（油气田开发工程专业论文）朝522加密区避免高含水井层布井技术研究.pdf

人庆石油学院硕士研究生学位论文 t e c h n i c a ls t u d yo np l a c i n go fw e l lo fa v o i d i n gh i g h - w a t e r - c u t p r o d u c e rl a y e ri nc h a o5 2 2i n f i l ia r e a a b s t r a c t b a s e do nw e l lp o i n tg e o l o g i ci n f o r m a t i o no fc h a o5 2 2i n f i l la r e a ，i nt h i s p a p e ri te s t a b l i s h e st h e p r o p e r t i e sm o d e lo fp e r m e a b i l i t y , e f f e c t i v et h i c k n e s s ，p o r o s i t ya n di n i t i a ls a t u r a t i o n i ta d j u s t se f f e c t i v e t h i c k n e s sa n de f f e c t i v en o d ea p p l y i n gs e d i m e n t a r yf a c i e s d i g i t a lr e t u r n s ，w h i c hm a k e sd i g i t a lg e o l o g i c m o d e lm a t c ha c t u a lo i lr e s e r v o i r c o m p a r a t i v e l y c o n s i d e r e dt h ee f f e c t o fd u a l p o r o s i t ya n dd u a l p e r m e a b i l i t y , t h es i m u l a t i o nr e s e a r c hw a sd o n eb yc m gn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r e ，m a i nh i s t o r y m a c t hi n d e x e si n c l u d i n gg e o l o g i c a lr e s e r v e s ，t o t a lw a t e r - c u t ，s i n g l e - w e l l w a t e r - c u t ，r e c o v e r yp e r c e n to f r e s e r v e s ，p r e s s u r e o nt h eb a s i so fm e e t i n gt h ep r e c i s i o nh i s t o r ym a t c h i n gr e q u i r e d ，i ta n a l y z e s q u a n t i t a t i v e l yt h er e g u l a r i t i e so fr e m a i n i n go i ld i s t r i b u t i o na n di t si n f l u e n t i a lf a c t o r la n ds t u d i e st h ee f f e c t 0 io i ll a y e rs e d i m e n t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n df r a c t u r eg r o w i n gc o n d i t i o no nr e s i d u a lo i ld i s t r i b u t i o n ，a n d a l s os h o w st h eh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ld i s t r i b u t i o no fr e m a i n i n go i ls a t u r a t i o nb e f o r ea n da f t e ri n f i l l i n g 【t m a k eas t u d yo fi n f i l lw e l ld e v e l o p m e n te f f e c tt h r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，e x p a t i a t e st h eg e o f a c t o ra n d e x p l o i t a t i o nf a c t o rw h i c ha f f e c ti n f i l l i n ge f f e c t i v e n e s s t h r o u g ha n a l