蘇玉亮，曹國梁，袁 彬，呂廣忠，王文東，魯明晶

1)中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東 青島266580;2)中國石油化工股份有限公司勝利油田現(xiàn)河采油廠，山東東營257061;3)中國石油化工股份有限公司勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257061

低滲油藏壓裂井網(wǎng)改變油藏固有滲流模式，其滲流機理復(fù)雜［1-2］，僅依靠解析法或數(shù)學(xué)模擬法難以準確描述流體的滲流規(guī)律，需借助物理模擬方法. 水電模擬實驗是根據(jù)水電相似原理設(shè)計的一種物理模擬實驗，它可直觀反映流體的滲流規(guī)律，還能檢驗解析法和數(shù)模法的準確性. 國內(nèi)外雖有依靠水電模擬實驗開展單井(復(fù)雜結(jié)構(gòu)井和分段壓裂水平井等)滲流機理研究，但對不同井網(wǎng)形式的壓裂井網(wǎng)水電模擬的報道較少. 本文通過水電模擬實驗研究正對排狀壓裂井網(wǎng)和交錯排狀井網(wǎng)，研究不同裂縫方位、裂縫穿透比及排距下的滲流場分布規(guī)律，探討低滲油藏壓裂井網(wǎng)的滲流機理.

1 實驗原理及裝置

水電模擬實驗［3-7］是根據(jù)油藏地層中流體與電流兩者流動方式相似，利用相似的滲流方程通過實驗?zāi)M油藏滲流方式. 實驗中，通過注入具有導(dǎo)電能力的溶液，并對容器邊界施加一定電壓，用實驗中溶液的電場分布模擬地層中流體的壓力場分布，因此，可通過水電模擬實驗，利用穩(wěn)定電流的流動模擬流體的穩(wěn)態(tài)滲流展開研究.

水電模擬實驗裝置主要由油藏模擬系統(tǒng)、低壓電路系統(tǒng)、測點定位系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4 部分組成. 以一定濃度和體積的NaCl 溶液為電解質(zhì)溶液模擬油藏介質(zhì)，電解槽邊界模擬封閉邊界條件，紫銅帶模擬供給邊界情況，細銅絲模擬井筒在低壓電路系統(tǒng)中，通過交流穩(wěn)壓電源提供實驗所需電壓，并將電壓輸出給邊界和井筒.

2 模型設(shè)計與步驟

本設(shè)計模擬油藏開采中常用的正對式和交錯式2 種排狀井網(wǎng)形式，如表1 和圖1，通過測量不同條件下，模型中多點電壓分布及電流值，研究壓裂井井網(wǎng)開發(fā)中地層滲流場的分布規(guī)律.

水電模擬實驗步驟為:①根據(jù)設(shè)計方案，用直徑2 mm 銅棒垂直安放在電解槽中模擬直井，用銅片模擬壓裂裂縫;②采用自來水作導(dǎo)電介質(zhì)(加少許的NaCl);③在導(dǎo)電溶液中布置好模型，并對供給邊界及模擬的油水井加上直流穩(wěn)定電壓;④測量通過井的電流;⑤移動探針，以5 cm 為一個測點測量模型內(nèi)多點的電壓;⑥改變實驗井網(wǎng)模型，重復(fù)步驟②～⑤.

表1 井網(wǎng)水電模擬設(shè)計方案Table 1 Design table of hydroelectric simulation

圖1 水電模擬井網(wǎng)模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of hydroelectric simulation well pattern

3 結(jié)果及分析

3.1 裂縫與井排間夾角的影響

低滲油藏開發(fā)過程中，人工裂縫與井排夾角的不同會改變近井筒地帶流體滲流方式，增加泄油面積，提高掃油效率，最終影響油井單井產(chǎn)量和采收率. 為了解不同夾角下滲流場分布，設(shè)計正對式排狀井網(wǎng)(如圖2)，模擬油井壓裂，水井無壓裂，裂縫穿透比0.3，裂縫與井排夾角分別為0°、30°和45°的滲流場分布圖.

圖2 可見，無壓裂水井周圍等壓線近以水井為中心，近似呈圓形分布. 壓裂油井周圍壓力等勢線以裂縫為中心軸呈橢圓形分布，裂縫對地層流體流動帶來了很大的影響. 同時，油井附近等勢線隨井排與裂縫的角度變化相應(yīng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，說明滲流場隨裂縫方位的變化而變化，近井周圍流體滲流由徑向流向線性流變化，且離壓裂井越近，趨勢越明顯.

圖2 不同裂縫方位下5 點井網(wǎng)等壓線分布圖Fig.2 Iso-pressure distribution map of five-spot network under different fracture orientation

3.2 裂縫穿透比的影響

選取正對式排狀井網(wǎng)和交錯式排狀井網(wǎng)的1/4井網(wǎng)進行模擬，模型大小均為160 cm ×60 cm，其中油井和水井均為壓裂井，壓裂穿透比分別為0.2、0.3 和0.4.

