水平井網(wǎng)波及系數(shù)數(shù)值模擬研究

王一飛 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

波及系數(shù)是影響油田開發(fā)效果的重要指標(biāo)，國內(nèi)外學(xué)者利用實(shí)驗(yàn)技術(shù)、理論推導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)分析以及數(shù)值模擬等技術(shù)，對(duì)這一指標(biāo)的影響因素做了大量研究［1～6］。影響波及系數(shù)的因素有巖石物性、流體性質(zhì)、油層的非均質(zhì)性、井網(wǎng)特征及注水量大小。水平井與直井滲流的根本不同點(diǎn)在于水平井開采時(shí)流體在油層中的流動(dòng)是三維的，因此，研究水平井波及系數(shù)時(shí)，應(yīng)以三維數(shù)值模型為基礎(chǔ)，才能準(zhǔn)確反映其流動(dòng)特點(diǎn)。

1 數(shù)值計(jì)算模型及說明

采用五點(diǎn)法水平井直井聯(lián)合井網(wǎng)，水平井為生產(chǎn)井，直井注水。注采井距500m，地層厚度5m。平面網(wǎng)格步長10m，垂向網(wǎng)格步長0.2m。油層滲透率1000mD，原油黏度10mPa·s。原油密度860kg／m3，水相密度1000kg／m3。

算例均使用斯倫貝謝公司的Eclipse軟件進(jìn)行計(jì)算。為了更準(zhǔn)確地模擬水平井在五點(diǎn)法井網(wǎng)三維空間中的流動(dòng)特點(diǎn)，減小計(jì)算誤差，計(jì)算時(shí)采用九點(diǎn)差分格式。流度比根據(jù)文獻(xiàn) ［1］中的定義進(jìn)行計(jì)算，相關(guān)飽和度求取方法見文獻(xiàn) ［7］。

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 流度比的影響分析

隨著流度比的減小，波及系數(shù)逐漸增大，但見水時(shí)和突破時(shí)的波及系數(shù)越來越接近（圖1），說明流度比越小，水驅(qū)前緣過渡帶的范圍也越小，生產(chǎn)井井筒初見水之后，水驅(qū)前緣很快就突破至井筒。流度比越小，無水采出程度越大，見水后含水上升越快（圖2），這主要是因?yàn)榱鞫缺仍叫?，水相黏度增大甚至比油相的黏度更大，使得?qū)替過程接近活塞式驅(qū)替，波及系數(shù)提高，開發(fā)效果得到改善，現(xiàn)場(chǎng)采用高濃度聚合物驅(qū)就屬于這種情況。

2.2 儲(chǔ)層物性影響分析

垂向滲透率級(jí)差反映了地層垂向上的非均質(zhì)性。級(jí)差越大，縱向上注入水突進(jìn)越不均衡，底部滲透率大。注入水優(yōu)先從底部流動(dòng)，造成底部過早水淹，相應(yīng)波及系數(shù)越小。但級(jí)差大于5之后變化幅度明顯減小。

垂向滲透率與平面滲透率的比值反映了滲透率在垂向和平面上的各向異性。其比值越大，對(duì)垂向流動(dòng)影響越大。由于重力及密度差的緣故，油層上部的注入水也逐漸流向底部，注入水過早從油層底部突破，波及系數(shù)變小。

2.3 井網(wǎng)特征影響分析

水平井穿透比越大，波及系數(shù)越小。主要是由于水平井井筒兩端點(diǎn)距水井近，水驅(qū)前緣突破早，波及系數(shù)減小。

圖1 流度比對(duì)波及系數(shù)的影響

圖2 不同流度比時(shí)，采出程度與含水率關(guān)系曲線

混合井網(wǎng)形狀對(duì)波及系數(shù)也有影響，模型長寬比越小，波及系數(shù)越大。主要是因?yàn)殚L寬比較小時(shí)，分流線和主流線距離的差距減小，流線分布更加均勻，注入流體更接近線性驅(qū)替，線性驅(qū)替是驅(qū)替效果最好的一種驅(qū)替方式。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果分析，水平井位于地層中部以上時(shí)，注入水總是先從水平井底部突破。因此，水平井井位越靠上，波及系數(shù)也越大。

2.4 垂向網(wǎng)格大小劃分的影響

油層厚度相同、垂向網(wǎng)格厚度劃分不同時(shí)，采用數(shù)值方法計(jì)算時(shí)其垂向滲流能力也不同，而黏滯力與流速成正比關(guān)系，因此垂向上黏滯力分布也不同，由此會(huì)導(dǎo)致垂向波及系數(shù)變化，油水在三維空間的流動(dòng)分布和開發(fā)指標(biāo)存在差異。因此，垂向網(wǎng)格分層在精細(xì)油藏?cái)?shù)值模擬中必須合理，以減小模型差異引起的計(jì)算誤差。圖3為垂向網(wǎng)格厚度對(duì)計(jì)算波及系數(shù)的影響關(guān)系曲線?？梢钥闯?，薄層對(duì)細(xì)分層數(shù)更為敏感，薄層模擬時(shí)細(xì)分層厚度應(yīng)該更小。延長趨勢(shì)線至垂向網(wǎng)格厚度為0時(shí)，對(duì)應(yīng)的波及系數(shù)就是該油層厚度下的真實(shí)波及系數(shù)。隨著油層厚度（h）增大，波及系數(shù)增大，但厚度大于10m后波及系數(shù)變化十分微小。

圖3 垂向網(wǎng)格厚度對(duì)計(jì)算波及系數(shù)的影響

3 結(jié)論

1）流度比越小，驅(qū)替過程越接近活塞式驅(qū)替，水平井網(wǎng)波及系數(shù)越大。

2）垂向非均質(zhì)性和垂向與平面的各向異性越大，水平井網(wǎng)波及系數(shù)越小。

3）水平井穿透比和井網(wǎng)形狀長寬比越小，水平井網(wǎng)波及系數(shù)越大；水平井位越靠近油層頂部，波及系數(shù)越大。

4）細(xì)分層厚度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響顯著，層內(nèi)細(xì)分?jǐn)?shù)值模擬時(shí)必須考慮垂向網(wǎng)格細(xì)分對(duì)計(jì)算精度的影響。

［1］克雷格F F（美）.油田注水開發(fā)工程方法 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1977：79～82.

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［3］范江，張子香 .非均質(zhì)油層波及系數(shù)計(jì)算模型 ［J］.石油學(xué)報(bào)，1993，14（1）：92～96.

［4］Fassihi M R.New correlations for calculation of vertical coverage and areal sweep efficiency ［J］.SPE13945，1986.

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［7］張建國，雷光倫，張艷玉，等 .油氣層滲流理學(xué) ［M］.東營：石油大學(xué)出版社，1998：154～155 .