CN111160669B - 多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法，该多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法包括：步骤1，挑选主力层；步骤2，以最大经济利润为指标，拟合总利润与主力层系井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素相关的经验公式；步骤3，优选主力层系井排距和生产制度；步骤4，利用应力敏感效应优选非主力层的生产制度。该多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法解决了不同层系对应的最优布井方式不同这一问题；方便、快速、准确优选主力层系井排距和生产制度；充分发挥各层系的贡献作用，最大程度提高层状砂砾岩油藏的采收率和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法。
背景技术
层状砂砾岩油藏属于低孔、特低渗储层，纵向有多层，单层产能低，不同层系叠合较好，使用直井多级压裂开发方式可以提高储层导流能力、统筹兼顾上下层系。但随着开发的进行，地层压力的下降会造成裂缝闭合，即裂缝具有应力敏感特性，这将导致油井产量下降。为保证油井产量，人们开始采用注水开发方式，不仅可以及时补充地层能量、降低裂缝闭合速度，还可以将更多的原油驱替至生产井。但针对目前注水开发的现状，仍存在以下三个问题未得到有效解决：(1)地层压力降低时，由于不同层系的物性、裂缝导流能力、裂缝应力敏感性不同，各层裂缝的闭合程度不同，这就使得每一层系分别对应一种最优的布井方式。因此，综合考虑布井成本及原油动用面积等因素，设计一套兼顾上下各层情况的井网成为该类油藏有效开发的难点。(2)油井转注时机对开发效果有着重要影响，如何根据油藏实际开发情况，选择最优的油井转注时机是亟待解决的问题。(3)注水开发时，注水量太多容易导致油井水淹，注水量太少可能导致裂缝闭合，如何优选油井转注后的注水量也是需要解决的问题之一。
在申请号：201810665624.3的中国专利申请中，涉及到一种强非均质性致密储层水平井分段压裂布缝优化方法，包括以下步骤：步骤一，建立储层级别划分标准，对目标储层进行储层级别划分，所述储层级别包括有效储层、阻隔带，所述有效储层包括多个储层等级；步骤二，利用油藏数值模拟软件建立目标储层的模型，通过改变阻隔带的宽度和渗透率，模拟压力是否能穿过阻隔带，确定渗流单元划分的阻隔带极限宽度，如果阻隔带的宽度大于极限宽度，则将阻隔带两侧的有效储层划分为两个独立渗流单元，如果阻隔带的宽度小于极限宽度，则将阻隔带两侧的有效储层划分为一个独立渗流单元；步骤三，经济极限渗流单元宽度确定：采用油藏数值模拟软件，模拟不同级别储层在压裂后3年的累计产量，以达到经济极限产量的最小渗流单元宽度为标准，确定不同级别储层的经济极限渗流单元宽度，当储层宽度大于经济极限渗流单元宽度时，单独作为一个渗流单元；当储层宽度小于经济极限渗流单元宽度时，则并入临近渗流单元；步骤四，利用油藏数值模拟软件，模拟分析不同有效储层在特定生产制度下布置水力裂缝后的压力传播距离，确定不同储层级别连续砂体里的裂缝合理间距；步骤五，根据水平井测井解释成果将水平井按不同储层级别划分为多个储层单元；步骤六，根据渗流单元划分极限宽度、经济极限渗流单元宽度和连续砂体裂缝合理间距计算结果，将水平段上的多个储层单元分为多个压裂段并布置水力裂缝，通过产能模拟优化布缝方式。首先，该专利发明的水平井分段压裂布缝优化方法只针对致密砂岩的一个生产层位，而实际油藏往往具有多个生产层，如何兼顾上下各层、充分发挥各层系的贡献作用在本专利中未得到解决。其次，该专利未考虑裂缝应力敏感效应，生产过程中地层压力下降会造成裂缝闭合，这将导致油井产量降低，因此忽略裂缝应力敏感性研究布缝方法不够合理。最后，该专利的水平井分段压裂布缝优化方法只针对一口水平井，没有考虑裂缝长度、开度与井网的适配性。