y z i n ga n d c o m p a r i n gt h ee f f e c t i v e n e s s o fe v e r yi n f i l l r e a d j u s t m e n tp l a n ，i tp r e s e n t st h ec a u s eo fh i g h - w a t e rc u to i ll a y e ra p p e a r e d f i n a l l yi t d e t e r m i n e st h ew e l ls p a c i n gm e t h o do f a v o i d i n gh i g h - w a t e r - c u to i ll a y e r t h em e t h o di sf i r s t l ym a k i n ga f i n eg e o l o g i cs t u d y , a n dd e t e r m i n e st h el o wl i m i to fa d j u s t a b l ee f f e c t i v et h i c k n e s so fi n f i l lw e l l t h e n a c c o r d i n gt ot h ef i n es t u d y , w e l ls p a c i n gi sa v o i d e di nt h ea r e aw h i c hi su n d e rt e c h n i c a lc r i t e r i a f o rl o w p e r m e a b i l i t yf r a c t u r e do i lf i e l d ，t h et o t a lg u i d i n gi d e o l o g yo f s p a c i n gw e l li st h a tf o r m i n gl i n ef l o o d i n gw e l l p a r e r ns y s t e ma l o n gm a j o rf r a c t u r e ，d e t e r m i n e st h ec o n d i t i o no f s a n db o d ye x p a n d i n ga n dd i s t r i b u t i n ga n d t h ed i r e c t i o no ff r a c t u r eg r o w i n g ，l a y so u ti n f i l l p r o d u c e ra v o i d i n gm a j o rf r a c t u r ed i r e c t i o n ，t h e nm a k e sa s t u d yo fn u m e r i c a ls i m u l a t i o n o nt h eg r o u n do fn u m e r i c a lm o d e l i n gd a t a , i ta n a l y z e sr e s i d u a lo i l d i s t r i b u t i o n f o rh i g h - w a t e r - c u ti n f l l lw e l lp r e d i c t e d ，i ts h o u l da v o i ds p a c i n gw e l l ，w h i l ef o rl o w w a t e r - c u t o i lw e l l ，i ts h o u l dd e t e r m i n ei n f i l lo rn o t ，c o m b i n i n gw i t hd y n a m i c a n a l y s i sa n dc u m u l a t i v ei n j e c t i o no f c o n n e c t e da g e dw a t e rw e l l i ft h ec u m u l a t i v ei n j e c t i o ni sh i g h ，i ts h o u l da v o i dl a y i n go u ti n f i uw e l l i t p r e d i c t sh i g h w a t e r - c u tw e l ll a y e ra f t e ri n f i l l i n g o nt h eb a s i so fe x p l a i n i n gw a t e r - f l o o d e dz o n ew i t hl o g , c o m b i n e dw i t hs a n db o d ys e d i m e n t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dw a t e r f l o o dc o n t r o l l e dd e g r e eu n d e ro r i g i n a l w e