特高含水开发期注采井网评价新指标

谷建伟，姜汉桥，张秀梅，张文静，黄迎松

(1.中国石油大学，山东 青岛 266580;2.中国石油大学，北京 102249;3.中油大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆 1635143;4.中石化胜利油田分公司，山东 东营 063004)

引 言

油藏自身属性和开发中采用的生产条件是影响水驱油藏采收率的2个主要因素［1］。在高含水开发期，井网是影响水驱采收率的1个主要因素［2］，前人进行了大量研究。刘德华［4］等第 1 次提出矢量化井网概念;李传亮［3］、周涌沂［5］等根据地层渗透率各向异性设计注采井距，并配合生产压差控制达到均衡驱替目的;陈焕杰［7］等就矢量化井网设计理论进行了深入研究。李阳［6］根据史深100块压裂裂缝方向研究了井网部署问题;吕爱民［8］等对海上油田矢量井网部署方法进行了相关研究。前人关于矢量井网研究主要是以均衡驱替为目的，这在开发初期是合适的。目前大部分油田进入高含水期，剩余油呈现“零散分布，普遍存在”特征［9］，目前条件下如何评价井网是值得探讨的问题。物模实验已经证实，特高含水开发期随注水倍数升高，驱油效率逐渐升高;随驱替压力梯度升高，驱油效率升高加快。因此高含水期应该考虑过水倍数和驱替压力梯度分布来评价井网优劣。

1 特高含水期室内物模实验结果分析

室内岩心水驱油实验表明，岩心注入倍数、驱替压力梯度、渗透率、孔隙结构、润湿性、原油黏度都会影响驱油效率。由表1得出，注入倍数和驱替压力梯度对驱油效率影响程度最高。

从室内物模结果推广到非均质油藏中，由于注采井之间压力分布差异，地层中不同位置上的驱替压力梯度Gr和过水倍数Pv(定义为油藏中任意单元体上通过的水量与单元体的孔隙体积之比)也有较大差异。井底附近Pv和Gr高，随距离井底的距离增加，Pv和Gr逐渐降低。由物模实验结果可知，Gr和Pv大的部位，剩余油饱和度低，反之剩余油饱和度高。因此Gr和Pv分布特征对油藏水驱程度影响重大，在进行井网优选时，可以这2个参数为指标来建立相应的井网评价方法。

2 驱替压力梯度和过水倍数计算方法

首先讨论实际油藏中如何计算Gr和Pv的数值。驱替压力梯度是单位长度上的压力损耗，如果油藏有数值模拟结果，可以得到油藏开发过程中每个模拟网格的压力数值。如图1所示，假如在x方向上第 i－ 1，i，i+1 网格点的压力分别为 pi－1，pi，pi+1;第i－1到第i点之间的距离为dxi－1;第i点到i+1点间的距离为dxi。可以采用式(1)计算i位置上驱替压力梯度。同理采用式(2)可以计算该点y方向上的驱替压力梯度;采用平行四边形法则利用式(3)计算i点总驱替压力梯度。

图1 数值模拟计算不同位置上的压力分布示意图

式中:gradp(i)，gradp(j)，gradp(i，j)分别为 x，y 方向上和总的驱替压力梯度，MPa/m;pj－1，pj，pj+1分别为 y方向上第 j－1，j，j+1 点的压力，MPa。

利用油藏数值模拟结果，采用式(1)～(3)可以计算油藏中任意点驱替压力梯度。

地层中过水倍数计算可以由解析法和数模法得到。解析法采用一维两相水驱油理论来计算，假设岩心长度为 L，cm;孔隙度为 φ;截面积为 A，cm2;注水速度为Q，cm3/s;T时刻累计注水量为Wi，cm3;此时岩心出口端含水饱和度为 Sw2;出口端含水上升率为f'w(Sw2);初始见水时刻的含水上升率为f'w(Swf);利用式(4)可以计算此时岩心中的过水倍数 N［11］。