为此我们发明了一种新的多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层应力敏感油藏压裂水驱开发过程中的新型井网布置及生产制度优化设计方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法，该多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法包括：步骤1，挑选主力层；步骤2，以最大经济利润为指标，拟合总利润与主力层系井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素相关的经验公式；步骤3，优选主力层系井排距和生产制度；步骤4，利用应力敏感效应优选非主力层的生产制度。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，根据各层的地质储量、物性参数这些条件挑选主力层；为了充分考虑压力变化时主裂缝的应力敏感效应，用下式计算每一时刻的主裂缝渗透率：
式中：Kf——为裂缝渗透率；Kf0——为裂缝初始渗透率；φf——为裂缝孔隙度；Cf——为裂缝压缩系数；ΔP——为压降值，当前地层压力-初始地层压力。
在步骤2中，针对井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素分别给出四个值，设计正交试验；
总成本包含投资估算和成本估算两部分；总利润计算表达式为：
总利润＝总收入-总成本(2)
总利润Y受地层压力下降值X1、井距X2、水井注入压力X3三个因素的影响，根据正交试验结果，拟合得到因变量Y与三个自变量X1、X2、X3之间的关系式。
在步骤2中，拟合得到因变量Y与三个自变量X1、X2、X3之间的关系式为：
Y＝-1.27026+0.03631X1+0.00331X2+0.17068X3-0.00025X1X2+0.00216X1X3+0.00034X2X3-0.01719X1 2-0.00002X2 2-0.00406X3 2 (3)。
在步骤2中，设置X1、X2、X3的取值，通过式(3)可以快速且准确地得到，水驱开发时，主力层系的最优井距和排距，最优转注时机和最优注水量。
在步骤3中，针对非主力层，按照主力层系的井排距，以累产油最高为目标，通过改变油井转注时机、水井注水量进行方案优选。
本发明中的多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法，属于多层应力敏感油藏压裂水驱开发过程中的一种新型井网布置及生产制度优化设计方法，适用于多层低渗特低渗应力敏感油藏开发技术领域，特别针对层状砂砾岩油藏。本发明首先挑选主力层系，在充分考虑主力层系主裂缝应力敏感效应的基础上，用一种方便、快速、准确的方法优选主力层系的井排距和生产制度，然后采用主力层的最优井排距，利用应力敏感效应来调整非主力层的生产制度，使人工裂缝保持最优长度和开度，与井网达到最佳匹配状态，最终达到最佳开发效果。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供了一套技术方法，使多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化成为可能。
(2)本发明设计了一套统筹兼顾上下各层主裂缝应力敏感效应的新型井网布置及生产制度优化方法，解决了不同层系对应的最优布井方式不同这一问题。
(3)针对主力层，以最大经济利润为指标，拟合得到总利润与主力层系井排距、油井转注时机、水井注水量三个因素相关的经验公式，快速、准确地优选出应力敏感油藏的压裂水驱井网和主力层系的生产制度。
(4)针对非主力层，利用主裂缝的应力敏感性，通过优化生产制度，使压裂缝长度、开度与井网匹配程度达到最优，使其开发效果达到最好。
(5)本发明不仅适用于层状砂砾岩油藏开发研究领域，还可为其他多层系、低渗透率、具有应力敏感性油藏的研究提供参考。
附图说明
图1为本发明的一具体实施例中五点法压裂水驱井网转注示意图；
图2为本发明的一具体实施例中非主力层不同生产制度下15年累产油柱状图；
图3为本发明的多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法的一具体实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图3所示，图3为本发明的多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法的流程图。
步骤101，挑选主力层。
根据各层的地质储量、物性参数等条件挑选主力层。为了充分考虑压力变化时主裂缝的应力敏感效应，用下式计算每一时刻的主裂缝渗透率：
式中：Kf——为裂缝渗透率；Kf0——为裂缝初始渗透率；φf——为裂缝孔隙度；Cf——为裂缝压缩系数；ΔP——为压降值(当前地层压力-初始地层压力)
