不同井網砂巖油藏三維數值研究

李陽旭，王衛強，李小玲

（遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001）

不同井網砂巖油藏三維數值研究

李陽旭，王衛強，李小玲

（遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001）

基于流體力學以及滲流力學原理，將油藏假定為多孔介質，建立了多孔介質水驅油流固耦合方程，對同一油藏的三種不同井網進行了三維數值研究。得出整個油藏平面的壓力分布，不同采油年份剩余油質量分數分布規律、以及采油過程中關鍵因素采收率，得到準確的采油能力大小排列，并最終選出最優井網。采油從開始到采油2 a這段時間內，3種井網采油率由小到大的排列順序為：排狀法＜5點法＜9點法，采油2 a到8 a間采油率有小到大的排列順序為：排狀法＜9點法＜5點法，三種采油方式都是采油達到8 a時采收率達到最高值，采油時間達到6 a之前，采油率增長較為明顯。

油藏；井網；采收率；多孔介質

注水采油可以提高油田油井的產量和采油率，在油田注水開發過程中，針對特殊的油藏采用較為合理的井網設計是保證油田原油產量較高的因素之一[1]。注水采油過程中井網壓力，注水井以及采油井的壓力、毛管壓力、剩余油飽和度和分布狀態，這些因素都對油藏采收率有著重要的影響[2-4]。目前已有大量國內外學者，對注水采油的關鍵過程進行了深入的研究[5-10]，而且取得了較為有意義的結果。而以往的研究主要集中在固定井網水驅開發效果上，對同一油藏用不同井網開發的研究還很少，且對于三維井網數值研究研究的較少，而且由于油藏中巖石構造較為復雜，這從本質上增加了室內模擬實驗和理論研究的困難程度[5，9]。應用數值模擬，以流體力學、滲流力學和多孔介質流動換熱為基礎，，借助大型計算流體動力學軟件對同一油田建立抽象的油藏模型，布置三組不同的井網，對注水采油過程進行三維數值研究，得出整個油藏平面的壓力分布，不同采油年份剩余油質量分數分布規律、以及采油過程中關鍵因素—采收率，得到準確的采油能力大小排列，并最終選出最優井網。

1 模型建立

1.1 油藏概況

為了使注水采油的油水的物理過程再現，根據相似理論建立了油藏物理模型，模擬區域為900× 900的油藏平面，平面內布置有9口井，井間距離為150 m，其中水井給定壓力為24 MPa，注水強度保持不變，油井給定壓力為4 MPa，平面邊界給定壓力為20 MPa。所選模擬區域為砂巖油藏，平均滲透率14.3 10-2，巖石密度1450kg/m3,比熱984J/(kg·K)，油藏平均孔隙度15.1%水的密度998kg/m3，比熱4182J/(kg·K)，導熱系數2.1W/(m·K)，原油密度890kg/m3，比熱2150 J/(kg·K)，導導熱熱系系數數0.14W/m，熱膨脹系數0.0091/K，粘度2.27×10-44Pa·s。設計了三組不同的井網：排狀法、5點法和99點法。

1.2 數學模型

在模擬過程中可以將油藏中的砂巖看做是多孔介質，由于多孔介質內部流體流動、、換熱的過程相當復雜，而有限容積法正是處理多孔介質流動換熱問題最常用的理論方法之一[10-12]。在研究過程中假設巖石骨架各項均質而且無形變。原油密度變化與boussinesq假設相符，初始時刻油藏孔隙中油和水分是均勻分布，并油水滲流符合達西定律.

2 數值研究及結果分析

圖1 為排狀法采油的相關壓力云圖，圖為整個油藏中從采油開始到1 a和8 a時油藏中的壓力分布云圖。

從圖1中可以看出，采油時間達到1 a時，整個油藏內壓力有規律的分布，其中壓力較高的地區主要集中在注水井附近，且壓力分布是以每口注水井為圓心，半徑漸變的圓形分布在油藏中，采油達到這個時間，每口水井所造成的壓力波并沒有與其他注水井向接觸，井間干擾較弱，，而且距離注水井和采油井越遠的地方壓力相對越低。當采油時間達到8年時，壓力較高的地區仍然集中在注水井和采油井附近，但此時模擬區域的周邊地區壓力較采油1年時變化較為明顯。采油8年時不同注水井造成的壓力波已經與其他注水井以及采油井所造成的的壓力波相接處，井間干擾相對采油1 a時會相對較為強烈。

圖2為5點法采油的相關壓力云圖，圖為整個油藏中從采油開始到1 a和8 a時油藏中的壓力分布云圖。從圖中可以看出5點法采油，，壓力云圖隨著采油時間的變化規律與排狀法類似，，采油時間達到1 a時壓力較高的地區主要集中在注水井附近，每口水井所造成的壓力波并沒有與其他注水井向接觸，井間干擾較弱。采油時間達到8 a時時，井間干擾相對采油1 a時會相對較為強烈。

圖4 為9 點法采油的相關壓力云圖，圖為整個油藏中從采油開始到1 a和8 a圖4 為9 點法采油的相關壓力云圖，壓力云圖的分布變化規律，與排狀法和5 點法相類似。由于油和水在油藏中的運移情況的主要原動力時壓力差，壓力差越大油水移動效果會相對更加明顯，也即代表這個時候的此油藏井網的采油能力相對較強。。根據這個原理，對圖2、圖2、圖3中不同井網的壓力分布云圖進行分析，可以發現排狀法的采油能力相對較弱一些，5點法與9點法采油能力從云圖中可以認為相差無幾。

