不同井網(wǎng)砂巖油藏三維數(shù)值研究

李陽旭，王衛(wèi)強(qiáng)，李小玲

（遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

不同井網(wǎng)砂巖油藏三維數(shù)值研究

李陽旭，王衛(wèi)強(qiáng)，李小玲

（遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

基于流體力學(xué)以及滲流力學(xué)原理，將油藏假定為多孔介質(zhì)，建立了多孔介質(zhì)水驅(qū)油流固耦合方程，對(duì)同一油藏的三種不同井網(wǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值研究。得出整個(gè)油藏平面的壓力分布，不同采油年份剩余油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律、以及采油過程中關(guān)鍵因素采收率，得到準(zhǔn)確的采油能力大小排列，并最終選出最優(yōu)井網(wǎng)。采油從開始到采油2 a這段時(shí)間內(nèi)，3種井網(wǎng)采油率由小到大的排列順序?yàn)椋号艩罘ǎ?點(diǎn)法＜9點(diǎn)法，采油2 a到8 a間采油率有小到大的排列順序?yàn)椋号艩罘ǎ?點(diǎn)法＜5點(diǎn)法，三種采油方式都是采油達(dá)到8 a時(shí)采收率達(dá)到最高值，采油時(shí)間達(dá)到6 a之前，采油率增長(zhǎng)較為明顯。

油藏；井網(wǎng)；采收率；多孔介質(zhì)

注水采油可以提高油田油井的產(chǎn)量和采油率，在油田注水開發(fā)過程中，針對(duì)特殊的油藏采用較為合理的井網(wǎng)設(shè)計(jì)是保證油田原油產(chǎn)量較高的因素之一[1]。注水采油過程中井網(wǎng)壓力，注水井以及采油井的壓力、毛管壓力、剩余油飽和度和分布狀態(tài)，這些因素都對(duì)油藏采收率有著重要的影響[2-4]。目前已有大量國(guó)內(nèi)外學(xué)者，對(duì)注水采油的關(guān)鍵過程進(jìn)行了深入的研究[5-10]，而且取得了較為有意義的結(jié)果。而以往的研究主要集中在固定井網(wǎng)水驅(qū)開發(fā)效果上，對(duì)同一油藏用不同井網(wǎng)開發(fā)的研究還很少，且對(duì)于三維井網(wǎng)數(shù)值研究研究的較少，而且由于油藏中巖石構(gòu)造較為復(fù)雜，這從本質(zhì)上增加了室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和理論研究的困難程度[5，9]。應(yīng)用數(shù)值模擬，以流體力學(xué)、滲流力學(xué)和多孔介質(zhì)流動(dòng)換熱為基礎(chǔ)，，借助大型計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)同一油田建立抽象的油藏模型，布置三組不同的井網(wǎng)，對(duì)注水采油過程進(jìn)行三維數(shù)值研究，得出整個(gè)油藏平面的壓力分布，不同采油年份剩余油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律、以及采油過程中關(guān)鍵因素—采收率，得到準(zhǔn)確的采油能力大小排列，并最終選出最優(yōu)井網(wǎng)。

1 模型建立

1.1 油藏概況

為了使注水采油的油水的物理過程再現(xiàn)，根據(jù)相似理論建立了油藏物理模型，模擬區(qū)域?yàn)?00× 900的油藏平面，平面內(nèi)布置有9口井，井間距離為150 m，其中水井給定壓力為24 MPa，注水強(qiáng)度保持不變，油井給定壓力為4 MPa，平面邊界給定壓力為20 MPa。所選模擬區(qū)域?yàn)樯皫r油藏，平均滲透率14.3 10-2，巖石密度1450kg/m3,比熱984J/(kg·K)，油藏平均孔隙度15.1%水的密度998kg/m3，比熱4182J/(kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)2.1W/(m·K)，原油密度890kg/m3，比熱2150 J/(kg·K)，導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)0.14W/m，熱膨脹系數(shù)0.0091/K，粘度2.27×10-44Pa·s。設(shè)計(jì)了三組不同的井網(wǎng)：排狀法、5點(diǎn)法和99點(diǎn)法。

1.2 數(shù)學(xué)模型

在模擬過程中可以將油藏中的砂巖看做是多孔介質(zhì)，由于多孔介質(zhì)內(nèi)部流體流動(dòng)、、換熱的過程相當(dāng)復(fù)雜，而有限容積法正是處理多孔介質(zhì)流動(dòng)換熱問題最常用的理論方法之一[10-12]。在研究過程中假設(shè)巖石骨架各項(xiàng)均質(zhì)而且無形變。原油密度變化與boussinesq假設(shè)相符，初始時(shí)刻油藏孔隙中油和水分是均勻分布，并油水滲流符合達(dá)西定律.

