基于均衡驅(qū)替理念的水驅(qū)油藏注采設(shè)計(jì)方法

劉海成, 王 相

(1.中石化股份勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院， 東營(yíng) 257001； 2.常州大學(xué)石油工程學(xué)院， 常州 213164)

相比于其他介質(zhì)，水資源容易獲取、污染性低，因此，中國(guó)大部分油田均采用水驅(qū)開發(fā)的方式。中國(guó)大多數(shù)油田目前已經(jīng)進(jìn)入了中高含水期甚至特高含水期，如何通過實(shí)現(xiàn)有效注水來進(jìn)一步提高油田采收率意義重大[1-4]。眾多研究表明油田開發(fā)效果與均衡驅(qū)替程度相關(guān)[5-8]。均衡驅(qū)替理念作為從靜態(tài)方案設(shè)計(jì)到動(dòng)態(tài)方案設(shè)計(jì)的一次突破，學(xué)者圍繞如何實(shí)現(xiàn)水驅(qū)油藏的均衡驅(qū)替開發(fā)開展了一系列研究，取得了一定的成果。王軍[9]定義見水時(shí)間相同作為均衡驅(qū)替的標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上研究了對(duì)應(yīng)的配產(chǎn)方法。嚴(yán)科等[10]也將見水時(shí)間相同作為均衡驅(qū)替的標(biāo)準(zhǔn)，利用數(shù)值模擬方法和油藏工程方法研究了均衡驅(qū)替的優(yōu)化方法。韓光明等[11]使用驅(qū)替突破系數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的見水時(shí)間作為均衡驅(qū)替評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，考慮了多井干擾，提出了相應(yīng)的工作制度優(yōu)化方法。進(jìn)一步地，王德龍等[12]考慮老油田大都已見水，提出以各方向采出程度相同作為均衡驅(qū)替評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，借助數(shù)值模擬開展了平面均衡驅(qū)替探究，更具有普遍適用性。崔傳智等[13]、馬奎前等[14]從單層油藏平面均衡驅(qū)替拓展到多層油藏縱向均衡驅(qū)替，分別以各層采出程度相同為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，開展了縱向上的分層配產(chǎn)配注研究。馮其紅等[15]從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)均衡驅(qū)替理念的科學(xué)性進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)論證。王相等[16]基于該理念開展了面向井組的井距優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。陳存良[17]以耗水率最小為目標(biāo)開展了多層油藏均衡注水研究。盡管上述研究取得了一定的效果，但是尚未針對(duì)注水開發(fā)井組形成理論充分、方便快捷的定量化工作制度優(yōu)化方法。為此，利用滲流力學(xué)理論和油藏工程方法，推導(dǎo)建立非均質(zhì)油藏定液量生產(chǎn)情況下和定壓差生產(chǎn)情況下的均衡注采設(shè)計(jì)新方法。

1 基于均衡驅(qū)替理念的非均質(zhì)油藏井組注采設(shè)計(jì)

基本假設(shè)：油藏為等溫油藏；忽略毛管力和重力影響；巖石及流體均為不可壓縮；油水兩相流符合達(dá)西規(guī)律，且相滲規(guī)律為指數(shù)型，即

(1)

式(1)中：kro為油相相對(duì)滲透率；krw為水相相對(duì)滲透率；sw為含水飽和度；c、d為與儲(chǔ)層和流體物性有關(guān)的常數(shù)。

根據(jù)物質(zhì)平衡原理得

(2)

根據(jù)貝克萊-列維萊特理論，開發(fā)起始時(shí)刻t0和開發(fā)終止時(shí)刻tend對(duì)應(yīng)的累積注入孔隙體積倍數(shù)[18]可以表示為

(3)

(4)

根據(jù)注入孔隙體積倍數(shù)定義，有

(5)

式(5)中：qii為注采單元i的注入速度，m3/d；Ai為注采單元i的橫截面積，m3；φi為注采單元i的孔隙度；Li為注采單元i的井距，m。

將式(3)～式(5)代入式(2)，整理得

(6)

1.1 定液量下注采設(shè)計(jì)公式

基于均衡驅(qū)替的注采設(shè)計(jì)是為了使各注采方向上在結(jié)束時(shí)刻平均含水飽和度盡可能相同。當(dāng)注采單元采用定液量生產(chǎn)制度時(shí)，對(duì)式(6)進(jìn)行變形，得到注采速度的計(jì)算公式為

(7)

(8)

由于待開發(fā)的新油藏，各注采單元的初始含水飽和度相同，其注采速度設(shè)計(jì)公式可以簡(jiǎn)化為

(9)

1.2 定壓差下注采設(shè)計(jì)公式

同理，整理式(6)得到采用定壓差生產(chǎn)制度時(shí)，各注采單元的生產(chǎn)壓差設(shè)計(jì)公式，即

Δpi=

(10)

類似定產(chǎn)液量注采設(shè)計(jì)，兩個(gè)注采單元的生產(chǎn)壓差應(yīng)滿足

(11)

同理，對(duì)于新油藏式(11)可以簡(jiǎn)化為

(12)

