基于均衡驅(qū)替的多井干擾下產(chǎn)液量?jī)?yōu)化方法

韓光明代兆國(guó)楊建雷曹孟菁閆建釗劉海嬰

1.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校；2.中國(guó)石化江漢石油工程有限公司井下測(cè)試公司；3.中國(guó)石油華北石油管理局蘇里格項(xiàng)目部

基于均衡驅(qū)替的多井干擾下產(chǎn)液量?jī)?yōu)化方法

韓光明1代兆國(guó)2楊建雷1曹孟菁1閆建釗1劉海嬰3

1.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校；2.中國(guó)石化江漢石油工程有限公司井下測(cè)試公司；3.中國(guó)石油華北石油管理局蘇里格項(xiàng)目部

為實(shí)現(xiàn)水驅(qū)油田多井干擾下均衡驅(qū)替，采用油藏?cái)?shù)值模擬和實(shí)例驗(yàn)證方法，提出以驅(qū)替突破系數(shù)作為均衡驅(qū)替新標(biāo)準(zhǔn)，并將實(shí)際驅(qū)替分為油井水井均衡、油井不均衡但水井均衡、油井均衡但水井不均衡、油井水井不均衡4種模式，針對(duì)每種模式，研究建立了合理液量?jī)?yōu)化方法，通過(guò)注采調(diào)配，實(shí)現(xiàn)了多井干擾條件下均衡驅(qū)替。研究表明：驅(qū)替突破系數(shù)小于3時(shí)為均衡驅(qū)替，驅(qū)替突破系數(shù)大于3時(shí)為非均衡驅(qū)替，驅(qū)替突破系數(shù)介于3～14時(shí)為注采調(diào)配優(yōu)化方法的最佳適用范圍。研究結(jié)果為油水井配產(chǎn)配注提供了新的措施和思路。

水驅(qū)開(kāi)發(fā)；均衡驅(qū)替；多井干擾；產(chǎn)液量；優(yōu)化方法；數(shù)值模擬

目前，國(guó)內(nèi)大部分注水開(kāi)發(fā)油田已進(jìn)入高、特高含水階段，受地層、流體、井網(wǎng)等因素的影響，油田實(shí)際注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，驅(qū)替往往不均衡［1］。為實(shí)現(xiàn)油田的良好開(kāi)發(fā)效果，很多學(xué)者以均衡驅(qū)替開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)，基于經(jīng)驗(yàn)的定性認(rèn)識(shí)、理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬等方法，進(jìn)行了層系井網(wǎng)設(shè)計(jì)、注采調(diào)配、產(chǎn)液量?jī)?yōu)化等一系列研究［2-7］，提出了考慮滲透率級(jí)差對(duì)無(wú)因次均衡驅(qū)替的影響，確定非均質(zhì)油藏最優(yōu)井距和最佳配產(chǎn)等方法［8］。但目前國(guó)內(nèi)學(xué)者很少考慮在油田生產(chǎn)過(guò)程中存在的多井組相互干擾情況，基于單井組優(yōu)化的注采參數(shù)，在多井組條件下不一定是最優(yōu)。針對(duì)該問(wèn)題，筆者提出了驅(qū)替突破系數(shù)的概念，制定了均衡驅(qū)替新標(biāo)準(zhǔn)；按照驅(qū)替突破系數(shù)定義，將實(shí)際驅(qū)替分為4種模式，研究了每種模式的合理液量?jī)?yōu)化方法，通過(guò)注采調(diào)配，實(shí)現(xiàn)多井干擾條件下驅(qū)替均衡。

1 均衡驅(qū)替界限及驅(qū)替模式

Equilibrium displacement boundary and displacement model

1.1 驅(qū)替突破系數(shù)

Displacement breakthrough coefficient

油水井驅(qū)替程度不均衡，造成井間易形成剩余油。為了量化井組驅(qū)替不均衡程度，首次引入了驅(qū)替突破系數(shù)的概念，為注采調(diào)配提供依據(jù)。驅(qū)替突破系數(shù)定義為：注采井組內(nèi)油水井間最大連通值與最小連通值之比，用cdb表示，它反映注采井組內(nèi)不同方向的驅(qū)替不均衡性。其中油水井間連通值是在注水井中加入示蹤劑，數(shù)值模擬跟蹤量化而實(shí)現(xiàn)。

