特低滲透復(fù)雜斷塊油藏合理井網(wǎng)形式數(shù)值模擬研究

甘俊奇，李莉，吳忠寶，王俊文，曾倩　(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

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特低滲透復(fù)雜斷塊油藏合理井網(wǎng)形式數(shù)值模擬研究

甘俊奇，李莉，吳忠寶，王俊文，曾倩(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

[摘要]考慮儲(chǔ)層滲透率、斷塊面積、斷塊長寬比以及地層傾角等地質(zhì)因素，建立了68個(gè)不同的概念地質(zhì)模型，設(shè)計(jì)了420個(gè)數(shù)值模擬方案，系統(tǒng)研究了特低滲透復(fù)雜斷塊油藏合理的注采井網(wǎng)形式。數(shù)值模擬結(jié)果表明，滲透率較低，宜采用五點(diǎn)井網(wǎng)；滲透率較高，斷塊面積較大，宜采用反七點(diǎn)井網(wǎng)；窄條帶狀斷塊長寬比越大，反七點(diǎn)井網(wǎng)越適宜；滲透率越大，地層傾角越大，底部注水開發(fā)效果越好。在海拉爾油田典型斷塊的應(yīng)用結(jié)果表明：窄陡斷塊，宜采用底部注水方式，特低滲透寬緩斷塊，宜采用反七點(diǎn)井網(wǎng)，開發(fā)效果均較好。該研究對(duì)特低滲透復(fù)雜斷塊油藏注采井網(wǎng)優(yōu)化和井網(wǎng)部署具有參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]特低滲透油氣藏；復(fù)雜斷塊油氣藏；井網(wǎng)；地層傾角；斷塊面積；斷塊長寬比

復(fù)雜斷塊油藏由斷層多期活動(dòng)相互切割配置形成，斷層多、構(gòu)造破碎復(fù)雜，斷塊小、含油面積小，油水關(guān)系復(fù)雜[1-3]。一般，根據(jù)斷層的開啟或閉合狀態(tài)、滲透率、地層傾角、斷塊面積和幾何形態(tài)，可以劃分出不同類型的斷塊油藏。斷塊的幾何形態(tài)可以將斷塊油藏分為半圓形、扇形、三角形、條帶形、長方形和梯形等類型[4～6]。不同的開發(fā)井網(wǎng)對(duì)斷塊油藏采收率影響較大，前人[7～11]根據(jù)油田開發(fā)實(shí)踐，提出了斷塊油藏合理的注采井網(wǎng)形式及井網(wǎng)部署方法。

近年來，一批學(xué)者運(yùn)用油藏?cái)?shù)值模擬方法，對(duì)復(fù)雜斷塊油藏的合理井網(wǎng)形式進(jìn)行了研究。2003年，薛兆杰等[12]以實(shí)際油藏地質(zhì)情況為原型建立概念模型，研究了注水方式對(duì)斷塊油藏開發(fā)效果的影響。2010年，關(guān)富佳等[13]研究了復(fù)雜小斷塊油藏立體開發(fā)的井網(wǎng)部署方法。2011年，齊亞東等[14]研究了條帶狀和三角形的特低滲透斷塊油藏的合理注采井網(wǎng)。2013年，李偉等[15]研究了鈍角三角形小斷塊油藏的合理注采井網(wǎng)。劉桂玲等[16]對(duì)三角形和四邊形斷塊油藏的井網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，并給出了合理井排距。關(guān)富佳等[17]研究了直角三角形小斷塊油藏合理注采井網(wǎng)。2014年，王鋒[18]研究了三角形斷塊油藏的注采井網(wǎng)部署方法。此外，賈紅兵[19]和杜鵬舉[20]通過機(jī)理模型，分析了地層傾角和滲透率對(duì)重力作用的影響，對(duì)窄條帶斷塊注水方式進(jìn)行了優(yōu)化。但是目前，還沒有系統(tǒng)研究不同儲(chǔ)層物性、地層傾角、斷塊面積和斷塊長寬比等條件下的合理井網(wǎng)形式。為此，筆者建立多井組地質(zhì)模型，考慮上述影響因素，運(yùn)用油藏?cái)?shù)值模擬方法，提出了條帶形斷塊油藏的合理井網(wǎng)形式，并在海拉爾油田典型斷塊進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，效果較好。

1地質(zhì)模型的建立及方案設(shè)計(jì)