l lp a t t e r n ，i td e t e r m i n e sw h e t h e rp e r f o r a t ei n t e n d e dz o n eo rn o t i ts h o u l ds t r i c t l yc o n t r o lt h es i z eo f c o n s t r u c t i o no fi n f i l lw e l lf r a c t u r i n g ，a v o i dm a n m a d ef r a c t u r et o o l o n g ，c o n n e c tn a t u r a lf r a c t u r e ，a n d d e t e r m i n et h ef i n a lr e a d j u s t m e n tp l a nc o m b i n e dw i t hd y n a m i ca n a l y s i s k e yw o r d s ：n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；c h a oy a n gd i t c ho i lf i e l d ；g e o l o g i cm o d e l ；h i s t o r ym a t c h i n g ； h i g h - w a t e r - c u tl a y e r ；r e c o v e r ye f f i c i e n c y 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说 明并表示谢意。 作者签名：盘狸日期：边晕翻缃 学位论文使用授权声明 本人完全了解大庆石油学院有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位 论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容 编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文 在解密后适用本规定。 学位论文作者签名： 勉格 日期：y 讶硝蝴 导师签名：弘比即 日期：五。7 二；日w 1 9 f 创新点摘要 创新点摘要 1 加密区避免高含水井层布井技术是：首先确定加密井点油层厚度是否达到可调有 效厚度下限，然后确定布井方式，形成沿主裂缝方向线性注水的井网系统，沿主裂缝方 向避免布置加密生产井，对于数模预测是高含水的加密井，应该避免布井，对于数模预 测是低含水的油井，应该结合动态分析，根据连通老水井的累积注入量高，确定是否加 密，如果累积注入量高，也应该避免布置加密生产井。 2 加密井投产前，根据测井解释成果，对水淹层应该避免实施射孔；严格控制加密 井压裂施工规模，避免人工裂缝过长，沟通天然裂缝。 大庆石油学院顾j ：f i j t 究生学位论文 文献综述 油藏数值模拟技术的发展和电子计算机的发展是分不开的。大体上看来，5 0 年代 是理论奠基时代。在模拟计算的方法方面做了大量的基础工作。6 0 年代起步，人们开 始用计算机解决油田开发上的一些较为简单的问题。由于当时计算机的速度只有每秒几 万到十几万次，实际上只能做些简单的科学运算。7 0 年代有了大型标量机，计算速度 达到1 0 0 5 0 0 万次，内存也最高增至约1 6 兆字节。而且黑油模型理论和方法也趋于成 熟，d w ，p e a c e m a n 的油藏数值模拟基础以及k a z i z 和h s e t t a r i 的油藏模拟 等主要著作部是在这个阶段出版的。软件也开始商品化，工业性应用也日益广泛。但是 由于仍然受到计算机速度和内存的限制，使用的方法一般仅限于i m p e s 及半隐式等，只 能解决中、小型油藏的模拟应用问题。8 0 年代则是数值模拟技术飞跃发展的年代，超 级向量机的诞生，使计算速度达到亿次，甚至号称1 0 0 亿次，内存高达1 0 2 0 亿字节， 各种型号的小巨型机、并行机以及高性能工作站的相继涌现，性能价格比越来越好，为 油藏模拟技术的发展和推广提供了极为有利的设备条件。与之相应的是，油藏模拟软件 也有了惊人的发展，可以概括为以下几个方面： ( 1 ) 油藏模拟的残配套和模块化、集成化。 ( 2 ) 工作站技术的广泛应用。 ( 3 ) 油藏数值模拟方法的新突破。 ( 4 ) 行业性软件体系的形成。 国外低渗透油藏开发时间长，从美国1 8 7 1 年发现著名的勃莱德福油田起，已有i 0 0 多年的历史了o 。”。国外认为，低渗透油田尤其是高压低渗透油田初期压力高、天然能 量充足，最好首先选用自然能量开采，尽量延长无水和低含水开采期，他们一般都先利 用弹性能量和溶解气驱能量开采，但是油层产能递减快，一次采收率低，只能达到 8 一1 5 。进入低产期时再转入注水开发，采用注水保持能量后，二次采收率可提高到 2 5 一3 0 。国外大量研究和实践证明，当前低渗透油田开发中，广泛应用并取得明显经 济效益的主要技术，仍然是注水保持油藏能量、压裂改造油层和注气等技术，储层地质 研究和保护油层措施是油田开发过程中的关键技术。