水平注采井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律研究

孫廣義，劉英憲，翟上奇，吳曉慧，程大勇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

渤海BZ油田為復(fù)雜河流相油田，儲層橫向變化快，縱向河道疊置關(guān)系復(fù)雜，隔夾層發(fā)育[1，2]。油田主要形成3種井網(wǎng)類型：水平井平行井網(wǎng)、水平井交錯井網(wǎng)以及水平井與定向井聯(lián)合井網(wǎng)，水平井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的80%，是渤海首個采用水平井為主開發(fā)的河流相油田，并且依托水平井單砂體布井技術(shù)實現(xiàn)了高效開發(fā)[3-7]。目前，油田進(jìn)入高含水開發(fā)階段，平面水驅(qū)不均，水平井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律復(fù)雜，為了認(rèn)清水平井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律，指導(dǎo)油田調(diào)整挖潛，有必要對水平注采井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律進(jìn)行深入研究[8-10]。油田開發(fā)早期，會對巖心開展水驅(qū)油效率實驗[11-15]，由于取心往往尺寸較小，驅(qū)替倍數(shù)較大，實驗計算驅(qū)油效率往往是理想狀況的最大驅(qū)油效率，而且無法獲知不同井網(wǎng)的驅(qū)油效率。因此本文創(chuàng)新使用大巖心，相對于小巖心，可以模擬不同井網(wǎng)級別水驅(qū)油規(guī)律實驗，結(jié)論更具指導(dǎo)意義。對三種典型井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律機理開展研究，可以一定程度指導(dǎo)典型井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律認(rèn)識。

1 水平井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律實驗

1.1 實驗方法

研究采用人造巖心規(guī)格達(dá)142 mm×178 mm×33 mm，實驗中用煤油與BZ油田原油配制成地層溫度下（65℃）黏度為15 mPa·s的模擬油；實驗用水為模擬地層水。驅(qū)替實驗采用油水相對滲透率測量儀進(jìn)行，設(shè)備主要包括驅(qū)替泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和溫度系統(tǒng)。除驅(qū)替泵和手搖泵外，其他部分置于恒溫箱內(nèi)（見圖1）。

實驗步驟：

（1）在模擬地層溫度條件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）進(jìn)行飽和水實驗，根據(jù)濕重與干重差得出水的質(zhì)量。

（2）在模擬地層溫度條件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）進(jìn)行油驅(qū)水實驗，在巖樣出口段累積出水量，計算出飽和油質(zhì)量與束縛水飽和度。

（3）在模擬地層溫度條件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）進(jìn)行水驅(qū)油實驗，在巖樣出口端在一定的時間間隔下記錄見水前的無水期產(chǎn)油量，見水時間，見水時的累計產(chǎn)油量、累計產(chǎn)液量和巖樣兩端的壓力差隨時間的變化關(guān)系，待出口端不再出油且壓差穩(wěn)定時結(jié)束實驗。

（4）計算含水率、采收率與水驅(qū)油效率等數(shù)據(jù)。實驗條件：

本次驅(qū)替實驗主要采用：①水平井平行井網(wǎng)；②水平井交錯井網(wǎng)；③聯(lián)合水平井平行井網(wǎng)；④聯(lián)合水平井交錯井網(wǎng)；⑤水平井-定向井聯(lián)合井網(wǎng)5種注水模式（見圖2）。研究不同水平井網(wǎng)水驅(qū)油效率、含水上升規(guī)律兩個指標(biāo)。

1.2 實驗結(jié)果

（1）不同水平井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律對比（見圖3）：從實驗結(jié)果可以看出水平井交錯井網(wǎng)的含水率上升較緩慢，無水采油期時間較長，驅(qū)油效率也較高；水平井平行井網(wǎng)的含水率上升較快，無水采油期也較短，驅(qū)油效率也較低。

圖1 大尺寸巖心水驅(qū)油實驗流程圖

圖2 BZ油田水驅(qū)油實驗注采關(guān)系模式圖（①-⑤）

圖3 不同水平井網(wǎng)水驅(qū)指標(biāo)對比圖

（2）不同聯(lián)合井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律對比（見圖4），從實驗結(jié)果可以看出3種井網(wǎng)類型中聯(lián)合水平井平行井網(wǎng)的含水率上升最快，無水采油期時間最短，驅(qū)油效率居中；聯(lián)合水平井交錯井網(wǎng)的含水上升率居中，無水采油期時間居中，驅(qū)油效率最高；水平井-定向井聯(lián)合井網(wǎng)的含水率上升較緩慢，無水采油期時間最長，但驅(qū)油效率最低。

