油区半径,m;φ3为 H3层孔隙度;h3为 H3油层厚度,m。

若不同时间段流量不同,平均地层压力可看成是原始地层压力与累计亏空引起的压降之差,即:

拟稳态阶段地层压力与井底流压的关系:

式中:pwf3(t)为t时刻 H3层注水井处井底流压, MPa;μw为地层水黏度,mPa·s;K3为 H3层渗透率,10-3μm2;Rw为注水井半径,m;S为表皮系数;C1为单位换算系数。

若注水层 H3与油层 H4B之间的距离为L,造成的附加压降为:

式中:ρw为地层水密度,g/cm3。

这样,若忽略摩阻损失,在 H4B注水井点的压力为:

式中:C2为单位换算系数。

对 H4B油层,因受注水影响,地层压力升高。根据物质平衡关系,有如下关系:

式中:p4为 H4层平均地层压力,MPa;pi4为 H4层原始地层压力,MPa;Re4为泄油区半径,m;φ4为 H4层孔隙度;Ct4为 H4层总压缩系数,MPa-1;h4为H4油层厚度,m。

H4B油藏中,注水井为圆形油藏中的 1口偏心井,根据参考文献[1]的推导,可以利用保角变换,变为单位圆中心的 1口井。根据变换关系,可以得出与式 (4)相似的井底压力与平均地层压力相似的关系:

式中:pwf4(t)为t时刻 H4层注水井处井底流压, MPa;K4为 H4层渗透率,10-3μm2;Re4为 H4层泄油半径,m;d为注水井与生产井之间的距离,m。

对于观察井,同样利用保角变换可以得出在观察井处的压力与注水井井底压力之间的关系[7]:

式中:pwfg(t)为t时刻观察井处井底流压,MPa。

计算自流注水量的思路为:

(1)先假定一个注水量Q,利用式 (3)计算出水层平均地层压力,再利用式 (6)计算出注水井在薄油层 H4B处的井底流压pwf3(t)。

(2)根据注水量Q,利用式(7)计算 H4B油层平均地层压力,再利用式(8)计算注水井在 H4B井底流压pwf4(t),并与pwf3(t)比较。若两者一致进行下步计算,若不一致,改变注水量迭代求解。

(3)根据计算的 H4B井底流压pwf4(t),利用式 (9)计算观察井处的井底压力pwfg(t)。

(4)进入下一时间步骤,若有实测值P实测,则与计算值pwfg(t)相比较。若一致,计算结束;若不一致,改变物性参数回到步骤(1)重新计算。

3 自流注水计算实例

2009年,在八角亭构造钻探 1口自流注水井,对 H4B层进行自流注水。自流注水井实施后,观察井进行 2次测压,得到观察井处的井底压力值。根据取得的 H3及 H4B层的物性参数(表 1),利用上述方法计算,自流注水结果见图 2、3。

表 1 自流注水计算基础数据

图 2 自流注水量及压力随时间变化曲线

图 3 累计自流注水量随时间变化曲线

由图 2中可见,由于表皮系数较大,初期日注水量为 20 m3/d左右,以后逐渐减少。图中注水时间 117 d实测值为 17.7 MPa,计算值为 17.89 MPa;286 d时实测值为 20 MPa,计算值为 19.99 MPa,实测压力值与计算值基本一致。

由图 3中可见,注水 377 d时,即 2010年 1月,预测压力值为 21 MPa,累计注水 5 158 m3。

4 结 论

(1)自流注水补充油层能量,给采用衰竭式开采的薄油层带来生机,有利于对其进一步挖潜,提高了原油采收率。

(2)通过物质平衡方法及拟稳定流公式联合求解,拟合测试压力值后,可计算出自流注水量随时间变化的关系,并可预测未来的压力及自流注水量变化趋势。

(3)结合实际数据拟合,认为表皮系数的影响对自流注水量影响较大,在工程上需要采取措施减少地层污染,增加注水量。

[1]Davies C A.The theory and practice of monitoring and controlling dumpfloods[C].SPE3733,1972:1-16.

[2]Singh B B,etc.Perfor mance for pilotwater injection in an olite reservoir[C].SPE37787,1997:273-281.

[3]Quttainah R,etc.Umm gudair dumpflood pilot project,the applicability of dumpflood to enhance sweep&maintain reservoir pressure[C].SPE68721,2001:1-9.

[4]Quttainah R,etc.Umm gudair production plateau extension,the applicability of fullField dumpflood injection to maintain reservoir pressure and extend production plateau [C].SPE97624,2005:1-7.

[5]ChaudhryM A,etc. Improving oil recovery in heterogeneous carbonate reservoir by opt imizing peripheral water injection through application of innovative techniques[C]. SPE120382,2009:1-5.

[6]秦同洛 .实用油藏工程方法[M].北京:石油工业出版社,1989:83-86.

[7]张建国,雷光伦,张艳玉 .油气层渗流力学 [M].东营:石油大学出版社,2000:115-121.

编辑 姜 岭

TE348

A

1006-6535(2010)06-0066-03

20100325;改回日期:20100406

上海市科委 2009年度“创新行动计划”临港新城 (海洋科技)科技支撑项目子课题“东海油气田薄油层开发关键技术”(09DZ1201100)

王庆勇 (1973-),男,高级工程师,1994年毕业于西安石油学院采油工程专业,现从事油气田开发研究工作。