1.2 均衡驅(qū)替界限

Equilibrium displacement boundary

基于驅(qū)替突破系數(shù)概念，建立井組模型，設(shè)計(jì)不同驅(qū)替突破系數(shù)方案，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，研究井組模型剩余油飽和度的變化規(guī)律，確定均衡驅(qū)替界限。其計(jì)算條件為五點(diǎn)法井網(wǎng)，四注一采，注采比1.0，井距350 m，油層厚度14 m，平面滲透率級(jí)差為3，中間滲透率為2 000 mD，兩邊滲透率分別為1 000 mD、700 mD，平均滲透率為1 500 mD，地下原油黏度為35 mPa·s，共設(shè)計(jì)了驅(qū)替突破系數(shù)分別為1～10的10個(gè)計(jì)算方案，通過(guò)數(shù)值模擬方法計(jì)算不同驅(qū)替突破系數(shù)下的剩余油飽和度變化，論證均衡驅(qū)替的界限值。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出：當(dāng)驅(qū)替突破系數(shù)＜3時(shí)，模型的剩余油飽和度變化不大，當(dāng)驅(qū)替突破系數(shù)＞3時(shí)，剩余油飽和度變化幅度變大，并且隨著驅(qū)替突破系數(shù)的增大，剩余油飽和度的增加幅度呈上升趨勢(shì)。因次將驅(qū)替突破系數(shù)等于3作為判斷井組是否達(dá)到均衡驅(qū)替的界限，當(dāng)驅(qū)替突破系數(shù)＜3時(shí)，該井組驅(qū)替均衡，當(dāng)驅(qū)替突破系數(shù)＞3時(shí)，該井組驅(qū)替不均衡。驅(qū)替突破系數(shù)越大，代表各方向驅(qū)替差異越大，驅(qū)替越不均衡。因此該結(jié)論普遍適用于所有井網(wǎng)。

圖1 不同驅(qū)替突破系數(shù)下的剩余油飽和度關(guān)系曲線Fig.1 Relationship curve of remaining oil saturation for different displacement breakthrough coefficients

1.3 驅(qū)替模式分類(lèi)

Displacement model division

按照驅(qū)替突破系數(shù)定義，結(jié)合均衡驅(qū)替界限研究的結(jié)果，將實(shí)際油藏中的驅(qū)替情況分為4種模式。

（1）模式1：油井均衡，水井均衡。如圖2a所示，P1井驅(qū)替突破系數(shù)為1，周?chē)?口水井驅(qū)替突破系數(shù)為1，該類(lèi)驅(qū)替情況為油井均衡，水井均衡，屬于完全驅(qū)替均衡，在實(shí)際油藏中該類(lèi)情況比較少見(jiàn)。

（2）模式2：油井不均衡，水井均衡。如圖2b所示，P1井驅(qū)替突破系數(shù)為4.5，周?chē)?口水井驅(qū)替突破系數(shù)為1，該類(lèi)驅(qū)替情況為油井不均衡，水井均衡。

（3）模式3：油井均衡 ，水井不均衡。如圖2c所示，P1井驅(qū)替突破系數(shù)為1，周?chē)?口水井驅(qū)替突破系數(shù)為2～4，該類(lèi)驅(qū)替情況為油井均衡，水井不均衡。

（4）模式4：油井不均衡 ，水井不均衡。如圖2d所示，P1井驅(qū)替突破系數(shù)為4.5，周?chē)?口水井驅(qū)替突破系數(shù)為4.5～6，該類(lèi)驅(qū)替情況為油井不均衡，水井不均衡。

2 產(chǎn)液量?jī)?yōu)化方法

Liquid producing capacity optimization method

2.1 不同驅(qū)替模式合理產(chǎn)液量及注水量

Rational liquid producing capacity and water injection rate of each displacement model

（1）模式1：由于模式1屬于完全驅(qū)替均衡，因此油水井配產(chǎn)配注按照單井組優(yōu)化的合理液量配注即可，無(wú)需進(jìn)行修正。

（2）模式2：油井按照優(yōu)化合理液量生產(chǎn)，4口水井間的注水量按油井連通值的反比例進(jìn)行劈分，即

圖2 驅(qū)替模式示意圖Fig.2 Sketch of displacement model

（3）模式3：模式3情況相對(duì)簡(jiǎn)單，油井按照優(yōu)化合理液量生產(chǎn)，4口水井按照液量變化值同比例調(diào)配即可。

（4）模式4：模式4是最復(fù)雜的，在實(shí)際油藏驅(qū)替中比較普遍。對(duì)于這種情況，要實(shí)現(xiàn)驅(qū)替均衡，油井配產(chǎn)需要按式（3）進(jìn)行修正，4口水井間的注水量按照式（2）計(jì)算。

式中，q1為合理日產(chǎn)液量，t/d；J1為采液指數(shù)，t/（d·MPa）；Δp為合理生產(chǎn)壓差，MPa；wi為合理配注液量，t/d；IPR為注采比；ccw為水井修正系數(shù)；cco為油井修正系數(shù)。