步骤102，以最大经济利润为指标，拟合总利润与主力层系井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素相关的经验公式。注采井网为五点法，转注前五口井均为油井，转注后，中间油井(PRO5)变为注水井(INJ 1)，如图1所示。
针对井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素分别给出四个值，设计正交试验。
总成本包含投资估算和成本估算两部分。总利润计算表达式为：
总利润＝总收入-总成本(2)
总利润Y受地层压力下降值X1、井距X2、水井注入压力X3三个因素的影响，根据正交试验结果，拟合得到因变量Y与三个自变量X1、X2、X3之间的关系式：
Y＝-1.27026+0.03631X1+0.00331X2+0.17068X3-0.00025X1X2+0.00216X1X3+0.00034X2X3-0.01719X1 2-0.00002X2 2-0.00406X3 2 (3)
步骤103，优选主力层系井排距和生产制度。
设置X1、X2、X3的取值，通过式(3)可以快速且准确地得到，水驱开发时，主力层系的最优井距和排距，最优转注时机和最优注水量。
步骤104，利用应力敏感效应优选非主力层的生产制度。
针对非主力层，按照主力层系的井排距，以累产油最高为目标，通过改变油井转注时机、水井注水量进行方案优选。
在应用本发明的一具体实施例中，包括了以下步骤：
(一)挑选主力层
根据各层的地质储量、物性参数等条件挑选主力层。该区块含有两个生产期次(即生产层系，包括期次6、期次7)，生产期次之间存在较厚隔层，使每个生产层系成为独立的油藏。期次6地质储量为107.3万吨，储层平均孔隙度为9.5％，储层平均渗透率为1.41mD；期次7地质储量为42.8万吨，储层平均孔隙度为7.6％，储层平均渗透率为1mD。所以挑选期次6为主力层系。为了充分考虑压力变化时主裂缝的应力敏感效应，用下式计算每一时刻的主裂缝渗透率：
式中：Kf——为裂缝渗透率；Kf0——为裂缝初始渗透率；φf——为裂缝孔隙度；Cf——为裂缝压缩系数；ΔP——为压降值(当前地层压力-初始地层压力)
(二)主力层系井排距和生产制度优化设计方法
1.以最大经济利润为指标，拟合总利润与主力层系井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素相关的经验公式。
针对井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素分别给出四个值，设计正交试验。因为该区块天然能量不足，所以油井转注时机用地层压力下降值来表示，分别选取地层压力下降0MPa、2MPa、4MPa、6MPa。井距排距分别选取300m*150m、400m*200m、500m*250m、600m*300m。水井注入量用水井注入压力来表示，分别选取35MPa、37MPa、39MPa、41MPa。针对期次6建立油藏数值模型，模型厚度为40m，NTG为0.18，渗透率为1.41mD，孔隙度为9.5％，缝长为220m，主裂缝导流能力14D·cm，主裂缝压缩系数0.001MPa-1。
总成本包含投资估算和成本估算两部分。投资估算包含压裂成本100万元，单井钻井投资660万元，单井地面投资185万元。成本估算包含单井固定成本64万元，吨油可变成本220元/吨。油价为58美元/桶。总利润计算表达式为：
总利润＝总收入-总成本(2)
表1正交试验表
总利润Y受地层压力下降值X1、井距X2、水井注入压力X3三个因素的影响，根据表1的正交试验结果，拟合得到因变量Y与三个自变量X1、X2、X3之间的关系式：
Y＝-1.27026+0.03631X1+0.00331X2+0.17068X3-0.00025X1X2+0.00216X1X3+0.00034X2X3-0.01719X1 2-0.00002X2 2-0.00406X3 2
(3)
式(3)与实际数据之间的误差R2＝0.996，非常接近1，说明式(3)可以准确地反映总利润与主力层系井排距、油井转注时机、水井注水量之间的关系。式(3)不仅能够用于优选主力层系的井排距和生产制度，而且具有比传统方法计算简便、快速的优点。
数据分析结果见表2：
表2 Excel数据分析结果表
表中，Multiple R：复相关系数，用来衡量自变量x与y之间的相关程度大小，本例中R＝0.998表明它们之间的关系为高度正相关。
R Square：复测定系数，用来说明自变量解释因变量y变差的程度，以测定因变量y的拟合效果。本例中复测定系数为0.996，表明用自变量可解释因变量变差的99.6％。
