薄油层水平井注采井网优化研究.pdf

第3 卷第2 期海洋工程装备与技术 V 0 1 3 ，N 。2 2 016 年4 月 O C E A NE N G I N E E R I N GE Q U I P M E N TA N DT E C H N O L O G Y A p r ，2 016 薄油层水平井注采井网优化研究 丰元洲，赵德喜，杨志成 中海石油( 中国) 有限公司天津分公司，天津3 0 0 4 5 2 摘要特低丰度薄油层具有储量丰度低、储层薄、渗透性差的特点，而水平井开发技术可以有效地解决薄油层开发 中存在的问题。利用水平井注采井网开发低渗、薄层油藏，可增大注入量、降低注入压力、有效保持油藏地层压力， 提高油藏采出程度，从而改善油藏开发效果。针对特低丰度薄油层的特点，建立地质模型，设计水平井注采基础井 网，对基础井网进行开发效果预测，筛选出典型井网，对典型井网进行参数组合及经济评价，最后得出水平井开发 薄油层的优势井网，为提高特低丰度薄油层水平井注采井网的开发水平提供依据。 关键词水平井；特低丰度；薄油层；水平井注采井网；井网优化 中图分类号T E 5 4文献标志码 A 文章编号：2 0 9 5 7 2 9 7 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 7 9 0 6 O p t im iz a t io no fH o r iz o n t a lI n j e ct io na n dP r o d u ct io nW e ll P a t t e r n inT h in0 il L a y e r F E N GY u a n - z h o u ，Z H A OD e x i，Y A N G Z h i- ch e n g ( C N O O CT ia n j inC o m p a n y ，T ia n j in3 0 0 4 5 2 ，C h in a ) A b s t r a ctU lt r a 1 0 wa b u n d a n cea n dt h ino iII a y e r sh a v et h ech a r a ct e r is t icso fI O Wr e s e r v e sa b u n d a n ce t h inr e s e r v e s a n dp o o rp e r m e a b ilit y H o r iz o n t a lw e ll t e ch n o lo g yca ne f f e ct iv e lys o lv et h ep r o b le minu lt r a lo w a b u n d a n cea n dt h in la y e r s H o r iz o n t a lin j e ct io np a t t e r nca nin cr e a s et h ein j e ct io nr a t e ，r e d u cet h ein j e ct io np r e s s u r e ，m a in t a int h er e s e r v o irp r e s s u r ea n dim p r o v et h ep r o d u ct io ne f f icie n cy I nv ie wo ft h e s ech a r a ct e r is t ics ，w ee s t a b lis ht h eg e o lo g ica l m o d e l，d e s ig nt h eb a s ic h o r iz o n t a lin j e ct io n - p r o d u ct io nw e ll p a t t e r n ，a n ds e le ctt h et y p ica lp a t t e r nt op e r f o r ma n a ly s is a n de v a lu a t io n T h ed o m in a n tp a t t e r niso b t a in e d ，w h ichca np r o v id et h eb a s isf o re n h a n cin gr e s e r v o irp r o d u ct io nle v e lsu s in gh o r iz o n t a lw e ll p a t t e r ninu lt r a 1 0 wa b u n d a n cea n dt h inla y e r s K e yw o r d s h o r iz o n t a l w e ll；s p e cia llo wa b u n d a n ce ；t h ino illa y e r ；h o r iz o n t a lin j e ct io n p r o d u ct io np a t t e r n ；p a t t e r n o p t im iz a t io n 0 引言 D 油田葡萄花油层目前已探明地质储量2 1 亿 吨，未动用储量近l亿吨，其中绝大部分未动用储量 丰度在1 5 1 0 4 2 2 1 0 4t k m 2 。