流线数值模拟技术在火烧山油田优化配注中的应用

刘艳红，万文胜，王晓强，郭新江，高敬善，罗　强

（1.中国石油新疆油田分公司准东采油厂，新疆阜康831511;2.新疆准东石油技术股份有限公司，新疆阜康831511）

流线数值模拟技术在火烧山油田优化配注中的应用

刘艳红1，万文胜1，王晓强1，郭新江2，高敬善1，罗强1

（1.中国石油新疆油田分公司准东采油厂，新疆阜康831511;2.新疆准东石油技术股份有限公司，新疆阜康831511）

用传统的生产动态分析法不能对配注进行优化，实现井网快速、合理配注。为此，利用Eclipse软件FrontSim流线模拟器的流线注水有效性管理技术，可实现井组快速合理配注。该方法克服了传统人工进行单井组配注的不确定性和复杂性，通过实例应用，达到了整体井网快速优化配注、提高注水波及效率的目的。

准噶尔盆地；火烧山油田；流线数值模拟；PFM技术；优化配注

传统生产动态分析中以注水井为中心的注水状况分析主要包括3个方面：①分析注水量、吸水能力变化及其对油田生产形势的影响；②分析分层配水的合理性；③分析注水见效情况，确定见水层位和来水方向等。这3个方面都需要结合大量的动静态资料进行分析。但由于油藏的非均质性等原因，注水井和生产井之间的对应关系并不一定与设计井网匹配；井组采用的单井劈分系数较简单；油田的实际监测井点较少，多数井是依靠邻井资料来综合推断，有很大的不确定性；油水井静态及动态资料的对比分析相当繁琐。对相当多一部分井不同时期来水方向与层位的判断非常困难，且每次分析只能考虑一个井组的情况，不能预测到各井组调水后相互之间的影响等。因此，用传统人工分析配注有其固有的复杂性和不确定性。本文使用Eclipse流线数模流线注水有效性管理技术，实现了整体井网快速的合理配注。

1　流线数值模拟配注方法

1.1流线数值模拟原理

流线模拟适合于以减少无效注水，提高注水井注水利用率为目的的油藏注采井网评价。流线模拟结果与传统油藏工程技术结合，可以作为油藏管理的重要工具[1]。目前，已形成以流线模型为核心的若干商业软件与大型数值模拟软件结合进行油藏数值模拟，主要有Eclipse的FrontSim与ResAssist的3DSL流线模型。用三维流线模型模拟水驱剩余油饱和度分布的基本思路是，先求流体在连续多孔介质中的压力场和流速场，后求流线（流体的流动轨迹），最后求出任一流线中任一点的含油饱和度[2-5]。流线模拟法同传统的有限差分法存在着相当大的差别，在有限差分法中流体是沿网格流动，而流线模拟法中流体是沿流线流动（图1）。当应用于油藏模拟中时，由于油藏中流体的流动具有较强的非线性特征，有限差分法会因其对网格大小和方位的敏感性，受到非线性时间步控制的严重影响；而流线模拟是在基本网格上建立压力方程，对流线进行正交运算，得出压力等势面，由此建立一个自然运移网络（即流线场），液体沿着流线在压力梯度方向运移，而不是在网格内运动。这样用流线来描述流体流动的特征，更接近流体的真实流动情况，其求解过程更加稳定。因流线法受网格大小和方向的影响较小，可以采用较大的时间步进行计算。此外，由于流体沿着没有交叉的流线移动，其求解还可以简化为一系列一维流线模拟的综合[6-8]。

图1　有限差分法（a）与流线法（b）流体流动路径对比（据文献［9］修改）

流线模拟具有以下特点：①速度快；②易于形象地显示注水井与生产井的流动耦合关系；③更好地确定泄油面积；④易于评定复杂地质统计模型的级别；⑤易于对整个油田模型进行整体注采优化；⑥加速生产动态历史拟合过程[10]。