圖1 排狀法不同采油年份井網壓力Fig.1 Row-lliike method different network pressure oil wells Year

圖2 5 點法不同采油年份井網壓力Fig.2 Five injection method different network pressure oil wells Year

圖3 9 點法不同采油年份井網壓力Fig.3 Nine injection method different network pressure oilwells Year

圖4-圖6為不同井網不同采油年份中剩余油分布狀態，其中濃度條已經給出顏色對應著相應的質量分數。其中圖油，采油時間分別為1 a和8 a時整個油藏中剩余油分布質量分數云圖，從圖中可以看出采油注水井附近剩余油分布最少，而采油井周圍剩余油分布相對較多，模擬區域內其他油藏平面內剩余油分布較多，主要集中在注水井和采油井所形成的圖形外。當采油達到8 a時，可以明顯看出油井周圍有較高質量分數的剩余油。

圖5為5點法采油，采油從開始到時整個油藏中剩余油分布質量分數云圖以看出，與排狀法相比，采油1 a時油分布云圖相對較少，且采油達到余油相對很少。

圖6為9點法，采油從開始到11 a和8 a時整個油藏中剩余油分布質量分數云圖。從圖中可以看出，與排狀法相比，無論是采油1 a還是采油8 a油藏中剩余質量分數都相對較少，而與5點法相比，無論是采油1 a還是采油8 a油藏中剩余油質量分數要相對較多。綜合以上可以得出，從采油開始到采油達到8 a時，油藏中剩余油最多的排狀法法，最少的是5點法，也即采油能力5點法最大，，9點法次之，排狀法最小。

圖4 排狀法不同采油年份，剩余油分布Fig.4 Act like a different row oil year remaining oildistribution

圖5 5點法不同采油年份，剩余油分布Fig.5 Five injection method different from oil productionyear, remaining oil distribution

為了更加清楚的分析不同井網的采油能力，將每一年的模擬結果導出，并整理計算出每一年的采收率，得到圖7。從圖7可以清楚的看出采油從開始到采油2a這段時間內，3種井網采油率由小到大的排列順序為：排狀法＜5點法＜9點法，采油2 a到為不同井網不同采油年份，整個油藏其中濃度條已經給出，同樣的其中圖4為排狀法采時整個油藏中剩余油從圖中可以看出采油1a時，而采油井周圍剩余油模擬區域內其他油藏平面內剩余油主要集中在注水井和采油井所形成的圖可以明顯看出，只有采。采油從開始到1 a和8 a時整個油藏中剩余油分布質量分數云圖。從圖中可時，油藏中剩余且采油達到8 a時油藏中剩8a間采油率有小到大的排列順序為：排狀法＜9點法＜5點法，三種采油方式都是采油達到8 a時采收率達到最高值，采油時間達到6 a之前，采油率增長較為明顯，6 a之后采油率的漲幅較為平緩。

圖6 9 點法不同采油年份，剩余油分布Fig.6 Nine injection method different from oil productionyear, remaining oil distribution

圖7 不同井網，不同采油年份的采收率Fig.7 Different Well, different oil recovery year

3 結 論

基于流體力學以及滲流力學原理，將油藏假定為多孔介質，，建立了多孔介質水驅油流固耦合方程，對同一油藏的三種不同井網進行了三維數值研究。得出結論：從油藏壓力方面可以得出，排狀法的采油能力相對較弱一些，5點法與9點法采油能力從云圖中可以認為相差無幾；；從整個油藏內剩余油的質量分數分布云圖可以得出，從采油開始到采油達到8年時，油油藏藏中中剩剩余余油油最最多多的的排排狀狀法法，最少的是5點法，也即采油能力5點點法法最最大大，9點法次之，排狀法最小；從從采采收收率方面可以得出，采油從開始到采油2 a這段時間內，3種井網采油率由小到大的排列順序為：排狀法＜5點法＜＜99點法，采油2 a到8 a間采油率有小到大的排列順序為：排狀法＜9點法＜5點法，三采采油方式都是采油達到8 a時采收率達到最高值，采油時間達到66 a之前，采油率增長較為明顯，6 a之后采油率的漲幅較為平緩。

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Three-dimensional Numerical Simulation of Sandstone Reservoir With Different Well Pattern

LI Yang-xu，WANG Wei-qiang，LI Xiao-ling
（College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Fluid and solid coupled heat transfer control equation of water-driven oil in porous media was established by the theory of percolation mechanics and fluid mechanics. Three-dimensional numerical simulation of the same reservoir with three different well patterns was carried out. The plane pressure distribution of the reservoir was obtained as well as different year oil remaining oil content distribution and key factors in the process of oil recovery. The order of oil production capacity was determined, and the optimal well spacing was ultimately got. The results show that, within two years from the beginning of oil production, three kinds of well patterns’ productivity order is: row-like method ＜five-point method ＜nine-point method; from the third year to the eighth year, three kinds of well patterns’ productivity order is: row-like method ＜ nine-point method ＜ five-point method; the productivity of all three methods can reach the highest value in the eighth year; in initial six years, the growth of productivity is obvious.

Oil reservoir；Well pattern；Tar productivity；Porous medium

TQ 018

： A

： 1671-0460（2015）10-2486-04

2015-04-12

李陽旭（1989-），男，遼寧盤錦人，就讀于遼寧石油化工大學油氣井工程專業，從事鉆井液完井液的技術工作。E-mail：184900452@qq.com。