阮迪 沈暢 郭陽(yáng)凱 劉德華 李玉杰

摘 ?????要： 新疆某油田屬于中孔、特低滲的孔隙-裂縫雙重介質(zhì)且底水能量充足的塊狀火山巖油藏。借鑒國(guó)內(nèi)外一些對(duì)于特殊和難動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量采用水平井開(kāi)采的經(jīng)驗(yàn)，卻不能達(dá)到理想的效果。運(yùn)用數(shù)值模擬軟件對(duì)水平井產(chǎn)能影響因素進(jìn)行研究，同時(shí)結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和灰色關(guān)聯(lián)分析法確定了地質(zhì)參數(shù)和工作制度對(duì)水平井產(chǎn)能的重要程度排序：工作制度、水平段長(zhǎng)度、避水高度、裂縫垂直水平滲透率比、底水倍數(shù)，并且定量給出了各因素對(duì)水平井產(chǎn)能的貢獻(xiàn)度，依次為：32.7%，27.2%，17%，13.6%，9.5%。該結(jié)論針對(duì)不同井場(chǎng)進(jìn)行排采制度優(yōu)化，以指導(dǎo)該油藏內(nèi)油井的合理排采，為該油田火山巖油藏的高效開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)，且可以在其他相近油田推廣使用。

關(guān) ?鍵 ?詞：雙重介質(zhì);火山巖油藏;水平井;數(shù)值模擬;正交設(shè)計(jì);灰色關(guān)聯(lián)

中圖分類號(hào)：TE355.6????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）11-2618-05

Analysis on the Factors of Affecting Horizontal Well Development

Result in Fractured Volcanic Bottom Water Reservoirs

RUAN Di¹， SHEN Chang¹， GUOYang-kai²， LIU De-hua^1*， LI?Yu-jie²

（1. School of Petroleum Engineering，?Yangtze University， Hubei Wuhan430100， China;

2. Changqing Oilfield?Company， Shaanxi Xian 710000， China）

Abstract： An oilfield in Xinjiang belongs to a volcanic rock reservoir with medium porosity， ultra-low permeability， porosity and fracture dual medium and abundant bottom water energy. Although?learning from development experiences?of some special and difficult geological reserves at home and abroad by?horizontal well?technology， desired effect was?not achieved. Influencing factors of horizontal well productivity were?studied by?using numerical simulation software.?And the orthogonal experiment design and grey correlation analysis method were used to determine the order of importance?of geological parameters and working system on horizontal well productivity：?working system， horizontal section length， water avoidance height， cracks vertical horizontal permeability ratio， bottom water ratio.?And?then?the contribution degree of each factor on horizontal well productivity was given?as follows： 32.7%， 27.2%， 17%， 13.6%， 9.5%.This conclusion can be used to optimize the drainage system for different wells in order to guide the reasonable drainage of oil wells in the reservoir， provide a theoretical basis for the efficient development of volcanic reservoir in the oilfield， and can be popularized in other similar oilfields.

Key words： Double medium; Volcanic reservoir; Horizontal well; Numerical simulation; Orthogonal design; Grey correlation

火山巖油藏成藏模式較砂巖復(fù)雜， 從儲(chǔ)集空間來(lái)看， 既有以玄武巖為主的、以獨(dú)有的氣孔以及沉凝灰?guī)r與生物質(zhì)交錯(cuò)沉積時(shí)形成的、以基質(zhì)孔隙為主的基質(zhì)孔隙型油藏，又有致密火山巖中以開(kāi)啟的裂縫為主要儲(chǔ)集空間的裂縫型油藏^[1]。油藏開(kāi)發(fā)存在的一些問(wèn)題：隨著生產(chǎn)時(shí)間的推移，當(dāng)?shù)貙訅毫π∮陲柡蛪毫r(shí)， 油井開(kāi)始出現(xiàn)供液能力不足和脫氣現(xiàn)象;含水上升態(tài)勢(shì)沒(méi)有得到有效抑制， 水淹面積逐年增大;遞減率越來(lái)越大。裂縫性油藏錐間帶剩余油潛力小， 水平井實(shí)施暫緩;受特殊巖性油藏約束，油藏幾乎沒(méi)有措施潛力。長(zhǎng)期以來(lái)，火山巖儲(chǔ)層多被認(rèn)為是裂縫性儲(chǔ)層，勘探目的以及研究常常都在裂縫參數(shù)上，卻一直沒(méi)有在油藏底水能量上和生產(chǎn)施工中人為可控因素上對(duì)水平井產(chǎn)能進(jìn)行研究，傳統(tǒng)的產(chǎn)能公式法只能定性描述某因素對(duì)水平井產(chǎn)能的影響，方法可靠，但是人為誤差的可能性較大且定量分析并不到位。所以本文采用數(shù)值模擬方法，它是通過(guò)建立比較精細(xì)的油藏地質(zhì)模型，較好的擬合火山巖油藏的開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)和開(kāi)采特征，具備全面考慮油藏地質(zhì)及水平井生產(chǎn)參數(shù)，存在人為誤差的可能性較小的優(yōu)勢(shì)^[2-5]。從水體大小，避水高度，工作制度，水平段長(zhǎng)度等因素出發(fā)，研究其對(duì)水平井產(chǎn)能的影響，并通過(guò)正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)影響水平井產(chǎn)能的因素按影響程度強(qiáng)弱進(jìn)行排序，并定量給出了各因素對(duì)水平井產(chǎn)能的貢獻(xiàn)度。

