低渗透油藏井网整体加密调整技术界限*

2020-08-03陈民锋杨子由杨金欣

中国海上油气 2020年4期

陈民锋杨子由杨金欣

（1.油气资源与探测国家重点实验室（中国石油大学（北京））北京 102249； 2.中国石油大学（北京）石油工程学院北京 102249）

低渗透储层渗流阻力较大，在注采单元中存在流体不流动或低速流动的难动用区域，其范围主要受该位置处驱动压力梯度大小的影响［1-6］，导致储量有效动用程度低，使得稳产时间短、开发效果难以维持。当低渗透油田进入开发中后期，对井网进行整体加密调整来提高储量有效动用程度，是改善油田开发效果的主要方式，而确定井网加密的技术界限是指导油田开发的技术关键。

针对低渗透油藏合理开发的技术问题，前人进行了大量的研究，一部分主要偏重于建立理论渗流模型，考虑压裂、启动压力梯度和压敏效应的影响，利用势的叠加原理、保角变换等方法，研究单井、多井或井网条件下的产能大小、产量递减规律，或确定低渗透油藏合理开发井网和井距［7-13］；另一部分主要利用油藏数值模拟手段，研究不同条件下生产指标的变化，来确定低渗透油藏合理开发策略［14-17］。但很少基于整个注采平面渗流场的分布规律，量化油藏的储量动用程度，并根据不同条件下井网加密后对储量动用的提升效果，确定井网加密调整的合理界限。

以我国典型低渗透油藏（K＞10 mD，原油黏度小于5 mPa·s）为研究对象，基于实际SQ低渗透油藏条件（开发初期常采用反九点井网、没有压裂、无明显各向异性），得到注采单元中平面渗流场分布；考虑启动压力梯度对储量动用的影响，提出定量表征井网加密调整前后储量有效动用的评价方法；基于不同条件下储量动用的变化规律，得到井网加密提高储量有效动用程度的技术界限。

1 注采井网渗流场分布求解

1.1 SQ低渗透油藏注采井网及加密形式

SQ油藏注水开发初期的井网形式为正方形反九点井网，后期加密调整为小井距的正方形反九点井网。本文针对这两种典型井网形式，定量研究不同井网的储量有效动用规律及加密调整界限，其井网形式具体如下：

1）初始井网注采井组：为反九点井网系统，每个注采单元中有1口注水井和8口生产井，井距与排距相等，如图1a所示；

图1 实际油田基础井网及加密井网形式Fig.1 Basic well pattern and infill pattern form of actual oilfield

2）加密井网注采井组：在初始井网内部，在井排两侧加密油井，将原注采单元对角线处油井转注，调整为小井距、转向45°反九点井网；与原始井网相比，注采井组中包含1个“小井距反九点”单元，共有5口注水井和8口生产井，如图1b所示。

基于图1的井网形式，利用叠加原理，求解多井同时生产时注采平面上任一点处势的表达式，进而得到加密前后整个注采单元平面渗流场中势的分布。

1.2 基本渗流方程

对于水平均质地层，若地层中存在生产井或注入井，根据势叠加原理，可知地层中某一点处的势为

该点（x，y）距某一源／汇（x i，y i）的距离ri可以表示为

进而可知地层某一点势梯度，进而求出该点压力梯度为

1.3 基础反九点注采井网单元

在初始井网中（图1a），井距和排距相等，用d表示。假定储层等厚，考虑到注采平衡以及产量分配原则，令注入井储层单位厚度上的注入量为q，边、角生产井储层单位厚度上的产量分别为q／6和q／12。

根据叠加原理，将井网单元内所有井对任意一点处势产生的影响进行叠加，得到该点处的势为

其中

1.4 反九点加密注采井网单元

在加密井网中（图1b），其井距和排距均变为原九点井网的0.707倍。为了保证对比条件一致，采取单井注入量不变的配注原则。

根据配产、配注原则和注采平衡原则，中心注入井和角注入井储层单位厚度上的注入量分别为q和q／4，边生产井和中心生产井储层单位厚度上的产量分别为q／6和q／3。

由势的叠加原理，加密井网中任意一点处势的表达式为

其中

综合上述公式，得到不同井网条件下平面渗流场的分布，反映流体在平面上的渗流规律。由于井分布位置的变化，初始井网和加密井网的注采单元间势分布发生改变。

2 储量有效动用规律评价方法

为定量表征井网加密调整前后注采井间储量有效动用程度的变化，建立注采单元储量有效动用的评价方法，以深入认识不同条件以及注采井网形式对储量动用变化规律的影响。

2.1 无因次动用范围的确定

注采单元中流体的流动速度反映了该位置处储量的动用状况，其大小与驱动压力梯度正相关；同时在储层物性确定的情况下，注采单元中的驱动压力梯度分布只受到井网形式、井距和注采压差的影响，因此可以用驱动压力梯度来反映注采单元中储量动用难易程度。

通过计算注采单元中驱动压力梯度分布，并统计不同驱动压力梯度包络的区域范围大小，建立驱动压力梯度与动用范围的关系，即可定量表征单元中储量动用规律。

1）驱动压力梯度计算。

将注采平面离散化，根据势函数可求得平面任一网格势Ф（j，k），进而可求出势梯度。定义平面横向及纵向势梯度分别为

将上述两矢量合成，得到总势梯度大小，并进一步求出平面某一位置的驱动压力梯度为

2）无因次动用范围计算。

根据式（13）和（14），可以统计注采平面的研究范围内驱动压力梯度分布情况。若在驱动压力梯度分布等值图中，大于某值的网格数为R（x），定义所研究范围总网格数为RT，则该驱动压力梯度下的无因次动用范围RD（x）定义为

