張占女，王永平，陳 暉，韓雪芳，孟智強(qiáng)

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

海上陡構(gòu)造厚油層輕質(zhì)油油藏注采井距研究

張占女，王永平，陳 暉，韓雪芳，孟智強(qiáng)

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

渤海遼東灣區(qū)域X油田構(gòu)造陡，地層傾角約25°，地層厚，原油為輕質(zhì)油，水油密度差大，注水開(kāi)發(fā)中注入水受重力影響非常明顯?；跐B流理論，推導(dǎo)了考慮重力的一維兩相活塞式驅(qū)替油水界面移動(dòng)到任意點(diǎn)處的時(shí)間，得到構(gòu)造高部位和低部位油井同時(shí)見(jiàn)水的注采井距。通過(guò)貝克萊方程和數(shù)值模擬，研究了針對(duì)該油田的最佳注采井距，對(duì)陡構(gòu)造輕質(zhì)油油藏注采井距的優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。

輕質(zhì)油 陡構(gòu)造 重力 注采井距

渤海遼東灣區(qū)域X油田位于遼西低突起北端，主力含油層系為沙二段和沙三段，地層傾角約25°，平均儲(chǔ)層厚度57 m，原油密度0.694～0.742 g/cm3，原油粘度0.94～1.56 mPa·s，屬輕質(zhì)油。目前該油田主體區(qū)塊已開(kāi)采5年，注入水受重力影響明顯，位于構(gòu)造低部位的油井見(jiàn)效快，壓力迅速上升，見(jiàn)水早，見(jiàn)水后含水迅速上升；而位于構(gòu)造高部位的油井見(jiàn)效慢，見(jiàn)水晚。為避免注入水與低部位油井形成無(wú)效循環(huán)，采取了低部位油井限液措施，但同時(shí)也限制了油井產(chǎn)能。因此，隨著X油田南區(qū)的投產(chǎn)，油水井井距方案需考慮重力的影響。前人考慮重力的影響大多基于厚層和復(fù)雜斷塊的研究[1-3]，針對(duì)油水密度差較大的輕質(zhì)油研究較少。本文基于滲流力學(xué)理論，推導(dǎo)了考慮重力的一維兩相活塞式驅(qū)替見(jiàn)水時(shí)間，結(jié)合油藏?cái)?shù)值模擬，得到了考慮重力的輕質(zhì)油陡構(gòu)造油藏的最佳注采井距，對(duì)該類型油藏油水井的部署具有重要價(jià)值。同時(shí)，本文推導(dǎo)的公式及建立的機(jī)理模型均是均質(zhì)油藏，只能一定程度地反映油藏的生產(chǎn)規(guī)律，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)通過(guò)多種方法共同論證，最終確定注采井距。

1 考慮重力的單相液體穩(wěn)定滲流

當(dāng)?shù)貙觾A斜時(shí)，需考慮重力產(chǎn)生的附加壓力。因此，滲流速度為：

(1)

地層中充滿液體油。如果地層水平，為了使油藏得到均衡驅(qū)替，保證兩口油井同時(shí)見(jiàn)水，注水井應(yīng)部署在中點(diǎn)位置。如果地層傾斜，為了使油藏得到均衡驅(qū)替，保證構(gòu)造高部位和低部位油井同時(shí)見(jiàn)水，可通過(guò)公式(1)計(jì)算注水井需向構(gòu)造高部位移動(dòng)的距離。

2 考慮重力的一維兩相活塞式驅(qū)替見(jiàn)水時(shí)間

假設(shè)條件：地層均質(zhì)、等厚、傾斜(圖1)，流體不可壓縮，考慮水油密度差[4]。

圖1 傾斜地層模型

根據(jù)達(dá)西定律和水電相似原理，得到排液道處的產(chǎn)量及水質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)速度，與公式(1)聯(lián)立，可得油水界面移動(dòng)到任意點(diǎn)處的時(shí)間t：

(2)