该油层主要发育 三个小层，特点是砂体分布较稳定，但单井、单层厚 度薄：单井有效厚度为2m 左右；单层有效厚度0 5 1 0m 。由于丰度低，采用直井开发产能低、效益 差或无效益 1 - 引。如何动用这部分储量，是D 油田 葡萄花油层开发中亟待解决的问题。 水平井注水井开发研究始于2 0 世纪9 0 年代 初 3 。5 ，并相继在国外一些油田成功应用s 书 。相关 研究成果和油田现场实践表明，利用水平井注采井 网开发低渗、薄层油藏可增大注入量、降低注入压 力、有效保持油藏地层压力，提高油藏采出程 度：9 - ii ，从而改善油藏的开发效果。 水平井注采井网设计部署直接影响注人水波及 效率，但关于这方面的研究及现场设计很少。本文 以D 油田葡萄花油层为例，利用数值模拟方法建立 地质模型，模型考虑水平井井筒内摩擦损失，通过研 究水平井注采井网部署方案，筛选出优势井网，并给 出了最佳参数组合。 1 地质模型建立 根据D 油田葡萄花油层的地质情况，选取表1 2 和图1 2 所示的油藏地质与流体高压物性数 收稿日期：2 0 1 6 0 3 1 4 作者简介：丰元洲( 1 9 7 6 一) ，男，工程师，主要从事海上油气田开采管理工作。 8 0 海洋工程装备与技术 第3 卷 据，建立地质模型用于井网设计优化数值模拟 研究。 表1 油藏基础参数 T a b le1R e s e r v o irb a s ic p a r a m e t e r s 参数取值 砂岩厚度m 有效厚度m 有效孔隙度 水平渗透率( 1 0 “m 2 ) 含油饱和度 地面原油密度( t m 。) 地面原油黏度( m P a s ) 地层原油密度( t m - 3 ) 地层原油黏度( m P a s ) 饱和压力M P a 原始气油比( m 3 t 1 ) 体积系数 初始地层压力M P a 综合压缩系数( 1 0 _ 4M P a 一 1 7 0 8 2 1 O 3 7 O 6 5 0 8 6 48 4 0 8 O 8 2 2 9 0 5 6 1 9 3 6 1 0 7 1 1 3 5 7 8 0 8 记 糌 蜊 斑 莨 器 1 0 0 8 + 水稍 油祠 0 6 0 4 一 o ? ， 0 0 20 40 6 0 8 1 0 含水饱和度S 。 图1油水相渗曲线 F ig 1 O il w a t e rr e la t iv ep e r m e a b ilit ycurve 1 0 0 8 k 瓣0 6 蝌 鼹 靛0 4 口 O 2 O O0 2 图2 F ig 2O il g a s 0 40 60 8 1 0 含气饱和度S I 由气相渗曲线 表2 流体高压物性数据 T a b le2F lu idp h y s ica lp r o p e r t yd a t a 压力M P a 溶解油气比( m a m 一。)原油体积系数气体压缩系数 油黏度( m P a s )气黏度( m P a s ) 0 1 0 3 O O 4 5 0 5 6 0 6 5 0 8 0 0 9 5 0 1 1 0 0 1 3 3 8 1 5 0 0 0 9 7 4 1 3 9 1 9 3 6 1 9 3 6 1 9 3 6 1 9 3 6 1 9 3 6 1 9 3 6 1 9 3 6 1 0 0 00 1 0 0 00 1 0 5 500 0 3 94 1 0 6 700 0 2 30 1 0 7 390 0 2 00 1 0 7 370 0 1 48 1 0 7 35 1 0 7 33 1 0 7 31 0 0 1 17 O 0 0 96 0 0 0 82 1 0 7 300 0 0 69 1 0 7 280 0 0 63 4 0 4 1 4 7 0 1 2 5 0 8 7 5 8 8 0 8 8 5 8 9 0 9 9 5 9 0 0 9 0 2 0 0 1 00 O 0 1 16 O 0 1 60 O 0 1 66 0 0 1 98 O 0 2 18 0 0 2 30 0 0 2 40 O 0 2 55 0 0 2 70 3 0 O O 1 9 3 61 0 7 26 0 0 0 609 0 4 0 0 2 80 第2 期 丰元洲，等：薄油层水平井注采井网优化研究 数值模型网格大小取为2 0m X 2 0m X1 7m ，有 效厚度取0 8m 。