二三結(jié)合模式下水驅(qū)與化學(xué)驅(qū)配產(chǎn)配注優(yōu)化

范海嬌 ，楊二龍 ，2

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318）

目前，中國(guó)陸上油田普遍進(jìn)入高含水階段，一類油層主力優(yōu)質(zhì)資源大規(guī)模開(kāi)發(fā)，經(jīng)歷三次采油后，現(xiàn)如今產(chǎn)能潛力全面轉(zhuǎn)向二、三類油層。與主力油層相比，二、三類油層物性差、油層有效厚度小、滲透率底、縱向分布零散、平面相變大、非均質(zhì)性嚴(yán)重，動(dòng)用狀況差，具有挖潛潛力[1-5]。“二三結(jié)合”是指二次采油和三次采油相結(jié)合，二類油層挖潛和三類油層挖潛相結(jié)合。在二、三類油層組合開(kāi)發(fā)條件下，采用兩套井網(wǎng)劃分兩套層系，分別開(kāi)采二、三類油層[6-7]。“二三結(jié)合”是一個(gè)新的開(kāi)發(fā)理念和模式，相關(guān)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究較少。早在20世紀(jì)90年代初，大慶油田就曾提出過(guò)“2+3結(jié)合”、“兩三結(jié)合”等開(kāi)發(fā)模式，探索水驅(qū)與三次采油，二類油層與三類油層新老井網(wǎng)的匹配與協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題[8]。

大慶油田二類油層主要指薩Ⅱ1-2、薩Ⅲ1-3、薩Ⅲ4-7等大面積分布的中低滲透層，有效滲透率200～300 mD，屬于大型河流三角洲分流沉積體，砂體分布以長(zhǎng)條狀、枝狀型為主，大于2 m的有效厚度層鉆遇率在60%以上；三類油層主要指窄長(zhǎng)條狀的零星分布的油層，有效滲透率一般小于200 mD，為小型河流-三角洲沉積體和三角洲水下沉積體。

在二三結(jié)合開(kāi)發(fā)模式下，兩套井網(wǎng)同步開(kāi)發(fā)兩類油層，平面縱向連通關(guān)系復(fù)雜。各井組在各單元平面上注采井距不同，導(dǎo)致井控面積差異較大，注采關(guān)系復(fù)雜，因此需要開(kāi)展水驅(qū)階段合理配注水量研究，同時(shí)確定化學(xué)驅(qū)階段的合理注采參數(shù)。

本文結(jié)合大慶油田薩爾圖北一區(qū)斷東二、三類油層同期分質(zhì)化學(xué)驅(qū)試驗(yàn)區(qū)的實(shí)際物性參數(shù)，建立單層均質(zhì)概念模型。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)方法分析水驅(qū)與化學(xué)驅(qū)配注影響因素，通過(guò)設(shè)計(jì)正交方案，進(jìn)行二三結(jié)合模式下配注規(guī)律數(shù)值模擬研究。對(duì)配注量進(jìn)行公式回歸，通過(guò)回歸公式計(jì)算實(shí)際區(qū)塊的單井配注量，使用地層系數(shù)劈分法進(jìn)行配產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)水驅(qū)與化學(xué)驅(qū)二、三類油層均衡合理的開(kāi)采，以期對(duì)二、三類油層結(jié)合開(kāi)發(fā)調(diào)整提供一定的技術(shù)支撐。

1 水驅(qū)配產(chǎn)配注優(yōu)化

1.1 水驅(qū)配注影響因素正交方案設(shè)計(jì)

基于實(shí)際區(qū)塊資料，找到影響二、三類油層水井配注的若干因素，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，得到每個(gè)因素的影響權(quán)重；經(jīng)過(guò)關(guān)聯(lián)算法，得到各個(gè)因素與配注量的關(guān)聯(lián)度（見(jiàn)表1）。最后選取關(guān)聯(lián)度較高的影響因素：地層壓力、砂巖厚度、凈毛比、水井周圍油井含水率、滲透率，結(jié)合油水井井史數(shù)據(jù)庫(kù)和射孔數(shù)據(jù)庫(kù)，確定合理正交設(shè)計(jì)水平值，建立十因素五水平正交設(shè)計(jì)方案（見(jiàn)表2）。根據(jù)正交設(shè)計(jì)方案提供的基礎(chǔ)油藏參數(shù)，進(jìn)行水驅(qū)配注數(shù)值模擬研究。