国外低渗透油田开发是结合增产措 施来研究的。无论单井还是整个油藏的开发都必须预测与压裂相关的经济可行性问题和 方案的选取，主要应用油藏数值模拟程序、水力压裂模拟程序和经济预测模型所形成的 工作系统，最终达到整体设计的最优化。在2 0 世纪7 0 年代末就开始研究裂缝方位在不 同位置时，井网与裂缝的半缝长、导流能力的组合关系对提高采收率的影响。研究认为 低渗透油藏开发首要的问题是适中的井网密度和最适宜的裂缝长度和导流能力。但至今 还没有用于研究现场开发最优化的唯一的标准方法。 在国内，低渗透油藏主要采用3 0 0 m 反九点注水方式开发，长期以来已经形成了一 文献综述 定的模式。近年来提出了科学合理地适当加大井网密度的主张。对于无裂缝的低渗透油 藏，适当缩小井距、加密井网，适当提高注采井数比，强化开采，以建立起有效的驱动 体系和较大的驱动压力梯度：对于裂缝较发育的油臧，最好的开采方式就是沿裂缝注水、 向两侧驱油的线状注水，即平行裂缝方向布井，充分发挥压裂的作用。井距加大，排距 缩小，这样不仅提高了开发效果，还减少了井数，提高了经济效益。但这两种类型油藏 的井网设计方法，还没有定量地研究压裂的人工裂缝对注水开发效果的影响和优化设计 入工裂缝参数”3 。我国2 0 世纪9 0 年代初根据开发低渗透油藏的需要，从水力裂缝与 注水开发井网优化组合提出提高低渗透油藏的采油速度，采出程度与降低投入，从而提 高整个开发期的经济效益出发，从油藏工程的观点出发提出了“整体压裂”的概念，并 在吐哈鄯善、长庆安塞等油田进行了现场实验，获得了成功，取得了重大的经济效益。 吐哈鄯善油田部署的五点法井网未处于裂缝的有利方位，为此整体压裂设计研究了半缝 长的问题。通过1 4 口井的压后试井和数值模拟反演算计算，证明设计和实施达到了提 高整体开发效益的目的。一般来 兑，一定范围的岩石在地壳运动产生的力的作用下，其 内部出现不同性质和不同方向的应力以抵抗外力作用，这些彼此有关联的应力所作用的 一定范围的空间就是构造应力场，而裂缝就是由于应力达到或超过岩石的强度限制时发 生的断裂变形，长期以来，人们一直都希望通过对应力场的研究来定量测量裂缝的发育 规律，裂缝数值模拟技术的发展正是这一努力的结果“”1 。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 第1 章引言 石油是发展国民经济、提高人民生活水平的重要能源，也是国家重要的战略物资， 将更多的石油从地下经济地采出是油田开发者的目标。提高原油的采收率是一项长期 的、艰巨的任务，是一项综合采用各种高新技术的系统工程，它惯穿于油田开发的始终。 世界石油工业发展至今，许多油田已经进入后期开采阶段，丽地下可采储量仍然很大， 所以，为了提高原油的最终采收率，世界各国一直在不断地探索新的技术与方法。大庆 外围油开1 是低产、低渗、低丰度的“三低”油藏。朝阳沟油田属于裂缝性低渗透砂岩油 田，储层物性、原油物性及储层裂缝发育情况都存在很大差异，地质条件复杂，开发难 度大。 经过对美国、原苏联、加拿大及澳大利亚等2 0 多个低渗透砂岩油田的开发资料调 研发现，天然能量以溶解气驱为主，其次为边水驱和弹性驱。含水饱和度最高为5 5 。 最低为8 。平均为2 2 7 ，一次采收率最高为3 0 ，( 美国的快乐泉弗朗梯尔“a ”油藏) ， 最低为6 5 ( 加拿大帕宾那油田) ，平均为1 5 8 。二次采收率最高为3 1 ( 苏联的多林 纳维果德油藏) ，最低为1 5 ( 美国的斯普拉柏雷油田) 。平均为2 5 3 9 。据对国外油用 的统计，大部分是优先利用天然能量开采，只有极少数油田投产即注水。注气也成为许 多低渗透油田二次和三次开采方法，如西西伯利亚低渗透油田，采用注轻烃馏分段塞、 干气段塞和气水混合物达到混相驱，驱油效率比水驱提高1 3 2 6 ，取得了令人鼓舞的 效果。斯普拉柏雷油田从1 9 9 5 年起着手进行注c o ：开发可行性研究，1 9 9 7 年底已完成 室内研究，随即进行矿场试验，第一年采油速度达6 。 目前，我国对裂缝性低渗透砂岩油田注水开发井网的研究和实践大体上分为三个阶 段。初期阶段，沿裂缝自然线性注水阶段：第二阶段，将井排方向与裂缝方向错开2 2 5 0 ； 第三阶段，井排方向与裂缝方向错开4 5 0 。在油田开发策略上，我国大多数油田采用早 期注水开发方式。目前，我国大多数注水开发的油田已经进入高含水阶段。据统计，我 国油井生产平均含水已达8 0 以上，东部地区一些老油田含水已达9 0 以上。高含水期 油田的持续有效开发是国际石油界的难题。我国油田科技研究人员已通过反复地实践和 研究，使高含水期提高采收率技术得到完善和发展，同时取得了一些理论创新和技术进 步。总结出了一套高含水期精细油藏描述的方法和程序，以计算机技术为手段，实现了 描述的层次化、精细化和定量化：发展应用了角点网格、油藏整体建模，断层描述、网 格粗化、饱和度函数标定、并行计算、流体分布定量描述等数值模拟新技术和新方法。 提高采收率的首要工作就是搞清楚地下油水分布的格局，只有找准了剩余油的分布形式 和部位，才能采取相应地提高采收率的措施，所以准确计算地下剩余油分布是目前提高 采收率的主要问题。