油层中部深度取13 9 5m 。根据已 生产井的生产资料，将采油井井底流压取3 5M P a ， 注水井井底流压取2 8 5M P a ，并考虑水平井井筒内 摩擦损失。将地质模型模拟预测时间为1 0 年。 寸华3 0 0 十一十I t 一J ) c 一j c 一) f 一 ( a ) H w P I 井N 广 彳、毒一 二J 。J 、二，一 一、1 1 、j 多 手 一 产一 一 一一 一 一 2 基础井网设计 根据D 油田薄油层的地质特点和相关物性资 料，如图3 所示，设计6 种基础井网，井距3 0 0m ，水 平段长度为3 0 0r n 。 7 已一 7 L 7 己一 7 己一 声 7 一 # i ：水井 一采油井 单位：m ! L 手1 。f 未j 产 产 ( e ) H W P 5 井网 7 Z 二_ 1 广 7 Z r _ 1 h o _ 一 1 ( b ) H W P 2 井网 ，d r - ，f L - - 二 一一， = ，_ L 图3 设计的基础井网 F ig 3D e s ig n e db a s icw e llp a t t e r n s 根据室内模拟实验及油田现场调研结果，将井 网筛选原则确定为：( 1 ) 井网采收率高；( 2 ) 初期产能 高；( 3 ) 注采基本平衡，油井含水率较低；( 4 ) 钻井工 程容易实现。 3 筛选典型井网 在相同的地质条件和注采技术界限之下，对6 种基础井网的油藏开发效果进行模拟预测，所得结 果如表3 所示。对表3 中生产指标结果分析如下： ( 1 ) 累积产油量是衡量井网优劣的最重要的指 标。由6 种基础井网每平方公里生产1 0 年累积产油 量对比看，将累积产油量排位靠后的H W P 3 井网淘汰。 ( 2 ) 由于井网缺陷，有些井网注水能力过剩、采 液能力不足，有些井网注水能力不足、采液能力过 剩，导致地层压力过高或过低，井网注采能力不能充 分发挥。考虑到地层初始压力约为1 3 5 7M P a ，将 1 0 年末平均地层压力小于1 4M P a 的井网予以淘 汰，即淘汰H W P l、H W P 6 。 ( 3 ) 无水采油期是指油井从投产到见水时延续 的时间，无水采油期越长说明井网越优。淘汰无水 采油期短于1 2 个月的井网H W P l、H W P 4 和 H W P 6 。 ( 4 ) 见水时地层原油采出程度较高的井网有 H W P 5 、H W P 2 和H W P 4 ，较低井网为H W P 6 。 ( 5 ) 进一步具体分析水平井见水时各井网的地 层含油饱和度分布。 # 蕾 一 1 L 盯旧 L J f 调 一 一 l 一 一 一 8 2 海洋工程装备与技术第3 卷 图4 给出了6 种基础井网在水平井见水时刻的 地层含油饱和度分布。这些分布图直观地反映出井 网内油水流动特征和各井间注采关系，由此可以判 断井网设计的合理性。从图中可以看出，井网 H W P 5 在水平井见水时，注入水波及面积相对较 ：加_ 鼍_ 鼍P _ ! ：等：! ： ( a ) H W P I 爿：网 ( c) H W m ，I ：嘲 桦 一 一r 7 一。毕 工】 大，水驱油效果较好；而井网H W P l、H W P 3 、H W P 4 和H W P 6 中的注入水向水平井突进比较快，不同油 井之间或同一口水平井的不同泄油段之间见水不均 衡，注入水波及面积系数较小，导致开发效果较差。 ( b ) H w P 2 井网 - 一 疥 ( d ) H W P 4 井网 ( e ) H W P 5 井网( f ) H W P 6 井网 图4 各井网见水时油水饱和度分布 F ig 4 O ilw a t e rs a t u r a t io nd is t r ib u t io n sa tt h ew a t e rb r e a k t h r o u g ht im eo fd if f e r e n tw e llp a t t e r n s 一三厂k 第2 期 丰元洲，等：薄油层水平井注采井网优化研究 8 3 根据对比筛选结果分析及见水时各井网地层含 油饱和度分布，选定水平五点法注采井网H W P 5 作 为典型井网形式。 4 优势井网筛选 对筛选出的典型井网H W P 5 进行经济评价与 参数优化，选取优势井网。考虑的参数组合包括：水 平段长度取值3 0 0m 、4 0 0m 、5 0 0m 、5 5 0m 、6 0 0m 、 6 5 0m 和7 0 0m ；井排距取值2 5 0m 、3 0 0m 、3 5 0m 、 4 0 0m 和4 5 0m 。