数值试井方法在致密油水平井压力评价中的应用*

赵兴达

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163300)

0 引 言

2013年借鉴国外致密油开发理念大庆油田陆续开辟了垣平1、齐平2、龙26三个致密油开发先导性试验区，采用体积压裂[1]及水平井钻井技术进行开发。致密油储层具有分布范围广，单层厚度薄、纵向不集中、横向不连续等特点。致密油水平井投产前3个月产量递减较快、平均月递减率在20%以上，之后递减趋势逐渐变缓。因此，研究致密油水平井地层压力特征及裂缝变化规律成为当务之急。目前，水平井试井解释多以解析法为主，然而对于油水分布复杂的老油区及非均质性严重的油气藏，地层渗流方程已经不存在解析解，只能采用存在解析解的简化模型近似替代，由此得出的试井解释结果误差很大，甚至不能正确反应油藏动态信息。解析法只能处理较为简单的裂缝情况[2]，而大规模压裂水平井的裂缝分布是极其复杂的，这些复杂裂缝只能采用数值解方法建立的试井模型进行描述。本文采用数值试井方法进行了大庆油田致密油水平井试井解释。

1 数值试井方法原理

1.1 基本数学模型

UST数值试井软件采用目前应用最为广泛的油藏数学模型黑油模型[3]：

油组分渗流方程：

·

(1)

水组分渗流方程：

·

(2)

附加方程：

So+Sw=1

(3)

油产量方程：

(4)

水产量方程：

(5)

在试井中，井的产量是已知的，由此可以得到油水产量约束方程为：

(6)

由式(1)～(6)及边界条件和初始条件即可模拟水平井地层流动规律。

式中：re为裂缝网格点到相邻网格的距离，m；rw为主裂缝半长，m；Pwf为水平井流动压力，MPa；K为渗透率，μm2；Kro为油相相对渗透率，无量纲；Krw为水相相对渗透率，无量纲；h为网格厚度，m；pi为m层编号为i的网格压力，MPa；μo为油相粘度，Pa·s；μw为水相粘度，Pa·s；Bo为原油体积系数，m3/m3；Bw为地层水体积系数，m3/m3；So为油相饱和度，无量纲；Sw为水相饱和度，无量纲；S为表皮系数，无量纲；C为井筒存储系数，m3/MPa；Q为产液量，m3/d；l为相，无量纲；n为网格节点数，无量纲。

1.2 数值试井规范解释流程

数值试井解释流程包括以下4步[4]：

1)建立地质模型。考虑储层非均质性采用相控建模方法建立地质模型如图1(a)所示。输入井号、小层数据、相对渗透率、产量史、压力史及所有的PVT参数等数据，如图1(b)所示。

2)正确性检测。使用软件自动对地质模型进行检测，合格后进行拟合分析。

3)拟合分析。对测试水平井的原始压力双对数曲线(图1(c))、压力生产史曲线(图1(d))、含水率曲线同时进行拟合，如果计算的理论曲线与实际曲线变化趋势一致表明地质模型正确；否则应调整地质模型，经过正确性检测后再进行拟合分析，直至拟合分析合格为止。

4)解释结果输出。可视化数据检查正常后输出建模区域的井储、表皮、渗透率等数据；同时输出模型区域内的地层压力、渗透率等可视图。

图1 数值试井规范解释流程

2 应用实例

数值试井资料测试方法以常规压力恢复试井为主，测试仪器为高精度存储式电子压力计。

2.1 测试工艺流程

2.1.1 存储式井下电子压力计工作原理

存储式井下电子压力计原理框图如图2所示，电路部分主要由供电电路、A/D转换、电压基准源、通讯接口、单片机、存储器等电路组成。

图2 常规压力计原理框图

通过钢丝将常规压力计下到目的层，电池组为仪器提供工作电源，电池为整个电路提供工作电压，压力、温度传感器将压力、温度信号转换成电信号，A/D转换电路将采集的模拟信号转换成数字信号，单片机将得到的数字信号通过插值算法转化成对应的压力和温度值，并发给数据存储器进行储存。测量结束后，起出压力计后，通过USB通讯电缆连接计算机压力计回放软件，回放测量数据，形成压力和温度曲线。

