基于層間均衡驅替的注水井分層配注方法

馬奎前，陳存良，劉英憲

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

由于油層層間非均質性的差異，多層合采會造成層間驅替不均衡，層間矛盾突出[1-3]。近年來大量的室內實驗和油田實踐證明[4-7]，多層合采過程中注入水均勻推進會有效提高注水效果，采用分層注水方式可有效改善層間驅替不均衡的狀況[8-10]。分層配注量為分層注水的關鍵，早期常用的確定分層注水量的方法是有效厚度法(H法)和地層系數(shù)法(KH法)[11]，由于考慮因素單一，效果不理想。近年來多因素配注方法逐漸形成，包括劈分系數(shù)法[12-14]、滲流阻力法[15]、剩余油法[16-18]、基于數(shù)學理論的方法[19-21]等，但是這些方法均沒有考慮均衡驅替的理念。李傳亮等[22]、李陽等[23]針對平面非均質油藏開發(fā)，定義油井同時見水為均衡驅替，并據(jù)此提出了井距優(yōu)化方法，但是該方法并不適用于多層油藏[24-29]。目前鮮有適用于多層油藏的基于均衡驅替理論的分層配注方法。為此，以實現(xiàn)層間均衡驅替為目標建立了新的注水井分層配注方法，為分層配注量的計算提供了一定的技術支持。

1 計算思路

所謂層間均衡驅替是指通過調配分層注水量使得各層采出程度相同。基于均衡驅替的注水井分層配注方法的計算思路為：首先利用巖心驅替實驗或開發(fā)生產數(shù)據(jù)得到采出程度和注入孔隙體積倍數(shù)關系；然后分別計算目前配注層的采出程度和注入孔隙體積倍數(shù)；最后根據(jù)計劃注入量或者調控時間，利用迭代法計算出配注層達到均衡驅替時所需要的注入孔隙體積倍數(shù)，進而得到各配注層需要的配注量。

2 配注方法的建立與求解

2.1 采出程度與注入孔隙體積倍數(shù)的關系

大量的巖心驅替實驗[30-31]和生產數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，采出程度與注入孔隙體積倍數(shù)的關系可以表示為半對數(shù)關系或者雙對數(shù)關系[32-33]，即：

lgPV=a1+b1R

(1)

lgPV=a2+b2lgR

(2)

式中：PV為注入孔隙體積倍數(shù)；R為采出程度；a1、a2、b1、b2為回歸系數(shù)。

2.2 目前采出程度與注入孔隙體積倍數(shù)的計算

統(tǒng)計采油井的累計采油量和注水井的累計注水量，利用以下公式計算目前的采出程度和注入孔隙體積倍數(shù)：

(3)

(4)

式中：PVnowi為第i層目前的注入孔隙體積倍數(shù)；Wi為第i層的累計注水量，104m3；Vφi為第i層的儲層孔隙體積，104m3；Rnowi為第i層目前的采出程度；Qoi為第i層的累計采油量，104m3；Voi為第i層的原油地質儲量，104m3。

2.3 配注量計算

在已知計劃注入量或者調控時間的情況下，采用迭代法計算配注量。具體過程為：

(1) 假設達到均衡驅替時的采出程度為Rm，根據(jù)式(1)或式(2)計算出各層對應的注入孔隙體積倍數(shù)PVmi：

lgPVmi=a1+b1Rm

(5)

lgPVmi=a2+b2lgRm

(6)

式中：PVmi為第i層達到均衡驅替時所需要的注入孔隙體積倍數(shù)；Rm為達到均衡驅替時的采出程度。

(2) 計算所需的配注量對應的注入孔隙體積倍數(shù)：

ΔPVi=PVmi-PVnowi

(7)

式中：ΔPVi為第i層所需的配注量對應的注入孔隙體積倍數(shù)。

(3) 計算所需配注量：

Δwi=ΔPVi·Vφi

(8)

式中：Δwi為第i層所需的配注量，104m3。

(4) 計算各層所需的配注量之和，進而計算其與計劃配注量之間的誤差，若滿足誤差需求，則輸出各層所需配注量，并計算日配注量；否則，更新Rm，重復(2)—(4)步驟。

(9)

σ=|w-wJ|

(10)

(11)

式中：w為各層所需配注量的和，104m3；σ為計算誤差，104m3；wJ為計劃配注量，104m3；qi為第i層的日配注量，m3/d；tT為調控時間，d。

3 礦場應用

BZ油田位于渤海南部，是黃河口凹陷中央構造脊上的一個復雜斷塊群，屬于典型的中輕質復雜斷塊油藏，主要含油層段為明化鎮(zhèn)組下段。該油田采用單砂體布井方式、水平井采油直井合注的開發(fā)模式。經(jīng)過多年開發(fā)，該油田已進入中高含水階段，層間矛盾日益突出，對該油田開展均衡驅替研究意義重大。以1D井區(qū)為例進行說明。該井區(qū)有2套砂體，1砂體儲層相對均質，平均滲透率為1 300 mD，孔隙度為27.6%，該砂體有2口水平采油井和2口注水井(W1井、W2井)，呈排狀井網(wǎng)，其中，注水井W1井單注該砂體，注采井距約為450 m；2砂體規(guī)模較小，儲層均質，平均滲透率為1 900 mD，孔隙度為28.8%，該砂體有1口水平采油井和1口注水井(W2井)，注采井距約為550 m。該井區(qū)自2015年起開發(fā)，先期利用天然能量衰竭開發(fā)，后期注水開發(fā)，分層調配前各層開采情況見表1，從注入孔隙體積倍數(shù)及采出程度可以看出2個砂體開采并不均衡，存在一定的層間矛盾。

表1 1D井區(qū)各砂體分層調配前開采數(shù)據(jù)

圖1為1D井區(qū)采出程度與注入孔隙體積倍數(shù)的回歸關系曲線。由圖1可知，采出程度與注入孔隙體積倍數(shù)半對數(shù)關系存在線性規(guī)律。利用文中方法，迭代計算得到達到均衡驅替時的采出程度為20.5%，對應注入孔隙體積倍數(shù)為0.29。在2 a調整期內，1砂體注水0.18注入孔隙體積倍數(shù)，2砂體注水0.12注入孔隙體積倍數(shù)，即1砂體日注水量增加到668 m3/d，2砂體日注水量減少到141m3/d。在W1井注入量不變的情況下，對W2井重新開展分層配注，調整后1D井區(qū)平均日增油量為23 m3/d，含水下降約4%，起到了較好的降水增油效果(圖2)。通過合理分配各層注水量有效提高了1砂體的動用程度，提高了注入水的利用率，減少了注入水的無效循環(huán)，使得油田整體的采出程度提升。

圖1 1D井區(qū)采出程度與注入孔隙體積倍數(shù)的關系曲線

圖2 1D井區(qū)開采曲線

4 結 論

(1) 以實現(xiàn)層間均衡驅替為目標，根據(jù)儲層采出程度與注入孔隙體積倍數(shù)的關系，利用迭代法建立了一種新的基于層間均衡驅替的注水井分層配注方法。

(2) 基于層間均衡驅替的分層配注方法有效增加了儲層的動用程度，提高了注入水的利用率，減少了注入水的低效無效循環(huán)。

(3) 將新方法應用于渤海BZ油田，1D井區(qū)平均日增油23 m3/d，含水下降約4%，起到了較好的降水增油效果，具有一定的推廣價值。