Adjusted R Square：调整后的复测定系数R2,本例中该值为0.990，说明自变量能说明因变量y的99％。
标准误差：用来衡量拟合程度的大小，此值越小说明拟合程度越小。
Significance F的P值为1.622E-06，小于显著性水平0.05，说明该回归方程回归效果显著。
假设回归估算表达式为：
Y＝b0+b1X1+b2X2+b3X3+b4X1X2+b5X1X3+b6X2X3+b7X1 2+b8X2 2+9X3 2，
B36:B45为常数项和b1-b9的值，据此可得到公式(3)。
2.优选主力层系井排距和生产制度。
设置X1、X2、X3的取值分别为：
X1：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10
X2：200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800
X3：34、35、36、37、38、39、40、41
通过式(3)可以快速且准确地得到，水驱开发时，主力层系的最优井距和排距为450m*225m，最优转注时机为地层压力下降0MPa时转注，最优注水量是水井注入压力达到40MPa时所注入的水量，此时利润最大，为2.897亿元。
(三)利用应力敏感效应优选非主力层的生产制度
针对非主力层(期次7)，按照主力层系的井排距，以累产油最高为目标，通过改变油井转注时机、水井注水量进行方案优选。油井转注时机用地层压力下降值来表示，分别选取0MPa、2MPa、4MPa、6MPa。水井注入压力以1MPa为间隔，从34MPa取至43MPa，共取10个值。故共有4*10＝40种方案。
针对期次7建立油藏数值模型，模型厚度为30米，NTG为0.15，渗透率为1mD，孔隙度为7.6％，缝长为220m，主裂缝导流能力12D·cm，主裂缝压缩系数0.0012MPa-1，共生产15年。计算得到累产油结果如下表所示：
表3不同调整方案累产油(万方)
由表3和附图2可以看出，非主力层(期次7)在压裂之后就进行转注，且注水井注入压力为38MPa时，生产15年累产油最高。
本发明中的多层应力敏感油藏压裂水驱井网及生产制度优化方法，设计了一套统筹兼顾上下各层主裂缝应力敏感效应的新型井网布置及生产制度优化方法，解决了不同层系对应的最优布井方式不同这一问题；提出了一种方便、快速、准确优选主力层系井排距和生产制度的方法；充分发挥各层系的贡献作用，最大程度提高层状砂砾岩油藏的采收率和经济效益。
Claims (1)
1.多层应力敏感油藏压裂水驱井网布置及生产制度的优化方法，其特征在于，该多层应力敏感油藏压裂水驱井网布置及生产制度的优化方法包括：
步骤1，挑选主力层；
步骤2，以最大经济利润为指标，拟合总利润与主力层系井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素相关的经验公式；
步骤3，优选主力层系井排距和生产制度；
步骤4，利用应力敏感效应优选非主力层的生产制度；
在步骤1中，根据各层的地质储量、物性参数这些条件挑选主力层；为了充分考虑压力变化时主裂缝的应力敏感效应，用下式计算每一时刻的主裂缝渗透率：
式中：Kf——为裂缝渗透率；Kf0——为裂缝初始渗透率；φf——为裂缝孔隙度；Cf——为裂缝压缩系数；△P——为压降值，当前地层压力-初始地层压力；
在步骤2中，针对井距和排距、油井转注时机、水井注水量三个因素分别给出四个值，设计正交试验；油井转注时机用地层压力下降值来表示，水井注水量用水井注入压力来表示；排距是井距的1/2；
总成本包含投资估算和成本估算两部分；总利润计算表达式为：
总利润＝总收入-总成本(2)
总利润Y受地层压力下降值X1、井距X2、水井注入压力X3三个因素的影响，根据正交试验结果，拟合得到因变量Y与三个自变量X1、X2、X3之间的关系式为；
Y＝-1.27026+0.03631X1+0.00331X2+0.17068X3-0.00025X1X2+0.
00216X1X3+0.00034X2X3-0.01719X1 2-0.00002X2 2-0.00406X3 2(3)；
在步骤3中，设置X1、X2、X3的取值，通过式(3)可以快速且准确地得到，水驱开发时，主力层系的最优井距和排距，最优转注时机和最优注水量；
在步骤4中，针对非主力层，按照主力层系的井排距，以累产油最高为目标，通过改变油井转注时机、水井注水量进行方案优选。
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