二三结合模式下水驱与化学驱配产配注优化

范海娇 ，杨二龙 ，2

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318；2.东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆163318）

目前，中国陆上油田普遍进入高含水阶段，一类油层主力优质资源大规模开发，经历三次采油后，现如今产能潜力全面转向二、三类油层。与主力油层相比，二、三类油层物性差、油层有效厚度小、渗透率底、纵向分布零散、平面相变大、非均质性严重，动用状况差，具有挖潜潜力[1-5]。“二三结合”是指二次采油和三次采油相结合，二类油层挖潜和三类油层挖潜相结合。在二、三类油层组合开发条件下，采用两套井网划分两套层系，分别开采二、三类油层[6-7]。“二三结合”是一个新的开发理念和模式，相关技术在国内外研究较少。早在20世纪90年代初，大庆油田就曾提出过“2+3结合”、“两三结合”等开发模式，探索水驱与三次采油，二类油层与三类油层新老井网的匹配与协同优化问题[8]。

大庆油田二类油层主要指萨Ⅱ1-2、萨Ⅲ1-3、萨Ⅲ4-7等大面积分布的中低渗透层，有效渗透率200～300 mD，属于大型河流三角洲分流沉积体，砂体分布以长条状、枝状型为主，大于2 m的有效厚度层钻遇率在60%以上；三类油层主要指窄长条状的零星分布的油层，有效渗透率一般小于200 mD，为小型河流-三角洲沉积体和三角洲水下沉积体。

在二三结合开发模式下，两套井网同步开发两类油层，平面纵向连通关系复杂。各井组在各单元平面上注采井距不同，导致井控面积差异较大，注采关系复杂，因此需要开展水驱阶段合理配注水量研究，同时确定化学驱阶段的合理注采参数。

本文结合大庆油田萨尔图北一区断东二、三类油层同期分质化学驱试验区的实际物性参数，建立单层均质概念模型。运用灰色关联方法分析水驱与化学驱配注影响因素，通过设计正交方案，进行二三结合模式下配注规律数值模拟研究。对配注量进行公式回归，通过回归公式计算实际区块的单井配注量，使用地层系数劈分法进行配产，实现水驱与化学驱二、三类油层均衡合理的开采，以期对二、三类油层结合开发调整提供一定的技术支撑。

1 水驱配产配注优化

1.1 水驱配注影响因素正交方案设计

基于实际区块资料，找到影响二、三类油层水井配注的若干因素，运用灰色关联分析方法，得到每个因素的影响权重；经过关联算法，得到各个因素与配注量的关联度（见表1）。最后选取关联度较高的影响因素：地层压力、砂岩厚度、净毛比、水井周围油井含水率、渗透率，结合油水井井史数据库和射孔数据库，确定合理正交设计水平值，建立十因素五水平正交设计方案（见表2）。根据正交设计方案提供的基础油藏参数，进行水驱配注数值模拟研究。

表1 各因素对注水量的关联度Table1 Relevance of various factors to water injection

表2 正交设计因素Table2 Orthogonal design factor table

1.2 二三结合模式下的水驱配注

正交设计所得50个数值模拟方案，以其中的一个方案为例，对二、三类油层水井进行单井日配注量设计，数值模拟结果如表3所示。以采收率和压力变异系数作为指标，对配注量进行优选。结果表明，方案1-4的采收率最高，地层压力变异系数较小，即为最优配注量。压力变异系数借鉴渗透率变异系数的概念，其中压力变异系数定义为，

式中，Pi为单个网格的压力，P为平均地层压力，n为网格个数。

参照方案1-1的做法，对正交设计所得的其余49个方案进行数值模拟研究，得到各方案的二、三类油层单井最优日配注量。

表3 水驱单井日配注量设计Table3 Water flooding single well daily fluence design table

基于50个正交设计方案的单井最优日配注量数据，运用1STOPT回归软件的通用全局优化算法对二、三类油层单井的日配注量进行曲线拟合和配注量公式回归。

式（1）、（2）为二、三类油层水驱配注影响因素拟合公式：

式中，P2为二类油层平均地层压力，MPa；P3为三类油层平均地层压力，MPa；NTG2为二类油层净毛比，无量纲；NTG3为三类油层净毛比，无量纲；H2为二类油层砂岩厚度，m；H3为三类油层砂岩厚度，m；K2为二类油层渗透率，mD；K3为三类油层渗透率，mD；fw2为二类油层水井周围油井含水率，%；fw3为三类油层水井周围油井含水率，%。

图1为二、三类油层水驱配注影响因素拟合。由图1可知，二类油层曲线的均方差为5.31，相关系数为0.90，拟合精度较好。三类油层拟合曲线的均方差为5.25，相关系数为0.92，拟合精度较好。

1.3 二三结合模式下水驱配产优化

基于水驱配注结果，根据井组注采平衡，以联通油井地层系数劈分法为主进行水驱配产研究，劈分出单井各层段产液量，各层段产液量累加得到单井产液量。具体步骤如下：

（1）以水井为中心，求各小层与之联通油井方向上的平均渗透率K平均和平均厚度H平均，得到平均地层系数KH[9]。

按：“虋”，涵芬楼、三家本原作“釁”。“虋”字误录。“虋”字罕觏，音mén，义为赤粱粟，乃谷的良种。《尔雅·释草》：“虋，赤苗。”郭璞注：“今之赤粱粟。”明李时珍《本草纲目·谷二·黍》：“赤黍曰虋。”“兇釁”谓祸患、祸乱。《后汉书·隗嚣传论》：“夫功全则誉显，业谢则釁生。”元纪君祥《赵氏孤儿》第三折：“如今削除了这点萌芽，方才是永无后釁。”

