劉艷紅，萬(wàn)文勝，王曉強(qiáng)，郭新江，高敬善，羅　強(qiáng)

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠，新疆阜康831511;2.新疆準(zhǔn)東石油技術(shù)股份有限公司，新疆阜康831511）

流線數(shù)值模擬技術(shù)在火燒山油田優(yōu)化配注中的應(yīng)用

劉艷紅1，萬(wàn)文勝1，王曉強(qiáng)1，郭新江2，高敬善1，羅強(qiáng)1

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠，新疆阜康831511;2.新疆準(zhǔn)東石油技術(shù)股份有限公司，新疆阜康831511）

用傳統(tǒng)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析法不能對(duì)配注進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)井網(wǎng)快速、合理配注。為此，利用Eclipse軟件FrontSim流線模擬器的流線注水有效性管理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)井組快速合理配注。該方法克服了傳統(tǒng)人工進(jìn)行單井組配注的不確定性和復(fù)雜性，通過(guò)實(shí)例應(yīng)用，達(dá)到了整體井網(wǎng)快速優(yōu)化配注、提高注水波及效率的目的。

準(zhǔn)噶爾盆地；火燒山油田；流線數(shù)值模擬；PFM技術(shù)；優(yōu)化配注

傳統(tǒng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析中以注水井為中心的注水狀況分析主要包括3個(gè)方面：①分析注水量、吸水能力變化及其對(duì)油田生產(chǎn)形勢(shì)的影響；②分析分層配水的合理性；③分析注水見(jiàn)效情況，確定見(jiàn)水層位和來(lái)水方向等。這3個(gè)方面都需要結(jié)合大量的動(dòng)靜態(tài)資料進(jìn)行分析。但由于油藏的非均質(zhì)性等原因，注水井和生產(chǎn)井之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系并不一定與設(shè)計(jì)井網(wǎng)匹配；井組采用的單井劈分系數(shù)較簡(jiǎn)單；油田的實(shí)際監(jiān)測(cè)井點(diǎn)較少，多數(shù)井是依靠鄰井資料來(lái)綜合推斷，有很大的不確定性；油水井靜態(tài)及動(dòng)態(tài)資料的對(duì)比分析相當(dāng)繁瑣。對(duì)相當(dāng)多一部分井不同時(shí)期來(lái)水方向與層位的判斷非常困難，且每次分析只能考慮一個(gè)井組的情況，不能預(yù)測(cè)到各井組調(diào)水后相互之間的影響等。因此，用傳統(tǒng)人工分析配注有其固有的復(fù)雜性和不確定性。本文使用Eclipse流線數(shù)模流線注水有效性管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整體井網(wǎng)快速的合理配注。

1　流線數(shù)值模擬配注方法

1.1流線數(shù)值模擬原理

流線模擬適合于以減少無(wú)效注水，提高注水井注水利用率為目的的油藏注采井網(wǎng)評(píng)價(jià)。流線模擬結(jié)果與傳統(tǒng)油藏工程技術(shù)結(jié)合，可以作為油藏管理的重要工具[1]。目前，已形成以流線模型為核心的若干商業(yè)軟件與大型數(shù)值模擬軟件結(jié)合進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬，主要有Eclipse的FrontSim與ResAssist的3DSL流線模型。用三維流線模型模擬水驅(qū)剩余油飽和度分布的基本思路是，先求流體在連續(xù)多孔介質(zhì)中的壓力場(chǎng)和流速場(chǎng)，后求流線（流體的流動(dòng)軌跡），最后求出任一流線中任一點(diǎn)的含油飽和度[2-5]。流線模擬法同傳統(tǒng)的有限差分法存在著相當(dāng)大的差別，在有限差分法中流體是沿網(wǎng)格流動(dòng)，而流線模擬法中流體是沿流線流動(dòng)（圖1）。當(dāng)應(yīng)用于油藏模擬中時(shí)，由于油藏中流體的流動(dòng)具有較強(qiáng)的非線性特征，有限差分法會(huì)因其對(duì)網(wǎng)格大小和方位的敏感性，受到非線性時(shí)間步控制的嚴(yán)重影響；而流線模擬是在基本網(wǎng)格上建立壓力方程，對(duì)流線進(jìn)行正交運(yùn)算，得出壓力等勢(shì)面，由此建立一個(gè)自然運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)（即流線場(chǎng)），液體沿著流線在壓力梯度方向運(yùn)移，而不是在網(wǎng)格內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這樣用流線來(lái)描述流體流動(dòng)的特征，更接近流體的真實(shí)流動(dòng)情況，其求解過(guò)程更加穩(wěn)定。因流線法受網(wǎng)格大小和方向的影響較小，可以采用較大的時(shí)間步進(jìn)行計(jì)算。此外，由于流體沿著沒(méi)有交叉的流線移動(dòng)，其求解還可以簡(jiǎn)化為一系列一維流線模擬的綜合[6-8]。