1 ?模型的建立

1.1 ?油藏概況

1.1.1 ?地層特征

該油藏石炭系為一套多期噴發(fā)的、不同巖性疊加、且平面上具有巖相分帶性的塊狀火山巖體，依附于斷裂帶發(fā)育大型火山角礫巖爆發(fā)通道，其上披覆堆積厚層氣孔狀玄武巖和致密玄武巖?？拷鼣嗔褞^(qū)域石炭系頂部剝蝕、風(fēng)化淋濾作用明顯，地震雜亂、弱連續(xù)，遠(yuǎn)離紅車斷裂區(qū)域石炭系披覆特征清晰，地震反射穩(wěn)定、連續(xù)。

石炭系火山巖體自上而下劃分為A1、A2、A3等三套火山巖體，油層在三套巖體中均有分布，巖層間界限GR或RT突變特征明顯，地震剖面上一般可連續(xù)追蹤。已完鉆井A1巖體地層厚度80.5～270.4 m，平均厚度為120.8 m，A2巖體地層厚180.3～256.5 m，平均厚度為230.0 m，A3巖體地層厚度130.7～330.2 m，平均厚度為265.9 m。

1.1.2 ?儲(chǔ)層特征

綜合薄片鑒定、巖心觀察、FMI巖性解釋結(jié)果，該油藏石炭系儲(chǔ)層巖性主要為火山碎屑巖和基性火山熔巖，火山碎屑巖包括凝灰?guī)r、火山角礫巖，火山熔巖主要以氣孔狀玄武巖和致密玄武巖為主。油層主要分布在氣孔狀玄武巖、火山角礫巖中，火山角礫巖物性好于氣孔狀玄武巖。

依據(jù)油藏的基本地質(zhì)特征和地震資料通過(guò)精細(xì)化地質(zhì)建模手段對(duì)油藏進(jìn)行雙重介質(zhì)的精細(xì)刻畫，并從中截取目的區(qū)域模型，選取其中某一正方形水平井開(kāi)采單元，單元邊長(zhǎng)1 500 m，儲(chǔ)層厚度400 m，底水厚度100 m，基質(zhì)孔隙度1%，滲透率0.2 mD，裂縫孔隙度10%，滲透率130 mD，水平段處于正方形平面的中點(diǎn)。以上是油藏不變的因素， 需要分析的因素為： 水體大小需要分析的因素為：水平段長(zhǎng)度、避水高度、水體大小、工作制度、裂縫垂向水平滲透率比。

1.2 ?網(wǎng)格系統(tǒng)

通過(guò)網(wǎng)格優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立基本模型的網(wǎng)格系統(tǒng)，油藏模型采用black oil模型，選取笛卡爾坐標(biāo)系下的塊中心網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分為51×51×30，X，Y方向的網(wǎng)格步長(zhǎng)為30 m的均勻網(wǎng)格，Z方向的網(wǎng)格步長(zhǎng)為20 m的均勻網(wǎng)格。為了確保模型的準(zhǔn)確性，模型的PVT等地質(zhì)參數(shù)均取自于實(shí)際油藏（圖1）。

2 ?單因素分析

2.1 ?水體大小對(duì)產(chǎn)能的影響

本文以水平井累積產(chǎn)油量為指標(biāo)研究各參數(shù)的影響。在以上建立的模型基礎(chǔ)上，設(shè)避水高度為230 m，水平段長(zhǎng)度1 000 m，K_v/K_h為0.281，井底流壓20 MPa，預(yù)測(cè)時(shí)間30 a，通過(guò)設(shè)置不同的水體倍數(shù)：1、2、5、10、20得到5個(gè)不同的方案。如圖2所示。

由圖2可知：隨著水體倍數(shù)的增大，水平井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間越長(zhǎng)，累積產(chǎn)油量越大，但是水體倍數(shù)從1倍變到2倍時(shí)，累積產(chǎn)油量增加了3萬(wàn)t，水體倍數(shù)從2倍變到5倍時(shí)，累積產(chǎn)油量增加了4萬(wàn)t，水體倍數(shù)從5變到10時(shí)，累積產(chǎn)油量增加2萬(wàn)t，水體倍數(shù)從10變到20時(shí)，累積產(chǎn)油量增加1萬(wàn)t。說(shuō)明水體大小在影響水平井產(chǎn)能時(shí)在2到10倍水體之間存在一個(gè)最優(yōu)值。