由圖3 可見，在井網(wǎng)形式不同、井距排距相同的條件下，裂縫穿透比越大，油井周圍流體滲流方式由徑向流向線性流轉(zhuǎn)變趨勢就越明顯，同時距離裂縫越近的地層中，流體滲流方式呈線性流的趨勢越明顯. 穿透比為0.2 時，等壓線以裂縫為中心呈規(guī)則的同心橢圓簇狀;穿透比為0.3 時，裂縫附近等壓線還保持同心橢圓簇狀，遠離裂縫部分等壓線已基本平行分布;而當裂縫穿透比增大至0.4 時，等壓線只在裂縫頂端對應(yīng)部分出現(xiàn)彎曲，其他部分基本形成平行分布，地層中流體滲流以線性流為主，均勻推進.

圖3 不同裂縫穿透比下兩種井網(wǎng)模型等壓線分布Fig.3 Iso-pressure distribution map of two kinds of network under different fracture length

3.3 井網(wǎng)排距的影響

油、水井排的排距大小會影響井排的壓力分布，進而影響油藏的開發(fā)效果，因此本研究選擇不同模型寬度值，分別為160 cm ×40 cm、160 cm ×60 cm 和160 cm×80 cm 模型，其中油井和水井均為壓裂井，壓裂穿透比取0.4，選取正對式井網(wǎng)、交錯式井網(wǎng)的1/4 井網(wǎng)進行模擬測定.

由圖4 可知，注采壓差相同情況下，排距越大，裂縫周圍地層壓力保持水平越低，流體滲流過程壓降損失越大. 通過比較正對式排狀與交錯式排狀兩種井網(wǎng)形式，在裂縫參數(shù)相同的情況下，交錯式井網(wǎng)中裂縫周圍地層壓力比正對式排狀井網(wǎng)中裂縫周圍地層壓力保持水平好.

圖4 不同排距下兩種井網(wǎng)模型的等壓線分布Fig.4 Iso-pressure distribution map of two kinds of network under different row distance

3.4 裂縫參數(shù)對產(chǎn)能的影響分析

圖5 不同井網(wǎng)模型裂縫穿透比與電流關(guān)系曲線Fig.5 The relationships curve between fracture penetrating ratio and current under different hydraulic well patterns

圖5 為正對式、交錯式排狀井網(wǎng)模型電流值與模擬裂縫穿透比的關(guān)系曲線，可見，裂縫穿透比越大，井網(wǎng)產(chǎn)能越大，此結(jié)論與滲流場分布圖中所得裂縫穿透比越大，對地層流體滲流影響越大的結(jié)論一致. 對比電流曲線，相同條件下，交錯式排狀井網(wǎng)模型測得電流值高于正對式排狀井網(wǎng)模型中測得電流，與滲流場分布圖中得到的交錯式排狀井網(wǎng)中地層壓力保持水平優(yōu)于正對式排狀井網(wǎng)的結(jié)論一致.

結(jié) 語

綜上可知:①在不同井網(wǎng)(正對式和交錯式)條件下，井網(wǎng)間滲流場等壓線分布隨穿透比的變化規(guī)律類似，壓裂井周圍等壓線以裂縫為中心軸呈同心橢圓簇狀分布，并隨裂縫方位變化而相應(yīng)發(fā)生旋轉(zhuǎn);②當裂縫穿透比越大，壓裂井周圍的流體滲流由徑向流向線性流轉(zhuǎn)變趨勢越明顯;當裂縫穿透比大于0.4 時，等壓線只在裂縫頂端對應(yīng)部分出現(xiàn)彎曲，其他部分基本呈平行分布，地層中流體滲流以線性流為主，產(chǎn)能隨穿透比的增大而遞增;③相同注采壓差情況下，排距越大，裂縫周圍地層壓力保持水平越低，井網(wǎng)間流體滲流過程中壓降損失越大;④在相同生產(chǎn)條件及井距排距情況下，交錯式排狀井網(wǎng)開發(fā)過程中，地層壓力保持水平優(yōu)與正對式排狀井網(wǎng).

/ References:

［1］Zeng Baoquan，Cheng Linsong，Li Chunlan，et al. Development evaluation of fractured horizontal wells in ultralow permeability reservoirs ［J］. Acta Petrolei Sinica，2010，31(5):791-793.(in Chinese)曾保全，程林松，李春蘭，等. 特低滲油藏壓裂水平井開發(fā)效果評價［J］. 石油學(xué)報，2010，31(5):791-793.