在油田开发后期，地下水淹状况十分严重、剩余油潜力分布错综复 杂、剩余地质储量性质变差的情况下开展井网调整、提高采收率，面临很大的技术难题。 4 第一章引言 鉴于上述原因，本文是基于低渗透油藏在开发中所面临的实际问题，在总结前人已 有成果的基础上对低渗透油藏加密区避免高含水井层的布井技术进行了研究。应用数 值模拟方法，分析加密井高含水井层产生的原因，确定合适的加密地质条件、合适的加 密井区，确定合理的加密方法及合理的动态调整方法，有利于提高注水效果，得到最佳 的驱油效率，从而改善了油田的丌发效果。 人庆石油学院硕士研究生学位论文 第2 章朝5 2 2 区块地质特点及开发简况 2 1 朝5 2 2 区块地质特点 朝阳沟油田位于松辽盆地中央坳陷区朝阳沟阶地及长春岭背斜带上，由朝阳沟背斜、翻 身屯背斜、薄荷台和大榆树两个鼻状构造组成，为受断层、构造、岩性多种因素控制的 复合型特低渗透油藏。探明含油面积2 3 1 1 k m 2 ，地质储量1 6 1 6 8 2 1 0 4 t ，投入开发面 积2 1 6 4 k m 2 ，动用地质储量1 5 8 8 0 x1 0 t 。油m 地质情况十分复杂，含油区域受到多种 地质因素的控制，油气水分布、油层物性、原油物性和裂缝发育程度在油田不同区域差 异很大，所以从开发至今，不同区块所表现出来的开发状况各不相同“”。 2 i 1 储层物性、原油物性及储层裂缝发育情况 1 储层裂缝发育程度有很大差别 通过岩心观察，朝阳沟油田储层中发育有近似水平延伸的大量微细层理缝、层面缝， 密度达到0 1 3 条米。对于投入开发时间较早的构造轴部来说，储层裂缝研究开展较早， 更为深入。通过岩心观察描述、地层倾角测试、地面电测井及脉冲试井、现代测井解释、 注示踪剂、同位素测井、见水井反映等多种方法观测研究得出：裂缝主要发育方向为近 东西向，即n e l 5 。，与注水井排基本一致，几何形态为垂直裂缝。原始处于闭合状态， 压裂注水后可能张开和延伸。构造缝是受构造应力的作用产生的。不同构造部位受力不 同因而裂缝发育程度不同，岩层弯曲越厉害的部位，主曲率越大，裂缝也就越大。分析 表明，构造裂缝主要发育在构造轴部，构造翼部裂缝发育差，朝5 4 5 地区主曲率值6 1 5 6 ，朝5 3 一朝5 5 一朝3 5 地区主曲率值在5 n 之间，朝8 卜朝8 5 地区主曲率值5 9 ， 长3 0 一3 5 地区主曲率值3 9 ，构造翼部主曲率值0 3 。 2 油层物性差异明显 朝阳沟油田油层平均渗透率儿3 1 0 。um 2 ，平均有效孑l 隙度1 4 7 7 1 7 7 7 ，属 于中孔低渗透油层。含油构造项部渗透率和孔隙度高，向翼部变低，四个含油构造以明 显的低值分开，构造顶部基质渗透率大于1 5 x 1 0 4 u 硼2 ，轴部向翼部过渡区块基质渗透 率5 1 5 1 0 1 1 1m 2 ，朝阳沟背斜构造边部及薄荷台、大榆树鼻状构造，基质渗透率小于 5 x1 0 。um 2 。油层发育较好的朝5 - 4 5 ，朝8 l 区渗透率大于3 0 1 0 1 um 2 ，位于构造翼部 的朝6 3 - 6 1 - 8 3 井区、长3 1 - 3 9 井区油层物性差，渗透率小于5 1 0 1 “一，有的甚至小 于l 1 0 1 u i n , 2 ，相差6 3 0 倍以上。 3 原油物性相差较大 朝阳沟油田原油密度0 8 5 8 6 0 8 8 6 6 9 c m 3 ，粘度1 4 4 1 2 8 m p a s ，凝固点2 5 4 3 。c ，含腊量1 5 5 2 9 8 ，含胶量l o 8 2 7 7 ，沥青质1 6 9 7 。含油构造顶部原 第二章朝5 2 2 区块地质特点及开发简况 油性质好。含油构造的翼部及斜坡部位原油性质逐渐变差。朝5 4 5 地面原油粘度 1 8 m p a s ，朝卜朝气3 为3 0 1m p a s ，朝6 9 1 区块3 9 2m p a s ，长4 6 区块为4 1 4m p a s ， 从轴部到翼部粘度相差l 倍以上。各别井点粘度更有超过1 0 0 m p a s 以上。 2 。1 2 不同构造部位了= ：发效果 朝阳沟油用不同构造部位区块的油层物性、原油物性及裂缝发育程度差距很大， 直接影响了开发效果。 1 朝阳沟背斜轴部地区丌发较好 该区油层物性好，渗透率高。原油流动性好，砂体发育好，压力传导能力较好， 注采并间能建立起有效压力系统，油井压力及产量恢复程度高。累积注采比2 0 4 ，注 采压差1 2 3 y i p a ，水井压力2 1 i m p a ，油井平均地层压力8 8 m p a ，超过原始地层压力 ( 8 4 m p a ) ，油井产量最高恢复至初期的9 0 1 0 0 。目前平均含水3 9 ，采出程度1 9 0 2 ， 预计最终采收率2 5 。 2 轴部向翼部的过渡部位加密后开发效果较好 该区砂体发育规模相对较小，3 0 0 m 井距对砂体的控制程度低，同时由于受断层遮 挡影响，使砂体的水驱控制程度只有6 5 左右。3 0 0 m 井网条件下油水井间憋压状况比较 严重，预计最终采收率只有1 8 。9 9 年后开展了加密调整试验，加密区块的开发效果才 得到改善，目前全区平均含水2 6 5 ，采出程度1 0 5 3 。 