2.2 井网加密效果评价

1）储量有效动用程度判别。

低渗储层中存在启动压力梯度，当驱动压力梯度大于启动压力梯度时，流体在储层中能够流动，此时储量有效动用；驱动压力梯度越大，该位置处流体越易流动，储量动用效果越好。低渗储层井网加密调整的目的是缩小注采单元间难动用区范围，提高低—中速动用区范围，进而提高油田储量的动用能力。

依照SQ低渗透油田储层物性参数，设置本文研究的启动压力梯度为0.01 MPa／m，结合油田开发经验，可根据驱动压力梯度大小来划分储量有效动用程度的级别，具体如下：

①将驱动压力梯度等于0.01 MPa／m作为储量能否有效动用的界限，则驱动压力梯度低于0.01 MPa／m的区域为难动用区，大于等于0.01 MPa／m为有效动用区；

②驱动压力梯度在0.01～0.02 MPa／m的区域为低—中速动用区；

③驱动压力梯度在0.02～0.03 MPa／m的区域为中—高速动用区；

④驱动压力梯度高于0.03 MPa／m的区域为高速动用区。

储层中的启动压力梯度大小不同，根据驱动压力梯度大小来划分储量有效动用程度级别的标准亦不同。可以根据目标油田的实际情况，来确定适合研究区的划分标准。

2）井网加密后的储量有效动用程度变化规律。

在驱动压力梯度分布场图中，注采单元间驱动压力梯度大小可以直观反映平面各点处流体的动用程度；无因次动用范围与驱动压力梯度关系曲线，则可以反映井网形式一定时，在不同井距条件下平面上储量动用的驱动压力梯度范围；可采用井网加密调整后储量动用程度的增加幅度，来反映加密调整效果。

储量无因次动用范围增幅是指在相同对比条件下，加密调整后的井网与初始井网在某一驱动压力梯度条件下的无因次动用范围之差。可以通过分析驱动压力梯度与储量无因次动用范围增幅的变化关系，确定不同条件下储量动用规律和井网加密调整的技术界限。

3 结果分析及讨论

参考SQ低渗透油田情况，设置基本参数为：储层有效厚度15 m，原始地层压力15 MPa，储层渗透率12 mD，原油黏度3.5 mPa·s。注采单元中各井定注入量，加密前后整体注采平衡，其他井配产、配注方式与第1章相关内容一致。

3.1 加密前后渗流场变化分析

基于式（14），得到初始井距为300 m时井网加密前后的压力场和驱动压力梯度场，如图2所示，图中黄色越深代表该点处压力或驱动压力梯度越高，蓝色反之。

图2 井网加密前后的渗流场变化对比Fig.2 Comparison of seepage field changes before and after pattern infilling

根据计算公式得出井网加密前后渗流场分布，可以看出：①相比于加密前，井网加密后注采井之间的压力变化幅度更大，说明井网加密可以显著提升注采井之间的压力梯度；②在单个注采井组单元中，井网加密调整后，较高驱动压力梯度范围比例扩大，显著缩小了井网加密前难动用区范围，对应的储量动用程度有所增加；③井网加密后驱动压力梯度显著提高的范围主要集中在加密井附近，可以看出井网加密调整主要提升该区域储量动用程度。

3.2 不同条件下储量动用变化规律

根据式（15），统计井距在100～500 m范围内驱动压力梯度场变化，进而确定井网加密前后的储量动用变化规律（图3、4）。

图3 井网加密前后储量动用规律Fig.3 Reserve utilization law before and after pattern infilling

图4 井网加密后储量动用提高规律Fig.4 Improvement of reserve utilization law of well after pattern infilling

1）动用范围变化。

对比图3a、b可以看出：①在同一井网形式下，较大驱动压力梯度只占据了较小的井间范围（主流线及中—高速流动区），不同驱动压力梯度对应的储量有效动用程度呈非线性的变化规律，且随着驱动压力梯度的增加，关系曲线出现斜率明显变化的点（以下成为突变点）；井网加密后，注采单元的储量动用程度增大，关系曲线整体抬升。②随着井距的减小，不同井网形式下储量动用程度都有较大提高，关系曲线呈现相似的变化规律；但曲线突变点处对应的驱动压力梯度、动用范围越大，说明在较小的井距条件下，储量能够得到较好的动用。③在初始反九点井网形式条件下，井距在300 m以上时，其难动用区在平面注采井间分布比例较高，说明相比于初始小井距条件，其井网加密调整后储量动用提高潜力较大。

2）井网加密调整界限。

为研究井网调整适用的最佳井距范围，做出在不同驱动压力梯度下，储量无因次动用范围增幅关于井距的变化曲线（图4）。

可以看出：①在相同对比条件下，在原始井距大于300 m时进行井网加密调整，有效动用区（驱动压力梯度大于0.01 MPa／m）、低—中速动用区（驱动压力梯度0.01～0.02 MPa／m）的增幅最为明显；在原始井距200～300 m时进行井网加密调整，低—中速动用区、中—高速动用区（驱动压力梯度0.02～0.03 MPa／m）的增幅显著；在原始井距小于200 m时进行井网加密调整，高速动用区（驱动压力梯度大于0.03 MPa／m）增幅显著。②在原始井距大于300 m时进行井网加密调整，可以使原井网难以动用的区域得到有效动用，大幅度提高储量动用程度，是井网加密调整的主要对象。③在原始井距200～300 m时进行井网加密调整，可以明显提高注采单元中流体流动速度，从而有效提高开采速度，可综合油田实际和经济效益来确定是否进行加密调整。④在原始井距小于200 m时，注采单元中储量有效动用程度已相对较高，再进行井网加密调整来提高储量动用程度的潜力较小，若油藏储层较厚，可以酌情进行加密以增加驱动能量，使得厚油藏中较大范围内的流体得以动用。