1.1建立地質(zhì)模型

應(yīng)用Eclipse軟件建立概念地質(zhì)模型。不考慮地層傾角時(shí)，建立平板狀地質(zhì)模型，采用9行9列的排狀交錯(cuò)基礎(chǔ)井網(wǎng)，總井?dāng)?shù)41口。比較3種注采井網(wǎng)形式：五點(diǎn)井網(wǎng)，16注25采，注采井?dāng)?shù)比1∶1(圖1(a))；反七點(diǎn)井網(wǎng)，13注28采，注采井?dāng)?shù)比1∶2(圖1(c))；反九點(diǎn)井網(wǎng)，13注28采，注采井?dāng)?shù)比1∶3(圖1(b))。利用Faults關(guān)鍵字設(shè)置封閉斷層，將油藏切割成不同面積的斷塊?？紤]地層傾角時(shí)，建立有傾角的長方形封閉斷塊模型，采用7注6采的排狀交錯(cuò)井網(wǎng)(圖1(d))。

涉及到的參數(shù)如下：原始地層壓力22.9MPa，泡點(diǎn)壓力7.0MPa，有效厚度10m；地層原油黏度2.5mPa·s，地層油壓縮系數(shù)12.89×10-4MPa-1，地層油體積系數(shù)1.08，原油密度0.83g/cm3，溶解油氣比18.23m3/t，地層水壓縮系數(shù)6.51×10-4MPa-1；束縛水飽和度37.6%，殘余油飽和度26.3%，水相端點(diǎn)相滲0.11。

圖1　概念地質(zhì)模型示意圖

1.2方案設(shè)計(jì)

不考慮地層傾角時(shí)，選取儲(chǔ)層滲透率、斷塊面積、斷塊長寬比、注采井網(wǎng)形式和注采井距5項(xiàng)開發(fā)參數(shù)，設(shè)計(jì)模擬方案384個(gè)(表1)。考慮地層傾角時(shí)，選取滲透率、地層傾角和注水方式3種開發(fā)參數(shù)，設(shè)計(jì)模擬方案36個(gè)(表2)。

表1　不考慮地層傾角的數(shù)值模擬方案

表2　考慮地層傾角的數(shù)值模擬方案

2合理井網(wǎng)形式

2.1儲(chǔ)層物性

選取斷塊長寬比1，井距200m，斷塊面積分別為0.1km2和0.2km2的18個(gè)方案，比較不同儲(chǔ)層滲透率條件下3種井網(wǎng)形式開發(fā)20年的采出程度。斷塊面積0.1km2時(shí)，五點(diǎn)井網(wǎng)采出程度高(圖2(a))。斷塊面積0.2km2時(shí)，儲(chǔ)層滲透率高于2mD，反七點(diǎn)和反九點(diǎn)井網(wǎng)采出程度高；儲(chǔ)層滲透率低于2mD，五點(diǎn)井網(wǎng)采出程度高(圖2(b))。結(jié)果表明，儲(chǔ)層物性數(shù)值越小，所需注采井?dāng)?shù)比越高，需要較多的注水井補(bǔ)充地層能量，提高注水開發(fā)效果。

圖2　不同滲透率不同井網(wǎng)形式的采出程度比較

2.2斷塊大小

選取儲(chǔ)層滲透率10mD，斷塊長寬比1，井距100～300m的60個(gè)方案，用多項(xiàng)式擬合三種井網(wǎng)形式在不同斷塊面積和不同井距條件下開發(fā)20年的采出程度，比較其開發(fā)效果。斷塊面積0.1km2，五點(diǎn)井網(wǎng)的采出程度最高，反九點(diǎn)井網(wǎng)的最低(圖3(a))。斷塊面積0.2km2，反七點(diǎn)井網(wǎng)的采出程度最高，五點(diǎn)和反九點(diǎn)井網(wǎng)的較低(圖3(b))。斷塊面積0.4km2，反七點(diǎn)井網(wǎng)的采出程度最高，五點(diǎn)井網(wǎng)的最低(圖3(c))。斷塊面積1km2，反九點(diǎn)井網(wǎng)的采出程度最高，五點(diǎn)井網(wǎng)的最低(圖3(d))。結(jié)果表明，隨著斷塊面積增大，注采井網(wǎng)系統(tǒng)越趨于完善，油井?dāng)?shù)多的反九點(diǎn)和反七點(diǎn)井網(wǎng)開發(fā)效果好。反之，隨著斷塊面積減小，五點(diǎn)井網(wǎng)開發(fā)效果變好。由于五點(diǎn)井網(wǎng)注水井多，能夠使得一對(duì)注水井和采油井更大程度地控制破碎的斷塊。