3 朝阳沟背斜构造边部及薄荷台、大榆树鼻状构造开发效果不好 该区砂体发育规模相对较小，大部分砂体以条带状和透镜状分布，主力油层钻遇率 在4 0 5 0 之间。砂体宽度小于3 0 0 m 的砂体占6 0 以上，3 0 0 6 0 0 m 占3 0 左右，加上 断层的存在，大部分砂体得不到有效控制。由于油层致密，在3 0 0 m 井距下油水井间憋 压严重。投产初期采用早注水、高注采比的注水开发政策，但是油井基本没有受效期， 在对部分油井进行压裂改造时，由于3 0 0 米井距条件下注水受效差，压裂未达到引效的 目的没有经济效益，开发效果较差。目前平均含水2 0 5 ，采出程度5 6 7 ，预计最终 采收率只有1 5 。 2 2 朝5 2 2 区块开发简况 朝5 2 2 区块含油面积1 2 4 2 k m 2 ，地质储量7 6 5 2 x1 0 4 t ，初期采用反九点面积井网 布井，加密前该区共有油水井1 4 9 口，其中采油井1 0 2 口，开井8 5 口，注水井4 7 口， 开井4 6 口。平均单井有效厚度l o 5 m ，连通厚度7 7 m ，水驱控制程度7 3 2 。 该区于1 9 9 3 年8 月投产，初期单并日产油6 1 t ，采油强度0 5 8 t d m ，1 9 9 4 年2 月转入注水开发，分注率为5 2 ，原始地层压力8 8 m p a 。该区开发效果较差，加密前日 产油1 9 1 1 t ，平均单井日产油2 2 t ，采油速度0 5 4 ，采出程度7 8 2 ，综合含水1 9 9 ， 日注水1 1 7 0 一，平均单井日注水2 5 m 3 ，注水压力1 4 0 m p a ，年注采比3 3 ，累积注采比 6 _ 夫庆石油学院硕研究生学位论文 2 9 j 。朝5 2 2 区块加密前开发存在的主要问题有以下3 个方丽： ( 1 ) 砂体发育零散，断层发育，3 0 0 m 井网条件下单向连通层所占比例较大。统计 本区1 4 9 口采油井共4 3 0 个层，连通层2 9 0 个，占总层数的6 7 4 ，其中双向及三向以 上连通层仅占3 2 1 ，单向连通和不连通层2 9 2 个，占6 7 9 ：不连通层厚度2 1 6 2 m ， 占总厚度的2 6 8 ，单向连通层厚度3 4 4 2 m ，占总厚度的3 5 3 ，双向及以上连通层厚； ( 2 ) 3 0 0 m 井网条件下，水驱储量动用程度低。朝5 2 2 区块虽然水驱控制程度较高， 但由于单向水驱储量较多，影响开发效果。该区总水驱储量为6 1 0 7 x1 0 4 t 。其中单向 水驱储量为2 9 4 4 x1 0 t ，占水驱储量的4 8 2 ；双向水驱储量为1 9 9 4 x1 0 t ，占水驱 储量的3 2 7 ；三向及以上水驱储量为1 1 6 9 1 0 4 t 占水驱储量的1 9 1 。 ( 3 ) 渗透率较低，3 0 0 m 井网条件下井距过大，压力传导慢，开发效果较差。主要 表现在投产初期产量较高，但投产后产量递减较快。该区块投产后，单井初期日产油 6 1 t ，在转注前同产油下降到3 0 t ，下降幅度5 0 8 ，注水一年后产量恢复至3 7 t ， 但由于砂体规模小，渗透率低，注水井启动压力抬升快，部分井吸水状况逐渐变差，油 井产量递减较快，目前平均单井日产油为2 2 t ，只有初期的3 6 1 。油层憋压严重， 注水井注水状况差。由于区块储层及原油物性差，3 0 0 m 井距油层导压能力低，注采井 间憋压严重，注采压差由1 9 9 4 年的5 9 8 m p a 上升到2 0 0 1 年的1 7 o m p a ，注采压差平均 每年上升1 5 7 1 “p a 。注水井启动压力抬升较快，使该区目前低效注水井及超破裂压力注 水井增多，目前水井开井4 6 口，日注水1 1 7 0 m 3 ，平均单井日注水2 5m 3 ，注水强度为 2 7 3 m 3 d 。m ，其中超破裂压力注水井2 3 口，占注水井开井数的5 0 o ，平均破裂压力为 1 4 1 m p a ，注水压力1 5 5 m p a ，配注7 3 5 m 3 ，实注5 9 l m 3 。油层吸水状况也逐年变差，吸水 厚度百分数由1 9 9 5 年的8 7 8 下降到2 0 0 1 年的6 0 9 。其中主力油层由8 8 5 下降到 6 2 6 ，非主力油层由9 1 0 9 6 下降到6 1 3 ，不连通层由4 8 1 上升到5 6 6 。高注水 压力，高注采比条件下。套变井数较多，影响油田注水开发在高压、高注采比条件下， 区块套变井数较多，目前油水井套变井数为1 9 口，占油水井总数的1 2 8 ，其中注水 并套变9v i ，占注水井总数的1 9 6 ；油井套变l o 口，占油井总数的9 8 。统计9 口 套变水井周围连通的5 4 口油井，初期日产油3 2 9 9 t ，套变前日产油2 1 0 6 t ，由于套变 后待作业关井影响，目前日产油1 1 8 8 t 。压裂初期增产效果较好，但有效期较短。油 井投产后产量递减较快，为提高区块开发效果，从1 9 9 5 年开始对油井进行重复压裂， 到目前共压裂4 3 井次，压裂井平均有效厚度为1 1 2 m ，连通厚度为9 7 m ，压裂后平均 日增油2 7 t ，平均单井累积增油5 9 0 t ，平均有效期为7 个月。 