特高含水開發期注采井網評價新指標

谷建偉，姜漢橋，張秀梅，張文靜，黃迎松

(1.中國石油大學，山東 青島 266580;2.中國石油大學，北京 102249;3.中油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 1635143;4.中石化勝利油田分公司，山東 東營 063004)

引 言

油藏自身屬性和開發中采用的生產條件是影響水驅油藏采收率的2個主要因素［1］。在高含水開發期，井網是影響水驅采收率的1個主要因素［2］，前人進行了大量研究。劉德華［4］等第 1 次提出矢量化井網概念;李傳亮［3］、周涌沂［5］等根據地層滲透率各向異性設計注采井距，并配合生產壓差控制達到均衡驅替目的;陳煥杰［7］等就矢量化井網設計理論進行了深入研究。李陽［6］根據史深100塊壓裂裂縫方向研究了井網部署問題;呂愛民［8］等對海上油田矢量井網部署方法進行了相關研究。前人關于矢量井網研究主要是以均衡驅替為目的，這在開發初期是合適的。目前大部分油田進入高含水期，剩余油呈現“零散分布，普遍存在”特征［9］，目前條件下如何評價井網是值得探討的問題。物模實驗已經證實，特高含水開發期隨注水倍數升高，驅油效率逐漸升高;隨驅替壓力梯度升高，驅油效率升高加快。因此高含水期應該考慮過水倍數和驅替壓力梯度分布來評價井網優劣。

1 特高含水期室內物模實驗結果分析

室內巖心水驅油實驗表明，巖心注入倍數、驅替壓力梯度、滲透率、孔隙結構、潤濕性、原油黏度都會影響驅油效率。由表1得出，注入倍數和驅替壓力梯度對驅油效率影響程度最高。

從室內物模結果推廣到非均質油藏中，由于注采井之間壓力分布差異，地層中不同位置上的驅替壓力梯度Gr和過水倍數Pv(定義為油藏中任意單元體上通過的水量與單元體的孔隙體積之比)也有較大差異。井底附近Pv和Gr高，隨距離井底的距離增加，Pv和Gr逐漸降低。由物模實驗結果可知，Gr和Pv大的部位，剩余油飽和度低，反之剩余油飽和度高。因此Gr和Pv分布特征對油藏水驅程度影響重大，在進行井網優選時，可以這2個參數為指標來建立相應的井網評價方法。

2 驅替壓力梯度和過水倍數計算方法

首先討論實際油藏中如何計算Gr和Pv的數值。驅替壓力梯度是單位長度上的壓力損耗，如果油藏有數值模擬結果，可以得到油藏開發過程中每個模擬網格的壓力數值。如圖1所示，假如在x方向上第 i－ 1，i，i+1 網格點的壓力分別為 pi－1，pi，pi+1;第i－1到第i點之間的距離為dxi－1;第i點到i+1點間的距離為dxi。可以采用式(1)計算i位置上驅替壓力梯度。同理采用式(2)可以計算該點y方向上的驅替壓力梯度;采用平行四邊形法則利用式(3)計算i點總驅替壓力梯度。

圖1 數值模擬計算不同位置上的壓力分布示意圖

式中:gradp(i)，gradp(j)，gradp(i，j)分別為 x，y 方向上和總的驅替壓力梯度，MPa/m;pj－1，pj，pj+1分別為 y方向上第 j－1，j，j+1 點的壓力，MPa。

利用油藏數值模擬結果，采用式(1)～(3)可以計算油藏中任意點驅替壓力梯度。

地層中過水倍數計算可以由解析法和數模法得到。解析法采用一維兩相水驅油理論來計算，假設巖心長度為 L，cm;孔隙度為 φ;截面積為 A，cm2;注水速度為Q，cm3/s;T時刻累計注水量為Wi，cm3;此時巖心出口端含水飽和度為 Sw2;出口端含水上升率為f'w(Sw2);初始見水時刻的含水上升率為f'w(Swf);利用式(4)可以計算此時巖心中的過水倍數 N［11］。

