谷建偉，姜漢橋，張秀梅，張文靜，黃迎松

(1.中國石油大學(xué)，山東 青島 266580;2.中國石油大學(xué)，北京 102249;3.中油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 1635143;4.中石化勝利油田分公司，山東 東營 063004)

引 言

油藏自身屬性和開發(fā)中采用的生產(chǎn)條件是影響水驅(qū)油藏采收率的2個(gè)主要因素［1］。在高含水開發(fā)期，井網(wǎng)是影響水驅(qū)采收率的1個(gè)主要因素［2］，前人進(jìn)行了大量研究。劉德華［4］等第 1 次提出矢量化井網(wǎng)概念;李傳亮［3］、周涌沂［5］等根據(jù)地層滲透率各向異性設(shè)計(jì)注采井距，并配合生產(chǎn)壓差控制達(dá)到均衡驅(qū)替目的;陳煥杰［7］等就矢量化井網(wǎng)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了深入研究。李陽［6］根據(jù)史深100塊壓裂裂縫方向研究了井網(wǎng)部署問題;呂愛民［8］等對(duì)海上油田矢量井網(wǎng)部署方法進(jìn)行了相關(guān)研究。前人關(guān)于矢量井網(wǎng)研究主要是以均衡驅(qū)替為目的，這在開發(fā)初期是合適的。目前大部分油田進(jìn)入高含水期，剩余油呈現(xiàn)“零散分布，普遍存在”特征［9］，目前條件下如何評(píng)價(jià)井網(wǎng)是值得探討的問題。物模實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，特高含水開發(fā)期隨注水倍數(shù)升高，驅(qū)油效率逐漸升高;隨驅(qū)替壓力梯度升高，驅(qū)油效率升高加快。因此高含水期應(yīng)該考慮過水倍數(shù)和驅(qū)替壓力梯度分布來評(píng)價(jià)井網(wǎng)優(yōu)劣。

1 特高含水期室內(nèi)物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

室內(nèi)巖心水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明，巖心注入倍數(shù)、驅(qū)替壓力梯度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性、原油黏度都會(huì)影響驅(qū)油效率。由表1得出，注入倍數(shù)和驅(qū)替壓力梯度對(duì)驅(qū)油效率影響程度最高。

從室內(nèi)物模結(jié)果推廣到非均質(zhì)油藏中，由于注采井之間壓力分布差異，地層中不同位置上的驅(qū)替壓力梯度Gr和過水倍數(shù)Pv(定義為油藏中任意單元體上通過的水量與單元體的孔隙體積之比)也有較大差異。井底附近Pv和Gr高，隨距離井底的距離增加，Pv和Gr逐漸降低。由物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，Gr和Pv大的部位，剩余油飽和度低，反之剩余油飽和度高。因此Gr和Pv分布特征對(duì)油藏水驅(qū)程度影響重大，在進(jìn)行井網(wǎng)優(yōu)選時(shí)，可以這2個(gè)參數(shù)為指標(biāo)來建立相應(yīng)的井網(wǎng)評(píng)價(jià)方法。

2 驅(qū)替壓力梯度和過水倍數(shù)計(jì)算方法

首先討論實(shí)際油藏中如何計(jì)算Gr和Pv的數(shù)值。驅(qū)替壓力梯度是單位長度上的壓力損耗，如果油藏有數(shù)值模擬結(jié)果，可以得到油藏開發(fā)過程中每個(gè)模擬網(wǎng)格的壓力數(shù)值。如圖1所示，假如在x方向上第 i－ 1，i，i+1 網(wǎng)格點(diǎn)的壓力分別為 pi－1，pi，pi+1;第i－1到第i點(diǎn)之間的距離為dxi－1;第i點(diǎn)到i+1點(diǎn)間的距離為dxi?？梢圆捎檬?1)計(jì)算i位置上驅(qū)替壓力梯度。同理采用式(2)可以計(jì)算該點(diǎn)y方向上的驅(qū)替壓力梯度;采用平行四邊形法則利用式(3)計(jì)算i點(diǎn)總驅(qū)替壓力梯度。