式中，pe為供給邊緣處的壓力，MPa；pw為排液道處的壓力，MPa；Le為供給邊緣距離油井的距離，m；Lf為目前油水前緣至井排的距離，m；Lo為原始含油邊界距離井排的距離，μo為地下原油粘度，mPa·s；μw為地下水粘度，mPa·s。當(dāng)水向構(gòu)造低部位(即下水流方向)流動(dòng)時(shí)，重力為加速力，符號(hào)為正；當(dāng)水向構(gòu)造高部位(即上水流方向)流動(dòng)時(shí)，重力為抑制力，符號(hào)為負(fù)。

3 考慮重力的分流量方程

貝克萊通過(guò)油、水關(guān)系的達(dá)西滲流公式，結(jié)合含水率的定義推導(dǎo)出分流量方程[5-6]：

(3)

通過(guò)區(qū)塊實(shí)際相滲曲線計(jì)算，得出考慮重力，地層傾角25°，相同含水飽和度下水流下方井的含水率高于水流上方井，最大相差10.3%。

根據(jù)平面等飽和度移動(dòng)方程：油水前緣xf所對(duì)應(yīng)的含水飽和度為Swf。在水驅(qū)油前緣到達(dá)井排時(shí)，油井見(jiàn)水。此時(shí)(xf-x0)值等于原始油水邊緣與井排間的距離(Le-x0)，從而根據(jù)公式(3)可求出水驅(qū)油前緣到達(dá)井排(或者排液道)的時(shí)間T，即井排見(jiàn)水時(shí)間。

(4)

式中，Le為供給邊緣至井排間距離，m；x0為供給邊緣至原始油水界面距離，m。

利用圖解法(從Swr做fw的切線)可確定下水流和上水流方向的fw′(Swf)值。當(dāng)上水流和下水流方向的兩個(gè)油井見(jiàn)水時(shí)間相同時(shí)可得到：

(5)

4 注采井距優(yōu)化

4.1 數(shù)值模擬研究

考慮區(qū)塊地質(zhì)特征和開(kāi)發(fā)模式，建立油藏機(jī)理模型。油藏機(jī)理模型采用100×6×5網(wǎng)格系統(tǒng)，X、Y方向網(wǎng)格步長(zhǎng)10 m，Z方向網(wǎng)格步長(zhǎng)10 m，油藏埋深1 900 m，平均壓力為21.0 MPa，其他油藏參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 機(jī)理地質(zhì)模型油藏參數(shù)

建立傾角25°的機(jī)理模型，注水井位于兩采油井中間，與兩采油井距離相等。地層縱向和平面剩余油如圖2所示。

從圖2可以看出，由于重力作用，縱向上，注入水更容易向油藏底部流動(dòng)，油藏底部先水淹；平面上，注入水更容易沿傾角向下流動(dòng)。因此，油藏下部采油井見(jiàn)水早，含水上升快。相同的注采井距，油藏低部位油井O2井見(jiàn)水早，含水上升快，而高部位油井O1見(jiàn)水晚，含水上升慢。為保持低部位和高部位油井均衡驅(qū)替，需要將注水井向油藏頂部移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)O1井和O2井見(jiàn)水時(shí)間更接近，下面進(jìn)行詳細(xì)論述。

當(dāng)?shù)貙觾A角25°時(shí)，兩油井井距為800 m，注水井每向上移動(dòng)10～20 m為一個(gè)方案，共計(jì)算了5個(gè)方案，時(shí)間10年，結(jié)果如下：當(dāng)注水井向上移動(dòng)50 m時(shí)，位于構(gòu)造高部位和低部位的油井同時(shí)見(jiàn)水。當(dāng)注水井向上移動(dòng)50 m時(shí)，在相同的采出程度下，區(qū)塊含水率最低。

圖2 地層傾角25°時(shí)地層剩余油

從圖3可以看出，當(dāng)注水井向上移動(dòng)50～70 m時(shí)，10年內(nèi)區(qū)塊比等距離方案產(chǎn)水減少最多。

圖3 不同移動(dòng)方案油井產(chǎn)水減少量

4.2 不同方法計(jì)算結(jié)果

分別用單向液體穩(wěn)定滲流、一維兩相活塞式驅(qū)替及非活塞式水驅(qū)油公式計(jì)算了構(gòu)造高部位和低部位油井同時(shí)見(jiàn)水的注水井位置。計(jì)算地層傾角25°，兩油井井距800 m時(shí)，注水井從兩油井中間點(diǎn)位置向構(gòu)造高部位移動(dòng)的距離，見(jiàn)圖4。