2.2 修正系數(shù)確定

Determination of correction coefficient

對(duì)于多井組條件下的油水井，如圖2所示，P1井為油井，周?chē)?口水井，油水井間連通值最大值和最小值之比，即為油井突破系數(shù)；W1為水井，周?chē)?口油井，油水井間連通值最大值和最小值之比，即為水井驅(qū)替突破系數(shù)。為確定油水井修正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)均衡驅(qū)替，提高采出程度，對(duì)合理液量及配注量的修正系數(shù)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算優(yōu)化，并形成了修正系數(shù)隨周?chē)退?qū)替突破系數(shù)變化曲線圖板，如圖3所示，該修正曲線圖版既適合于油井也適合于水井。

圖3 油水井配產(chǎn)配注修正系數(shù)圖版Fig.3 Chart of correction coefficient for injection and production allocation of oil and water wells

2.3 產(chǎn)液量?jī)?yōu)化方法應(yīng)用流程

Application flow chart of liquid producing capacity optimization method

（1）利用數(shù)值模擬方法中示蹤劑模型，量化確定油水井之間分向流量，分別計(jì)算油水井的驅(qū)替突破系數(shù)。

（2）根據(jù)油水井的驅(qū)替突破系數(shù)，確定不同井組對(duì)應(yīng)的驅(qū)替模式。

（3）根據(jù)不同驅(qū)替模式的優(yōu)化方法，對(duì)合理液量及注水量進(jìn)行修正。

2.4 產(chǎn)液量?jī)?yōu)化方法適用范圍

Application range of liquid producing capacity optimization method

為確定該方法的應(yīng)用范圍，減少地層非均質(zhì)極強(qiáng)和油水井驅(qū)替極不均衡的影響，利用數(shù)值模擬方法，研究不同驅(qū)替突破系數(shù)下，注采調(diào)配前后的開(kāi)發(fā)效果的差異。設(shè)計(jì)了驅(qū)替突破系數(shù)為1～20之間的15個(gè)方案，對(duì)注采調(diào)配前后的采收率進(jìn)行對(duì)比，確定注采調(diào)配方法的最佳適用范圍，如圖4所示。

圖4 配產(chǎn)配注修正前后采收率變化曲線Fig.4 Recovery factor before and after the correction of injection and production allocation

由圖4可以看出，隨著驅(qū)替突破系數(shù)的增大，注采調(diào)配前后的采收率差異呈現(xiàn)先減小、后增大、再減小的變化過(guò)程。綜上，產(chǎn)液量?jī)?yōu)化方法適用范圍為：（1）當(dāng)驅(qū)替突破系數(shù)≤3時(shí)，兩者采收率相差不大，無(wú)需進(jìn)行優(yōu)化調(diào)配；（2）當(dāng)驅(qū)替突破系數(shù)為3～14時(shí)，采收率的差別相對(duì)較大，優(yōu)化調(diào)配效果較好，為該方法最佳適用范圍；（3）當(dāng)驅(qū)替突破系數(shù)＞14時(shí)，采收率差別變小，優(yōu)化調(diào)配作用有限，如需改善驅(qū)替不均衡情況，注水井需進(jìn)行調(diào)剖，封堵高滲透帶，改善開(kāi)發(fā)效果。

3 實(shí)例計(jì)算及應(yīng)用

Case calculation and application

3.1 P10井組合理液量及注水量修正

Correction of rational liquid producing capacity and water injection rate of well group P10

如圖5所示為用數(shù)值模擬計(jì)算綜合含水達(dá)到70%時(shí)的剩余油場(chǎng)圖，可看出由于非均質(zhì)性造成各井組之間驅(qū)替不均衡。各井組驅(qū)替突破系數(shù)計(jì)算如下：cdb（W4）=11.7，驅(qū)替不均衡cdb（W5）=2.5，驅(qū)替均衡；cdb（W7）=4.5，驅(qū)替不均衡；cdb（W8）=1.3，驅(qū)替均衡；cdb（P10）=9.8，驅(qū)替不均衡。按照驅(qū)替模式分類(lèi)，P10井組應(yīng)屬于模式4，油井P10和水井W4、W7都為驅(qū)替不均衡。在不均衡水井中，W4與P10井的連通值為4，W7與P10井的連通值為6。P10井合理液量需要放大，W4是與P10最小連通值的井，cdb（W4）=11.7，查閱圖版曲線，其修正系數(shù)為1.25。

對(duì)于水井W4，其連通值最大的油井為P6，連通值最小的為P10，而從P6井看，需要W4減小注水量，防止注入水突破。在這種情況下，需要綜合考慮P6和P10的驅(qū)替突破系數(shù)，其中cdb（P6）=5.8，cdb（P10）=9.8，P10井組的驅(qū)替不均衡程度高于P6井組，在進(jìn)行注采調(diào)配時(shí)按照注采矛盾最大P10需求調(diào)配，W4的注水量需要放大，查閱圖版，其修正系數(shù)為1.1。