［2］Yang Li. The research on seepage law of low-permeability oil reservoir ［J］. West-China Exploration Engineering，2011，10:81-84.(in Chinese)楊 立. 低滲透油氣田滲流規(guī)律研究［J］. 西部探礦工程，2011，10:81-84.

［3］Cui Guangxin. Similarity Theory and Model Test ［M］.Xuzhou:Press of China University of Mine，1990:1-78.(in Chinese)崔廣心. 相似理論與模型實驗［M］. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990:1-78.

［4］Gao Fei，Han Guoqing，Wu Xiaodong，et al. The research of experimental method about hydroelectric simulation［J］. Science Technology and Engineering，2012，12(16):45-47.(in Chinese)高 飛，韓國慶，吳曉東，等. 水電模擬實驗方法研究［J］. 科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12(16):45-47.

［5］Hu Bo，Cheng Shiqing，Yuan Zhiming，et al. Experimental research on fishbone wells by electric field analogue model ［J］. Journal of Liaoning Technical University Natural Science，2009，28(4):128-131.(in Chinese)胡 博，程時清，袁志明，等. 魚骨刺井電模擬實驗研究［J］. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，2009，28(4):128-131.

［6］Mitchell J K，Younger J S. Abnormalities in hydraulic flow through fine-grained soils ［J］. ASTM Spech，1967，417:106-141

［7］Qu Zhanqing，Zhang Qi，Wu Zhimin，et al. Experimental research on electric analogy of the productivity of fractured horizontal well ［J］. Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2006，13(3):53-55.(in Chinese)曲占慶，張 琪，吳志民，等. 水平井壓裂產(chǎn)能電模擬實驗研究［J］. 油氣地質(zhì)與采收率，2006，13(3):53-55.

［8］Xu Qingyan，Yang Zhengming，He Ying，et al. Numerical simulation of nonlinear seepage in super-low permeability reservoirs ［J］. Journal of Shenzhen University Science and Engineering，2012，29(6):504-508.(in Chinese)徐慶巖，楊正明，何 英，等. 超低滲透油藏非線性滲流數(shù)值模擬［J］. 深圳大學(xué)學(xué)報理工版，2012，29(6):504-508.

［9］Guo Ping，Xu Yonggao，Chen Zhaozuo，et al. New ideas obtained from laboratory study of flowing mechanisms in low-permeability reservoirs ［J］. Natural Gas Industry，2007，27(7):86-88.(in Chinese)郭 平，徐永高，陳召佐，等. 對低滲氣藏滲流機理實驗研究的新認識［J］. 天然氣工業(yè)，2007，27(7):86-88.

［10］Cai Xingxing. The Filtration Law and Well Pattern Optimization Procedure of Hydraulically Fractured Horizontal Wells in Thin Interbed and Low Permeability Reservoir Fan147 ［D］. Chengdu:Southwest Petroleum University，2011.(in Chinese)蔡星星. 樊147 薄互層低滲油藏壓裂水平井滲流規(guī)律及井網(wǎng)優(yōu)化研究［D］. 成都:西南石油大學(xué)，2011.

［11］Hao Mingqiang，Wang Xiaodong，Hu Yongle. Productivity calculation of multi-fractued horizontal well in ultra-low permeability pressure-sensitive reservoirs ［J］. Journal of China University of Petroleum Edition of Natural Sciences，2011，35(6):99-104.(in Chinese)郝明強，王曉冬，胡永樂. 壓敏性特低滲透油藏壓裂水平井產(chǎn)能計算［J］. 中國石油大學(xué)報自然科學(xué)版，2011，35(6):99-104.

［12］Zhu Ming，Wu Xiaodong，Han Guoqing，et al. Experimental research of electric analogy for multi-lateral wells［J］. Journal of Oil and Gas Technology，2012，35 (6):90-93.(in Chinese)朱 明，吳曉東，韓國慶，等. 多分支井電模擬試驗研究［J］. 石油天然氣學(xué)報，2012，35(6):90-93.

［13］Cao Guoliang，Li Xiaohui，Zhang Qi，et al. Experimental study on the seepage law of ultra-low permeability reservoir of the five-spot long fracturing technique ［J］. Science and Technology of West China，2012，34(2):99-104.(in Chinese)曹國梁，李曉慧，張 琪，等. 特低滲五點井網(wǎng)長縫壓裂滲流規(guī)律研究［J］. 中國西部科技，2012，34(2):99-104.

［14］Shi Yu，Yang Zhengming，Huang Yanzhang，et al. Study on non-linear seepage flow model for low-permeability reservoir ［J］. Actra Petrolei Sinica，2012，35(5):731-734.(in Chinese)時 宇，楊正明，黃延章，等. 低滲透儲層非線性流模型研究［J］. 石油學(xué)報，2009，30(5):731-734.