圖4 不同方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比

綜合分析認(rèn)為，地層傾角25°時(shí)，為保持低部位和高部位油井均衡驅(qū)替，如果兩油井距離為2L，則需將注水井位置向油藏頂部移動(dòng)7/80L。本文推薦考慮重力的分流量方程，因?yàn)閷?shí)際的油藏驅(qū)替過(guò)程就是油水兩相滲流且為非活塞的，它更能反映油藏的實(shí)際滲流情況。但是單相液體滲流和考慮重力的油水兩相活塞式驅(qū)替公式在一定程度上也能反映水驅(qū)油的原理。

4.3 注采井距圖版

通過(guò)油藏工程方法及數(shù)值模擬研究，建立了兩油井距離為2L，不同原油密度、不同地層傾角時(shí)注水井需向高部位油井移動(dòng)距離的圖版(見(jiàn)圖5)。

圖5 不同原油密度和地層傾角時(shí)注水井向高部位移動(dòng)比例

5 實(shí)際應(yīng)用

利用注采井距圖版優(yōu)化了該區(qū)塊一個(gè)注采井組，結(jié)果表明注水井向構(gòu)造高部位移動(dòng)50 m后，比注水井在兩油井中間等距離的計(jì)算指標(biāo)變好，雖然采收率無(wú)明顯變化，但在油田含水98%時(shí)，兩油井累計(jì)產(chǎn)水減少40×104m3。

6 結(jié)論

(1)陡構(gòu)造輕質(zhì)油油藏的開(kāi)發(fā)比稠油更需要考慮重力的影響。

(2)推導(dǎo)了考慮重力的一維兩相活塞式驅(qū)替油水界面移動(dòng)到任意點(diǎn)處的時(shí)間，具有一定的理論價(jià)值。

(3)在計(jì)算陡構(gòu)造輕質(zhì)油注采井距時(shí)，考慮重力的分流量方程更為準(zhǔn)確，可滿足工程需求。

(4)通過(guò)油藏工程和數(shù)值模擬方法建立了不同原油密度和地層傾角時(shí)注水井需向高部位移動(dòng)距離的圖版，以指導(dǎo)該區(qū)塊的注水井部署。

[1] 賈紅兵.層狀油藏重力滲流機(jī)理及其應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào)，2012，33(1):112-115.

[2] 賈紅兵，戴士植，李新峰，等.海拉爾盆地高陡斷塊油藏井網(wǎng)優(yōu)化及應(yīng)用效果[J].石油地質(zhì)與工程，2015，29(2):84-86.

[3] 杜朋舉.高陡復(fù)雜斷塊油藏注水方式優(yōu)選及采收率預(yù)測(cè)圖版建立[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2013，35(11):124-128.

[4] 李曉平.地下油氣滲流力學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2008:52-54.

[5] 王劍峰.地層傾角對(duì)油田注水開(kāi)發(fā)的影響[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，15(1):49-51.

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Study on injection-production well spacing of offshore light-oil reservoir with steep structure and thick oil-pay

Zhang Zhannyu, Wang Yongping, Chen Hui, Han Xuefang, Meng Zhiqiang

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300459,China)

X Oilfield in Bohai Bay area has characteristics of steep structure, a dip angle of about 25°, thick oil-pay, light oil, big density difference between oil and water. So injection water is obviously affected by gravity during waterflooding. Based on the theory of seepage, it was deduced the time of oil-water interface of one-dimensional two-phase piston-like displacement considering the gravity to any point. And the injection-production well spacing was obtained, that oil wells located in high and low positions of the structure have the same time of water breakthrough. According to Berkeley equations and numerical simulation, the injection-production well spacing for the oilfield was optimized. This provides a guide for optimization of the injection-production well spacing of light-oil reservoir with steep structure.

light oil; steep structure; gravity; injection-production well spacing

TE341

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.03.011

2017-02-24；改回日期：2017-04-17。

張占女(1978—)，女，工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)研究及管理。E-mail：zhangzhn@cnooc.com.cn。

(編輯 謝 葵)