水平注采井网水驱油规律研究

2018-11-15孙广义刘英宪翟上奇吴晓慧程大勇

石油化工应用 2018年10期

孙广义，刘英宪，翟上奇，吴晓慧，程大勇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

渤海BZ油田为复杂河流相油田，储层横向变化快，纵向河道叠置关系复杂，隔夹层发育[1，2]。油田主要形成3种井网类型：水平井平行井网、水平井交错井网以及水平井与定向井联合井网，水平井数占总井数的80%，是渤海首个采用水平井为主开发的河流相油田，并且依托水平井单砂体布井技术实现了高效开发[3-7]。目前，油田进入高含水开发阶段，平面水驱不均，水平井网水驱油规律复杂，为了认清水平井网水驱油规律，指导油田调整挖潜，有必要对水平注采井网水驱油规律进行深入研究[8-10]。油田开发早期，会对岩心开展水驱油效率实验[11-15]，由于取心往往尺寸较小，驱替倍数较大，实验计算驱油效率往往是理想状况的最大驱油效率，而且无法获知不同井网的驱油效率。因此本文创新使用大岩心，相对于小岩心，可以模拟不同井网级别水驱油规律实验，结论更具指导意义。对三种典型井网水驱油规律机理开展研究，可以一定程度指导典型井网水驱油规律认识。

1 水平井网水驱油规律实验

1.1 实验方法

研究采用人造岩心规格达142 mm×178 mm×33 mm，实验中用煤油与BZ油田原油配制成地层温度下（65℃）黏度为15 mPa·s的模拟油；实验用水为模拟地层水。驱替实验采用油水相对渗透率测量仪进行，设备主要包括驱替泵、压力传感器、岩心夹持器、手摇泵和温度系统。除驱替泵和手摇泵外，其他部分置于恒温箱内（见图1）。

实验步骤：

（1）在模拟地层温度条件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）进行饱和水实验，根据湿重与干重差得出水的质量。

（2）在模拟地层温度条件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）进行油驱水实验，在岩样出口段累积出水量，计算出饱和油质量与束缚水饱和度。

（3）在模拟地层温度条件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）进行水驱油实验，在岩样出口端在一定的时间间隔下记录见水前的无水期产油量，见水时间，见水时的累计产油量、累计产液量和岩样两端的压力差随时间的变化关系，待出口端不再出油且压差稳定时结束实验。

（4）计算含水率、采收率与水驱油效率等数据。实验条件：

本次驱替实验主要采用：①水平井平行井网；②水平井交错井网；③联合水平井平行井网；④联合水平井交错井网；⑤水平井-定向井联合井网5种注水模式（见图2）。研究不同水平井网水驱油效率、含水上升规律两个指标。

1.2 实验结果

（1）不同水平井网水驱油规律对比（见图3）：从实验结果可以看出水平井交错井网的含水率上升较缓慢，无水采油期时间较长，驱油效率也较高；水平井平行井网的含水率上升较快，无水采油期也较短，驱油效率也较低。

图1 大尺寸岩心水驱油实验流程图

图2 BZ油田水驱油实验注采关系模式图（①-⑤）

图3 不同水平井网水驱指标对比图

（2）不同联合井网水驱油规律对比（见图4），从实验结果可以看出3种井网类型中联合水平井平行井网的含水率上升最快，无水采油期时间最短，驱油效率居中；联合水平井交错井网的含水上升率居中，无水采油期时间居中，驱油效率最高；水平井-定向井联合井网的含水率上升较缓慢，无水采油期时间最长，但驱油效率最低。

图4 不同联合井网水驱指标对比图

综合以上实验结果，水平井交错井网以及联合水平井井网驱油效率较高，水驱效果好，该井网也是BZ油田的主要开发井网。

2 水平井网水驱油规律数值模拟研究

对水平井平行井网和水平井交错井网开展水驱油规律数值模拟研究，指导剩余油分布规律认识。模型网格维数为41×41×11，基础参数参考油田实际参数（见表1）。

表1 机理模型参数表

表2 注水方式设计表

对两种井网类型分别设计不同的注水方式，研究水驱油规律差异（见表2）。

研究表明对于水平井平行井网，剩余油主要分布在注采井间滞留区以及注采非主流线上；对于水平井交错井网，剩余油主要分布在生产井侧翼非主流线以及注水井侧翼非主流线。从剩余油饱和度分布来看，水平井交错井网波及范围要大于平行井网（见图5）。

从水驱效果来看，不同注水方式水平井交错井网波及系数整体高于平行井网，这与实验结论是一致的。对于水平井平行井网来说采用一增一降强弱交替注水波及系数最高，为60.5%，而两种周期注水方式波及系数较低，主要原因为平行井网布井方式为水平井正对布井，强注容易造成注入水水窜。对于水平井交错井网来说，不同注水方式平均水驱波及系数相比平行井网高2.5%，可以说交错井网为最优的井网形式。边井限注、角井增注可以扩大水平井间流线波及范围，提高对滞留区剩余油动用，因此波及系数最高，为63.0%，其他注水方式水驱波及系数差异不大（见图6）。

图5 不同水平井网剩余油分布规律

图6 不同水平井网波及系数对比

BZ油田目前整体进入高含水开发阶段，由于生产井投产时间差异以及平面水驱不均衡，有34%的生产井为中、低含水。为了合理挖潜水平井附近剩余油，针对不同含水阶段，对水平井交错井网和平行井网开展了注水方式优化研究。机理研究表明，稳定注水方式适合于两种井网的不同含水阶段；先弱后强周期注水适合交错井网不同含水阶段；先强后弱周期注水对于两种井网均不适合；一强一弱交替注水适合平行井网高含水阶段以及交错井网的不同含水阶段。