數模法是指采用數值模擬方法計算巖心的水驅油過程，計算巖心平均含油飽和度與巖心過水倍數的對應關系，含油飽和度與過水倍數是一一對應關系;數值模擬計算結果中有每個位置的剩余油飽和度，利用該關系確定該飽和度下的過水倍數。對某巖心的水驅過程進行計算，采用解析法和數模法得到的含油飽和度與過水倍數關系見圖2，結果顯示2種方法計算結果是一致的。

圖2 含油飽和度與過水倍數的關系

此外，物模實驗研究表明Gr和Pv都會影響驅油效率，為了評價兩者的綜合影響，經過多方面分析，再引入驅替壓力梯度×過水倍數(GrPv)概念，即在油藏中任意單元體，該單元體上的過水倍數與驅替壓力梯度的乘積，利用這3個參數來評價注采井網的滲流特征。

3 特高含水開發期井網評價新方法

3.1 五點法典型井網下的驅替特征計算

首先采用Gr、Pv、GrPv3個參數來評價典型的五點法注采井網的驅替特征。該井網模型中注水井位于模型的中心，4個生產井位于模型4條邊的中心位置。利用數值模擬方法計算在注采平衡條件下，井組綜合含水率達到99%時，地層中Gr、Pv、GrPv分布，見圖3。

圖3表明，在五點法井網中，注水井井底附近的驅替壓力梯度最大、過水倍數最高、驅替壓力梯度×過水倍數最強;生產井井底附近Gr、Pv、GrPv數值也較高，但是要小于注水井井底附近的數值;生產井之間分流線附近的Gr、Pv、GrPv數值最低。這3個參數的分布特征與含水飽和度分布一致，即GrPv最高的部位，含水飽和度最高，剩余油飽和度最小，與現有滲流理論認識的結論一致。此外對不同含水條件下的以上參數也進行了對比，隨含水率上升，地層中相同位置上Gr逐漸減小，Pv逐漸增加，GrPv逐漸增加。

圖3 五點法井網Gr、Pv、GrPv分布等值圖

3.2 幾種典型井網的驅替特征比較

選取五點法、行列交錯、九點法、七點法等4種典型井網［12－13］，在保證每種井網的井網密度、注采參數、地層參數、流體參數相同的情況下，均計算到井組含水率達到98%。分別統計每種井網Gr、Pv、GrPv參數分布規律。為了便于對比，對以上3個參數按照驅油效率進行了區間劃分(表2)。

表2 Gr、Pv、GrPv 參數區間劃分

分別將3個參數劃分成5個區間。過水倍數Pv按照驅油效率劃分;驅替壓力梯度Gr按照數值進行劃分，其中dp/d為注采井網的平均注采壓力梯度(注采井間壓差除以注采井距離)。統計4種典型井網Gr、Pv、GrPv3參數在每個區間的控制面積百分數(圖4)。

圖4 4種典型井網驅替特征比較

圖4顯示不同井網在其他條件相同的情況下，達到相同含水率時，每個參數區間控制的面積比例是不同的。根據物模研究成果，Pv、Gr越高，驅油效率越好，因此在不同注采井網中，高Pv、高Gr、高GrPv區間控制的井網面積越大，井網驅替效果越好。在3個參數的5個區間中，選4+5區間控制的面積比例為比較指標，圖4顯示交錯井網4+5區間控制的Gr、Pv、GrPv的數值要高于其他井網，1+2+3區間控制這3個參數面積比例要低于其他井網，因此在特高含水期，交錯井網部署方式優于其他井網形式。

除了井網形式要影響到Gr、Pv、GrPv分布特征外，注采速度、油藏非均質性等參數也會影響到其分布特征，限于篇幅限制，在后續的文章中再分析以上參數對不同井網驅替特征的影響。

4 結論

(1)通過分析物模實驗結果，指出特高含水期驅替壓力梯度和注水倍數是影響巖心水驅油效率的主要影響因素，這2個參數的數值越大，驅油效率越高。

(2)建立了基于數模計算結果的驅替壓力梯度、過水倍數的計算方法，并提出以驅替壓力梯度、過水倍數和驅替壓力梯度×過水倍數3個參數的分布特征作為井網驅替特征，來評價特高含水期的注采井網。

(3)對4種典型井網評價后認為，特高含水期采用交錯注采井網較優。

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