扇三角洲水下分流河道砂體注采井網(wǎng)優(yōu)化

許曉明，李彥蘭，何 輝，孫景民

“提高石油采收率”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 海淀100083

引 言

注采井網(wǎng)的綜合調(diào)整和剩余油挖潛是許多老油田進(jìn)入高含水采油階段的主要措施。高含水老油田經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)，油水關(guān)系進(jìn)一步復(fù)雜化，剩余油的挖潛要求更加精細(xì)，除了注采層系進(jìn)一步細(xì)化外，注采井網(wǎng)與儲(chǔ)層性質(zhì)的合理配置也是高含水老油田下一步更精細(xì)開(kāi)發(fā)較為重要的環(huán)節(jié)和手段[1]。注采井網(wǎng)的合理部署及優(yōu)化才能提高水驅(qū)控制程度，合理高效利用注水開(kāi)發(fā)，盡量減少注入水無(wú)效循環(huán)的可能，已經(jīng)成為老油田進(jìn)一步提高采收率的重要手段之一[2-3]。

為了更好地認(rèn)識(shí)扇三角洲水下分流道砂體與注采井網(wǎng)匹配關(guān)系對(duì)剩余油分布的影響，以冀東油田高深南為研究對(duì)象，對(duì)扇三角洲前緣砂體進(jìn)行了單砂體刻畫(huà)，并建立了精細(xì)地質(zhì)模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了注采井網(wǎng)與單砂體配置關(guān)系研究，并應(yīng)用數(shù)值模擬進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。

1 扇三角洲前緣水下分流河道儲(chǔ)層砂體分布特征及地質(zhì)建模

已報(bào)道的扇三角洲基本模式有3 種類(lèi)型[4]：一是牙買(mǎi)加型扇三角洲，為陡坡型、大高差，發(fā)育于島弧碰撞海岸區(qū)；二是阿拉斯加型扇三角洲，高差小、為緩坡型，發(fā)育于大陸碰撞海岸區(qū)；三是斷陷湖盆型扇三角洲，大多在陡岸帶發(fā)育。上述3 種類(lèi)型都是沖積扇前積于水下，有水上、水下部分，并都具有近源、多礫、辨狀河發(fā)育的共同特點(diǎn)。

扇三角洲是從鄰近高地直接前積到停滯水體中的沖積扇，其形成要具有海（湖）岸附近地形高差大，斜坡陡窄，靠物源，碎屑物供應(yīng)充足等條件[5]。扇三角洲的物源很近，常在高地活陡坡且臨水之地，這和沖積扇很相似，因而碎屑物質(zhì)被搬運(yùn)的距離也不會(huì)很遠(yuǎn)。因此，成份成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都很差[6]。

扇三角洲向陸一側(cè)為沖積扇或物源老山，岸上斜坡更短更陡，甚至水體直抵扇根。砂體個(gè)數(shù)相對(duì)三角洲小而多，常成群出現(xiàn)，沿湖盆短軸陡坡側(cè)分布，縱向剖面上呈厚而短的楔狀體，向湖方向很快尖滅。扇三角洲根據(jù)其特點(diǎn)可以劃分為完整的扇三角洲平原、扇三角洲前緣、前扇三角洲相帶，其中90%以上的石油儲(chǔ)量分布在扇三角洲前緣[7]。

扇三角洲前緣分流河道砂體分布主要為低彎曲分流、順直分流和水下分流河道砂體，這些砂體呈條帶狀、窄條狀和土豆?fàn)罘植?，連續(xù)性較差，分布面積差異大，滲透率較高，厚度較大（圖1）。由于扇三角洲前緣沉積快，搬運(yùn)距離短，分選相對(duì)與曲流河、辮狀河沉積差，儲(chǔ)層非均質(zhì)性相對(duì)更嚴(yán)重[8]。

圖1 洪水期扇三角洲沉積模式Fig.1 Depositional model of fan delta in flood period

針對(duì)扇三角洲前緣水下分流河道儲(chǔ)層砂體的沉積類(lèi)型，以冀東油田高尚堡地區(qū)為例，建立了精細(xì)的地質(zhì)模型。冀東油田高尚堡地區(qū)高深南屬于扇三角洲前緣的沉積環(huán)境[9-10]，按照“點(diǎn)—線—面”的研究思路，從巖芯描述出發(fā)，進(jìn)行單井微相劃分，最后進(jìn)行剖面與平面微相劃分與分析，根據(jù)重礦物分析看高深南區(qū)物源主要來(lái)自北西方向，同時(shí)部分地區(qū)也受北東向物源影響（圖2）。