2.1.2 工艺流程

水平井压力恢复试井是利用钢丝将压力计通过油套环形空间下至预定深度，通过停止抽油机生产，测试油层的压力、温度数据的一种测试工艺。该工艺流程可以分为：测试前的准备、现场测试工艺、资料采集与验收3部分。现场测试时必须要将仪器下进液面，采用测试的压力梯度数据折算仪器下入点与水平井油层中部深度间的垂向静液柱压力。

2.2 数值试井方法在水平压裂井的应用

大庆致密油采用大规模体积压裂及水平井钻井技术开发，大部分井测试的压力双对数曲线末端会出现上翘或下翘现象，表现为边界、物性变差或邻井干扰，常规试井不能准确解释拟合这些特征，本次采用数值试井法解释。在地质模型的基础上，根据地质资料、测井资料和生产资料，通过试井分析，建立符合储层动态表现的“试井模型”，具体模型参数见表1。借助先进的非结构化网格划分技术实现对压力传导方程的数值求解，得到初始化试井分析曲线，通过不断地对实际测试资料拟合分析，得到了很好的拟合效果，如图3所示，通过参数的调整，得到了更加符合油藏实际情况的试井动态模型。得到的试井解释结果见表2。

表1 试井模型参数选择

图3 研究区3口水平井压力和双对数曲线拟合图

参数A井B井C井井筒存储/(m3·MPa-1)0.581.991.96总表皮系数-5.87-4.98-6.65地层系数/(10-3浣m2·m)23.539.611.8渗透率/(10-3浣m2)9.426.45.88末点压力/MPa10.7812.6414.26流动压力/MPa4.443.372.52参数A井B井C井裂缝数10-12裂缝半长/m55-122裂缝角度/°80-纵向/径向渗透率0.40.830.42水平段长度/m105183.12500.3边界距离/m-399-

2.3 数值试井方法效果评价

2016年A井进行了关井压力恢复测试1 458 h，采用数值试井方法进行了试井解释，其结果为：

1)A井具有典型压裂井渗流特征[5-6]，包括前期续流段到线性流段，拟径向流显示段以及边界反映线性流段；2)关井压恢测试解释裂缝有效流动长度158 m，这比压裂时微地震监测缝长398 m明显减小，说明部分裂缝可能闭合；3)关井恢复时间较长，压力恢复速度较慢，说明供液范围比较小，地层能量不足。查阅生产数据，截止关井压力恢复测试时A井已经生产3年多，该井日产液从压裂投产初期38.9 m3/d下降至关井压力恢复前9.8 m3/d，说明该水平井随着开采的进行，地层压力逐渐下降、地层供液能力也逐渐下降，生产现象与试井解释结果吻合。

国内外研究结果表明， 致密油水平井在不同生产阶段具有不同的渗流特征，水平井流动边界随生产时间逐步扩大[7]。根据压力双对数曲线特征，可划分为4个阶段[8-12]：

1)续流影响段，双对数曲线重合为一条直线，井筒储集与表皮效应结束后，压力导数值向下倾斜；

2)垂向径向流段，当地层较厚时，水平井穿过其中，会产生垂向径向流，B井产层厚度为1.5 m，C井产层厚度2 m，所以该段现象不是特别明显，只出现一小段；

3)水平井线性流段，这是水平井试井曲线的重要特征线段，当具有较长水平段时，这一特征更明显，导数表现为斜率的上升曲线，从解释结果看，C井的水平段大于B井，所以该段曲线在C井显示的更为明显；

4)拟径向流段，压力导数在这一段为水平直线。B井测试出现明显径向流特征，并在压力恢复末期有对数曲线上翘的反应，解释断层边界距离399 m，而C井测试没有出现径向流，推测该地层物性较差，试井解释结果渗透率为5.88 mD，属低渗储层，与拟合曲线特征一致。这也进一步可以说明C井虽为压裂水平井，但物性较差，在生产效果上等同普通水平井。

3 结 论

1)采用数值试井方法解释出的致密油水平井渗流参数准确度较高，反应出的地层渗流特征与真实情况较为接近。

2)水平井压裂裂缝监测结果、原始地层压力，生产历史数据以及压力曲线拟合特征等有助于判断数值试井解释结果的正确性。