（油气田开发工程专业论文）整装油藏流场重整提高采收率的数值模拟研究.pdf

i - iiiiiiii1，1il111v1i!】11?ii芒1111 n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s e a r c ho fu n c o m p a r t m e n t a l i z e d o i l f i e l d sb yf l o wf i e l dr e f o r m i n gt oi m p r o v eo i l r e c o v e r y - at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：h o uy u p e i s u p e r v i s o r ：p r o f j i a n gr u i z h o n g c o l l e g eo f p e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) r 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 氧巫盗 日期：年月日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者 指导教师签名 日期： 日期： 年月日 年月日 _ 蠹 r 摘要 大部分油田目前已经进入高含水期和特高含水期，注入水的长期冲刷使得油藏流场 发生巨大的变化。因此，研究描述油藏流场的指标，建立油藏流场评价体系具有重要的 实际生产价值和意义。提出了利用数学方法和开发动态资料建立油藏流场评价体系的新 方法。针对初期非均质性严重并且已经形成水驱优势通道( 大孔道) 的油藏，提出了流 场评价体系来识别优势通道，进而为后期流场重整提高采收率提供依据。研究结合某油 田项目“整装油藏特高含水期流场重整提高采收率技术研究”进行，主要有以下几方面 的内容： l 、研究了流线数值模拟技术的基本原理，并改进了流线一体化软件，其特点是考 虑重力和毛管力的作用，并且岩石和流体微可压缩，采用隐式方法进行压力场求解，用 达西运动方程求解速度场，并采用p o l l o c k 方法追踪流线，最后采用算子分离技术进行 流线追踪。形成了一套完整的流线法数值模拟技术，并将其应用到实际区块中。 2 、在调研优势通道形成和演化机理的基础上，建立概念模型研究优势通道的各种 属性对水驱开发效果影响的敏感性，结果表明优势通道的存在和发展对见水时间和最终 采收率的影响很显著，因此必须对优势通道进行识别，进而进行综合治理，提高原油采 收率。 3 、建立油藏流场的评价体系。采用逻辑分析方法和矿场经验方法筛选描述油藏流 场的指标，在此基础上根据层次分析方法和模糊数学综合评判方法建立油藏流场评价体 系，并进行流场强度分级：绝对优势流场、优势流场、非优势流场和绝对非优势流场。 4 、将油藏流场评价体系应用到埕东东区馆上段实际区块中。建立埕东东区馆上段 试验区的精细油藏数值模拟模型，并进行精确历史拟合，应用流场评价体系，确定优势 流场所在的地方，并针对其优势通道进行流场重整，进行流场优化调整研究，设计不同 的调整方案，并进行了方案预测，优选出最佳方案。 关键词：流线法数值模拟，油藏流场评价体系，流场强度，优势流场，模糊数学， 流场重整 卜l ， r ， n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s e a r c ho fu n c o m p a r t m e n t a l i z e d o i l f i e l d sb yf l o wf i e l dr e f o r m i n gt oi m p r o v eo i lr e c o v e r y h o uy u p e i ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f j i a n gr u i z h o n g a b s t r a c t a sm a n yo i l f i e l d sh a v es t e p p e di n t ot h eh i g hw a t e rc u ts t a g eo rt h ee x t r ah i 曲w a t e c u t s t a g e ，g r e a tc h a n g e so fr e s e r v o i rf l o wf i e l dh a v et a k e np l a c eb e c a u s eo ft h el o n g - t e r me r o s i o n o fi n j e c t e dw a t e r t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nd i c a t o r sw h i c hd e s c r i b et h er e s e r v o i rf l o wf i e l d a n de s t a b l i s h i n gt h ee v a l u a t i n gs y s t e mo fr e s e r v o i rf l o wf i e l di sv e r yi m p o r t m e n ti np r a c t i c e a n ds i g n i f i c a n ti nt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s s an e wm e t h o do nt h ed e v e l o p m e n to fe v a l u a t i n g s y s t e mo fr e s e r v o i rf l o wf i e l dh a sb e e ne s t a b l i s h e db a s e do nt h em a t h e m a t i c a lm e t h o da n d p r o d u c i n gd y n a m i cd a t ai nt h i sp a p e r i nt h el i g h to ft h er e s e r v o i rw i t has e r i o u so r i g i n a l h e t e r o g e n e i t ya n dp r e d o m i n a n tf l o wc h a n n e l sp r o d u c e db yw a t e rf l o o d i n g ，e v a l u a t i n gs y s t e m o fr e s e r v o i rf l o wf i e l da r ep u tf