圖1 數(shù)值模擬計(jì)算不同位置上的壓力分布示意圖

式中:gradp(i)，gradp(j)，gradp(i，j)分別為 x，y 方向上和總的驅(qū)替壓力梯度，MPa/m;pj－1，pj，pj+1分別為 y方向上第 j－1，j，j+1 點(diǎn)的壓力，MPa。

利用油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果，采用式(1)～(3)可以計(jì)算油藏中任意點(diǎn)驅(qū)替壓力梯度。

地層中過水倍數(shù)計(jì)算可以由解析法和數(shù)模法得到。解析法采用一維兩相水驅(qū)油理論來計(jì)算，假設(shè)巖心長度為 L，cm;孔隙度為 φ;截面積為 A，cm2;注水速度為Q，cm3/s;T時(shí)刻累計(jì)注水量為Wi，cm3;此時(shí)巖心出口端含水飽和度為 Sw2;出口端含水上升率為f'w(Sw2);初始見水時(shí)刻的含水上升率為f'w(Swf);利用式(4)可以計(jì)算此時(shí)巖心中的過水倍數(shù) N［11］。

數(shù)模法是指采用數(shù)值模擬方法計(jì)算巖心的水驅(qū)油過程，計(jì)算巖心平均含油飽和度與巖心過水倍數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，含油飽和度與過水倍數(shù)是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系;數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果中有每個(gè)位置的剩余油飽和度，利用該關(guān)系確定該飽和度下的過水倍數(shù)。對(duì)某巖心的水驅(qū)過程進(jìn)行計(jì)算，采用解析法和數(shù)模法得到的含油飽和度與過水倍數(shù)關(guān)系見圖2，結(jié)果顯示2種方法計(jì)算結(jié)果是一致的。

圖2 含油飽和度與過水倍數(shù)的關(guān)系

此外，物模實(shí)驗(yàn)研究表明Gr和Pv都會(huì)影響驅(qū)油效率，為了評(píng)價(jià)兩者的綜合影響，經(jīng)過多方面分析，再引入驅(qū)替壓力梯度×過水倍數(shù)(GrPv)概念，即在油藏中任意單元體，該單元體上的過水倍數(shù)與驅(qū)替壓力梯度的乘積，利用這3個(gè)參數(shù)來評(píng)價(jià)注采井網(wǎng)的滲流特征。

3 特高含水開發(fā)期井網(wǎng)評(píng)價(jià)新方法

3.1 五點(diǎn)法典型井網(wǎng)下的驅(qū)替特征計(jì)算

首先采用Gr、Pv、GrPv3個(gè)參數(shù)來評(píng)價(jià)典型的五點(diǎn)法注采井網(wǎng)的驅(qū)替特征。該井網(wǎng)模型中注水井位于模型的中心，4個(gè)生產(chǎn)井位于模型4條邊的中心位置。利用數(shù)值模擬方法計(jì)算在注采平衡條件下，井組綜合含水率達(dá)到99%時(shí)，地層中Gr、Pv、GrPv分布，見圖3。

圖3表明，在五點(diǎn)法井網(wǎng)中，注水井井底附近的驅(qū)替壓力梯度最大、過水倍數(shù)最高、驅(qū)替壓力梯度×過水倍數(shù)最強(qiáng);生產(chǎn)井井底附近Gr、Pv、GrPv數(shù)值也較高，但是要小于注水井井底附近的數(shù)值;生產(chǎn)井之間分流線附近的Gr、Pv、GrPv數(shù)值最低。這3個(gè)參數(shù)的分布特征與含水飽和度分布一致，即GrPv最高的部位，含水飽和度最高，剩余油飽和度最小，與現(xiàn)有滲流理論認(rèn)識(shí)的結(jié)論一致。此外對(duì)不同含水條件下的以上參數(shù)也進(jìn)行了對(duì)比，隨含水率上升，地層中相同位置上Gr逐漸減小，Pv逐漸增加，GrPv逐漸增加。