表1 各因素對(duì)注水量的關(guān)聯(lián)度Table1 Relevance of various factors to water injection

表2 正交設(shè)計(jì)因素Table2 Orthogonal design factor table

1.2 二三結(jié)合模式下的水驅(qū)配注

正交設(shè)計(jì)所得50個(gè)數(shù)值模擬方案，以其中的一個(gè)方案為例，對(duì)二、三類油層水井進(jìn)行單井日配注量設(shè)計(jì)，數(shù)值模擬結(jié)果如表3所示。以采收率和壓力變異系數(shù)作為指標(biāo)，對(duì)配注量進(jìn)行優(yōu)選。結(jié)果表明，方案1-4的采收率最高，地層壓力變異系數(shù)較小，即為最優(yōu)配注量。壓力變異系數(shù)借鑒滲透率變異系數(shù)的概念，其中壓力變異系數(shù)定義為，

式中，Pi為單個(gè)網(wǎng)格的壓力，P為平均地層壓力，n為網(wǎng)格個(gè)數(shù)。

參照方案1-1的做法，對(duì)正交設(shè)計(jì)所得的其余49個(gè)方案進(jìn)行數(shù)值模擬研究，得到各方案的二、三類油層單井最優(yōu)日配注量。

表3 水驅(qū)單井日配注量設(shè)計(jì)Table3 Water flooding single well daily fluence design table

基于50個(gè)正交設(shè)計(jì)方案的單井最優(yōu)日配注量數(shù)據(jù)，運(yùn)用1STOPT回歸軟件的通用全局優(yōu)化算法對(duì)二、三類油層單井的日配注量進(jìn)行曲線擬合和配注量公式回歸。

式（1）、（2）為二、三類油層水驅(qū)配注影響因素?cái)M合公式：

式中，P2為二類油層平均地層壓力，MPa；P3為三類油層平均地層壓力，MPa；NTG2為二類油層凈毛比，無(wú)量綱；NTG3為三類油層凈毛比，無(wú)量綱；H2為二類油層砂巖厚度，m；H3為三類油層砂巖厚度，m；K2為二類油層滲透率，mD；K3為三類油層滲透率，mD；fw2為二類油層水井周圍油井含水率，%；fw3為三類油層水井周圍油井含水率，%。

圖1為二、三類油層水驅(qū)配注影響因素?cái)M合。由圖1可知，二類油層曲線的均方差為5.31，相關(guān)系數(shù)為0.90，擬合精度較好。三類油層擬合曲線的均方差為5.25，相關(guān)系數(shù)為0.92，擬合精度較好。

1.3 二三結(jié)合模式下水驅(qū)配產(chǎn)優(yōu)化

基于水驅(qū)配注結(jié)果，根據(jù)井組注采平衡，以聯(lián)通油井地層系數(shù)劈分法為主進(jìn)行水驅(qū)配產(chǎn)研究，劈分出單井各層段產(chǎn)液量，各層段產(chǎn)液量累加得到單井產(chǎn)液量。具體步驟如下：

（1）以水井為中心，求各小層與之聯(lián)通油井方向上的平均滲透率K平均和平均厚度H平均，得到平均地層系數(shù)KH[9]。

按：“虋”，涵芬樓、三家本原作“釁”?！疤姟弊终`錄?！疤姟弊趾庇M，音mén，義為赤粱粟，乃谷的良種。《爾雅·釋草》：“虋，赤苗?！惫弊ⅲ骸敖裰嗔凰??！泵骼顣r(shí)珍《本草綱目·谷二·黍》：“赤黍曰虋。”“兇釁”謂禍患、禍亂?！逗鬂h書(shū)·隗囂傳論》：“夫功全則譽(yù)顯，業(yè)謝則釁生。”元紀(jì)君祥《趙氏孤兒》第三折：“如今削除了這點(diǎn)萌芽，方才是永無(wú)后釁?！?/p>

