不同井网砂岩油藏三维数值研究

李阳旭，王卫强，李小玲

（辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001）

不同井网砂岩油藏三维数值研究

李阳旭，王卫强，李小玲

（辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001）

基于流体力学以及渗流力学原理，将油藏假定为多孔介质，建立了多孔介质水驱油流固耦合方程，对同一油藏的三种不同井网进行了三维数值研究。得出整个油藏平面的压力分布，不同采油年份剩余油质量分数分布规律、以及采油过程中关键因素采收率，得到准确的采油能力大小排列，并最终选出最优井网。采油从开始到采油2 a这段时间内，3种井网采油率由小到大的排列顺序为：排状法＜5点法＜9点法，采油2 a到8 a间采油率有小到大的排列顺序为：排状法＜9点法＜5点法，三种采油方式都是采油达到8 a时采收率达到最高值，采油时间达到6 a之前，采油率增长较为明显。

油藏；井网；采收率；多孔介质

注水采油可以提高油田油井的产量和采油率，在油田注水开发过程中，针对特殊的油藏采用较为合理的井网设计是保证油田原油产量较高的因素之一[1]。注水采油过程中井网压力，注水井以及采油井的压力、毛管压力、剩余油饱和度和分布状态，这些因素都对油藏采收率有着重要的影响[2-4]。目前已有大量国内外学者，对注水采油的关键过程进行了深入的研究[5-10]，而且取得了较为有意义的结果。而以往的研究主要集中在固定井网水驱开发效果上，对同一油藏用不同井网开发的研究还很少，且对于三维井网数值研究研究的较少，而且由于油藏中岩石构造较为复杂，这从本质上增加了室内模拟实验和理论研究的困难程度[5，9]。应用数值模拟，以流体力学、渗流力学和多孔介质流动换热为基础，，借助大型计算流体动力学软件对同一油田建立抽象的油藏模型，布置三组不同的井网，对注水采油过程进行三维数值研究，得出整个油藏平面的压力分布，不同采油年份剩余油质量分数分布规律、以及采油过程中关键因素—采收率，得到准确的采油能力大小排列，并最终选出最优井网。

1 模型建立

1.1 油藏概况

为了使注水采油的油水的物理过程再现，根据相似理论建立了油藏物理模型，模拟区域为900× 900的油藏平面，平面内布置有9口井，井间距离为150 m，其中水井给定压力为24 MPa，注水强度保持不变，油井给定压力为4 MPa，平面边界给定压力为20 MPa。所选模拟区域为砂岩油藏，平均渗透率14.3 10-2，岩石密度1450kg/m3,比热984J/(kg·K)，油藏平均孔隙度15.1%水的密度998kg/m3，比热4182J/(kg·K)，导热系数2.1W/(m·K)，原油密度890kg/m3，比热2150 J/(kg·K)，导导热热系系数数0.14W/m，热膨胀系数0.0091/K，粘度2.27×10-44Pa·s。设计了三组不同的井网：排状法、5点法和99点法。

1.2 数学模型

在模拟过程中可以将油藏中的砂岩看做是多孔介质，由于多孔介质内部流体流动、、换热的过程相当复杂，而有限容积法正是处理多孔介质流动换热问题最常用的理论方法之一[10-12]。在研究过程中假设岩石骨架各项均质而且无形变。原油密度变化与boussinesq假设相符，初始时刻油藏孔隙中油和水分是均匀分布，并油水渗流符合达西定律.