o r w a r dt or e c o g n i z ep r e d o m i n a n tf l o wc h a n n e l s ，a n di t p r o v i d e st h eb a s i sf o rf l o wf i e l dr e f o r m i n gt oi m p r o v eo i lr e c o v e r y t h er e s e a r c hi sc o m b i n e d 、析mt h ep r o j e c to fo n eo i l f i e l d ，t h e r ea r es e v e r a lc r e a t i v ec o n t e n t s ： 1 o nt h eb a s i so ft h ep r i n c i p l e so fs t r e a m l i n en u m e r i c a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g y , t h e s t r e a m l i n ei n t e g r a t i o ns o f t w a r ei si m p r o v e d i t sc h a r a c t e r i s t i c sa r et a k i n gi n t oc o n s i d e r a t i o n t h er o l e so fg r a v i t ya n dc a p i l l a r yf o r c e ，a n dt h es l i g h t l yc o m p r e s s i b i l i t yo fr o c ka n df l u i d s i m p l i c i tm e t h o di su s e dt os o l v et h ep r e s s u r ef i e l d ，埘t l lt h ed a r c y se q u a t i o nt os o l v et h e v e l o c i t yf i e l d ，a n dp o l l o c km e t h o di su s e dt ot r a c et h es t r e a m l i n e t h u s ，ac o m p l e t es e to f n u m e r i c a ls t r e a m l i n es i m u l a t i o nm e t h o di sf o r m e d ，a n di sa p p l i e dt oa c t u a lr e g i o n 2 o nt h eb a s i so ft h ef o r m a t i o na n de v o l u t i o nm e c h a n i s mo ft h ep r e d o m i n a n tf l o w c h a n n e l s ，c o n c e p t u a lm o d e l sa r ee s t a b l i s h e dt os t u d yt h ee l e c to fv a r i o u sp r o p e r t i e so ft h e c h a n n e lo nt h ed e v e l o p m e n t a le f f e c t i v e n e s so fw a t e rf l o o d i n g t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e e x i s t e n c ea n dd e v e l o p m e n to fp r e d o m i n a n tf l o wc h a n n e l sh a v es i g n i f i c a n te f f e c to nw a t e r b r e a k t h r o u g ht i m ea n dt h eu l t i m a t er e c o v e r y s oi ti sn e c e s s a r yt oi d e n t i f yp r e d o m i n a n tf l o w c h a n n e l s ，a n dt h e nac o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n ti sd o n et oe n h a n c e do i lr e c o v e r y 3 e v a l u a t i n gs y s t e mo f r e s e r v o i rf l o wf i e l da r ee s t a b l i s h e d l o g i c a la n a l y s i sm e t h o da n d e m p i r i c a lm e t h o d s a r ea d o p t e dt os c r e e nt h ei n d i c a t o r sw h i c hd e s c r i b et h er e s e r v o i rf l o wf i e l d o nt h i sb a s i s ，a c c o r d i n gt oa h pa n df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d s ，e v a l u a t i o n s y s t e mo fr e s e r v o i rf l o wf i e l d i se s t a b l i s h e da n dt og r a d ef l o wf i e l ds t r e n g t h ：a b s o l u t e 枣 雾 p r e d o m i n a n tf l o wf i e l d ，p r e d o m i n a n tf l o wf i e l d ，n o n - p r e d o m i n a n tf l o wf i e l da n da b s o l u t e n o n p r e d o m i n a n tf l o wf i e l d 4 e v a l u a t i n gs y s t e mo fr e s e r v o i rf l o wf i e l d a r ea d o p t e dt ot h ea c t u a lr e g i o n f i n e r e s e r v o i rs i m u l a t i o nm o d e lo fc h e n g d o n go