低滲透油藏正方形反九點(diǎn)井網(wǎng)波及系數(shù)的研究

閆炳旭，張曉琳

（1. 東北石油大學(xué) 提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2. 中國石油天然氣股份有限公司 撫順石化分公司石油一廠，遼寧 撫順 111300）

低滲透油藏正方形反九點(diǎn)井網(wǎng)波及系數(shù)的研究

閆炳旭1，張曉琳2

（1. 東北石油大學(xué) 提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2. 中國石油天然氣股份有限公司 撫順石化分公司石油一廠，遼寧 撫順 111300）

對(duì)于開發(fā)中后期的非均質(zhì)油藏，波及系數(shù)是一個(gè)重要的評(píng)價(jià)參數(shù)。應(yīng)用 Eclipse數(shù)值模擬軟件，模擬研究低滲透油藏開發(fā)過程中，影響波及系數(shù)的因素，模型分析結(jié)果得出：非均質(zhì)的滲透率值為2.4-1.2-0.8-0.4-0.8-1.2-2.4排列的井區(qū)波及系數(shù)最大；波及系數(shù)隨著各向異性的增大先增大后減小；注水井為水平井時(shí)比其為直井時(shí)的波及系數(shù)大，且當(dāng)注水井的水平長度為400 m時(shí)波及效果最好；當(dāng)注水井為直井，在不同位置處布生產(chǎn)水平井改善水驅(qū)的效果不同，且全布水平井時(shí)水驅(qū)波及系數(shù)最大。

低滲透油藏；波及系數(shù)；正方形反九點(diǎn)井網(wǎng)；水平井

低滲透油藏[1-3]是世界上最重要的油藏類型之一，其主要分布在墨西哥、中國、阿爾及利亞、埃及、美國等國家，目前，我國復(fù)雜難采的低滲透油田所占比例越來越大，且相當(dāng)多的油田處于低產(chǎn)低效狀態(tài)，因此，開發(fā)好低滲透油藏，對(duì)我國能源供應(yīng)具有重要意義。

波及系數(shù)是定量評(píng)價(jià)地下石油采出程度的重要指標(biāo)，本文利用Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件，建立低滲透油藏理想模型，通過軟件模擬地層狀況，直觀分析出低滲透油藏開發(fā)過程中波及系數(shù)[4-6]的影響因素，進(jìn)而改善目前低滲透油田普遍存在的問題，這將對(duì)我國石油工業(yè)保持穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

1 理論模型

油藏中部深度為2 000 m，油層厚9 m，地層平均孔隙度為14%；原油的粘度為7.69 mPa·s，相對(duì)密度為0.855 9，油氣比為67.2 m3/t；原始地層壓力為 18.0 MPa，飽和壓力為 7.81 MPa；滲透率為1.8×10-3μm2；原始含油飽和度為55%，束縛水飽和度為45%。

根據(jù)油層基本參數(shù)，運(yùn)用Eclipse建立60×60×3的三維地質(zhì)模型，網(wǎng)格總數(shù)為10 800。該理論模型為反九點(diǎn)正方形水驅(qū)均質(zhì)模型，其橫向X與Y方向的滲透率相同，Z方向滲透率為X方向的0.1倍，生產(chǎn)井定壓5 MPa生產(chǎn)，注水井定注入速度為25 m3/d。

2 影響因素分析

2.1 非均質(zhì)程度影響因素分析

首先，主應(yīng)力方向?yàn)閄軸方向，對(duì)非均質(zhì)進(jìn)行劃分，分為平行于主應(yīng)力方向的非均質(zhì)和垂直于主應(yīng)力方向的非均質(zhì)，由于正方形井網(wǎng)有對(duì)稱的特點(diǎn)，故其平行主應(yīng)力方向和垂直主應(yīng)力方向非均質(zhì)情況類似，僅是滲流場(chǎng)圖方向偏轉(zhuǎn)90°。為了模擬地層，將現(xiàn)實(shí)情況中非均質(zhì)規(guī)律簡(jiǎn)化，將油藏水平方向上橫向或縱向劃分為不同滲透率的滲透帶和豎直方向上三層油藏劃分不同滲透率的油藏即可。已知均質(zhì)油藏滲透率為1.8×10-3μm2，假設(shè)K1為0.4×10-3μm2，K2為0.8×10-3μm2，K3為1.2×10-3μm2，K4為2.4×10-3μm2。

