扇三角洲水下分流河道砂体注采井网优化

许晓明，李彦兰，何 辉，孙景民

“提高石油采收率”国家重点实验室·中国石油勘探开发研究院，北京 海淀100083

引 言

注采井网的综合调整和剩余油挖潜是许多老油田进入高含水采油阶段的主要措施。高含水老油田经过长期注水开发，油水关系进一步复杂化，剩余油的挖潜要求更加精细，除了注采层系进一步细化外，注采井网与储层性质的合理配置也是高含水老油田下一步更精细开发较为重要的环节和手段[1]。注采井网的合理部署及优化才能提高水驱控制程度，合理高效利用注水开发，尽量减少注入水无效循环的可能，已经成为老油田进一步提高采收率的重要手段之一[2-3]。

为了更好地认识扇三角洲水下分流道砂体与注采井网匹配关系对剩余油分布的影响，以冀东油田高深南为研究对象，对扇三角洲前缘砂体进行了单砂体刻画，并建立了精细地质模型，在此基础上进行了注采井网与单砂体配置关系研究，并应用数值模拟进行了实例计算。

1 扇三角洲前缘水下分流河道储层砂体分布特征及地质建模

已报道的扇三角洲基本模式有3 种类型[4]：一是牙买加型扇三角洲，为陡坡型、大高差，发育于岛弧碰撞海岸区；二是阿拉斯加型扇三角洲，高差小、为缓坡型，发育于大陆碰撞海岸区；三是断陷湖盆型扇三角洲，大多在陡岸带发育。上述3 种类型都是冲积扇前积于水下，有水上、水下部分，并都具有近源、多砾、辨状河发育的共同特点。

扇三角洲是从邻近高地直接前积到停滞水体中的冲积扇，其形成要具有海（湖）岸附近地形高差大，斜坡陡窄，靠物源，碎屑物供应充足等条件[5]。扇三角洲的物源很近，常在高地活陡坡且临水之地，这和冲积扇很相似，因而碎屑物质被搬运的距离也不会很远。因此，成份成熟度和结构成熟度都很差[6]。

扇三角洲向陆一侧为冲积扇或物源老山，岸上斜坡更短更陡，甚至水体直抵扇根。砂体个数相对三角洲小而多，常成群出现，沿湖盆短轴陡坡侧分布，纵向剖面上呈厚而短的楔状体，向湖方向很快尖灭。扇三角洲根据其特点可以划分为完整的扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲相带，其中90%以上的石油储量分布在扇三角洲前缘[7]。

扇三角洲前缘分流河道砂体分布主要为低弯曲分流、顺直分流和水下分流河道砂体，这些砂体呈条带状、窄条状和土豆状分布，连续性较差，分布面积差异大，渗透率较高，厚度较大（图1）。由于扇三角洲前缘沉积快，搬运距离短，分选相对与曲流河、辫状河沉积差，储层非均质性相对更严重[8]。

图1 洪水期扇三角洲沉积模式Fig.1 Depositional model of fan delta in flood period

针对扇三角洲前缘水下分流河道储层砂体的沉积类型，以冀东油田高尚堡地区为例，建立了精细的地质模型。冀东油田高尚堡地区高深南属于扇三角洲前缘的沉积环境[9-10]，按照“点—线—面”的研究思路，从岩芯描述出发，进行单井微相划分，最后进行剖面与平面微相划分与分析，根据重矿物分析看高深南区物源主要来自北西方向，同时部分地区也受北东向物源影响（图2）。

图2 稳定重矿物百分含量等值线图Fig.2 Stable heavy mineral percentage contour map

考虑扇三角洲前缘砂体的非均质性严重的特点，对冀东高深南断块的不同物源方向的渗透率极差进行了计算，受沉积作用和相带变化的影响，在顺古水流方向渗透率极差变化范围较小（2～5），但渗透率绝对值相对较大，在垂直古水流方向渗透率极差的变化范围较大（2～50），渗透率绝对值相对较小（图3）。因此，在顺古水流方向水流锥进较均匀，并且水流锥进速度较快，在垂直古水流方向水流锥进不均匀，锥进速度相对较慢。

图3 断块渗透率等值线图Fig.3 Block permeability contour map

应用相控建模对储层属性参数进行模拟，建立了高尚堡深层某断块的三维地质模型（图4，图5），在地质建模过程中充分考虑物源方向，模型中的y方向（图4 中箭头方向）与物源方向一致，即模型中的y 方向为顺古水流方向。

图4 某小层平面渗透率分布模型Fig.4 A small layer permeability distribution model

2 水下分流河道砂体油水运动规律对注采井网的影响

在扇三角洲前缘，水下分流河道常呈树枝状，规模随河道分叉而变小，其油水运动特点表现为平面上油水运动方向与河道砂体沉积方向相似，注入水仍然沿主流带快速推进，渗透率方向性明显，常出现“一边涝一边旱”现象；但纵向上，层内水洗厚度相对较均匀，水洗厚度较大，驱油效率较高。根据水下分流河道这一特点，本文对该断块地质模型应用数值模拟方法研究了古水流方向对注入水流方向的影响，由图6 可知，在注水井与油井间连线与古水流方向一致时，注入水的流向整体呈沿古水流方向锥进，并且注入水首先沿古水流方向流动，在古水流方向锥进一定程度后，注入水才向垂直古水流方向流动，在垂直古水流方向注入水的推进速度较慢，不易连片推进。