2.2 ?避水高度對(duì)產(chǎn)能的影響

設(shè)水平段長(zhǎng)度1 000 m，K_v/K_h為0.281，井底流壓20 MPa，水體大小5倍，預(yù)測(cè)時(shí)間30 a，通過(guò)設(shè)置不同的避水高度：90、130、230（油層中部）、280、380 m，得到5個(gè)不同的方案。由圖3可知：在15?a內(nèi)，當(dāng)避水高度處于油層中下部時(shí)。累積產(chǎn)油量并無(wú)明顯差別，當(dāng)生產(chǎn)時(shí)間超過(guò)15?a后有著明顯隨著避水高度的增加，累積產(chǎn)油量先增加后減小的規(guī)律，拐點(diǎn)為避水高度230 m時(shí)。當(dāng)避水高度為390 m，即避水高度與油層厚度的比值大于0.9時(shí)，累積產(chǎn)油量有著明顯下降的趨勢(shì)。

2.3 工作制度對(duì)產(chǎn)能的影響

合理的工作制度一直是油藏開(kāi)發(fā)中重要的話題，設(shè)避水高度為230 m，水平段長(zhǎng)度1 000 m，K_v/K_h為0.281，水體大小5倍，預(yù)測(cè)時(shí)間30 a，通過(guò)設(shè)置不同的井底流壓：14、16、18、20、22 MPa，得到五個(gè)不同的方案。如圖4所示。

由圖4可知：隨著井底流壓的降低，水平井累積產(chǎn)油量增大。井底流壓為20 MPa時(shí)的累積產(chǎn)油量（90萬(wàn)t）比井底流壓為22 MPa時(shí)的累積產(chǎn)油量（69萬(wàn)t）增加了21萬(wàn)t;井底流壓為18 MPa時(shí)的累積產(chǎn)油量（109萬(wàn)t）比流壓為20 MP時(shí)的累積產(chǎn)油量（90萬(wàn)t）增加了19萬(wàn)t，當(dāng)流壓為14 MPa累積產(chǎn)油增幅量只有17萬(wàn)t。所以當(dāng)流壓為20 MPa時(shí)累產(chǎn)油增幅量最大。

2.4 ?水平段長(zhǎng)度對(duì)產(chǎn)能的影響

設(shè)避水高度為230 m，K_v/K_h為0.281，井底流壓20 MPa，水體大小5倍，預(yù)測(cè)時(shí)間30 a，通過(guò)設(shè)置不同的水平段長(zhǎng)度：400、600、800、1 000、1 200 m，得到五個(gè)不同的方案。由圖5可知：水平井的泄油面積隨著水平段長(zhǎng)度的增大而增大，從而導(dǎo)致單井的累積產(chǎn)油量增大。水平段長(zhǎng)度為600 m時(shí)的累積產(chǎn)油量（55萬(wàn)t）比水平段長(zhǎng)度為400 m時(shí)的累積產(chǎn)油量（41萬(wàn)t）增加了14萬(wàn)t，水平段長(zhǎng)度為1 000 m時(shí)的累積產(chǎn)油量（90萬(wàn)t）比水平段長(zhǎng)度為800 m時(shí)的累積產(chǎn)油量（72萬(wàn)t）增加了18萬(wàn)t，當(dāng)水平段長(zhǎng)度達(dá)到1 200 m時(shí)，累產(chǎn)油增幅量只有11萬(wàn)t，所以水平段長(zhǎng)度在影響水平井產(chǎn)能時(shí)當(dāng)水平段長(zhǎng)度在1 000 m到1 200 m時(shí)水平井產(chǎn)能達(dá)到最優(yōu)。

2.5 ?裂縫垂向和水平滲透率比對(duì)產(chǎn)能的影響

在水平井開(kāi)采過(guò)程中，滲透率各向異性對(duì)水平井產(chǎn)能的大小具有一定程度的影響，設(shè)避水高度為230 m，井底流壓20 MPa，水體大小5倍，水平段長(zhǎng)度1 000 m，預(yù)測(cè)時(shí)間30 a，通過(guò)設(shè)置不同的裂縫垂向水平滲透率比：0.1、0.2、0.3、0.5、0.7，得到五個(gè)不同的方案。由圖6可知：當(dāng)垂向滲透率增大時(shí)，流體在流入水平井時(shí)垂向上的滲流阻力會(huì)減小，使水平井垂向上的流入量增大，進(jìn)而導(dǎo)致水平井產(chǎn)能的增大。并且可以明顯的看出累積產(chǎn)油量的增幅量逐漸減小，所以當(dāng)K_v/K_h為0.2～0.5時(shí)，水平井產(chǎn)能達(dá)到最優(yōu)。

