水平注采井網水驅油規律研究

孫廣義，劉英憲，翟上奇，吳曉慧，程大勇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

渤海BZ油田為復雜河流相油田，儲層橫向變化快，縱向河道疊置關系復雜，隔夾層發育[1，2]。油田主要形成3種井網類型：水平井平行井網、水平井交錯井網以及水平井與定向井聯合井網，水平井數占總井數的80%，是渤海首個采用水平井為主開發的河流相油田，并且依托水平井單砂體布井技術實現了高效開發[3-7]。目前，油田進入高含水開發階段，平面水驅不均，水平井網水驅油規律復雜，為了認清水平井網水驅油規律，指導油田調整挖潛，有必要對水平注采井網水驅油規律進行深入研究[8-10]。油田開發早期，會對巖心開展水驅油效率實驗[11-15]，由于取心往往尺寸較小，驅替倍數較大，實驗計算驅油效率往往是理想狀況的最大驅油效率，而且無法獲知不同井網的驅油效率。因此本文創新使用大巖心，相對于小巖心，可以模擬不同井網級別水驅油規律實驗，結論更具指導意義。對三種典型井網水驅油規律機理開展研究，可以一定程度指導典型井網水驅油規律認識。

1 水平井網水驅油規律實驗

1.1 實驗方法

研究采用人造巖心規格達142 mm×178 mm×33 mm，實驗中用煤油與BZ油田原油配制成地層溫度下（65℃）黏度為15 mPa·s的模擬油；實驗用水為模擬地層水。驅替實驗采用油水相對滲透率測量儀進行，設備主要包括驅替泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和溫度系統。除驅替泵和手搖泵外，其他部分置于恒溫箱內（見圖1）。

實驗步驟：

（1）在模擬地層溫度條件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）進行飽和水實驗，根據濕重與干重差得出水的質量。

（2）在模擬地層溫度條件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）進行油驅水實驗，在巖樣出口段累積出水量，計算出飽和油質量與束縛水飽和度。

（3）在模擬地層溫度條件下，恒速法（0.2 mL/min或0.15 mL/min）進行水驅油實驗，在巖樣出口端在一定的時間間隔下記錄見水前的無水期產油量，見水時間，見水時的累計產油量、累計產液量和巖樣兩端的壓力差隨時間的變化關系，待出口端不再出油且壓差穩定時結束實驗。

（4）計算含水率、采收率與水驅油效率等數據。實驗條件：

本次驅替實驗主要采用：①水平井平行井網；②水平井交錯井網；③聯合水平井平行井網；④聯合水平井交錯井網；⑤水平井-定向井聯合井網5種注水模式（見圖2）。研究不同水平井網水驅油效率、含水上升規律兩個指標。

1.2 實驗結果

（1）不同水平井網水驅油規律對比（見圖3）：從實驗結果可以看出水平井交錯井網的含水率上升較緩慢，無水采油期時間較長，驅油效率也較高；水平井平行井網的含水率上升較快，無水采油期也較短，驅油效率也較低。

圖1 大尺寸巖心水驅油實驗流程圖

圖2 BZ油田水驅油實驗注采關系模式圖（①-⑤）

圖3 不同水平井網水驅指標對比圖

（2）不同聯合井網水驅油規律對比（見圖4），從實驗結果可以看出3種井網類型中聯合水平井平行井網的含水率上升最快，無水采油期時間最短，驅油效率居中；聯合水平井交錯井網的含水上升率居中，無水采油期時間居中，驅油效率最高；水平井-定向井聯合井網的含水率上升較緩慢，無水采油期時間最長，但驅油效率最低。

圖4 不同聯合井網水驅指標對比圖

綜合以上實驗結果，水平井交錯井網以及聯合水平井井網驅油效率較高，水驅效果好，該井網也是BZ油田的主要開發井網。

2 水平井網水驅油規律數值模擬研究

對水平井平行井網和水平井交錯井網開展水驅油規律數值模擬研究，指導剩余油分布規律認識。模型網格維數為41×41×11，基礎參數參考油田實際參數（見表1）。

表1 機理模型參數表

表2 注水方式設計表

對兩種井網類型分別設計不同的注水方式，研究水驅油規律差異（見表2）。

研究表明對于水平井平行井網，剩余油主要分布在注采井間滯留區以及注采非主流線上；對于水平井交錯井網，剩余油主要分布在生產井側翼非主流線以及注水井側翼非主流線。從剩余油飽和度分布來看，水平井交錯井網波及范圍要大于平行井網（見圖5）。

從水驅效果來看，不同注水方式水平井交錯井網波及系數整體高于平行井網，這與實驗結論是一致的。對于水平井平行井網來說采用一增一降強弱交替注水波及系數最高，為60.5%，而兩種周期注水方式波及系數較低，主要原因為平行井網布井方式為水平井正對布井，強注容易造成注入水水竄。對于水平井交錯井網來說，不同注水方式平均水驅波及系數相比平行井網高2.5%，可以說交錯井網為最優的井網形式。邊井限注、角井增注可以擴大水平井間流線波及范圍，提高對滯留區剩余油動用，因此波及系數最高，為63.0%，其他注水方式水驅波及系數差異不大（見圖6）。

圖5 不同水平井網剩余油分布規律

圖6 不同水平井網波及系數對比

BZ油田目前整體進入高含水開發階段，由于生產井投產時間差異以及平面水驅不均衡，有34%的生產井為中、低含水。為了合理挖潛水平井附近剩余油，針對不同含水階段，對水平井交錯井網和平行井網開展了注水方式優化研究。機理研究表明，穩定注水方式適合于兩種井網的不同含水階段；先弱后強周期注水適合交錯井網不同含水階段；先強后弱周期注水對于兩種井網均不適合；一強一弱交替注水適合平行井網高含水階段以及交錯井網的不同含水階段。

3 結論與認識

（1）開展大巖心水平井井網水驅油實驗，得到不同水平井井網水驅油規律，認為水平井交錯井網以及聯合水平井井網波及系數較高，水驅效果最好。

（2）開展數值模擬研究，得到水平井平行井網和水平井交錯井網剩余油分布規律。

（3）對兩種水平井井網開展注水方式優化研究，認為水平井平行井網采用強弱交替注水波及系數最高，而水平井交錯井網采用角井增注波及系數最高，并對油田提出改善水驅效果方向。