综上所述，朝5 2 2 区块由于基质渗透率低，3 0 0 m 井距难以建立起有效驱动体系，随 着开采时间的延长，注采井间憋压严重，油井受效差，注不进、采不出井点逐年增多， 采油速度低，虽然油水井采取酸化、压裂、解堵等措施，但效果较差，不能从根本上解 决压力传导问题。 第二三章朝5 2 2 区块数值模拟4 i j f ，t 第3 章朝5 2 2 区块数值模拟研究 3 1 低渗透油层中渗流的特点 渗流流体由体相流体和边界流体两部分组成。体相流体是指其性质不受界面现象影 响的流体。而边界流体则是指其性质受界面现象影响的流体“l h , 1 6 o 油层岩石的渗透率在某种程度上反映了岩石孔隙结构的状况。研究表明，岩石的渗 透率越低，则岩石孔隙系统的平均孔道半径越小，非均质程度更严重，微小孔道所占孔 隙体积的比例越大，孔隙系统中边界流体占的比例越大。这些特点明显地影响液体与固 体界面的相互作用。渗透率越低，这种液固界面的相互作用越强烈。它将引起渗流流体 性质的变化，使低渗透油层中的渗流过程复杂化。 1 渗流规律偏离达西定律 首先，我们来分析一下达西定律，它在油田开发过程中被广泛采用。基本表达形式 为1 ”： d ：生a 竺( 3 1 ) 一 芦l 在这个公式中，k 、口、a 分别表示地层的渗透率，流体的粘度和流体通过的横截 面积，而且，假设它们都是互相独立的常数。在这种条件下，流量与压力梯度成正比线 性关系。 根据一般的油田开发理论，认为在常规油田开发中，油水在渗流过程中呈现牛顿流 体的特性，并在整个孔隙系统中保持恒定。即在渗流过程中，在整个孔隙系统中，流体 的粘度保持恒定常数，没有结构粘度，没有屈服值，因而其渗流规律符合达西定律。 但许多研究资料表明，在特低渗透储层中，由于固体与液体的界面作用，在油层岩 石孔隙的内表面，存在一个原油的边界层，其中的原油属边界流体。在边界层内，原油 的组成和性质都与体相原油的差别很大，存在组份的有序变化，存在结构粘度特征，存 在屈服值。这个边界层的厚度，除了原油本身性质以外，它还与孔道大小有关，与驱动 压力梯度有关“”。 一般来说，水是牛顿流体；但是当它在很细小的孔道中流动时也呈现出非线性渗流 特征，具有启动压力梯度。原油更是如此。它在特低渗透油层中渗流时也呈现出非线性 渗流特征，具有启动压力梯度“。 因此，储层中的原油原则上并不是牛顿流体，更不能在整个孔隙系统中保持其恒定 的特征。但是，在油藏工程应用中，对中高渗透性稀油油层，在一定的误差范围内，可 以把它当作牛顿流体来对待。人们成功地用达西定律解决了大量中高渗透性稀油油藏的 8 人庆石油学院硕上研究生学位论文 工程设计计算问题，这是因为。对中高渗透性稀油油藏来说，原油边界层不太厚，边界 层中的原油占总油量的比例不太大，边界层原油的非牛顿性对线性渗流规律影响不明 显。然而，对特低渗透油藏来说，这个影响则是不可忽视的。它会使渗流规律发生明显 的变化，偏离达西定律“1 。 2 低渗透多孔介质的渗透率是可变的。“1 多孔介质是由渗透性各异的许许多多大小不等的孔道构成的，渗透率是一个平均的 统计参数。对于高渗透地层来i 兑，其孔隙系统主要由大孔道组成，稀油或水在其中流动 时，不易监测到启动压力。即使有部分小孔道，因其所占的比例很小，也测不到它时流 量的影响。所以用高渗透岩心作流动实验时，在直角坐标系中j 流量与压力梯度函数呈 现为一条直线，可以认为渗透率是一个常数。但是对于低渗透和特低渗透地层来说，情 况有所不同。由于低渗透岩心的孔隙系统基本上是由小孔道组成的，在油、水流动时， 每个孔道都有自己的启动压力梯度，只有驱动压力梯度大于某孔道的启动压力梯度时， 该孔道中的油、水才开始流动，这时它可以使整个岩心的渗透率值有所增加。随着驱动 压力梯度的不断提高，就会有更多的孔道参与流动的行列，岩一1 5 的渗透性能也随之增强， 渗透率变大，因两，在低渗岩心的流动实验中，在直角坐标系中，流量与压力梯度的函 数呈现出的不单是一条直线，而是由一条上翘的曲线和直线两部分构成。它表示渗透率 随压力梯度的提高而增大并继而趋于一个定值。 3 低渗透多孔介质中流体流动的横截面积是变化的” 对于多孔介质来说，其断面上有一定的透明度，从统计的角度来看，它等于多孔介 质的孔隙度，由于岩石的可压缩性很小，所以，可认为透明度是一个常数。 对于流体通过的横截面积来说。情况有所不同。首先，由于边界原油层的存在，实 际上可供流动的横截面积小于孔道的横截面积；其次，流体通过的横截面积与压力梯度 有关，当压力梯度很小时。流体仅只是沿较大孔道的中央部位流动，而较小孔道中的流 体和较大孔道中边部的流体并不流动，只有压力梯度达到一定程度时，才有更多的小孔 道中的流体投入流动，大孔道中也有更大的部分流体参与流动。我们称实际流动的流体 占总流体的份额为流动饱和度。流体实际流动的体积与岩心总体积之比为流动孑l 隙度。 流动孔隙度和流动饱和度都是压力梯度的函数，并不是一个常数。 对于中高渗透性的稀油油层来说，随着压力梯度的增加，流动孔隙度可以很快达到 一个稳定值。但是，对于特低渗透油层，事情就变得复杂得多，并使渗流规律发生某些 变化。 4 低渗透油层中存在启动压力梯度。