圖3 五點(diǎn)法井網(wǎng)Gr、Pv、GrPv分布等值圖

3.2 幾種典型井網(wǎng)的驅(qū)替特征比較

選取五點(diǎn)法、行列交錯(cuò)、九點(diǎn)法、七點(diǎn)法等4種典型井網(wǎng)［12－13］，在保證每種井網(wǎng)的井網(wǎng)密度、注采參數(shù)、地層參數(shù)、流體參數(shù)相同的情況下，均計(jì)算到井組含水率達(dá)到98%。分別統(tǒng)計(jì)每種井網(wǎng)Gr、Pv、GrPv參數(shù)分布規(guī)律。為了便于對(duì)比，對(duì)以上3個(gè)參數(shù)按照驅(qū)油效率進(jìn)行了區(qū)間劃分(表2)。

表2 Gr、Pv、GrPv 參數(shù)區(qū)間劃分

分別將3個(gè)參數(shù)劃分成5個(gè)區(qū)間。過水倍數(shù)Pv按照驅(qū)油效率劃分;驅(qū)替壓力梯度Gr按照數(shù)值進(jìn)行劃分，其中dp/d為注采井網(wǎng)的平均注采壓力梯度(注采井間壓差除以注采井距離)。統(tǒng)計(jì)4種典型井網(wǎng)Gr、Pv、GrPv3參數(shù)在每個(gè)區(qū)間的控制面積百分?jǐn)?shù)(圖4)。

圖4 4種典型井網(wǎng)驅(qū)替特征比較

圖4顯示不同井網(wǎng)在其他條件相同的情況下，達(dá)到相同含水率時(shí)，每個(gè)參數(shù)區(qū)間控制的面積比例是不同的。根據(jù)物模研究成果，Pv、Gr越高，驅(qū)油效率越好，因此在不同注采井網(wǎng)中，高Pv、高Gr、高GrPv區(qū)間控制的井網(wǎng)面積越大，井網(wǎng)驅(qū)替效果越好。在3個(gè)參數(shù)的5個(gè)區(qū)間中，選4+5區(qū)間控制的面積比例為比較指標(biāo)，圖4顯示交錯(cuò)井網(wǎng)4+5區(qū)間控制的Gr、Pv、GrPv的數(shù)值要高于其他井網(wǎng)，1+2+3區(qū)間控制這3個(gè)參數(shù)面積比例要低于其他井網(wǎng)，因此在特高含水期，交錯(cuò)井網(wǎng)部署方式優(yōu)于其他井網(wǎng)形式。

除了井網(wǎng)形式要影響到Gr、Pv、GrPv分布特征外，注采速度、油藏非均質(zhì)性等參數(shù)也會(huì)影響到其分布特征，限于篇幅限制，在后續(xù)的文章中再分析以上參數(shù)對(duì)不同井網(wǎng)驅(qū)替特征的影響。

4 結(jié)論

(1)通過分析物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指出特高含水期驅(qū)替壓力梯度和注水倍數(shù)是影響巖心水驅(qū)油效率的主要影響因素，這2個(gè)參數(shù)的數(shù)值越大，驅(qū)油效率越高。

(2)建立了基于數(shù)模計(jì)算結(jié)果的驅(qū)替壓力梯度、過水倍數(shù)的計(jì)算方法，并提出以驅(qū)替壓力梯度、過水倍數(shù)和驅(qū)替壓力梯度×過水倍數(shù)3個(gè)參數(shù)的分布特征作為井網(wǎng)驅(qū)替特征，來評(píng)價(jià)特高含水期的注采井網(wǎng)。

(3)對(duì)4種典型井網(wǎng)評(píng)價(jià)后認(rèn)為，特高含水期采用交錯(cuò)注采井網(wǎng)較優(yōu)。

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