圖3　不同斷塊面積不同井網(wǎng)形式的采出程度比較

2.3斷塊長寬比

選取儲(chǔ)層滲透率10mD，斷塊面積0.1km2，井距100～300m的120個(gè)方案，根據(jù)開發(fā)20年的水驅(qū)波及面積，計(jì)算不同斷塊長寬比條件下3種井網(wǎng)形式的水驅(qū)波及系數(shù)，比較其開發(fā)效果。長寬比1.0，五點(diǎn)井網(wǎng)水驅(qū)波及系數(shù)最高，反七點(diǎn)井網(wǎng)次之，反九點(diǎn)井網(wǎng)最低(圖4(a))。長寬比大于1.5，反七點(diǎn)井網(wǎng)水驅(qū)波及系數(shù)最高，五點(diǎn)井網(wǎng)次之，反九點(diǎn)井網(wǎng)最低(圖4(b)～(d))。結(jié)果表明，斷塊長寬比越大，反七點(diǎn)井網(wǎng)越適合；而五點(diǎn)和反九點(diǎn)井網(wǎng)適應(yīng)性越差。

圖4　不同斷塊長寬比不同井網(wǎng)形式的水驅(qū)波及系數(shù)比較

斷塊面積0.1km2，水驅(qū)波及系數(shù)要達(dá)到0.8以上，不同斷塊長寬比的3種井網(wǎng)形式的井距上限如圖5(a)所示。長寬比為1.0，五點(diǎn)井網(wǎng)的井距上限為270m。長寬比為1.5、2.0和3.0，反七點(diǎn)井網(wǎng)的井距上限分別為236、200、188m。同理，計(jì)算了斷塊面積0.2km2時(shí)不同斷塊長寬比的3種井網(wǎng)形式的井距上限(圖5(b))。長寬比為1.5、2.0和3.0，反七點(diǎn)井網(wǎng)的井距上限分別為300、280、250m。

2.4地層傾角

選取儲(chǔ)層滲透率10～100mD，地層傾角0～40°的27個(gè)方案，比較底部和頂部2種注水方式開發(fā)20年的開發(fā)效果。數(shù)模結(jié)果表明，地層傾角10°是水相重力作用影響的界限，滲透率50mD是底部和頂部注水方式優(yōu)劣的界限。地層傾角小于10°，2種注水方式的采出程度與無地層傾角時(shí)的相差不大。地層傾角大于10°，滲透率10mD時(shí)2種注水方式的采出程度逐漸變?。粷B透率50mD時(shí)，2種注水方式的采出程度基本沒有變化；滲透率100mD時(shí)，底部注水的采出程度逐漸上升，頂部注水的采出程度逐漸下降。從儲(chǔ)層滲透率來看，不同地層傾角，滲透率10mD時(shí)頂部注水的采出程度較高，滲透率50mD時(shí)底部注水的采出程度略高，滲透率100mD時(shí)底部注水的采出程度較高(圖6)。

從含水率隨采出程度的變化曲線來看，地層傾角小于10°且滲透率小于50mD時(shí)，底部和頂部注水2條曲線基本重合，表明開發(fā)效果相差不大。地層傾角小于10°且滲透率大于50mD時(shí)，底部開發(fā)效果較好。地層傾角大于10°，隨著滲透率的增大，底部注水的開發(fā)效果明顯變好(圖7(a)、(b))。

圖5　水驅(qū)波及系數(shù)0.8時(shí)的井距界限

圖6　不同滲透率情況下，采出程度隨地層傾角的變化曲線

圖7　不同滲透率情況下，含水率隨采出程度的變化曲線

圖8　井網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果示意圖

2.5井網(wǎng)形式優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)以上研究成果，總結(jié)井網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果如圖8所示。斷塊滲透率較低，宜采用五點(diǎn)井網(wǎng)；滲透率較高，斷塊面積較大，宜采用反七點(diǎn)井網(wǎng)；斷塊形態(tài)為窄條帶形，也宜采用反七點(diǎn)井網(wǎng)。物性較好的窄陡斷塊，宜采用底部注水方式；物性較差的寬緩斷塊，宜采用反七點(diǎn)井網(wǎng)。

3實(shí)例

3.1斷塊A

斷塊A為西傾鼻狀構(gòu)造油藏，走向北東20～30°，呈窄條帶狀分布，內(nèi)部被6條北東向小斷層切割。含油面積2.3km2，長約6.6km，寬0.3～0.5km。地層傾角22～26°，儲(chǔ)層滲透率54.3mD。含油面積內(nèi)僅能部署2排井，模擬頂部和底部2種注水方案。結(jié)果表明，底部注水開發(fā)20年采出程度24.7%，比頂部注水的高3.5個(gè)百分點(diǎn)。因此，對(duì)于窄條帶狀高陡油藏，宜采用底部注水開發(fā)方式。