（2）将单层平均地层系数KH累加，得到每个连通方向的总地层系数∑KH。

（3）将单层注水量按地层系数比重劈分到各油井所对应的层段。

（4）将各油井得到的水量进行累加，根据注采平衡，即为单井合理配产量[10]。

图1 数模配注量与公式回归配注量对比Fig.1 Comparison between the injection of numerical simulation and the calculation of the formula

根据配产配注优化结果，应用数值模拟软件Eclipse建立单层均质概念模型，将模拟生产结果与实际生产结果进行对比，检验配产配注优化效果。

1.4 水驱配产配注结果与实际开发效果对比

将水驱配产配注结果模拟实际开发进行预测，各项生产指标如图2所示。由图2可知，配产配注后采收率比实际高出2.52%，平均地层压力下降0.14 MPa，可为后续化学驱提供较好的压力条件，含水率有所降低，开发时间增加。

图2 采出程度、含水率对比Fig.2 Comparison of the degree of production and water cut

2 化学驱配产配注优化

2.1 化学驱配注影响因素正交方案设计

参考水驱配注结果，运用灰色关联分析方法得到化学驱配注影响因素的关联度（见表4），选择砂岩厚度、水井周围油井含水率、渗透率、聚合物质量浓度和化学剂用量五个因素，进行化学驱配注影响因素正交方案设计（见表5）。

表4 各因素与配注量的关联度Table4 Relevance of various factors to injection volume

表5 化学驱正交方案因素Table5 Chemical flooding orthogonal scheme factor table

根据正交设计方案提供的基础油藏参数，建立对应的数值模拟模型，进行化学驱配注数值模拟。

2.2 二三结合模式下的化学驱配注

基于50个正交设计方案的单井最优日配注量数据，考虑二、三类油层的砂岩厚度、水井周围油井含水率、渗透率、聚合物质量浓度和化学剂用量，同样运用1STOPT回归软件的通用全局优化算法对二、三类油层单井的日配注量进行曲线拟合和回归。

式（6）、（7）为二、三类油层化学驱配注影响因素拟合公式：

式中，Cp2为二类油层注入聚合物质量浓度，mg/L；Cp3为三类油层注入聚合物质量浓度，mg/L；PV2为二类油层化学剂用量，无量纲；PV3为三类油层化学剂用量，无量纲。

图3为二、三类油层化学驱配注影响因素拟合曲线。由图3可知，二类油层拟合曲线的均方差为6.16，相关系数为0.91。三类油层拟合曲线的均方差为5.90，相关系数为0.95。拟合精度均较好。

2.3 二三结合模式下化学驱配产研究

基于化学驱配注结果，参考水驱配产方法，按照井组注采平衡原则，以连通油井地层系数劈分法进行化学驱配产研究，劈分出单井各层段产液量，各层段累加得到单井产液量[11-16]。

图3 数模配注量与公式回归配注量对比Fig.3 Comparison between the injection of numerical simulation and the calculation of the formula

2.4 化学驱配产配注结果与实际开发效果对比

将化学驱配产配注结果模拟开发进行预测，各项生产指标如图4所示。由图4可知，配产配注后采收率比用实际注采数据模拟化学驱高出3.54%。

图4 模拟方案与实际开发采出程度、含水率对比Fig.4 Comparison of the degree of production and water cut between the simulation plan and the actual development plan

3 矿场试验

选择北一区断东二、三类油层同期分质化学驱试验区为试验对象。试验区面积1.9 km2，总井数239口。其中，二类油层井网采用150 m注采井距规则五点法面积井网，井数85口，采油井49口，注水井36口，中心井25口；三类油层井网采用106 m注采井距规则五点法面积井网，井数154口，其中采油井80口，注水井74口。试验区二类油层平均单井钻遇有效厚度8.7 m，三类油层平均单井钻遇砂岩厚度14 m，二、三类油层厚度在萨中开发区处于中等位置。

2018-2019 年对试验区进行配产配注，并进行月产油量的预测。从实际结果来看，阶段内实际月产油量与预测结果误差为5.66%，说明该配产配注方法具有可行性，且效果较好。实际配产配注结果见表6。

表6 实际区块部分井配产配注量Table6 Production and injection allocation in blocks

4 结 论

（1）将二、三类油层的地层压力、砂岩厚度、净毛比、渗透率及水井周围油井含水率作为影响水井配注的主要因素。确定了二、三类油层单井各层段的合理注水量及产液量。与实际开发效果进行对比，配产配注优化后采收率较实际方案提高2.52%，优化效果较好。

（2）在水驱配产配注优化基础上，同时考虑化学驱的影响因素，选择砂岩厚度、渗透率、含水率及聚合物质量浓度、段塞大小作为主要影响因素，将水驱配注配产方法推广到化学驱，确定了二、三类油层单井各层段的合理注入量及产液量。将化学驱配产配注结果与沿用现阶段水驱注采参数进行化学驱开发的结果对比，化学驱配产配注后采收率提高3.54%，说明该方法在化学驱阶段同样适用。