3 ?多因素分析

3.1 ?實(shí)驗(yàn)方案的確立及模擬結(jié)果

前面已經(jīng)通過(guò)數(shù)值模擬軟件分析了各個(gè)因素對(duì)水平井產(chǎn)能的影響，本部分綜合考慮水體大小，避水高度，工作制度，水平段長(zhǎng)度，裂縫垂向和水平滲透率比等5個(gè)因素，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得出各因素在影響水平井產(chǎn)能時(shí)的主次順序和顯著程度，進(jìn)而確定最優(yōu)的參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的最大化。在本次試驗(yàn)研究中以單井累積產(chǎn)油量為考察指標(biāo)。因素和水平如表1所示。本次試驗(yàn)一共是5因素，4水平。從模擬結(jié)果（表2）中分析出最佳的實(shí)驗(yàn)方案：當(dāng)避水高度230 m，水平井長(zhǎng)度1 200 m，水體倍數(shù)5倍，井底流壓 16 MPa，裂縫垂向水平滲透率比為0.4時(shí)，水平井開(kāi)發(fā)效果最好。

3.2 ?各因素影響程度分析

（1）確定參考序列和比較序列

灰色關(guān)聯(lián)法首先要指定參考序列。以每個(gè)方案的單井累產(chǎn)油為參考序列記為X₀（t），記第一個(gè)為x₀（1），第二個(gè)為x₀（2），…，第n個(gè)為x₀（n）。所以，參考序列可以表示為X₀（t）={x₀（1），x₀?（2），…，x₀（n）}^[7，8]。然后再以每個(gè)影響因素為比較序列，分別記為X₁（t），X₂（t），…，X_i（t），類似參考序列X₀（t）的表示方法，有X₁（t）={x₁（1），x₁（2），…，x₁（n）}，…，X_i（t）= {x_i（1），x_i（2），…，x_i（n）}，i=1，2，…，m。

（2）計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

（1）

根據(jù)式（1），結(jié)合均值化無(wú)量綱數(shù)據(jù)，可以得到各數(shù)據(jù)的絕對(duì)差值。其中ξ_0i（t）是關(guān)聯(lián)系數(shù)，ρ是分辨系數(shù)，此次取值為0.5。

（3）求關(guān)聯(lián)度

（2）

根據(jù)式（2），可以求得各參數(shù)的關(guān)聯(lián)度（表3）。

由表3可知，在上述5個(gè)參數(shù)中對(duì)水平井產(chǎn)能大小的影響程度依次為：工作制度，水平段長(zhǎng)度，避水高度，裂縫垂直水平滲透率比，底水倍數(shù)。

（4）定量化分析

在研究水平井產(chǎn)能時(shí)，各個(gè)參數(shù)對(duì)產(chǎn)能的影響程度均不一樣，為了在對(duì)水平井產(chǎn)能的貢獻(xiàn)度上定量描述各個(gè)參數(shù)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算出不同參數(shù)對(duì)水平井產(chǎn)能的平均影響程度：工作制度的減小，水平井產(chǎn)能平均增加4.8%;水平段長(zhǎng)度的增加，水平井產(chǎn)能平均增加4.0%，避水高度的增加，水平井產(chǎn)能平均增加2.5%，裂縫垂向水平滲透率比增加，水平井平均產(chǎn)能增加2.0%，底水倍數(shù)的增加，水平井產(chǎn)能平均增加1.4%。從而計(jì)算出各個(gè)因素對(duì)水平井產(chǎn)能的貢獻(xiàn)度分別為：32.7%，27.2%，17%，13.6%，9.5%。

4 ?結(jié) 論

（1）正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果表明：該區(qū)宜采用避水高度230 m，水平井長(zhǎng)度1 200 m，水體倍數(shù)5倍，井底流壓 16 MPa，裂縫垂直水平滲透率比為0.4時(shí)的參數(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

（2）采用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和灰色關(guān)聯(lián)法，得出各因素對(duì)水平井影響程度的主次順序依次為：工作制度，水平段長(zhǎng)度，避水高度，裂縫垂直水平滲透率比，底水倍數(shù)。并且定量給出了各因素對(duì)水平井產(chǎn)能的貢獻(xiàn)度：工作制度（產(chǎn)能貢獻(xiàn)度32.7%），水平段長(zhǎng)度（貢獻(xiàn)度27.2%），避水高度（貢獻(xiàn)度17%），裂縫垂向水平滲透率比（產(chǎn)能貢獻(xiàn)度13.6%），底水倍數(shù)（貢獻(xiàn)度9.5%）。

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