1.2PFM优化配注

FrontSim与3DSL的流线模拟结果都能够提供流体运移轨迹（流线）和单井劈分系数，解决了注采井间注水流线分布规律的不确定性，这就可以解决现场简单井组劈分系数的问题[11]。Eclipse软件FrontSim流线模拟器的流线注水有效性管理（Pattern Flood Man⁃agement，简称PFM）技术还能够完成自动优化配注，解决动态配注的复杂性问题[12-14]。

（1）PFM优化配注原理PFM能根据注水井和受效油井之间的洗油效率（“流管”中油份量的多少）进行注水量调整，实现自动配注。优化配注的方法是：通过流线的计算结果，算出每条流管所波及区域的含油率，通过该流管所属井组注水波及效率的计算，得出该井组的注水效率。如果注水效率太低，则增加配注量；如果含油率太低而注水太多，则减小配注量。计算过程如下。

通过流线的计算结果，可以得到每条流线所穿过的体积

即新时间步流线波及的体积为当前时间步波及体积的函数。

井在下一个时间步的流量（包括注水量和产油量）为

即当前井的流量等于以该井为源点或者汇点的流线所波及体积之和。对于每个注采井对，权重系数Wi按照下式进行估算

（4）式和（5）式中，βmax是β的有效参数上限值[9]。

该算法可以在模拟的每个时间步实现，对每个时间步的注水井注水量进行实时优化，从而在预先设置好的不同时间步进行配注计算，得到不同阶段的有效配注量，解决传统人工配注难以判断不同时期来水方向与层位的问题，达到快速优化配水的目的。

（2）PFM技术应用特性①只能在第2个时间步及其往后设置PFM，即PFM需要之前有一个时间步计算的流线结果作为参考数据；②设置PFM时，自动选择前一个时间步的注水量作为当前使用PFM功能时水井的注入能力；③PFM可能会跟其他井组控制产量或者注入量冲突，但是单井的定量控制和油藏体积控制条件会被保留生效不作修改；④单井的定流压控制或者限制控制保留生效；⑤单井和井组的经济限制条件（单井经济极限控制、井组经济极限控制）照常生效；⑥井组中的生产井控制方式设置的井组产量目标和限制照常生效；⑦在某个时间步可以使用单井生产控制方式设置令PFM功能结束，使井和井组控制返回之前的设置。

2　应用实例

2.1油藏概况

准噶尔盆地火烧山油田H14油藏于1987年投入开发试验，1988年采用350 m井距反九点注采井网全面投入开发，没有稳产期，从1990开始进入快速递减期，截至2012年6月，综合含水率70%，采出程度24.15%，存水率0.65，水驱指数1.55.油藏面临综合含水率高、剩余油分布复杂的现状。密闭取心表明：剩余油纵向上呈条带状分布，注入水指进现象明显，裂缝两侧基质剩余油饱和度较高，基质水驱油效率依然偏低。

2.2优化方案设计

利用火烧山油田H14油藏已有的黑油数模模型，进行数据追加及拟合后，在Eclipse软件下直接调用FrontSim流线模拟器进行计算，得到能直观反映注入水流线运动变化规律的流线结果图（图2）。两次结果对比：Eclipse的E100黑油模拟器完成拟合需用8 h，而Frontsim流线模拟器完成拟合只需20 min，且拟合结果要好于黑油模拟器的拟合结果。这说明Fron⁃tsim流线模拟器的确具有速度快、易于形象显示注水井与生产井流动耦合关系等特点，能进一步完成以往数模不易完成的单井配注工作[15]，实现数值模拟的相关成果在油藏动态上的深度转化应用。

图2　火烧山油田H14油藏井组流线分布

在流线模型基础上，设计了无PFM和有PFM两种预测方案进行对比。使用PFM优化的方案预测油量要比不使用PFM优化的方案高（图3）；2个方案全区注水量相同（图4）。使用PFM优化的方案注水量不变、油量上升，优化方案的预测效果明显较好。