考虑建模时应用了相控模拟的因素，在针对古水流方向对油水运动方向影响的研究时，有意加大了垂直古水流方向的渗透率，使相控因素的影响降到最低，同样应用数值模拟方法针对断块模型进行计算，由计算结果可知，注入水依然沿顺古水流方向锥进的速率快，注入水在顺古水流方向大于垂直古水流方向，相比之下注入水仍易于沿古水流方向锥进（图7）。

图7 加大垂直古水流方向渗透率示意图Fig.7 Permeability diagram with increase vertical palaeocurrent direction

从冀东高尚堡某一断块的开发动态资料也可以看出，注水井注入水沿沽古水流方向推进快，例如G3102 是一口注水井，与它相邻的两口受效井是G3102-1 和G31022-4 井，G3102 是在1991 年开始注水，G31022-1 和G31022-4 都是在1997 年开采投产的油井，其中G31022-1 和G3102 之间的连线与古水流方向成一定的角度（图8），G31022-1 在开采初期含水很低，持续低含水开采了近5 年的时间后，由于补孔射到了高含水层导致油井含水忽然升高（图9）。

图8 4 口井的井位图Fig.8 Location of the 4 wells

图9 G3102-1 井开采曲线Fig.9 The mining curve of Well G3102-1

G31022-4 与G3102 之间的连线与古水流方向一致（图9），注入水流速快，导致G31022-4 井射孔初期就高含水（图10）。

可见，扇三角洲前缘水下分流河道砂体沉积方向对水流运动有着至关重要的影响。针对这些特征，在实际生产中应该充分认识清楚古水流方向前提下，使注水井与油井连线与古水流方向构成一定角度，若注水井和采油井之间的连线与古水流方向完全一致时，在油田实际生产中部分油井出现快速水淹状况，注水井与油井之间易于形成水流优势通道。

图10 G3102-4 井开采曲线Fig.10 The mining curve of Well G3102-4

3 古水流方向对井位优化的影响研究

通过油藏工程分析和数值模拟计算，扇三角洲前缘水下分流河道砂体的开发后期，剩余油主要分布在断层边部及砂体物性变化较快的部位，因此根据剩余油的分布规律及具体分布情况，考虑古水流方向对注入水流运动方向的影响，对注采井网及井位进行优选，下面以冀东高深南某断块为例研究注采井网井位的优选。

冀东高深南断块在西北部的断层边部是剩余油比较富集的区域。在充分利用老井的基础上，采用反七点法分别部署了两套井网，并模拟注水开发。第1 套井网部署是注水井与油井之间的连线与古水流方向一致（图11），第2 套井网是注水井和油井之间的连线与古水流方向成一定夹角（图12）。

图11 高深南某断块注采井网部署图（第1 套井网）Fig.11 Well network of Gaoshennan（the 1st pattern)）

图12 高深南某断块注采井网部署图（第2 套井网）Fig.12 Well network of Gaoshennan（the 2nd pattern)）

投产一段时间后第1 套井网注入水沿古水流方向流动速度较大，油井快速水淹，沿古水流方向水淹范围明显大于逆古水流方向，在古水流方向形成水淹条带（图13），同时油井在投产初期含水呈直线上升趋势，并在很短时间内含水达到90%以上，很快进入高含水期（图14）。可见，注入水沿物源方向锥进速度较快。

第2 套井网注入水水驱方向较均匀，周围油井见水相对缓慢（图15），与第1 套方案对比第2 套方案注入水沿古水流方向水淹范围较小，周围油井含水缓慢上升，由低含水逐级上升到中高含水，最后进入高含水阶段（图16）。在明确物源方向的条件下，优化布井能够明显改善水驱效果。

图13 第1 套井网投产后含油饱和度图Fig.13 The oil saturation of the first pattern

图14 油井含水上升随时间变化曲线（第1 套井网）Fig.14 The water cut rising changes with time（the 1st pattern）

图15 第2 套井网投产后含油饱和度图Fig.15 The oil saturation of the second pattern

图16 油井含水上升随时间变化曲线（第2 套井网）Fig.16 The water cut rising changes with time（the 2nd pattern）

通过整个区块的采出程度、采油量、含水进行了对比，第1 套井网的采出程度为26.5%，第2 套井网的采出程度为30%（图17）。第1 套井网的采油量为86.2×104t，第2 套井网的采油量为97.6×104t，第1 套井网的区块综合含水91.06%，第2 套井网的区块综合含水为86.79%（图18）。从而更进一步说明，在地质认识清楚基础上，合理注采井的部署与砂体分布配置关系直接影响油水运动规律以及水驱油效果。

图17 两套井网采出程度对比图Fig.17 Recovery degree of the two sets of well pattern

图18 两套井网区块含水对比图Fig.18 Block water cut of the two sets of well pattern

4 结 语

扇三角洲前缘水下分流河道砂体的物源沉积方向对注入水的流动方向有一定的影响，注入水沿物源方向锥进速度较快。实际生产运用中，注采井网的部署应针对砂体不同物源沉积方向部署注采井网，同时根据古水流方向优化油水井位，使注入水的流动方向与古水流方向成一定的角度，以便使注入水相对均匀向油井锥进，减少部分油井快速水淹的可能，从而达到改善油田水驱开发效果，提高水驱采收率的目的。

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