勝利油區(qū)整裝油藏特高含水期水平井提高采收率技術(shù)

宋勇

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

勝利油區(qū)整裝油藏特高含水期水平井提高采收率技術(shù)

宋勇

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

由于對(duì)勝利油區(qū)整裝油藏特高含水期水平井驅(qū)油機(jī)理的認(rèn)識(shí)不足，原有的水平井設(shè)計(jì)技術(shù)不能滿足當(dāng)前油田開發(fā)需要，水平井的設(shè)計(jì)難度加大，開發(fā)效果不理想。為此，根據(jù)實(shí)際礦場動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以物理模擬相似準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，建立大型物理膠結(jié)模型實(shí)驗(yàn)，開展水平井提高采收率研究。引入驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率和波及系數(shù)貢獻(xiàn)率，以揭示水平井提高采收率的機(jī)理，并利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差、夾層滲透率、水平井方位和水平井部署時(shí)機(jī)等參數(shù)進(jìn)行了影響規(guī)律研究。結(jié)果表明，水平井投產(chǎn)初期以增大波及系數(shù)為主，特高含水期以提高驅(qū)油效率為主。儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差越大，夾層滲透性越低，水平井的方位越接近垂直于注水井連線方向，水平井部署時(shí)機(jī)越早，在同一含水率時(shí)，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率越低，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率越高。

水平井 物理模擬 采收率 貢獻(xiàn)率 數(shù)值模擬 整裝油藏

勝利油區(qū)是應(yīng)用水平井最早、技術(shù)發(fā)展最快的油區(qū)之一，油區(qū)中各類油藏目前都已廣泛應(yīng)用水平井技術(shù)，并取得較好的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益［1-2］。其中，整裝油藏1996年開始利用水平井技術(shù)挖潛正韻律厚油層頂部剩余油富集區(qū)，截至2013年6月，投產(chǎn)正韻律水平井112口，初期平均產(chǎn)油量為17.2 t/d，初期平均含水率為64.3%，平均單井累積產(chǎn)油量為1.1×104t。礦場試驗(yàn)證實(shí)，水平井不但提高了采油速度，還有效地提高了采收率。但由于水平井挖潛與原注采井網(wǎng)未形成良好的配置關(guān)系，致使水平井初期開發(fā)效果較好，后期會(huì)出現(xiàn)供液不足等問題，影響水平井的開發(fā)效果。因此，筆者通過物理模擬實(shí)驗(yàn)，建立了大型物理膠結(jié)模型，開展水平井提高采收率的機(jī)理研究，并應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)拓展，初步明確了勝利油區(qū)整裝油藏水平井提高采收率的機(jī)理，以期為水平井設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用，增強(qiáng)水平井設(shè)計(jì)技術(shù)的科學(xué)性，提高水平井的適應(yīng)性和開發(fā)效果。

1　水平井提高采收率物理模擬實(shí)驗(yàn)

1.1大型物理膠結(jié)模型

針對(duì)孤島油田中一區(qū)儲(chǔ)層地質(zhì)開發(fā)動(dòng)態(tài)特征，建立縱向正韻律分布的物理膠結(jié)模型，模型長、寬、高分別為26，30和4.5 cm，平面上的物性均質(zhì)，縱向上共分為3層，每層厚度均為1.5m，從上到下孔隙度分別為0.28，0.32和0.36，滲透率分別為600×10-3，2 000×10-3和5 000×10-3μm2?？紤]到勝利油區(qū)河流相儲(chǔ)層直井井網(wǎng)形式多為交錯(cuò)排狀，因此采取該井網(wǎng)的一個(gè)井組單元，挖潛井的部署方式分為直井、水平井垂直注入井連線和水平井平行注入井連線等3類（圖1）。

圖1　大型物理膠結(jié)模型及挖潛方式示意Fig.1　Schematic plotof large-scale physical consolidated modeland potential tapping patterns

1.2水平井提高采收率機(jī)理

應(yīng)用大型物理膠結(jié)模型深入分析不同井型、不同水平井方位對(duì)剩余油挖潛的效果，以及水平井增大波及系數(shù)和提高驅(qū)油效率二者之間的關(guān)系，明確水平井相對(duì)于直井提高采收率的機(jī)理，為特高含水期正韻律儲(chǔ)層挖潛提供理論指導(dǎo)。

具體的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路為：①第1階段，交錯(cuò)排狀直井井網(wǎng)單元生產(chǎn)至含水率為90%；②第2階段，關(guān)掉原生產(chǎn)井，在油層頂部剩余油富集區(qū)進(jìn)行挖潛，挖潛方式分別采用直井、水平井垂直注入井連線以及水平井平行注入井連線等3種，生產(chǎn)至含水率為98%時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。通過實(shí)驗(yàn)研究剩余油富集區(qū)內(nèi)的波及特征、挖潛井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征以及對(duì)采出程度的影響，并分析水平井與直井在增大波及系數(shù)以及提高驅(qū)油效率兩方面的差異性。

