低渗透油藏压裂井网水电模拟

苏玉亮，曹国梁，袁 彬，吕广忠，王文东，鲁明晶

1)中国石油大学(华东)石油工程学院，山东 青岛266580;2)中国石油化工股份有限公司胜利油田现河采油厂，山东东营257061;3)中国石油化工股份有限公司胜利油田地质科学研究院，山东东营257061

低渗油藏压裂井网改变油藏固有渗流模式，其渗流机理复杂［1-2］，仅依靠解析法或数学模拟法难以准确描述流体的渗流规律，需借助物理模拟方法. 水电模拟实验是根据水电相似原理设计的一种物理模拟实验，它可直观反映流体的渗流规律，还能检验解析法和数模法的准确性. 国内外虽有依靠水电模拟实验开展单井(复杂结构井和分段压裂水平井等)渗流机理研究，但对不同井网形式的压裂井网水电模拟的报道较少. 本文通过水电模拟实验研究正对排状压裂井网和交错排状井网，研究不同裂缝方位、裂缝穿透比及排距下的渗流场分布规律，探讨低渗油藏压裂井网的渗流机理.

1 实验原理及装置

水电模拟实验［3-7］是根据油藏地层中流体与电流两者流动方式相似，利用相似的渗流方程通过实验模拟油藏渗流方式. 实验中，通过注入具有导电能力的溶液，并对容器边界施加一定电压，用实验中溶液的电场分布模拟地层中流体的压力场分布，因此，可通过水电模拟实验，利用稳定电流的流动模拟流体的稳态渗流展开研究.

水电模拟实验装置主要由油藏模拟系统、低压电路系统、测点定位系统和数据采集系统4 部分组成. 以一定浓度和体积的NaCl 溶液为电解质溶液模拟油藏介质，电解槽边界模拟封闭边界条件，紫铜带模拟供给边界情况，细铜丝模拟井筒在低压电路系统中，通过交流稳压电源提供实验所需电压，并将电压输出给边界和井筒.

2 模型设计与步骤

本设计模拟油藏开采中常用的正对式和交错式2 种排状井网形式，如表1 和图1，通过测量不同条件下，模型中多点电压分布及电流值，研究压裂井井网开发中地层渗流场的分布规律.

水电模拟实验步骤为:①根据设计方案，用直径2 mm 铜棒垂直安放在电解槽中模拟直井，用铜片模拟压裂裂缝;②采用自来水作导电介质(加少许的NaCl);③在导电溶液中布置好模型，并对供给边界及模拟的油水井加上直流稳定电压;④测量通过井的电流;⑤移动探针，以5 cm 为一个测点测量模型内多点的电压;⑥改变实验井网模型，重复步骤②～⑤.

表1 井网水电模拟设计方案Table 1 Design table of hydroelectric simulation

图1 水电模拟井网模型示意图Fig.1 Schematic diagram of hydroelectric simulation well pattern

3 结果及分析

3.1 裂缝与井排间夹角的影响

低渗油藏开发过程中，人工裂缝与井排夹角的不同会改变近井筒地带流体渗流方式，增加泄油面积，提高扫油效率，最终影响油井单井产量和采收率. 为了解不同夹角下渗流场分布，设计正对式排状井网(如图2)，模拟油井压裂，水井无压裂，裂缝穿透比0.3，裂缝与井排夹角分别为0°、30°和45°的渗流场分布图.

图2 可见，无压裂水井周围等压线近以水井为中心，近似呈圆形分布. 压裂油井周围压力等势线以裂缝为中心轴呈椭圆形分布，裂缝对地层流体流动带来了很大的影响. 同时，油井附近等势线随井排与裂缝的角度变化相应发生旋转，说明渗流场随裂缝方位的变化而变化，近井周围流体渗流由径向流向线性流变化，且离压裂井越近，趋势越明显.

图2 不同裂缝方位下5 点井网等压线分布图Fig.2 Iso-pressure distribution map of five-spot network under different fracture orientation

3.2 裂缝穿透比的影响

选取正对式排状井网和交错式排状井网的1/4井网进行模拟，模型大小均为160 cm ×60 cm，其中油井和水井均为压裂井，压裂穿透比分别为0.2、0.3 和0.4.

由图3 可见，在井网形式不同、井距排距相同的条件下，裂缝穿透比越大，油井周围流体渗流方式由径向流向线性流转变趋势就越明显，同时距离裂缝越近的地层中，流体渗流方式呈线性流的趋势越明显. 穿透比为0.2 时，等压线以裂缝为中心呈规则的同心椭圆簇状;穿透比为0.3 时，裂缝附近等压线还保持同心椭圆簇状，远离裂缝部分等压线已基本平行分布;而当裂缝穿透比增大至0.4 时，等压线只在裂缝顶端对应部分出现弯曲，其他部分基本形成平行分布，地层中流体渗流以线性流为主，均匀推进.

图3 不同裂缝穿透比下两种井网模型等压线分布Fig.3 Iso-pressure distribution map of two kinds of network under different fracture length

3.3 井网排距的影响

油、水井排的排距大小会影响井排的压力分布，进而影响油藏的开发效果，因此本研究选择不同模型宽度值，分别为160 cm ×40 cm、160 cm ×60 cm 和160 cm×80 cm 模型，其中油井和水井均为压裂井，压裂穿透比取0.4，选取正对式井网、交错式井网的1/4 井网进行模拟测定.

由图4 可知，注采压差相同情况下，排距越大，裂缝周围地层压力保持水平越低，流体渗流过程压降损失越大. 通过比较正对式排状与交错式排状两种井网形式，在裂缝参数相同的情况下，交错式井网中裂缝周围地层压力比正对式排状井网中裂缝周围地层压力保持水平好.

图4 不同排距下两种井网模型的等压线分布Fig.4 Iso-pressure distribution map of two kinds of network under different row distance

3.4 裂缝参数对产能的影响分析

图5 不同井网模型裂缝穿透比与电流关系曲线Fig.5 The relationships curve between fracture penetrating ratio and current under different hydraulic well patterns

图5 为正对式、交错式排状井网模型电流值与模拟裂缝穿透比的关系曲线，可见，裂缝穿透比越大，井网产能越大，此结论与渗流场分布图中所得裂缝穿透比越大，对地层流体渗流影响越大的结论一致. 对比电流曲线，相同条件下，交错式排状井网模型测得电流值高于正对式排状井网模型中测得电流，与渗流场分布图中得到的交错式排状井网中地层压力保持水平优于正对式排状井网的结论一致.

结 语

综上可知:①在不同井网(正对式和交错式)条件下，井网间渗流场等压线分布随穿透比的变化规律类似，压裂井周围等压线以裂缝为中心轴呈同心椭圆簇状分布，并随裂缝方位变化而相应发生旋转;②当裂缝穿透比越大，压裂井周围的流体渗流由径向流向线性流转变趋势越明显;当裂缝穿透比大于0.4 时，等压线只在裂缝顶端对应部分出现弯曲，其他部分基本呈平行分布，地层中流体渗流以线性流为主，产能随穿透比的增大而递增;③相同注采压差情况下，排距越大，裂缝周围地层压力保持水平越低，井网间流体渗流过程中压降损失越大;④在相同生产条件及井距排距情况下，交错式排状井网开发过程中，地层压力保持水平优与正对式排状井网.

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