2 数值研究及结果分析

图1 为排状法采油的相关压力云图，图为整个油藏中从采油开始到1 a和8 a时油藏中的压力分布云图。

从图1中可以看出，采油时间达到1 a时，整个油藏内压力有规律的分布，其中压力较高的地区主要集中在注水井附近，且压力分布是以每口注水井为圆心，半径渐变的圆形分布在油藏中，采油达到这个时间，每口水井所造成的压力波并没有与其他注水井向接触，井间干扰较弱，，而且距离注水井和采油井越远的地方压力相对越低。当采油时间达到8年时，压力较高的地区仍然集中在注水井和采油井附近，但此时模拟区域的周边地区压力较采油1年时变化较为明显。采油8年时不同注水井造成的压力波已经与其他注水井以及采油井所造成的的压力波相接处，井间干扰相对采油1 a时会相对较为强烈。

图2为5点法采油的相关压力云图，图为整个油藏中从采油开始到1 a和8 a时油藏中的压力分布云图。从图中可以看出5点法采油，，压力云图随着采油时间的变化规律与排状法类似，，采油时间达到1 a时压力较高的地区主要集中在注水井附近，每口水井所造成的压力波并没有与其他注水井向接触，井间干扰较弱。采油时间达到8 a时时，井间干扰相对采油1 a时会相对较为强烈。

图4 为9 点法采油的相关压力云图，图为整个油藏中从采油开始到1 a和8 a图4 为9 点法采油的相关压力云图，压力云图的分布变化规律，与排状法和5 点法相类似。由于油和水在油藏中的运移情况的主要原动力时压力差，压力差越大油水移动效果会相对更加明显，也即代表这个时候的此油藏井网的采油能力相对较强。。根据这个原理，对图2、图2、图3中不同井网的压力分布云图进行分析，可以发现排状法的采油能力相对较弱一些，5点法与9点法采油能力从云图中可以认为相差无几。

图1 排状法不同采油年份井网压力Fig.1 Row-lliike method different network pressure oil wells Year

图2 5 点法不同采油年份井网压力Fig.2 Five injection method different network pressure oil wells Year

图3 9 点法不同采油年份井网压力Fig.3 Nine injection method different network pressure oilwells Year

图4-图6为不同井网不同采油年份中剩余油分布状态，其中浓度条已经给出颜色对应着相应的质量分数。其中图油，采油时间分别为1 a和8 a时整个油藏中剩余油分布质量分数云图，从图中可以看出采油注水井附近剩余油分布最少，而采油井周围剩余油分布相对较多，模拟区域内其他油藏平面内剩余油分布较多，主要集中在注水井和采油井所形成的图形外。当采油达到8 a时，可以明显看出油井周围有较高质量分数的剩余油。

图5为5点法采油，采油从开始到时整个油藏中剩余油分布质量分数云图以看出，与排状法相比，采油1 a时油分布云图相对较少，且采油达到余油相对很少。

图6为9点法，采油从开始到11 a和8 a时整个油藏中剩余油分布质量分数云图。从图中可以看出，与排状法相比，无论是采油1 a还是采油8 a油藏中剩余质量分数都相对较少，而与5点法相比，无论是采油1 a还是采油8 a油藏中剩余油质量分数要相对较多。综合以上可以得出，从采油开始到采油达到8 a时，油藏中剩余油最多的排状法法，最少的是5点法，也即采油能力5点法最大，，9点法次之，排状法最小。

图4 排状法不同采油年份，剩余油分布Fig.4 Act like a different row oil year remaining oildistribution

图5 5点法不同采油年份，剩余油分布Fig.5 Five injection method different from oil productionyear, remaining oil distribution

为了更加清楚的分析不同井网的采油能力，将每一年的模拟结果导出，并整理计算出每一年的采收率，得到图7。从图7可以清楚的看出采油从开始到采油2a这段时间内，3种井网采油率由小到大的排列顺序为：排状法＜5点法＜9点法，采油2 a到为不同井网不同采油年份，整个油藏其中浓度条已经给出，同样的其中图4为排状法采时整个油藏中剩余油从图中可以看出采油1a时，而采油井周围剩余油模拟区域内其他油藏平面内剩余油主要集中在注水井和采油井所形成的图可以明显看出，只有采。采油从开始到1 a和8 a时整个油藏中剩余油分布质量分数云图。从图中可时，油藏中剩余且采油达到8 a时油藏中剩8a间采油率有小到大的排列顺序为：排状法＜9点法＜5点法，三种采油方式都是采油达到8 a时采收率达到最高值，采油时间达到6 a之前，采油率增长较为明显，6 a之后采油率的涨幅较为平缓。