圖2 穩(wěn)定重礦物百分含量等值線圖Fig.2 Stable heavy mineral percentage contour map

考慮扇三角洲前緣砂體的非均質(zhì)性嚴(yán)重的特點(diǎn)，對(duì)冀東高深南斷塊的不同物源方向的滲透率極差進(jìn)行了計(jì)算，受沉積作用和相帶變化的影響，在順古水流方向滲透率極差變化范圍較?。?～5），但滲透率絕對(duì)值相對(duì)較大，在垂直古水流方向滲透率極差的變化范圍較大（2～50），滲透率絕對(duì)值相對(duì)較小（圖3）。因此，在順古水流方向水流錐進(jìn)較均勻，并且水流錐進(jìn)速度較快，在垂直古水流方向水流錐進(jìn)不均勻，錐進(jìn)速度相對(duì)較慢。

圖3 斷塊滲透率等值線圖Fig.3 Block permeability contour map

應(yīng)用相控建模對(duì)儲(chǔ)層屬性參數(shù)進(jìn)行模擬，建立了高尚堡深層某斷塊的三維地質(zhì)模型（圖4，圖5），在地質(zhì)建模過(guò)程中充分考慮物源方向，模型中的y方向（圖4 中箭頭方向）與物源方向一致，即模型中的y 方向?yàn)轫樄潘鞣较颉?/p>

圖4 某小層平面滲透率分布模型Fig.4 A small layer permeability distribution model

2 水下分流河道砂體油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)注采井網(wǎng)的影響

在扇三角洲前緣，水下分流河道常呈樹(shù)枝狀，規(guī)模隨河道分叉而變小，其油水運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)表現(xiàn)為平面上油水運(yùn)動(dòng)方向與河道砂體沉積方向相似，注入水仍然沿主流帶快速推進(jìn)，滲透率方向性明顯，常出現(xiàn)“一邊澇一邊旱”現(xiàn)象；但縱向上，層內(nèi)水洗厚度相對(duì)較均勻，水洗厚度較大，驅(qū)油效率較高。根據(jù)水下分流河道這一特點(diǎn)，本文對(duì)該斷塊地質(zhì)模型應(yīng)用數(shù)值模擬方法研究了古水流方向?qū)ψ⑷胨鞣较虻挠绊?，由圖6 可知，在注水井與油井間連線與古水流方向一致時(shí)，注入水的流向整體呈沿古水流方向錐進(jìn)，并且注入水首先沿古水流方向流動(dòng)，在古水流方向錐進(jìn)一定程度后，注入水才向垂直古水流方向流動(dòng)，在垂直古水流方向注入水的推進(jìn)速度較慢，不易連片推進(jìn)。

考慮建模時(shí)應(yīng)用了相控模擬的因素，在針對(duì)古水流方向?qū)τ退\(yùn)動(dòng)方向影響的研究時(shí)，有意加大了垂直古水流方向的滲透率，使相控因素的影響降到最低，同樣應(yīng)用數(shù)值模擬方法針對(duì)斷塊模型進(jìn)行計(jì)算，由計(jì)算結(jié)果可知，注入水依然沿順古水流方向錐進(jìn)的速率快，注入水在順古水流方向大于垂直古水流方向，相比之下注入水仍易于沿古水流方向錐進(jìn)（圖7）。

圖7 加大垂直古水流方向滲透率示意圖Fig.7 Permeability diagram with increase vertical palaeocurrent direction

從冀東高尚堡某一斷塊的開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)資料也可以看出，注水井注入水沿沽古水流方向推進(jìn)快，例如G3102 是一口注水井，與它相鄰的兩口受效井是G3102-1 和G31022-4 井，G3102 是在1991 年開(kāi)始注水，G31022-1 和G31022-4 都是在1997 年開(kāi)采投產(chǎn)的油井，其中G31022-1 和G3102 之間的連線與古水流方向成一定的角度（圖8），G31022-1 在開(kāi)采初期含水很低，持續(xù)低含水開(kāi)采了近5 年的時(shí)間后，由于補(bǔ)孔射到了高含水層導(dǎo)致油井含水忽然升高（圖9）。

圖8 4 口井的井位圖Fig.8 Location of the 4 wells

圖9 G3102-1 井開(kāi)采曲線Fig.9 The mining curve of Well G3102-1

G31022-4 與G3102 之間的連線與古水流方向一致（圖9），注入水流速快，導(dǎo)致G31022-4 井射孔初期就高含水（圖10）。

可見(jiàn)，扇三角洲前緣水下分流河道砂體沉積方向?qū)λ鬟\(yùn)動(dòng)有著至關(guān)重要的影響。針對(duì)這些特征，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)清楚古水流方向前提下，使注水井與油井連線與古水流方向構(gòu)成一定角度，若注水井和采油井之間的連線與古水流方向完全一致時(shí)，在油田實(shí)際生產(chǎn)中部分油井出現(xiàn)快速水淹狀況，注水井與油井之間易于形成水流優(yōu)勢(shì)通道。