圖4 不同聯(lián)合井網(wǎng)水驅(qū)指標(biāo)對比圖

綜合以上實驗結(jié)果，水平井交錯井網(wǎng)以及聯(lián)合水平井井網(wǎng)驅(qū)油效率較高，水驅(qū)效果好，該井網(wǎng)也是BZ油田的主要開發(fā)井網(wǎng)。

2 水平井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律數(shù)值模擬研究

對水平井平行井網(wǎng)和水平井交錯井網(wǎng)開展水驅(qū)油規(guī)律數(shù)值模擬研究，指導(dǎo)剩余油分布規(guī)律認(rèn)識。模型網(wǎng)格維數(shù)為41×41×11，基礎(chǔ)參數(shù)參考油田實際參數(shù)（見表1）。

表1 機理模型參數(shù)表

表2 注水方式設(shè)計表

對兩種井網(wǎng)類型分別設(shè)計不同的注水方式，研究水驅(qū)油規(guī)律差異（見表2）。

研究表明對于水平井平行井網(wǎng)，剩余油主要分布在注采井間滯留區(qū)以及注采非主流線上；對于水平井交錯井網(wǎng)，剩余油主要分布在生產(chǎn)井側(cè)翼非主流線以及注水井側(cè)翼非主流線。從剩余油飽和度分布來看，水平井交錯井網(wǎng)波及范圍要大于平行井網(wǎng)（見圖5）。

從水驅(qū)效果來看，不同注水方式水平井交錯井網(wǎng)波及系數(shù)整體高于平行井網(wǎng)，這與實驗結(jié)論是一致的。對于水平井平行井網(wǎng)來說采用一增一降強弱交替注水波及系數(shù)最高，為60.5%，而兩種周期注水方式波及系數(shù)較低，主要原因為平行井網(wǎng)布井方式為水平井正對布井，強注容易造成注入水水竄。對于水平井交錯井網(wǎng)來說，不同注水方式平均水驅(qū)波及系數(shù)相比平行井網(wǎng)高2.5%，可以說交錯井網(wǎng)為最優(yōu)的井網(wǎng)形式。邊井限注、角井增注可以擴大水平井間流線波及范圍，提高對滯留區(qū)剩余油動用，因此波及系數(shù)最高，為63.0%，其他注水方式水驅(qū)波及系數(shù)差異不大（見圖6）。

圖5 不同水平井網(wǎng)剩余油分布規(guī)律

圖6 不同水平井網(wǎng)波及系數(shù)對比

BZ油田目前整體進(jìn)入高含水開發(fā)階段，由于生產(chǎn)井投產(chǎn)時間差異以及平面水驅(qū)不均衡，有34%的生產(chǎn)井為中、低含水。為了合理挖潛水平井附近剩余油，針對不同含水階段，對水平井交錯井網(wǎng)和平行井網(wǎng)開展了注水方式優(yōu)化研究。機理研究表明，穩(wěn)定注水方式適合于兩種井網(wǎng)的不同含水階段；先弱后強周期注水適合交錯井網(wǎng)不同含水階段；先強后弱周期注水對于兩種井網(wǎng)均不適合；一強一弱交替注水適合平行井網(wǎng)高含水階段以及交錯井網(wǎng)的不同含水階段。

3 結(jié)論與認(rèn)識

（1）開展大巖心水平井井網(wǎng)水驅(qū)油實驗，得到不同水平井井網(wǎng)水驅(qū)油規(guī)律，認(rèn)為水平井交錯井網(wǎng)以及聯(lián)合水平井井網(wǎng)波及系數(shù)較高，水驅(qū)效果最好。

（2）開展數(shù)值模擬研究，得到水平井平行井網(wǎng)和水平井交錯井網(wǎng)剩余油分布規(guī)律。

（3）對兩種水平井井網(wǎng)開展注水方式優(yōu)化研究，認(rèn)為水平井平行井網(wǎng)采用強弱交替注水波及系數(shù)最高，而水平井交錯井網(wǎng)采用角井增注波及系數(shù)最高，并對油田提出改善水驅(qū)效果方向。