数模法是指采用数值模拟方法计算岩心的水驱油过程，计算岩心平均含油饱和度与岩心过水倍数的对应关系，含油饱和度与过水倍数是一一对应关系;数值模拟计算结果中有每个位置的剩余油饱和度，利用该关系确定该饱和度下的过水倍数。对某岩心的水驱过程进行计算，采用解析法和数模法得到的含油饱和度与过水倍数关系见图2，结果显示2种方法计算结果是一致的。

图2 含油饱和度与过水倍数的关系

此外，物模实验研究表明Gr和Pv都会影响驱油效率，为了评价两者的综合影响，经过多方面分析，再引入驱替压力梯度×过水倍数(GrPv)概念，即在油藏中任意单元体，该单元体上的过水倍数与驱替压力梯度的乘积，利用这3个参数来评价注采井网的渗流特征。

3 特高含水开发期井网评价新方法

3.1 五点法典型井网下的驱替特征计算

首先采用Gr、Pv、GrPv3个参数来评价典型的五点法注采井网的驱替特征。该井网模型中注水井位于模型的中心，4个生产井位于模型4条边的中心位置。利用数值模拟方法计算在注采平衡条件下，井组综合含水率达到99%时，地层中Gr、Pv、GrPv分布，见图3。

图3表明，在五点法井网中，注水井井底附近的驱替压力梯度最大、过水倍数最高、驱替压力梯度×过水倍数最强;生产井井底附近Gr、Pv、GrPv数值也较高，但是要小于注水井井底附近的数值;生产井之间分流线附近的Gr、Pv、GrPv数值最低。这3个参数的分布特征与含水饱和度分布一致，即GrPv最高的部位，含水饱和度最高，剩余油饱和度最小，与现有渗流理论认识的结论一致。此外对不同含水条件下的以上参数也进行了对比，随含水率上升，地层中相同位置上Gr逐渐减小，Pv逐渐增加，GrPv逐渐增加。

图3 五点法井网Gr、Pv、GrPv分布等值图

3.2 几种典型井网的驱替特征比较

选取五点法、行列交错、九点法、七点法等4种典型井网［12－13］，在保证每种井网的井网密度、注采参数、地层参数、流体参数相同的情况下，均计算到井组含水率达到98%。分别统计每种井网Gr、Pv、GrPv参数分布规律。为了便于对比，对以上3个参数按照驱油效率进行了区间划分(表2)。

表2 Gr、Pv、GrPv 参数区间划分

分别将3个参数划分成5个区间。过水倍数Pv按照驱油效率划分;驱替压力梯度Gr按照数值进行划分，其中dp/d为注采井网的平均注采压力梯度(注采井间压差除以注采井距离)。统计4种典型井网Gr、Pv、GrPv3参数在每个区间的控制面积百分数(图4)。

图4 4种典型井网驱替特征比较

图4显示不同井网在其他条件相同的情况下，达到相同含水率时，每个参数区间控制的面积比例是不同的。根据物模研究成果，Pv、Gr越高，驱油效率越好，因此在不同注采井网中，高Pv、高Gr、高GrPv区间控制的井网面积越大，井网驱替效果越好。在3个参数的5个区间中，选4+5区间控制的面积比例为比较指标，图4显示交错井网4+5区间控制的Gr、Pv、GrPv的数值要高于其他井网，1+2+3区间控制这3个参数面积比例要低于其他井网，因此在特高含水期，交错井网部署方式优于其他井网形式。

除了井网形式要影响到Gr、Pv、GrPv分布特征外，注采速度、油藏非均质性等参数也会影响到其分布特征，限于篇幅限制，在后续的文章中再分析以上参数对不同井网驱替特征的影响。

4 结论

(1)通过分析物模实验结果，指出特高含水期驱替压力梯度和注水倍数是影响岩心水驱油效率的主要影响因素，这2个参数的数值越大，驱油效率越高。

(2)建立了基于数模计算结果的驱替压力梯度、过水倍数的计算方法，并提出以驱替压力梯度、过水倍数和驱替压力梯度×过水倍数3个参数的分布特征作为井网驱替特征，来评价特高含水期的注采井网。

(3)对4种典型井网评价后认为，特高含水期采用交错注采井网较优。

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