通过应用PFM技术完成了全区30个井组的自动配注，得到各井组每个时间步（按月、季、年）的优化注水量，PFM优化预测方案计算结束，即完成了流线PFM快速优化配注的过程。较常规的动态配水方法，既不需要考虑井组的劈分系数，也不用对比无测试井点的产吸剖面资料，更不需要分析各井组调水后互相之间的影响情况，完全克服了传统手工进行单井组配注的不确定性和复杂性，真正实现了快速优化配注的目的。

2.3现场实施与效果分析

FrontSim流线配注试验于2012年7月开始现场实施，根据油田实际情况，选取北部连片分布的7个井组作为试验井组，试验井组共计下调配注量40 m3/d（表1）。

图3　研究区日产油预测结果对比

图4　研究区日注水预测结果对比

表1　动态配注与流线PFM优化配注对比m3/d

从表1中可见，有2口井PFM和动态配注差较大，主要是因为流线配注方法不仅考虑了平面的连通性，还考虑了纵向上的非均质性，是以提高注水效率为目的的自动优化配注量。截至2012年11月，统计的16口油井数据表明：单井日产油量上升的有11口，含水率下降的有10口，合计日产增油9.7 t.通过试验结果可以看到，PFM技术能够实现自动配注，在剩余油富集区增加注水量，提高注水井的扫油面积；在水淹、水窜区减少注水量，减少无效注水循环。

从试验井组的见效情况看（图5），流线配注效果是在实施后逐渐显现的，在第5个月（2012年11月）达到最高峰，然后增产效果逐渐下降，至2013年2月回到调注前的水平；结合现场实施操作的可行性，可考虑将流线数模配水的合理周期定在6个月。

图5　试验井组流线配注见效周期

3　结论

（1）Eclipse的数模成果从E100黑油模拟器转为Frontsim流线模拟器，操作简单，运算速度快。

（2）对于无监测资料的井点，应用流线数模PFM技术能提供精细配注依据。

（3）PFM技术克服了传统手工进行单井组配注的不确定性和复杂性，可实现整体井网优化配水、提高注水波及效率的目的。

符号注释

i——时间步编号，无因次；

j——与井连接的所有流线编号，无因次；

n——与井连接的流线总条数，无因次；

q——井的流量，m3/d；

Vi——每条流线所穿过的体积，m3；

Wmin，Wmax——分别为权重系数的下限值和上限值，无因次；

Wlim——权重系数的限制值，无因次；

Wi——权重系数，无因次；

α——调整指数，α＞1，无因次；

β——与控制方式相关的管束参数，通常取值为0~1，无

因次；

βmax——管束参数上限值，无因次；

βavg——管束参数平均值，无因次。

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Application of Streamline Numerical Simulation Technique to Optimization of Water Injection Allocation in Huoshaoshan Oilfield,Junggar Basin

LIU Yanhong1,WAN Wensheng1,WANG Xiaoqiang1,GUO Xinjiang2,GAO Jingshan1,LUO Qiang1
(1.ZhundongProduction Plant,XinjiangOilfield Company,PetroChina,Fukang,Xinjiang 831511,China; 2.XinjiangZhundongPetroleum Technology Company Ltd,Fukang,Xinjiang 831511,China)

The traditional production performance analysis is not used for optimization of water injection allocation,realizing rapid and ra⁃tional allocation for the well group.Using the pattern flood management(PFM)of FrontSim simulator in Eclipse software,such a problem can be well solved.This method avoids the uncertainty and complexity of artificial water injection allocation in well group.The case study shows that using this method can rapidly achieve water injection allocation optimization of the entire well pattern and thus enhance the wa⁃ter flood sweep efficiency.

Junggar basin;Huoshaoshan oilfield;streamline numerical simulation;PFM technique;optimized water injection allocation

TE311

A

1001-3873（2015）01-0094-04DOI：10.7657/XJPG20150119

2014-07-08

2014-12-02

刘艳红（1970-），女，山东荣成人，高级工程师，油气田开发，（Tel）0994-3836182（E-mail）Liuyanh@petrochina.com.cn.