平行主應(yīng)力方向非均質(zhì)可以分為4種：

（1）排序?yàn)镵1K2K3K4K3K2K1的非均質(zhì)第一層油藏，第二層油藏以及第三層油藏的滲透率分別為第一層油藏滲透率的0.5倍和1.5倍。

（2）排序?yàn)镵4K3K2K1K2K3K4的非均質(zhì)第一層油藏，第二層油藏以及第三層油藏的滲透率分別為第一層油藏滲透率的0.5倍和1.5倍。

（3）排序?yàn)镵3K4K1K2K1K4K3的非均質(zhì)第一層油藏，第二層油藏以及第三層油藏的滲透率分別為第一層油藏滲透率的0.5倍和1.5倍。

（4）排序?yàn)镵2K1K4K3K4K1K2的非均質(zhì)第一層油藏，第二層油藏以及第三層油藏的滲透率分別為第一層油藏滲透率的0.5倍和1.5倍。

模擬結(jié)果表明：注水井注水五年后，水平和垂直方向的波及系數(shù)相同，且運(yùn)用Eclipse查出水驅(qū)波及的網(wǎng)格數(shù)，總網(wǎng)格數(shù)為10 800。

波及系數(shù)=水驅(qū)波及網(wǎng)格數(shù)/總網(wǎng)格數(shù)

計(jì)算得到平行和垂直主應(yīng)力方向非均質(zhì)油藏的波及系數(shù)表如表1。

表1 平行、垂直主應(yīng)力方向的非均質(zhì)油藏波及系數(shù)表Table 1 Sweep efficiency of inhomogeneous reservoir when they are parallel and vertical principal stress direction

由表1知垂直主應(yīng)力方向與水平主應(yīng)力方向波及系數(shù)相同，且當(dāng)非均質(zhì)特點(diǎn)為方案二時(shí)波及系數(shù)最大，波及效果最好。

2.2 各向異性影響因素分析

得到正方形反九點(diǎn)井網(wǎng)波及系數(shù)隨各向異性的變化趨勢(shì)圖如圖1。

圖1 正方形直井波及系數(shù)隨各向異性變化趨勢(shì)圖Fig.1 A trend chart of sweep efficiency change with anisotropic in square vertical well block

由圖1知，對(duì)于正方形井網(wǎng)，波及系數(shù)隨著各向異性的增大先增大后減小，因而井排距與各向異性存在最佳匹配關(guān)系，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中可以通過各向異性來調(diào)整井排距大小，增大波及系數(shù)，進(jìn)而增加油藏最終采收率。

3 不同井型開發(fā)波及系數(shù)評(píng)價(jià)

3.1 注水井為直井或水平井時(shí)波及系數(shù)評(píng)價(jià)

不同注水井井型的優(yōu)化，是基于反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)注水井采用直井或水平井的選擇的方式。另外考慮非均質(zhì)情況，選取波及系數(shù)最大時(shí)第二種非均質(zhì)方案。依然對(duì)其運(yùn)用Eclipse考慮注水井為直井和水平井時(shí)的波及系數(shù)大小，并對(duì)水平井長度進(jìn)行優(yōu)化，下圖為注水井為水平井和直井生產(chǎn)十年后波及系數(shù)變化圖如圖2。

圖2 注水井為直井和水平井時(shí)的波及系數(shù)對(duì)比圖Fig.2 A sweep efficiency contrast figure of the injection wells are horizontal wells or vertical wells

由圖2可知，水驅(qū)十年后水平井的波及系數(shù)均高于直井的波及系數(shù)，波及系數(shù)隨水平段長度的增加逐漸增加，最后趨于平穩(wěn)，且可以優(yōu)選出注水井水平段長度為400 m時(shí)，油藏的波及系數(shù)最高，油田采收率較大。

3.2 生產(chǎn)井為直井或水平井時(shí)波及系數(shù)評(píng)價(jià)

以正方形反九點(diǎn)注水井和生產(chǎn)井均為直井做基礎(chǔ)，令注水井為直井，生產(chǎn)井井型采用3種優(yōu)化方案：第1種角井為水平井，第2種邊井為水平井，第3種全部生產(chǎn)井為水平井。角井水平井水平段長度為100 m。邊井水平井長度為200 m。全部為水平井時(shí)角井長度為100 m，邊井水平段長度為200 m。

（1）反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)角井水平井

圖3是優(yōu)化方案1時(shí)，見水前后角井為水平井時(shí)的波及范圍圖。

圖3 見水前后角井為水平井時(shí)波及范圍圖Fig.3 Spread range map of horizontal angle wells before and after water breakthrough

由圖3可知，見水前反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)角井為水平井時(shí)，其見水前緣曲線方程近似為一圓形曲線，得其方程為：x2+y2=2402。

見水后反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)角井為水平井時(shí)，其見水前緣分為四部分，每部分相同，且每部分分兩段，第一段為45°到90°的曲線方程為：

第二段為0°到45°的曲線方程為：

圖4 見水前后邊井為水平井時(shí)波及范圍圖Fig.4 Spread range map of horizontal edge wells before and after water breakthrough

（2）反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)邊井水平井

圖4是優(yōu)化方案2時(shí)，見水前后邊井為水平井時(shí)的波及范圍圖。

由圖4可知，見水前反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)邊井為水平井時(shí)，其見水前緣曲線方程近似為一圓曲線。其方程為：