圖5 井組模型剩余油飽和度分布Fig.5 Remaining oil saturation of well group model

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

Field application case

針對(duì)東部某油田館陶組某區(qū)塊產(chǎn)液量進(jìn)行了優(yōu)化，具體措施見(jiàn)表1，實(shí)施效果見(jiàn)圖6。實(shí)施后，區(qū)塊開(kāi)發(fā)效果較好，平均單井日產(chǎn)液量從121 t/d上升到139 t/d，平均單井日產(chǎn)油從20.5 t/d上升到20.9 t/d，含水上升率僅1.4%，比調(diào)配前低1.1%。

表1 某油田區(qū)塊產(chǎn)液量?jī)?yōu)化（部分）Table 1 Optimization of liquid producing capacity of some oil wells in a certain block

圖6 某油田開(kāi)發(fā)曲線Fig.6 Development curve of a certain oilfield

4 結(jié)論

Conclusions

（1）針對(duì)多井干擾的情況，提出了以驅(qū)替突破系數(shù)是否等于3作為均衡驅(qū)替新標(biāo)準(zhǔn)，并將實(shí)際驅(qū)替情況分為4種模式，即油井和水井都均衡，油井不均衡而水井均衡，油井均衡而水井不均衡，油井和水井都不均衡。

（2）針對(duì)每種驅(qū)替模式，研究建立了合理液量?jī)?yōu)化方法，并給出了修正系數(shù)確定方法，通過(guò)注采調(diào)配，實(shí)現(xiàn)了多井干擾條件下均衡驅(qū)替。

（3）研究結(jié)果表明，在驅(qū)替突破系數(shù)介于3～14之間時(shí)，為注采優(yōu)化調(diào)配方法的最佳適用范圍。

References:

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（修改稿收到日期 2017-02-10）

〔編輯 朱 偉〕

Liquid producing capacity optimization method under multiwell interference based on equilibrium displacement

HAN Guangming1,DAI Zhaoguo2,YANG Jianlei1,CAO Mengjing1,YAN Jianzhao1,LIU Haiying3
1.Chengde Petroleum College,Chengde067000,Hebei,China; 2.Downhole Testing Company,SINOPEC Jianghan Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Wuhan430048,Hubei,China; 3.Sulige Project Department,CNPC Huabei Petroleum Administration Bureau,Renqiu062552,Hebei,China

Numerical reservoir simulation and case verification method were adopted to realize the equilibrium displacement under multiwell interference in waterflooding oilfields.It was proposed to take the displacement breakthrough coefficient as the new equilibrium displacement criterion.Actual displacement was divided into four models,i.e.,equilibrium in oil and water wells,non-equilibrium in oil well but equilibrium in water well,equilibrium in oil well but non-equilibrium in water well,and non-equilibrium in oil and water wells.An optimization method of rational liquid producing capacity was researched and developed for each model.And equilibrium displacement under multiwall interference was ultimately realized by means of injection and production allocation.It is indicated that it is equilibrium displacement when the displacement breakthrough coefficient is lower than 3 and non-equilibrium displacement when the displacement breakthrough coefficient is higher than 3.When displacement breakthrough coefficient is between 3 and 14,the optimization method of injection and production allocation is in the optimal application range.The research results provide new measures and thoughts for injection and production allocation of oil and water wells.

waterflooding development;equilibrium displacement;multiwell interference;liquid producing capacity;optimization method;numerical simulation

韓光明，代兆國(guó)，楊建雷，曹孟菁，閆建釗，劉海嬰.基于均衡驅(qū)替的多井干擾下產(chǎn)液量?jī)?yōu)化方法［J］.石油鉆采工藝，2017，39（2）：254-258.

TE341

：A

1000-7393（2017）02-0254-05

10.13639/j.odpt.2017.02.023

: HAN Guangming,DAI Zhaoguo,YANG Jianlei,CAO Mengjing,YAN Jianzhao,LIU Haiying.Liquid producing capacity optimization method under multiwell interference based on equilibrium displacement［J］.Oil Drilling &Production Technology,2017,39(2): 254-258.

2015年河北省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目“東部某油田產(chǎn)層油藏提液技術(shù)研究”（編號(hào)：15214108）。

韓光明（1978-），副教授，2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院油氣田開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事石油工程技術(shù)的理論研究與教學(xué)等工作。通訊地址：（067000）河北省承德市雙橋區(qū)高教園區(qū)承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校。電話：0314-2374776。E-mail：dahan1014@163.com

閆建釗（1978-），博士，2009年獲中科院地質(zhì)與地球物理研究所博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事提高采收率和油氣運(yùn)移成藏研究與教學(xué)等工作。通訊地址：（067000）河北省承德市雙橋區(qū)高教園區(qū)承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校。E-mail：jzzh27@163.com