水平井提高采收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，第1階段水驅(qū)結(jié)束后，平面上油井之間及模型邊角處存在水動(dòng)力學(xué)滯留區(qū)，剩余油飽和度較高；油井之間含油區(qū)較為集中且區(qū)域較大，而模型邊角處則相對(duì)分散且區(qū)域較?。?］（圖2）。第2階段挖潛結(jié)束時(shí)，水平井垂直注入井連線挖潛方式效果最好，采收率最高為51.53%，剩余油動(dòng)用程度最大（圖3a）；水平井平行注入井連線挖潛方式效果次之，采收率為28.43%，水平井兩側(cè)區(qū)域剩余油動(dòng)用程度相對(duì)較差（圖3b）；直井挖潛效果最差，采收率為23.82%，其周圍區(qū)域仍存在剩余油富集區(qū)（圖3c）。3種挖潛方式相對(duì)第1階段水驅(qū)結(jié)束時(shí)，提高采收率分別為33.69%，11.56%和6.61%，水平井提高采收率幅度高于直井。

圖2　大型物理膠結(jié)模型頂層剩余油飽和度分布（含水率為90%）Fig.2　Remainingoilsaturation distribution in the top layerof large-scale physicalconsolidated model（water cutis90%）

水平井既可以增大波及系數(shù)也可以提高驅(qū)油效率采收率是波及系數(shù)與驅(qū)油效率的乘積［4-5］，為了明確水平井提高采收率過程中2個(gè)參數(shù)所起的作用，提出驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率和波及系數(shù)貢獻(xiàn)率2個(gè)概念，其表達(dá)式分別為

式中：ED′為驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率，%；ΔER1為直井波及區(qū)域內(nèi)水平井相對(duì)直井提高的采收率，%；ΔER為水平井比直井挖潛提高的采收率，%；EV′為波及系數(shù)貢獻(xiàn)率，%；ΔER2為直井波及區(qū)域以外水平井波及區(qū)域以內(nèi)水平井相對(duì)直井提高的采收率，%。

圖3　3種挖潛方式下的頂層剩余油飽和度分布（含水率為98%）Fig.3　Remaining oilsaturation distribution in the top layerwith three potential tapping patterns（water cutis98%）

統(tǒng)計(jì)分析不同含水率、不同水平井挖潛方式下的波及系數(shù)與驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率（表1）可以看出：水平井相對(duì)于直井來說，增大波及系數(shù)和提高驅(qū)油效率均能提高水驅(qū)采收率，但貢獻(xiàn)率隨含水率變化有所不同；隨著含水率的上升，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率逐漸減小，而驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率逐漸增大，當(dāng)含水率為98%時(shí)，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率低于驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率；水平井垂直注入井連線的波及系數(shù)貢獻(xiàn)率明顯大于水平井平行注入井連線的，主要是由于當(dāng)水平井平行注入井連線時(shí)，水平井兩端易發(fā)生水竄，影響了水平井?dāng)U大波及范圍的作用。

表1　不同含水率階段提高采收率狀況Table1　EOR situation in differentwater cutperiods

2　水平井提高采收率數(shù)值模擬技術(shù)

在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，應(yīng)用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)［6-7］，考慮水平井儲(chǔ)層參數(shù)以及工作制度等諸多因素［8-9］，進(jìn)一步研究水平井相對(duì)直井增大波及系數(shù)與提高驅(qū)油效率的關(guān)系。

2.1儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差

針對(duì)河流相正韻律儲(chǔ)層特性，分別考慮儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差為3，8，15時(shí)，研究水平井相對(duì)直井增大波及系數(shù)與提高驅(qū)油效率的關(guān)系。結(jié)果（圖4）表明，隨著含水率的上升，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率逐漸減小，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率逐漸增大，且當(dāng)含水率小于95%時(shí)，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率大于驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率，而當(dāng)含水率大于98%時(shí)，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率逐漸大于波及貢獻(xiàn)率；儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差越大，同一含水率條件下，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率越低，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率越高；儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差越大，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率與驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率的相交點(diǎn)越向左移，即交點(diǎn)處的含水率越低。

圖4　不同儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差下貢獻(xiàn)率與含水率的關(guān)系Fig.4　Relationship between the contribution rate and water cut with differentverticalpermeability ratios

2.2水平井方位

針對(duì)特高含水期剩余油分布模式，當(dāng)水平井與注入井連線的夾角分別為0°，45°和90°時(shí)，研究水平井相對(duì)直井增大波及系數(shù)與提高驅(qū)油效率的關(guān)系（圖5）。研究結(jié)果表明，水平井與注入井連線的夾角越大，即水平井越接近平行于油井井排方向，同一含水率時(shí)，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率越低，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率越高；水平井與注入井連線的夾角越大，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率與驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率的相交點(diǎn)越向左移，即交點(diǎn)處的含水率越低。

圖5　不同夾角下的貢獻(xiàn)率與含水率關(guān)系Fig.5　Relationship between the contribution rateandwater cutwith differentanglesbetween horizontalwells and injectionwells

2.3水平井部署時(shí)機(jī)