共有2 4 种井网参数组合，具体如 表4 所示。 表4H W P 5 典型井网参数组合 T a b le4P a r a m e t e rco m b in a t io no ft h et y p ica lw e ll p a t t e r nH W P 5 表5H W P 5 井网经济评价净现值结果 T a b le5T h eN P Vr e s u lto fE co n o m ice v a lu a t io ninW e llp a t t e r nH W P 5 8 4 海洋工程装备与技术 第3 卷 4 1评价指标及参数 采用的经济评价指标主要是净现值( N P V ) 。 净现值即在一定贴现率下，将各年净现金流量都折 算为基准年的现金值并求和。它可以清楚地表明方 案在整个寿命期内的经济效果。其计算公式为 N P y 一( ci C o ) ( 1 + i) ， t 一0 式中：C i为现金流人量；C 。为现金支出量；i为财务 贴现率；t 为生产年度；以为评价年限。 水平井经济参数参考D 油田已完钻的水平井 设计方案的经济参考价格来计算，具体如下。( 1 ) 纯 钻水平井费用：4 0 0 万元口 本评价取水平段长度 为6 0 0m 的水平井为基准，若段长L 不为6 0 0m ，则 钻井费用为( 4 0 0 + ( L - - 6 0 0 ) 0 1 4 ) 万元 ；水平井 基建费用1 5 0 万元口；水平井射孔费用1 5 0 万元 口；水平井吨油操作成本：3 0 0 元吨；油价按2 5 、3 0 、 4 0 、6 0 美元桶计算；经济评价期限为1 0 年。 水平井五点注采井网经济评价结果如表5 所 示。 4 2井网参数优化一优势井网的筛选 根据表5 中水平井五点注采井网经济评价结 果，对井网参数的优势组合进行筛选，得出以下结 论。 ( 1 ) 在6 0 美元桶油价条件下，净现值随井排 距的增大( 即井网密度的减小) 而增加，在井排距为 3 5 0m 时净现值达到最大值；同时，净现值随水平井 段长度的增加而增加，水平井段长度越长越好。 ( 2 ) 在2 5 美元桶油价条件下，井网的净现值 均随井排距的增加( 即井网密度的减小) 而增加，在 井排距为4 5 0m 时达到最大值；净现值随水平井段 长度增加而增加。 由此可知，在低油价( 2 5 美元桶) 条件下，水平 井五点井网H W P 5 应尽量减小井网密度( 增加井排 距) 、减少钻井数，以节省投资；同时，应尽量增加水 平井段长度，以便增加单井产量，提高经济效益。在 高油价( 6 0 美元桶) 条件下，水平井五点井网应尽 量增加井网密度，在井网面积许可的范围内尽量增 加水平井段长度，以增加原油产量、提高经济效益， 同时降低地质风险。 5 结语 对于低丰度薄油藏，纯水平井注采井网最大特 点在于应用水平井注水，可以利用水平段与油藏接 触面积大的特点，温和注水，驱替水线均匀推进，保 持较好的注水效果，减缓含水上升速度，延长无水、 低含水采油期，从而提高油田开发效果。对于水平 井五点注采井网而言，周围四口注水井呈对称分布， 注水量大，能够及时补充油藏在开发过程中地层能 量的衰减，并且此水平井井网的水平采油井均衡受 效，使得水驱油的面积大、波及系数高、油藏的可动 用储量大，从而获取较好的开发效果。对于开发到 中后期的情形，使用水平井五点井网开发油藏，可以 通过调整注水井注水量、注采井数和对应关系，实现 开发后期井网合理调整，以便继续保持整个油藏的 高效开发。经过经济评价和参数优选，对纯水平井 五点井网来说，在低油价条件下，水平井井网应尽量 减小井网密度( 增加井排距) 、减少钻井数，以节省投 资；在高油价条件下，应尽量增加井网密度、增加水 平井段长度，以增加原油产量和经济效益，同时降低 地质风险。 参考文献 1 中国石油化工股份有限公司油气田提高采收率技术座谈会 文集 M 北京：中国石油化工出版社，2 0 0 1 8 7 2 李道品低渗透砂岩油田开发 M 北京：石油工业出版社， 1 9 9 7 3 韩学强美国首次实施水平井注水法采油 J 世界石油工 业，1 9 9 2 ( 1 0 ) ：1 9 4 P e t r o le u mE n g in e e rI n t e r n a t io n a lE d it o r ia lB o a r d H o r iz o n t a l w e llsin j e ctn e wlif ein t om a t u r ef ie ld J P e t r o le u mE n g in e e r I n t e r n a t io n a l，1