圖1　有限差分法（a）與流線法（b）流體流動(dòng)路徑對(duì)比（據(jù)文獻(xiàn)［9］修改）

流線模擬具有以下特點(diǎn)：①速度快；②易于形象地顯示注水井與生產(chǎn)井的流動(dòng)耦合關(guān)系；③更好地確定泄油面積；④易于評(píng)定復(fù)雜地質(zhì)統(tǒng)計(jì)模型的級(jí)別；⑤易于對(duì)整個(gè)油田模型進(jìn)行整體注采優(yōu)化；⑥加速生產(chǎn)動(dòng)態(tài)歷史擬合過(guò)程[10]。

1.2PFM優(yōu)化配注

FrontSim與3DSL的流線模擬結(jié)果都能夠提供流體運(yùn)移軌跡（流線）和單井劈分系數(shù)，解決了注采井間注水流線分布規(guī)律的不確定性，這就可以解決現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單井組劈分系數(shù)的問(wèn)題[11]。Eclipse軟件FrontSim流線模擬器的流線注水有效性管理（Pattern Flood Man?agement，簡(jiǎn)稱PFM）技術(shù)還能夠完成自動(dòng)優(yōu)化配注，解決動(dòng)態(tài)配注的復(fù)雜性問(wèn)題[12-14]。

（1）PFM優(yōu)化配注原理PFM能根據(jù)注水井和受效油井之間的洗油效率（“流管”中油份量的多少）進(jìn)行注水量調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配注。優(yōu)化配注的方法是：通過(guò)流線的計(jì)算結(jié)果，算出每條流管所波及區(qū)域的含油率，通過(guò)該流管所屬井組注水波及效率的計(jì)算，得出該井組的注水效率。如果注水效率太低，則增加配注量；如果含油率太低而注水太多，則減小配注量。計(jì)算過(guò)程如下。

通過(guò)流線的計(jì)算結(jié)果，可以得到每條流線所穿過(guò)的體積

即新時(shí)間步流線波及的體積為當(dāng)前時(shí)間步波及體積的函數(shù)。

井在下一個(gè)時(shí)間步的流量（包括注水量和產(chǎn)油量）為

即當(dāng)前井的流量等于以該井為源點(diǎn)或者匯點(diǎn)的流線所波及體積之和。對(duì)于每個(gè)注采井對(duì)，權(quán)重系數(shù)Wi按照下式進(jìn)行估算

（4）式和（5）式中，βmax是β的有效參數(shù)上限值[9]。

該算法可以在模擬的每個(gè)時(shí)間步實(shí)現(xiàn)，對(duì)每個(gè)時(shí)間步的注水井注水量進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，從而在預(yù)先設(shè)置好的不同時(shí)間步進(jìn)行配注計(jì)算，得到不同階段的有效配注量，解決傳統(tǒng)人工配注難以判斷不同時(shí)期來(lái)水方向與層位的問(wèn)題，達(dá)到快速優(yōu)化配水的目的。