2009年10月，斷塊A底部注水井投注，采油井26口，注水井7口。至2014年5月，采油井32口，注水井11口，注采井?dāng)?shù)比1∶2.9，注水井?dāng)?shù)明顯偏少。注水2個(gè)月后，18口油井受效，受效前平均單井日產(chǎn)油10.9t，受效后產(chǎn)量高峰期平均單井日產(chǎn)油16.6t，增幅5.7t。見水時(shí)間1～30個(gè)月，平均13個(gè)月。至2014年5月，平均單井日產(chǎn)油5.4t，采出程度7.1%，含水率30.3%。從初期到目前，含水上升速度每年3.8個(gè)百分點(diǎn)，含水上升率4.0%，注水效果較好，說明這類油藏宜采用底部注水方式開發(fā)。為進(jìn)一步提高開發(fā)效果，該斷塊后期可適當(dāng)增加注水井點(diǎn)，提高注采井?dāng)?shù)比，擴(kuò)大水驅(qū)波及程度，提高水驅(qū)采收率(圖9(a))。

3.2斷塊B

斷塊B為西傾鼻狀構(gòu)造油藏，走向約北東40°，相對(duì)寬緩。含油面積1.6km2，長約2.0km，寬約0.74km。地層傾角為11°，儲(chǔ)層滲透率為4.6mD。含油面積內(nèi)可部署3～4排井，模擬五點(diǎn)、反七點(diǎn)和反九點(diǎn)井網(wǎng)3種方案。結(jié)果表明，反七點(diǎn)井網(wǎng)開發(fā)20年采出程度為19.8%，比五點(diǎn)井網(wǎng)的高0.8個(gè)百分點(diǎn)。結(jié)果表明，對(duì)于特低滲透寬緩斷塊油藏，宜采用注采井?dāng)?shù)比適中的反七點(diǎn)井網(wǎng)注水開發(fā)。

2011年6月，斷塊B的6口注水井投注，采油井14口，注采井?dāng)?shù)比1∶2.3。至2014年5月，采油井21口，注水井7口，注采井?dāng)?shù)比1∶3，注水井?dāng)?shù)明顯偏少。注水12個(gè)月后，油井受效，受效前平均單井日產(chǎn)油1.9t，受效后產(chǎn)量高峰期平均單井日產(chǎn)油3.3t，增幅1.4t。見水時(shí)間平均14個(gè)月。至2014年5月，平均單井日產(chǎn)油2.7t，采出程度5.1%，含水率25.9%。從初期到目前，含水上升速度每年3.0個(gè)百分點(diǎn)，含水上升率5.1%，注水效果較好，說明這類油藏宜采用反七點(diǎn)井網(wǎng)注水開發(fā)。由于目前注采井?dāng)?shù)比高，為進(jìn)一步提高開發(fā)效果，該斷塊應(yīng)增加注水井點(diǎn)，完善反七點(diǎn)注采系統(tǒng)，提高水驅(qū)控制和動(dòng)用程度(圖9(b))。

圖9　不同注水方式和井網(wǎng)的開發(fā)效果比較

4結(jié)論

1)超低滲斷塊和面積小于0.1km2的特低滲斷塊宜采用五點(diǎn)井網(wǎng)，面積大于0.1km2的特低滲斷塊宜采用反七點(diǎn)井網(wǎng)。

2)面積小于0.2km2的正方形斷塊宜采用五點(diǎn)井網(wǎng)，面積小于0.2km2的長方形斷塊或者面積為0.2～0.4km2的斷塊宜采用反七點(diǎn)井網(wǎng)。

3)地層傾角小于10°且滲透率小于50mD的斷塊，頂部和底部注水開發(fā)效果相差不大；地層傾角大于10°或者滲透率大于50mD的斷塊，宜采用底部注水開發(fā)。

4)數(shù)值模擬研究和典型斷塊分析表明，滲透率較高的窄條帶狀高陡斷塊，宜采用底部注水方式；特低滲透寬緩斷塊，宜采用注采井?dāng)?shù)比適中的反七點(diǎn)井網(wǎng)，開發(fā)效果均較好。

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[編輯]黃鸝

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)5-0042-07

[中圖分類號(hào)]TE319

[作者簡介]甘俊奇(1985-)，男，工程師，主要從事油氣田開發(fā)工程研究，ganjq@petrochina.com.cn。

[基金項(xiàng)目]中國石油天然氣股份有限公司重大專項(xiàng)(2013E-3304)。

[收稿日期]2015-05-05

[引著格式]甘俊奇，李莉，吳忠寶，等.特低滲透復(fù)雜斷塊油藏合理井網(wǎng)形式數(shù)值模擬研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(5):42～48.