見水后反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)邊井為水平井時(shí)，其見水前緣分為四部分，每部分相同，且每部分分兩段，第一段為45°到90°的曲線方程為：

第二段為0°到45°的曲線方程為：

（3）反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)全井水平井圖5是優(yōu)化方案3時(shí)，見水前后生產(chǎn)井均為水平井時(shí)的波及范圍圖。

圖5 見水前后生產(chǎn)井全為水平井時(shí)波及范圍圖Fig.5 Spread range map of horizontal production wells before and after water breakthrough

由圖5可知，見水前反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)生產(chǎn)井為水平井時(shí)，其見水前緣曲線方程近似為一曲線。其方程為：x2+y2=2602。

見水后反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)邊井為水平井時(shí)，其見水前緣分為四部分，每部分相同，且每部分分兩段，第一段為45°到90°的曲線方程為：

第二段為0°到45°的曲線方程為:

由以上公式，可以計(jì)算就見水前后，在正方形井網(wǎng)中波及到的網(wǎng)格數(shù)，且已知Eclipse中的總網(wǎng)格數(shù)，可計(jì)算出見水前后波及系數(shù)，繪制成柱狀圖，如圖6。

由見水前后的柱狀圖上可知，當(dāng)注水井為直井，生產(chǎn)井全部為水平井時(shí)，見水前后的波及系數(shù)均最大，故當(dāng)采用優(yōu)化方案3時(shí)，即生產(chǎn)井全為水平井時(shí)，波及系數(shù)最大，油田采收率最好。

圖6 見水前后不同井型開發(fā)方案水驅(qū)波及系數(shù)對(duì)比圖Fig.6 Sweep efficiency contrast figure of different well type development plans before and after water breakthrough

4 結(jié) 論

（1）非均質(zhì)性越強(qiáng)，波及系數(shù)越??；較小的各向異性能有效改善水驅(qū)波及系數(shù)，但各向異性再增大，波及系數(shù)反而減小。

（2）不同的井網(wǎng)形式、非均質(zhì)性與各向異性之間存在最佳匹配關(guān)系。

（3）水平井注水的波及系數(shù)大于直井注水的波及系數(shù)；隨著水平井長度的增加，波及系數(shù)增大，但增長速度因受多種因素影響而不同。

（4）不同位置處布生產(chǎn)水平井改善水驅(qū)效果不同，全布生產(chǎn)水平井時(shí)水驅(qū)波及系數(shù)最大。

［1］ 楊正明,于榮澤,蘇致新,張艷峰,崔大勇.特低滲透油藏非線性滲流數(shù)值模擬[J].石油勘探與開發(fā),2010(01):94-98.

［2］ 張仲宏,楊正明,劉先貴,熊偉,王學(xué)武.低滲透油藏儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào),2012(03):437-441.

［3］ 胡文瑞.中國低滲透油氣的現(xiàn)狀與未來[J].中國工程科學(xué),2009(08):29-37.

［4］ 胡罡.計(jì)算水驅(qū)油藏體積波及系數(shù)的新方法[J].石油勘探與開發(fā),2013(01):103-106.

［5］ 范江,張子香,等.非均質(zhì)油層波及系數(shù)計(jì)算模型[J].石油學(xué)報(bào),1993(01):92-98

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Research on Areal Sweep Efficiency of Square Invert 9-Spot Well Pattern of Low-permeability Reservoir

YAN Bing-xv1，ZHANG Xiao-lin2
(1. Improved Recovery Key Laboratory of the Ministry of Education, Northeast Petroleum University,Heilongjiang Daqing 163318, China; 2. PetroChina Fushun Petrochemical Company No.1 Refinery, Liaoning Fushun 111300, China)

In the middle or later periods of the development of the heterogeneous reservoir, sweep efficiency is an important evaluation parameter. In this paper, Eclipse numerical simulation software was used to research factors to affect sweep efficiency in the low permeability reservoir development process. The results show that: when inhomogeneous permeability value is 2.4-1.2-0.8-0.4-0.4-1.2-0.8,the well block’s sweep efficiency is the biggest; the sweep efficiency increases first and then decreases with the increase of anisotropy; the sweep efficiency of horizontal injection well is greater than that of vertical well, and the spread level of injection well length of 400 m is the best; when injection well is vertical well, layout of production horizontal wells at different location has different water flooding improvement effect; when the production wells are all horizontal wells, the sweep efficiency is the biggest.

Low permeability reservoir; Sweep efficiency; Square invert 9-spot areal well pattern; Horizontal well

TE 122

A

1671-0460（2016）03-0555-04

中國石油科技創(chuàng)新基金研究項(xiàng)目“特高含水期二元驅(qū)多段塞等流度驅(qū)油方法研究”，項(xiàng)目號(hào)：（2013D-5006-0203）。

2015-11-30

閆炳旭（1990-），女，碩士, 研究方向：從事油田開發(fā)及提高采收率技術(shù)工作。E-mail：15246063156@163.com。