（2）將單層平均地層系數(shù)KH累加，得到每個(gè)連通方向的總地層系數(shù)∑KH。

（3）將單層注水量按地層系數(shù)比重劈分到各油井所對(duì)應(yīng)的層段。

（4）將各油井得到的水量進(jìn)行累加，根據(jù)注采平衡，即為單井合理配產(chǎn)量[10]。

圖1 數(shù)模配注量與公式回歸配注量對(duì)比Fig.1 Comparison between the injection of numerical simulation and the calculation of the formula

根據(jù)配產(chǎn)配注優(yōu)化結(jié)果，應(yīng)用數(shù)值模擬軟件Eclipse建立單層均質(zhì)概念模型，將模擬生產(chǎn)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)配產(chǎn)配注優(yōu)化效果。

1.4 水驅(qū)配產(chǎn)配注結(jié)果與實(shí)際開(kāi)發(fā)效果對(duì)比

將水驅(qū)配產(chǎn)配注結(jié)果模擬實(shí)際開(kāi)發(fā)進(jìn)行預(yù)測(cè)，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)如圖2所示。由圖2可知，配產(chǎn)配注后采收率比實(shí)際高出2.52%，平均地層壓力下降0.14 MPa，可為后續(xù)化學(xué)驅(qū)提供較好的壓力條件，含水率有所降低，開(kāi)發(fā)時(shí)間增加。

圖2 采出程度、含水率對(duì)比Fig.2 Comparison of the degree of production and water cut

2 化學(xué)驅(qū)配產(chǎn)配注優(yōu)化

2.1 化學(xué)驅(qū)配注影響因素正交方案設(shè)計(jì)

參考水驅(qū)配注結(jié)果，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法得到化學(xué)驅(qū)配注影響因素的關(guān)聯(lián)度（見(jiàn)表4），選擇砂巖厚度、水井周圍油井含水率、滲透率、聚合物質(zhì)量濃度和化學(xué)劑用量五個(gè)因素，進(jìn)行化學(xué)驅(qū)配注影響因素正交方案設(shè)計(jì)（見(jiàn)表5）。

表4 各因素與配注量的關(guān)聯(lián)度Table4 Relevance of various factors to injection volume

表5 化學(xué)驅(qū)正交方案因素Table5 Chemical flooding orthogonal scheme factor table

根據(jù)正交設(shè)計(jì)方案提供的基礎(chǔ)油藏參數(shù)，建立對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬模型，進(jìn)行化學(xué)驅(qū)配注數(shù)值模擬。

2.2 二三結(jié)合模式下的化學(xué)驅(qū)配注

基于50個(gè)正交設(shè)計(jì)方案的單井最優(yōu)日配注量數(shù)據(jù)，考慮二、三類油層的砂巖厚度、水井周圍油井含水率、滲透率、聚合物質(zhì)量濃度和化學(xué)劑用量，同樣運(yùn)用1STOPT回歸軟件的通用全局優(yōu)化算法對(duì)二、三類油層單井的日配注量進(jìn)行曲線擬合和回歸。

式（6）、（7）為二、三類油層化學(xué)驅(qū)配注影響因素?cái)M合公式：

式中，Cp2為二類油層注入聚合物質(zhì)量濃度，mg/L；Cp3為三類油層注入聚合物質(zhì)量濃度，mg/L；PV2為二類油層化學(xué)劑用量，無(wú)量綱；PV3為三類油層化學(xué)劑用量，無(wú)量綱。

圖3為二、三類油層化學(xué)驅(qū)配注影響因素?cái)M合曲線。由圖3可知，二類油層擬合曲線的均方差為6.16，相關(guān)系數(shù)為0.91。三類油層擬合曲線的均方差為5.90，相關(guān)系數(shù)為0.95。擬合精度均較好。