（2）PFM技術(shù)應(yīng)用特性①只能在第2個(gè)時(shí)間步及其往后設(shè)置PFM，即PFM需要之前有一個(gè)時(shí)間步計(jì)算的流線結(jié)果作為參考數(shù)據(jù)；②設(shè)置PFM時(shí)，自動(dòng)選擇前一個(gè)時(shí)間步的注水量作為當(dāng)前使用PFM功能時(shí)水井的注入能力；③PFM可能會(huì)跟其他井組控制產(chǎn)量或者注入量沖突，但是單井的定量控制和油藏體積控制條件會(huì)被保留生效不作修改；④單井的定流壓控制或者限制控制保留生效；⑤單井和井組的經(jīng)濟(jì)限制條件（單井經(jīng)濟(jì)極限控制、井組經(jīng)濟(jì)極限控制）照常生效；⑥井組中的生產(chǎn)井控制方式設(shè)置的井組產(chǎn)量目標(biāo)和限制照常生效；⑦在某個(gè)時(shí)間步可以使用單井生產(chǎn)控制方式設(shè)置令PFM功能結(jié)束，使井和井組控制返回之前的設(shè)置。

2　應(yīng)用實(shí)例

2.1油藏概況

準(zhǔn)噶爾盆地火燒山油田H14油藏于1987年投入開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，1988年采用350 m井距反九點(diǎn)注采井網(wǎng)全面投入開(kāi)發(fā)，沒(méi)有穩(wěn)產(chǎn)期，從1990開(kāi)始進(jìn)入快速遞減期，截至2012年6月，綜合含水率70%，采出程度24.15%，存水率0.65，水驅(qū)指數(shù)1.55.油藏面臨綜合含水率高、剩余油分布復(fù)雜的現(xiàn)狀。密閉取心表明：剩余油縱向上呈條帶狀分布，注入水指進(jìn)現(xiàn)象明顯，裂縫兩側(cè)基質(zhì)剩余油飽和度較高，基質(zhì)水驅(qū)油效率依然偏低。

2.2優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

利用火燒山油田H14油藏已有的黑油數(shù)模模型，進(jìn)行數(shù)據(jù)追加及擬合后，在Eclipse軟件下直接調(diào)用FrontSim流線模擬器進(jìn)行計(jì)算，得到能直觀反映注入水流線運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的流線結(jié)果圖（圖2）。兩次結(jié)果對(duì)比：Eclipse的E100黑油模擬器完成擬合需用8 h，而Frontsim流線模擬器完成擬合只需20 min，且擬合結(jié)果要好于黑油模擬器的擬合結(jié)果。這說(shuō)明Fron?tsim流線模擬器的確具有速度快、易于形象顯示注水井與生產(chǎn)井流動(dòng)耦合關(guān)系等特點(diǎn)，能進(jìn)一步完成以往數(shù)模不易完成的單井配注工作[15]，實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬的相關(guān)成果在油藏動(dòng)態(tài)上的深度轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

圖2　火燒山油田H14油藏井組流線分布

在流線模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了無(wú)PFM和有PFM兩種預(yù)測(cè)方案進(jìn)行對(duì)比。使用PFM優(yōu)化的方案預(yù)測(cè)油量要比不使用PFM優(yōu)化的方案高（圖3）；2個(gè)方案全區(qū)注水量相同（圖4）。使用PFM優(yōu)化的方案注水量不變、油量上升，優(yōu)化方案的預(yù)測(cè)效果明顯較好。

通過(guò)應(yīng)用PFM技術(shù)完成了全區(qū)30個(gè)井組的自動(dòng)配注，得到各井組每個(gè)時(shí)間步（按月、季、年）的優(yōu)化注水量，PFM優(yōu)化預(yù)測(cè)方案計(jì)算結(jié)束，即完成了流線PFM快速優(yōu)化配注的過(guò)程。較常規(guī)的動(dòng)態(tài)配水方法，既不需要考慮井組的劈分系數(shù)，也不用對(duì)比無(wú)測(cè)試井點(diǎn)的產(chǎn)吸剖面資料，更不需要分析各井組調(diào)水后互相之間的影響情況，完全克服了傳統(tǒng)手工進(jìn)行單井組配注的不確定性和復(fù)雜性，真正實(shí)現(xiàn)了快速優(yōu)化配注的目的。

2.3現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與效果分析

FrontSim流線配注試驗(yàn)于2012年7月開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，根據(jù)油田實(shí)際情況，選取北部連片分布的7個(gè)井組作為試驗(yàn)井組，試驗(yàn)井組共計(jì)下調(diào)配注量40 m3/d（表1）。