2 注采設(shè)計(jì)參數(shù)影響規(guī)律分析

由注采設(shè)計(jì)公式可以看出，油藏注采設(shè)計(jì)與多個(gè)因素有關(guān)，分析這些參數(shù)對(duì)注采設(shè)計(jì)的影響，有利于準(zhǔn)確把握變化規(guī)律。

2.1 定液量注采設(shè)計(jì)影響規(guī)律分析

圖1 定液量開發(fā)時(shí)影響因素敏感性分析Fig.1 Analysis of influence factors of injection production design under constant liquid rate

2.2 定壓差注采設(shè)計(jì)影響規(guī)律分析

圖2 定壓差時(shí)影響因素敏感性分析Fig.2 Analysis of influencing factors of injection production design under constant pressure difference

3 算例分析及應(yīng)用

以某油田基本參數(shù)為基礎(chǔ)建立五點(diǎn)法井組模型，一注四采，注水井位于中心，油井位于四個(gè)角上。油田具體參數(shù)為：油黏度為2 mPa·s，水黏度為0.5 mPa·s，相滲參數(shù)為c=39.792，d=3.411×108，滲透率為100×10-3μm2，含水飽和度為0.22，各對(duì)角方向孔隙度分別為0.30、0.25、0.20、0.15，設(shè)計(jì)生產(chǎn)20年。

3.1 定液量下注采設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案下，各注采單元采用一致的注采速度(20 m3/d)，根據(jù)式(8)計(jì)算得到優(yōu)化方案，各注采方向的最優(yōu)注采速度分別為26.67、22.21、17.77、13.33 m3/d。兩種方案開發(fā)5年后含油飽和度分布的對(duì)比如圖3所示。由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案導(dǎo)致各注采單元驅(qū)替欠均衡，剩余油集中在物性較好但是驅(qū)替不足的方向；而優(yōu)化方案根據(jù)油藏的非均質(zhì)特性有了針對(duì)性的驅(qū)替，使得整個(gè)井組驅(qū)替更加均衡，開發(fā)效果更好。

圖3 定液量開發(fā)方案效果對(duì)比圖Fig.3 Waterflooding effect comparison of two injection production designs under constant liquid rate

3.2 定壓差下注采設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案下，各注采單元采用一致的生產(chǎn)壓差，根據(jù)式(11)計(jì)算得到優(yōu)化方案，各注采單元的最優(yōu)注采壓差分別為9.8、4.9、3.2、2.4 MPa。兩種方案開發(fā)5年后含油飽和度分布的對(duì)比如圖4所示。由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案針對(duì)各注采單元采用相同生產(chǎn)壓差，反而導(dǎo)致物性較好的單元未得到完全驅(qū)替，剩余油更集中在該注采單元，因此，各注采單元驅(qū)替欠均衡；而優(yōu)化方案根據(jù)油藏的非均質(zhì)特性有了針對(duì)性的驅(qū)替，使得整個(gè)井組驅(qū)替更加均衡，開發(fā)效果更好。

圖4 定壓差開發(fā)方案效果對(duì)比圖Fig.4 Waterflooding effect comprison of two injection production designs under constant pressure difference

3.3 典型井組應(yīng)用實(shí)例分析

如圖5所示，坨142井組共有采油井2口、注水井5口，調(diào)整前井組日注水604.2 m3，日產(chǎn)液564 t，單井平均日產(chǎn)油3.7 t，含水率98.7%，為勝坨油田典型的特高含水井組[19]。如表1所示，坨142-16井日產(chǎn)液252 t，利用本文方法計(jì)算三個(gè)注采方向上的注入量分別為157.3、43.8、53.6 m3/d，坨142-3井日產(chǎn)液312 t，四個(gè)注采方向上注入量分別為120、108、60、24 m3/d。

表1 坨142-3井組注采設(shè)計(jì)方案

圖5 坨142-3井組注采設(shè)計(jì)方案Fig.5 Injection production design scheme of well group Tuo 142-3

基于均衡驅(qū)替的油藏開發(fā)理念，以注促產(chǎn)，調(diào)控流場(chǎng)。井組實(shí)施注采調(diào)整后，無效注水和低效產(chǎn)液現(xiàn)象顯著減輕，耗水量下降。坨142井組日增油0.9 t，含水下降0.3%，日無效注水減少37.5 m3，大大降低了噸油耗水量和運(yùn)行成本，起到了較好的增油降水效果和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

(1)考慮儲(chǔ)層的非均質(zhì)分布，以均衡驅(qū)替為目標(biāo)，利用滲流力學(xué)理論和油藏工程方法，分別推導(dǎo)建立了定液量生產(chǎn)情況下和定壓差生產(chǎn)情況下的非均質(zhì)油藏注采設(shè)計(jì)方法。

(2)油水井注采設(shè)計(jì)受井距、孔隙度、滲透率、當(dāng)前含水飽和度等因素影響，定液量與定壓差開發(fā)時(shí)各因素的影響規(guī)律不同。其中，對(duì)于高含水期油藏，當(dāng)前含水飽和度處于較高水平，對(duì)于注采設(shè)計(jì)影響十分顯著，需要特別關(guān)注。

(3)礦場(chǎng)實(shí)踐表明，相同開發(fā)條件下，基于均衡驅(qū)替理念的注采設(shè)計(jì)方法的開發(fā)效果要優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，是特高含水油藏低成本開發(fā)高效技術(shù)。