2.3 二三結(jié)合模式下化學(xué)驅(qū)配產(chǎn)研究

基于化學(xué)驅(qū)配注結(jié)果，參考水驅(qū)配產(chǎn)方法，按照井組注采平衡原則，以連通油井地層系數(shù)劈分法進(jìn)行化學(xué)驅(qū)配產(chǎn)研究，劈分出單井各層段產(chǎn)液量，各層段累加得到單井產(chǎn)液量[11-16]。

圖3 數(shù)模配注量與公式回歸配注量對(duì)比Fig.3 Comparison between the injection of numerical simulation and the calculation of the formula

2.4 化學(xué)驅(qū)配產(chǎn)配注結(jié)果與實(shí)際開(kāi)發(fā)效果對(duì)比

將化學(xué)驅(qū)配產(chǎn)配注結(jié)果模擬開(kāi)發(fā)進(jìn)行預(yù)測(cè)，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)如圖4所示。由圖4可知，配產(chǎn)配注后采收率比用實(shí)際注采數(shù)據(jù)模擬化學(xué)驅(qū)高出3.54%。

圖4 模擬方案與實(shí)際開(kāi)發(fā)采出程度、含水率對(duì)比Fig.4 Comparison of the degree of production and water cut between the simulation plan and the actual development plan

3 礦場(chǎng)試驗(yàn)

選擇北一區(qū)斷東二、三類油層同期分質(zhì)化學(xué)驅(qū)試驗(yàn)區(qū)為試驗(yàn)對(duì)象。試驗(yàn)區(qū)面積1.9 km2，總井?dāng)?shù)239口。其中，二類油層井網(wǎng)采用150 m注采井距規(guī)則五點(diǎn)法面積井網(wǎng)，井?dāng)?shù)85口，采油井49口，注水井36口，中心井25口；三類油層井網(wǎng)采用106 m注采井距規(guī)則五點(diǎn)法面積井網(wǎng)，井?dāng)?shù)154口，其中采油井80口，注水井74口。試驗(yàn)區(qū)二類油層平均單井鉆遇有效厚度8.7 m，三類油層平均單井鉆遇砂巖厚度14 m，二、三類油層厚度在薩中開(kāi)發(fā)區(qū)處于中等位置。

2018-2019 年對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行配產(chǎn)配注，并進(jìn)行月產(chǎn)油量的預(yù)測(cè)。從實(shí)際結(jié)果來(lái)看，階段內(nèi)實(shí)際月產(chǎn)油量與預(yù)測(cè)結(jié)果誤差為5.66%，說(shuō)明該配產(chǎn)配注方法具有可行性，且效果較好。實(shí)際配產(chǎn)配注結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 實(shí)際區(qū)塊部分井配產(chǎn)配注量Table6 Production and injection allocation in blocks

4 結(jié) 論

（1）將二、三類油層的地層壓力、砂巖厚度、凈毛比、滲透率及水井周圍油井含水率作為影響水井配注的主要因素。確定了二、三類油層單井各層段的合理注水量及產(chǎn)液量。與實(shí)際開(kāi)發(fā)效果進(jìn)行對(duì)比，配產(chǎn)配注優(yōu)化后采收率較實(shí)際方案提高2.52%，優(yōu)化效果較好。

（2）在水驅(qū)配產(chǎn)配注優(yōu)化基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮化學(xué)驅(qū)的影響因素，選擇砂巖厚度、滲透率、含水率及聚合物質(zhì)量濃度、段塞大小作為主要影響因素，將水驅(qū)配注配產(chǎn)方法推廣到化學(xué)驅(qū)，確定了二、三類油層單井各層段的合理注入量及產(chǎn)液量。將化學(xué)驅(qū)配產(chǎn)配注結(jié)果與沿用現(xiàn)階段水驅(qū)注采參數(shù)進(jìn)行化學(xué)驅(qū)開(kāi)發(fā)的結(jié)果對(duì)比，化學(xué)驅(qū)配產(chǎn)配注后采收率提高3.54%，說(shuō)明該方法在化學(xué)驅(qū)階段同樣適用。