針對(duì)不同的水平井挖潛時(shí)機(jī)，考慮含水率分別為85%，90%和95%時(shí)進(jìn)行水平井挖潛，研究水平井相對(duì)直井增大波及系數(shù)與提高驅(qū)油效率的關(guān)系。研究結(jié)果（圖6）表明，隨著含水率的上升，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率逐漸減小，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率逐漸增大，且當(dāng)含水率小于95%時(shí)，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率大于驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率，而當(dāng)含水率大于98%時(shí)，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率大于波及系數(shù)貢獻(xiàn)率；含水率越低且同一含水率時(shí)的波及系數(shù)貢獻(xiàn)率越低，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率越高；且含水率越低時(shí)進(jìn)行水平井挖潛，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率與驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率的相交點(diǎn)越向左移，即交點(diǎn)處的含水率越低。

圖6　不同部署時(shí)機(jī)的貢獻(xiàn)率與含水率關(guān)系Fig.6　Relationship between the contribution rateandwater cut with differentdeploying time ofhorizontalwells

2.4夾層滲透率

考慮到夾層對(duì)流體縱向運(yùn)移的阻隔作用［10-11］，分別設(shè)定夾層滲透率為0，20×10-3，50×10-3μm2時(shí)，研究水平井相對(duì)直井增大波及系數(shù)與提高驅(qū)油效率的關(guān)系。研究結(jié)果（圖7）表明，夾層的滲透率越低，同一含水率時(shí)的波及系數(shù)貢獻(xiàn)率越低，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率越高；夾層的滲透率越低，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率與驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率的相交點(diǎn)越向左移，即交點(diǎn)處的含水率越低；當(dāng)含水率達(dá)到98%時(shí)，夾層滲透率對(duì)波及系數(shù)貢獻(xiàn)率和驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率對(duì)夾層滲透率不確定、不敏感。

圖7　不同夾層滲透率下的貢獻(xiàn)率與含水率關(guān)系Fig.7　Relationship between the contribution rate and water cut with different interlayer permeabilities

3　結(jié)束語

應(yīng)用物理模擬手段，首次揭示了水平井剩余油挖潛提高采收率的機(jī)理，即生產(chǎn)初期以增大波及系數(shù)為主，特高含水期以提高驅(qū)油效率為主。并利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差、夾層滲透率、水平井方位和水平井部署時(shí)機(jī)等參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，結(jié)果表明儲(chǔ)層縱向滲透率級(jí)差越大，夾層滲透性越低，水平井方位越垂直于注水井連線方向，水平井部署時(shí)機(jī)越早，在同一含水率時(shí)，波及系數(shù)貢獻(xiàn)率越低，驅(qū)油效率貢獻(xiàn)率越高。通過實(shí)際礦場應(yīng)用取得了顯著的增油效果，2010年以來共投產(chǎn)水平井58口，累積增油量為13.78×104t，初期產(chǎn)油量為7.7 t/d，初期含水率為80.5%；共投產(chǎn)新直井211口，平均初期產(chǎn)油量僅為3.8 t/d，初期含水率為90.1%，水平井初期產(chǎn)油量是直井的2倍，初期含水率比直井低10個(gè)百分點(diǎn)，水平井開發(fā)效果較好。

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編輯王星

EOR technology for thehorizontalwellsatextra-high water cut stage in integrated oil reservoirsof Shenglioilfield

Song Yong
（Geoscience Research Institute，ShengliOilfield Company，SINOPEC，Dongying City，Shandong Province，257015，China）

The integrated oil reservoirs have stepped into extra-high water cut stage.Original technologies don’t fit to the currentdevelopmentsituation，and the design ofhorizontalwellshasbecomemore difficultand the developmenteffect is restricted to the deficient understanding about oil-displacementmechanism of horizontal wells at this stage.A large-scale consolidatedmodelwas built based on the similarity criterion in physical simulation according to the practical production data.Enhancing the oil recovery by the horizontalwells was studied.EOR mechanism of the horizontalwells can be revealed through the introduction of contribution rate ofoil displacementefficiency and contribution rate of sweep efficiency. The influenceofvertical permeability ratio，interlayer permeability，horizontalwellsdirection and the drilling timeon oil recovery were studied with numerical simulation.The result shows that sweep efficiencymay be improved at early stage of production and the oildisplacementefficiency should be enhanced in the extra-highwater cutstage for the horizontalwells. The horizontalwell ismore perpendicular to the line of injection wells the higher the vertical permeability ratio is and the lower the interlayer permeability is.The contribution rate ofoil displace efficiency is higher at the samewater cut the earlier the deploying time ofhorizontalwell isand the lower the contribution rate ofsweep efficiency is.

horizontalwells；physical simulation；oil recovery；contribution rate；numericalsimulation；integrated oil reservoir

TE357

A

1009-9603（2015）03-0119-05

2015-03-10。

宋勇（1980—），男，山東泰安人，高級(jí)工程師，碩士，從事油氣田開發(fā)方案編制及油藏?cái)?shù)值模擬研究。聯(lián)系電話：13854604469，E-mail：songyong387.slyt@sinopec.com。

中國石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“整裝油田水平井提高采收率油藏工程優(yōu)化技術(shù)”（P10074）。