圖3　研究區(qū)日產(chǎn)油預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比

圖4　研究區(qū)日注水預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比

表1　動(dòng)態(tài)配注與流線PFM優(yōu)化配注對(duì)比m3/d

從表1中可見(jiàn)，有2口井PFM和動(dòng)態(tài)配注差較大，主要是因?yàn)榱骶€配注方法不僅考慮了平面的連通性，還考慮了縱向上的非均質(zhì)性，是以提高注水效率為目的的自動(dòng)優(yōu)化配注量。截至2012年11月，統(tǒng)計(jì)的16口油井?dāng)?shù)據(jù)表明：?jiǎn)尉债a(chǎn)油量上升的有11口，含水率下降的有10口，合計(jì)日產(chǎn)增油9.7 t.通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以看到，PFM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)配注，在剩余油富集區(qū)增加注水量，提高注水井的掃油面積；在水淹、水竄區(qū)減少注水量，減少無(wú)效注水循環(huán)。

從試驗(yàn)井組的見(jiàn)效情況看（圖5），流線配注效果是在實(shí)施后逐漸顯現(xiàn)的，在第5個(gè)月（2012年11月）達(dá)到最高峰，然后增產(chǎn)效果逐漸下降，至2013年2月回到調(diào)注前的水平；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施操作的可行性，可考慮將流線數(shù)模配水的合理周期定在6個(gè)月。

圖5　試驗(yàn)井組流線配注見(jiàn)效周期

3　結(jié)論

（1）Eclipse的數(shù)模成果從E100黑油模擬器轉(zhuǎn)為Frontsim流線模擬器，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快。

（2）對(duì)于無(wú)監(jiān)測(cè)資料的井點(diǎn)，應(yīng)用流線數(shù)模PFM技術(shù)能提供精細(xì)配注依據(jù)。

（3）PFM技術(shù)克服了傳統(tǒng)手工進(jìn)行單井組配注的不確定性和復(fù)雜性，可實(shí)現(xiàn)整體井網(wǎng)優(yōu)化配水、提高注水波及效率的目的。

符號(hào)注釋

i——時(shí)間步編號(hào)，無(wú)因次；

j——與井連接的所有流線編號(hào)，無(wú)因次；

n——與井連接的流線總條數(shù)，無(wú)因次；

q——井的流量，m3/d；

Vi——每條流線所穿過(guò)的體積，m3；

Wmin，Wmax——分別為權(quán)重系數(shù)的下限值和上限值，無(wú)因次；

Wlim——權(quán)重系數(shù)的限制值，無(wú)因次；

Wi——權(quán)重系數(shù)，無(wú)因次；

α——調(diào)整指數(shù)，α＞1，無(wú)因次；

β——與控制方式相關(guān)的管束參數(shù)，通常取值為0~1，無(wú)

因次；

βmax——管束參數(shù)上限值，無(wú)因次；

βavg——管束參數(shù)平均值，無(wú)因次。

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Application of Streamline Numerical Simulation Technique to Optimization of Water Injection Allocation in Huoshaoshan Oilfield,Junggar Basin

LIU Yanhong1,WAN Wensheng1,WANG Xiaoqiang1,GUO Xinjiang2,GAO Jingshan1,LUO Qiang1
(1.ZhundongProduction Plant,XinjiangOilfield Company,PetroChina,Fukang,Xinjiang 831511,China; 2.XinjiangZhundongPetroleum Technology Company Ltd,Fukang,Xinjiang 831511,China)

The traditional production performance analysis is not used for optimization of water injection allocation,realizing rapid and ra?tional allocation for the well group.Using the pattern flood management(PFM)of FrontSim simulator in Eclipse software,such a problem can be well solved.This method avoids the uncertainty and complexity of artificial water injection allocation in well group.The case study shows that using this method can rapidly achieve water injection allocation optimization of the entire well pattern and thus enhance the wa?ter flood sweep efficiency.

Junggar basin;Huoshaoshan oilfield;streamline numerical simulation;PFM technique;optimized water injection allocation

TE311

A

1001-3873（2015）01-0094-04DOI：10.7657/XJPG20150119

2014-07-08

2014-12-02

劉艷紅（1970-），女，山東榮成人，高級(jí)工程師，油氣田開(kāi)發(fā)，（Tel）0994-3836182（E-mail）Liuyanh@petrochina.com.cn.