圖10 G3102-4 井開(kāi)采曲線Fig.10 The mining curve of Well G3102-4

3 古水流方向?qū)粌?yōu)化的影響研究

通過(guò)油藏工程分析和數(shù)值模擬計(jì)算，扇三角洲前緣水下分流河道砂體的開(kāi)發(fā)后期，剩余油主要分布在斷層邊部及砂體物性變化較快的部位，因此根據(jù)剩余油的分布規(guī)律及具體分布情況，考慮古水流方向?qū)ψ⑷胨鬟\(yùn)動(dòng)方向的影響，對(duì)注采井網(wǎng)及井位進(jìn)行優(yōu)選，下面以冀東高深南某斷塊為例研究注采井網(wǎng)井位的優(yōu)選。

冀東高深南斷塊在西北部的斷層邊部是剩余油比較富集的區(qū)域。在充分利用老井的基礎(chǔ)上，采用反七點(diǎn)法分別部署了兩套井網(wǎng)，并模擬注水開(kāi)發(fā)。第1 套井網(wǎng)部署是注水井與油井之間的連線與古水流方向一致（圖11），第2 套井網(wǎng)是注水井和油井之間的連線與古水流方向成一定夾角（圖12）。

圖11 高深南某斷塊注采井網(wǎng)部署圖（第1 套井網(wǎng)）Fig.11 Well network of Gaoshennan（the 1st pattern)）

圖12 高深南某斷塊注采井網(wǎng)部署圖（第2 套井網(wǎng)）Fig.12 Well network of Gaoshennan（the 2nd pattern)）

投產(chǎn)一段時(shí)間后第1 套井網(wǎng)注入水沿古水流方向流動(dòng)速度較大，油井快速水淹，沿古水流方向水淹范圍明顯大于逆古水流方向，在古水流方向形成水淹條帶（圖13），同時(shí)油井在投產(chǎn)初期含水呈直線上升趨勢(shì)，并在很短時(shí)間內(nèi)含水達(dá)到90%以上，很快進(jìn)入高含水期（圖14）。可見(jiàn)，注入水沿物源方向錐進(jìn)速度較快。

第2 套井網(wǎng)注入水水驅(qū)方向較均勻，周?chē)途?jiàn)水相對(duì)緩慢（圖15），與第1 套方案對(duì)比第2 套方案注入水沿古水流方向水淹范圍較小，周?chē)途徛仙?，由低含水逐?jí)上升到中高含水，最后進(jìn)入高含水階段（圖16）。在明確物源方向的條件下，優(yōu)化布井能夠明顯改善水驅(qū)效果。

圖13 第1 套井網(wǎng)投產(chǎn)后含油飽和度圖Fig.13 The oil saturation of the first pattern

圖14 油井含水上升隨時(shí)間變化曲線（第1 套井網(wǎng)）Fig.14 The water cut rising changes with time（the 1st pattern）

圖15 第2 套井網(wǎng)投產(chǎn)后含油飽和度圖Fig.15 The oil saturation of the second pattern

圖16 油井含水上升隨時(shí)間變化曲線（第2 套井網(wǎng)）Fig.16 The water cut rising changes with time（the 2nd pattern）

通過(guò)整個(gè)區(qū)塊的采出程度、采油量、含水進(jìn)行了對(duì)比，第1 套井網(wǎng)的采出程度為26.5%，第2 套井網(wǎng)的采出程度為30%（圖17）。第1 套井網(wǎng)的采油量為86.2×104t，第2 套井網(wǎng)的采油量為97.6×104t，第1 套井網(wǎng)的區(qū)塊綜合含水91.06%，第2 套井網(wǎng)的區(qū)塊綜合含水為86.79%（圖18）。從而更進(jìn)一步說(shuō)明，在地質(zhì)認(rèn)識(shí)清楚基礎(chǔ)上，合理注采井的部署與砂體分布配置關(guān)系直接影響油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及水驅(qū)油效果。

圖17 兩套井網(wǎng)采出程度對(duì)比圖Fig.17 Recovery degree of the two sets of well pattern

圖18 兩套井網(wǎng)區(qū)塊含水對(duì)比圖Fig.18 Block water cut of the two sets of well pattern

4 結(jié) 語(yǔ)

扇三角洲前緣水下分流河道砂體的物源沉積方向?qū)ψ⑷胨牧鲃?dòng)方向有一定的影響，注入水沿物源方向錐進(jìn)速度較快。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中，注采井網(wǎng)的部署應(yīng)針對(duì)砂體不同物源沉積方向部署注采井網(wǎng)，同時(shí)根據(jù)古水流方向優(yōu)化油水井位，使注入水的流動(dòng)方向與古水流方向成一定的角度，以便使注入水相對(duì)均勻向油井錐進(jìn)，減少部分油井快速水淹的可能，從而達(dá)到改善油田水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，提高水驅(qū)采收率的目的。

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