2 數(shù)值研究及結(jié)果分析

圖1 為排狀法采油的相關(guān)壓力云圖，圖為整個(gè)油藏中從采油開始到1 a和8 a時(shí)油藏中的壓力分布云圖。

從圖1中可以看出，采油時(shí)間達(dá)到1 a時(shí)，整個(gè)油藏內(nèi)壓力有規(guī)律的分布，其中壓力較高的地區(qū)主要集中在注水井附近，且壓力分布是以每口注水井為圓心，半徑漸變的圓形分布在油藏中，采油達(dá)到這個(gè)時(shí)間，每口水井所造成的壓力波并沒有與其他注水井向接觸，井間干擾較弱，，而且距離注水井和采油井越遠(yuǎn)的地方壓力相對(duì)越低。當(dāng)采油時(shí)間達(dá)到8年時(shí)，壓力較高的地區(qū)仍然集中在注水井和采油井附近，但此時(shí)模擬區(qū)域的周邊地區(qū)壓力較采油1年時(shí)變化較為明顯。采油8年時(shí)不同注水井造成的壓力波已經(jīng)與其他注水井以及采油井所造成的的壓力波相接處，井間干擾相對(duì)采油1 a時(shí)會(huì)相對(duì)較為強(qiáng)烈。

圖2為5點(diǎn)法采油的相關(guān)壓力云圖，圖為整個(gè)油藏中從采油開始到1 a和8 a時(shí)油藏中的壓力分布云圖。從圖中可以看出5點(diǎn)法采油，，壓力云圖隨著采油時(shí)間的變化規(guī)律與排狀法類似，，采油時(shí)間達(dá)到1 a時(shí)壓力較高的地區(qū)主要集中在注水井附近，每口水井所造成的壓力波并沒有與其他注水井向接觸，井間干擾較弱。采油時(shí)間達(dá)到8 a時(shí)時(shí)，井間干擾相對(duì)采油1 a時(shí)會(huì)相對(duì)較為強(qiáng)烈。

圖4 為9 點(diǎn)法采油的相關(guān)壓力云圖，圖為整個(gè)油藏中從采油開始到1 a和8 a圖4 為9 點(diǎn)法采油的相關(guān)壓力云圖，壓力云圖的分布變化規(guī)律，與排狀法和5 點(diǎn)法相類似。由于油和水在油藏中的運(yùn)移情況的主要原動(dòng)力時(shí)壓力差，壓力差越大油水移動(dòng)效果會(huì)相對(duì)更加明顯，也即代表這個(gè)時(shí)候的此油藏井網(wǎng)的采油能力相對(duì)較強(qiáng)。。根據(jù)這個(gè)原理，對(duì)圖2、圖2、圖3中不同井網(wǎng)的壓力分布云圖進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)排狀法的采油能力相對(duì)較弱一些，5點(diǎn)法與9點(diǎn)法采油能力從云圖中可以認(rèn)為相差無幾。

圖1 排狀法不同采油年份井網(wǎng)壓力Fig.1 Row-lliike method different network pressure oil wells Year

圖2 5 點(diǎn)法不同采油年份井網(wǎng)壓力Fig.2 Five injection method different network pressure oil wells Year

圖3 9 點(diǎn)法不同采油年份井網(wǎng)壓力Fig.3 Nine injection method different network pressure oilwells Year

圖4-圖6為不同井網(wǎng)不同采油年份中剩余油分布狀態(tài)，其中濃度條已經(jīng)給出顏色對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其中圖油，采油時(shí)間分別為1 a和8 a時(shí)整個(gè)油藏中剩余油分布質(zhì)量分?jǐn)?shù)云圖，從圖中可以看出采油注水井附近剩余油分布最少，而采油井周圍剩余油分布相對(duì)較多，模擬區(qū)域內(nèi)其他油藏平面內(nèi)剩余油分布較多，主要集中在注水井和采油井所形成的圖形外。當(dāng)采油達(dá)到8 a時(shí)，可以明顯看出油井周圍有較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的剩余油。

圖5為5點(diǎn)法采油，采油從開始到時(shí)整個(gè)油藏中剩余油分布質(zhì)量分?jǐn)?shù)云圖以看出，與排狀法相比，采油1 a時(shí)油分布云圖相對(duì)較少，且采油達(dá)到余油相對(duì)很少。

圖6為9點(diǎn)法，采油從開始到11 a和8 a時(shí)整個(gè)油藏中剩余油分布質(zhì)量分?jǐn)?shù)云圖。從圖中可以看出，與排狀法相比，無論是采油1 a還是采油8 a油藏中剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)都相對(duì)較少，而與5點(diǎn)法相比，無論是采油1 a還是采油8 a油藏中剩余油質(zhì)量分?jǐn)?shù)要相對(duì)較多。綜合以上可以得出，從采油開始到采油達(dá)到8 a時(shí)，油藏中剩余油最多的排狀法法，最少的是5點(diǎn)法，也即采油能力5點(diǎn)法最大，，9點(diǎn)法次之，排狀法最小。