7 “ 对于中高渗透性稀油油藏，由于油层中孔道半径比较大，原油边界层的影响微弱， 用一般的实验手段，不易n - n 启动压力梯度，因此，启动压力梯度可以忽略不计。但是， 低渗透油层由于孔道半径很小，小于l 微米的孔道占的比例很大，原油边界层的影响显 著，在流动过程中出现启动压力梯度。并且，大量研究资料表明，启动压力梯度与渗透 率成反比，渗透率越低，启动压力梯度越大。 9 第三章韧5 2 2 恒块数值模拟研究 3 2c m g 软件l m e x 模块简介 该研究应用加拿大c m g 公司c m g 软件的 m e x 模块对该区块进行数值模拟研究。i m e x 是一个考虑重力及毛细管力的三相黑油模拟软件，网络系统可采用直角坐标，径向坐标， 变深度变厚度坐标，在任何网格系统中，部可建立两维或三维模型。在处理气相的出现 及消失情况时，程序采用了变量替换方法。 3 2 1i m e x 的特征 1 自适应隐式方法 m e x 可以在显式，全隐式以及自适应隐式三种方式下运行。在大多数情况下，只有 很少一部分网格需要采用全隐式求解，而大部分网格都可采用显式方法求解。自适应隐 式方法正是适合于这种情况的解法，并且在井附近以及层状油藏的薄层中，开采时会产 生高速流动的锥进问题，采用自适应隐式处理这类问题是很有效的。 采用自适应隐式选项可节省三分之一到一半的运行时间。计算时可采用与全隐式方 法同样大的时间步长，用户可以指定采用全隐式方法计算的网格，可根据用户确定的界 限或矩阵转接临界值，动态地选择采用全隐式计算的网络网格。 2 双孔双渗 双孔隙度选项允许采用两种方法对基岩模型进行离散化处理，其中一种为嵌套格 式，称为“多重内部作用连续域”( m i n c ) 方法，另一种为层状格式，穆作“子区域” 方法。双孔隙模型对裂缝油藏进行了理想化的近似处理，认为裂缝油藏由两部分组成： 主要孔隙度和次要孔隙度。 主要孔隙度( 基岩) 代表岩块中的微小粒间孔隙，次要孔隙度( 裂缝) 由裂缝、通 道和溶洞组成。双孔隙模型将油藏分为两个连续域，裂隙是流体流动的主要通道，只具 有很小的储集性能；而基岩具有较低的流体传导能力，但具有较大的储存能力。 使用单个基岩岩块一个裂缝系统就可确定一个简单的双孔隙模型。形状因子的计 算基于w a r r e n 和r o o t 或g i l m a n 和k s z w m i 的工作。在这种情况下，假设基岩和裂缝是 在半稳定流状态下进行传输的。 为了恰当地表示基岩与裂缝间的传导机理，有必要将基岩进一步划分为较小的体积 单元。m i n c 法通过将基岩划分成一系列嵌套的体积单元来达到这种目的，离散化时基 于这样一种假设，即体积单元表面为等势面，通过一个裂缝网格时，主要变量的变化很 小。 m i n c 模型对于通过基岩裂缝的非稳定流动是一种很好的表示方法，但是当基 岩的高度很大时，不能适当的处理重力影响，是模型的一个严重缺陷。一种可以表示重 力影响和流体相态分异现象的改进模型是子区域方法，在这种模型中，对基岩中的流体 和压力分布进行计算，但假设重力分异现象只存在于裂缝之中。 1 0 大庆打油学院硕t 研究生学位论卫 除了m i n c 模型和子区域模型外，双渗模型允许基岩之日j 的流体传导，当裂缝的连 通具有方向性时，或者当基岩之| 日j 的连通性显的重要时，例如气油的重力驱替过程， 采用双渗模型进行计算是十分有用的。 3 2 2i m e x 的功雒 1 拟混相驱选项 拟混相驱替模型可模拟一次接触及多次接触混相过程。并能模拟水相中的溶剂及驱 动气。 2 聚合物模型选项 聚合物模型选项可模拟岩石吸附，聚合物不可进入孔隙体积，阻力系数，混合粘度 的扩散情况。 3 断层油藏选项 可模拟具有一条或多条断层的层状油藏，可精确地计算出断层问的流体流动过程， 模拟执行过程中不带有任何不真实的性质平均现象。不平行于坐标轴的下滑断层也能进 行模拟计算。 4 井的全隐式处理 采用了一种非常有效的方式处理井的问题，井底压力以及井网格的变量使用全隐式 方法求解。假如一口井完井时射开一个以上的层，在求解时将采用充分偶合方式计算井 底压力，这样便消除了层状油藏射开多层完井情况下的不收敛问题。同时 m e x 软件还 提供了完整有效的井控制功能，可对井底和井口压力，产量、油气比等进行限制。当达 到某一限制时，可根据用户要求选择新的限制条件。 5 矩阵求解方法 i m e x 软件使用一种基于不完全高斯消去法进行求解过程，作为正交加速的预处理 步骤，并且专门开发了用于自适应隐式贾可比矩阵的线性方程解法。 对于大多数模拟应用，i m e x 选择的缺省控制值选项都能使计算能有效地执行，所 以用户并不需要具有矩阵求解方法方面的详细知识。 6 局部网格加密 i m e x 中包括局部网格加密功能，用户可以确定油藏中的一个区域进行细分，程序 将自动计算出内部网格的连通情况及传导率，这种功能可在油田规模的模拟中，用于研 究并周围地区的各种影响，而不需对井迸行拟函数处理。使用这种技术也可有效地模拟 静态裂缝情况。加密所产生的额外项都可在矩阵求解程序中得到正确处理。 7 尖灭层 使用尖灭选项可以有效地模拟尖灭情况，程序将尖灭网格从有效网格表中移走，自 动地将尖灭层的上下层偶合在一起。 8 油藏初始化 第三章朝5 2 2 区块数值摸拟研究 可利用给定油气