图6 9 点法不同采油年份，剩余油分布Fig.6 Nine injection method different from oil productionyear, remaining oil distribution

图7 不同井网，不同采油年份的采收率Fig.7 Different Well, different oil recovery year

3 结 论

基于流体力学以及渗流力学原理，将油藏假定为多孔介质，，建立了多孔介质水驱油流固耦合方程，对同一油藏的三种不同井网进行了三维数值研究。得出结论：从油藏压力方面可以得出，排状法的采油能力相对较弱一些，5点法与9点法采油能力从云图中可以认为相差无几；；从整个油藏内剩余油的质量分数分布云图可以得出，从采油开始到采油达到8年时，油油藏藏中中剩剩余余油油最最多多的的排排状状法法，最少的是5点法，也即采油能力5点点法法最最大大，9点法次之，排状法最小；从从采采收收率方面可以得出，采油从开始到采油2 a这段时间内，3种井网采油率由小到大的排列顺序为：排状法＜5点法＜＜99点法，采油2 a到8 a间采油率有小到大的排列顺序为：排状法＜9点法＜5点法，三采采油方式都是采油达到8 a时采收率达到最高值，采油时间达到66 a之前，采油率增长较为明显，6 a之后采油率的涨幅较为平缓。

［1］蒋明煊．油藏岩石润湿性对采收率的影响[J].油气采收率技术，1995，2（3）：25-31.

［2］赵修军,赵东力,郑琳等.注水采油对中原油田生态环境的影响分析[J].中国环境管理干部学院学报,,2007,17(4):8-10.

［3］Tran D, Settari A, Nghiem L. New iterative coupling between a reservoirsimulator and a geomechanics module[C]//SPE/ISRM Rock MechanicsConference.Society of Petroleum Engineers, 2002.

［4］S.SSathyamoorthy, P.Priyandoko and K.B.Flatval: “Radical Approach to WaterInjection Scheme for Barton”[[GG]].. paper SPE84885.

［5］许守余，朱连章，王德军．微观剩余油动态方程模型研究[J].石油学报，2005，26（2）：69-72.

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［8］蒋明煊．油藏岩石润湿性对采收率的影响[J].油气采收率技术，1995，2（3）：25-31.

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［11］Wang B X，Du J H． Forced convective heat transfer in a vertical annulus filled with porous media［［J］． Heat Mass Transfer，1993，36( 2) : 4207 － 4213．

［12］刘晓燕，张雪萍，郭涛，等．水驱油藏多孔介质中油水两相分布规律模拟及分析[C].中国工程热物理学会会议论文，编号：093136．

Three-dimensional Numerical Simulation of Sandstone Reservoir With Different Well Pattern

LI Yang-xu，WANG Wei-qiang，LI Xiao-ling
（College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Fluid and solid coupled heat transfer control equation of water-driven oil in porous media was established by the theory of percolation mechanics and fluid mechanics. Three-dimensional numerical simulation of the same reservoir with three different well patterns was carried out. The plane pressure distribution of the reservoir was obtained as well as different year oil remaining oil content distribution and key factors in the process of oil recovery. The order of oil production capacity was determined, and the optimal well spacing was ultimately got. The results show that, within two years from the beginning of oil production, three kinds of well patterns’ productivity order is: row-like method ＜five-point method ＜nine-point method; from the third year to the eighth year, three kinds of well patterns’ productivity order is: row-like method ＜ nine-point method ＜ five-point method; the productivity of all three methods can reach the highest value in the eighth year; in initial six years, the growth of productivity is obvious.

Oil reservoir；Well pattern；Tar productivity；Porous medium

TQ 018

： A

： 1671-0460（2015）10-2486-04

2015-04-12

李阳旭（1989-），男，辽宁盘锦人，就读于辽宁石油化工大学油气井工程专业，从事钻井液完井液的技术工作。E-mail：184900452@qq.com。