圖4 排狀法不同采油年份，剩余油分布Fig.4 Act like a different row oil year remaining oildistribution

圖5 5點(diǎn)法不同采油年份，剩余油分布Fig.5 Five injection method different from oil productionyear, remaining oil distribution

為了更加清楚的分析不同井網(wǎng)的采油能力，將每一年的模擬結(jié)果導(dǎo)出，并整理計(jì)算出每一年的采收率，得到圖7。從圖7可以清楚的看出采油從開始到采油2a這段時(shí)間內(nèi)，3種井網(wǎng)采油率由小到大的排列順序?yàn)椋号艩罘ǎ?點(diǎn)法＜9點(diǎn)法，采油2 a到為不同井網(wǎng)不同采油年份，整個(gè)油藏其中濃度條已經(jīng)給出，同樣的其中圖4為排狀法采時(shí)整個(gè)油藏中剩余油從圖中可以看出采油1a時(shí)，而采油井周圍剩余油模擬區(qū)域內(nèi)其他油藏平面內(nèi)剩余油主要集中在注水井和采油井所形成的圖可以明顯看出，只有采。采油從開始到1 a和8 a時(shí)整個(gè)油藏中剩余油分布質(zhì)量分?jǐn)?shù)云圖。從圖中可時(shí)，油藏中剩余且采油達(dá)到8 a時(shí)油藏中剩8a間采油率有小到大的排列順序?yàn)椋号艩罘ǎ?點(diǎn)法＜5點(diǎn)法，三種采油方式都是采油達(dá)到8 a時(shí)采收率達(dá)到最高值，采油時(shí)間達(dá)到6 a之前，采油率增長(zhǎng)較為明顯，6 a之后采油率的漲幅較為平緩。

圖6 9 點(diǎn)法不同采油年份，剩余油分布Fig.6 Nine injection method different from oil productionyear, remaining oil distribution

圖7 不同井網(wǎng)，不同采油年份的采收率Fig.7 Different Well, different oil recovery year

3 結(jié) 論

基于流體力學(xué)以及滲流力學(xué)原理，將油藏假定為多孔介質(zhì)，，建立了多孔介質(zhì)水驅(qū)油流固耦合方程，對(duì)同一油藏的三種不同井網(wǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值研究。得出結(jié)論：從油藏壓力方面可以得出，排狀法的采油能力相對(duì)較弱一些，5點(diǎn)法與9點(diǎn)法采油能力從云圖中可以認(rèn)為相差無幾；；從整個(gè)油藏內(nèi)剩余油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布云圖可以得出，從采油開始到采油達(dá)到8年時(shí)，油油藏藏中中剩剩余余油油最最多多的的排排狀狀法法，最少的是5點(diǎn)法，也即采油能力5點(diǎn)點(diǎn)法法最最大大，9點(diǎn)法次之，排狀法最??；從從采采收收率方面可以得出，采油從開始到采油2 a這段時(shí)間內(nèi)，3種井網(wǎng)采油率由小到大的排列順序?yàn)椋号艩罘ǎ?點(diǎn)法＜＜99點(diǎn)法，采油2 a到8 a間采油率有小到大的排列順序?yàn)椋号艩罘ǎ?點(diǎn)法＜5點(diǎn)法，三采采油方式都是采油達(dá)到8 a時(shí)采收率達(dá)到最高值，采油時(shí)間達(dá)到66 a之前，采油率增長(zhǎng)較為明顯，6 a之后采油率的漲幅較為平緩。

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Three-dimensional Numerical Simulation of Sandstone Reservoir With Different Well Pattern

LI Yang-xu，WANG Wei-qiang，LI Xiao-ling
（College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Fluid and solid coupled heat transfer control equation of water-driven oil in porous media was established by the theory of percolation mechanics and fluid mechanics. Three-dimensional numerical simulation of the same reservoir with three different well patterns was carried out. The plane pressure distribution of the reservoir was obtained as well as different year oil remaining oil content distribution and key factors in the process of oil recovery. The order of oil production capacity was determined, and the optimal well spacing was ultimately got. The results show that, within two years from the beginning of oil production, three kinds of well patterns’ productivity order is: row-like method ＜five-point method ＜nine-point method; from the third year to the eighth year, three kinds of well patterns’ productivity order is: row-like method ＜ nine-point method ＜ five-point method; the productivity of all three methods can reach the highest value in the eighth year; in initial six years, the growth of productivity is obvious.

Oil reservoir；Well pattern；Tar productivity；Porous medium

TQ 018

： A

： 1671-0460（2015）10-2486-04

2015-04-12

李陽旭（1989-），男，遼寧盤錦人，就讀于遼寧石油化工大學(xué)油氣井工程專業(yè)，從事鉆井液完井液的技術(shù)工作。E-mail：184900452@qq.com。