i l f i e l d si s e s t a b l i s h e d ，a n dp r o c e e da c c u r a t e h i s t o r ym a t c h i n g a c c o r d i n gt oe v a l u a t i n gs y s t e mo fr e s e r v o i rf l o wf i e l d ，p r e d o m i n a n tf l o w f i e l da r ed e t e r m i n e da n dt h e nr e f o r mt h ef l o wf i e l d ，t h el a y e rs y s t e ma n dw e l lp a t t e r n o p t i m i z a t i o ni sp e r f o r m e d ，d e s i g n i n gd i f f e r e n ta d j u s t m e n tp r o g r a m s ，a n dm a k i n gt h ep r o g r a m p r e d i c t e d ，a n da tl a s tc h o o s et h eo p t i m i z e dp r o g r a ma st h en e x tp r o g r a m k e y w o r d s ：s t r e a m l i n en u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；e v a l u a t i n gs y s t e mo fr e s e r v o i rf l o wf i e l d ；f l o w f i e l ds t r e n g t h ；p r e d o m i n a n tf l o wf i e l d ；f u z z ym a t h e m a t i c s ；f l o wf i e l dr e f o r m i n g r 嘲 e 目录 第1 章前言1 1 1 研究目的和意义l 1 2 流线数值模拟方法研究2 1 2 1 流线数值模拟技术理论2 1 2 2 国内外流线技术发展历程4 1 3 水驱油藏优势通道问题研究5 1 3 1 油藏流场介绍6 1 3 2 大孔道研究的发展历程6 1 3 3 优势通道与优势流场7 1 4 研究内容和技术路线8 1 4 1 研究内容8 1 4 2 技术路线。9 第2 章精细三维流线数值模拟方法研究l l 2 1 流线数学模型的建立1 l 2 2 流线数值模拟方法的步骤1 4 2 3i m p e s 方法。l5 2 3 1 压力方程的求解1 9 2 3 2 饱和度场的求解1 9 2 5 速度场的求取2 0 2 6 流线追踪2 0 2 7 本章小结2 3 第3 章优势通道的形成机理及其对水驱开发效果的影响2 4 3 1 优势通道的形成与机理研究2 4 3 2 优势通道对水驱开发效果的影响2 6 3 2 1 平面上优势通道对水驱开发效果的影响2 6 3 2 2 纵向上优势通道对水驱开发效果的影响3 5 3 3 本章小结。3 8 第4 章油藏流场评价体系的建立3 9 4 1 评价指标的筛选3 9 4 1 1 指标的筛选原则3 9 4 1 2 指标的综合筛选3 9 4 2 指标综合评价方法。4 5 4 2 1 权重系数的选择4 5 4 2 2 隶属函数的选取4 7 4 2 3 综合评价结果的确定4 8 4 3 油藏流场强度的确定5 0 4 3 1 油藏流场的层次结构5 0 4 3 2 静态流场强度。5 0 4 3 3 动态流场强度5 1 4 3 4 总流场强度。5 3 4 4 本章小结5 4 第5 章埕东油田东区馆上段试验区流场强度评价研究5 5 5 1 埕东东区馆上段试验区地质概况5 5 5 1 1 沉积微相特征5 5 5 1 2 岩相特征5 5 5 1 3 流体性质5 5 5 2 油藏数值模拟模型的建立5 5 5 2 1 静态地质模型的建立5 6 5 2 2 流体模型建立5 7 5 2 3 动态模型的建立5 9 5 3 试验区水驱开发现状及历史拟合5 9 5 3 1 试验区的开采状况5 9 5 3 2 试验区历史拟合5 9 5 4 试验区流场强度评价研究6 4 5 4 1 各层系静态指标分析与汇总6 4 5 4 2 各层系动态指标分析与汇总6 8 5 4 3 总流场强度汇总与分级7 3 5 5 本章小结。7 8 第6 章流场重整提高采收率技术对策研究7 9 6 1 埕东东区优势流场与剩余油分布规律研究7 9 6 1 1 优势流场与平面剩余油分布研究7 9 6 1 2 优势流场与纵向剩余油分布研究8 l 6 2 油藏流场重整原则。8 2 6 3 油藏流场重整方案设计及优化8 2 6 3 1 流场重整方案经济评价8 3 6 3 2 流场重整方案设计8 4 6 4 重整后流场分布。9 l 6 5 本章小结9 4 结论。9 5 参考文献9 6 攻读硕士学位期间取得的学术成果9 9 j i $ c 谢1 0 0 v ，1 胄 气 盘 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 研究目的和意义 第1 章前言 整装构造油藏一般隶属于多层砂岩稠油油藏，具有储量大、纵向上小层多的特点。 注水开发时导致层间矛盾突出、层间开发不平衡、剩余油分布复杂、层问水淹差异大等 弊端，最终降低驱油效率，加大了综合挖潜的难度，使得挖潜形势日益严峻【l 】。 通过近年来相关课题的大量研究和查新调研，提出了油藏流场的概念，其定义为油 气的存储空间及其中存储的流体和流体在油藏中渗流特征的总称，其强度定义为流场强 度。流场强度大的区域形成了优势流场。 大庆、胜利油田许多注水开发油藏很多已经到了高含水甚至于特高含水期，层内、 层间以及平面非均质性突出，渗透率差异大。同时原油粘度高，使得剩余油在高含水期 分布散乱，储层流体之间关系复杂，造成此类油藏的开发效果不是很好，因此对高含水 期和特高含水期油藏流场评价迫在眉睫。 整装油藏在长期注水冲刷过程中，强注强采导致油藏流场发生变化，油水井间逐步 形成优势流场。在优势流场所在的地方，吸水量大，流体流速快，但注水利用率低，形 成注入水的无效循环。基于这种情形，有必要对油藏流场的形成、分布和变化规律进行 深入的研究，以获得准确的优势流场规律，指导整装油藏特高含水期的开发。对优势流 场的定量评价是油藏开发中较新的理念，重点研究优势流场的形成机理和描述指标、定 量表述出优势流场的分布、完善优势流场的评价体系对于分析优势流场影响下的油田开 发效果和形成机制，进而提出相对应的开发技术政策、形成完备的整装油藏特高含水期 提高采收率技术，都具有重要的战略意义。 微观多孔介质和流体非均质特征是导致宏观流场变化的客观物理背景条件，是形成 优势与非优势流场的内在控制因素，但是描述影响宏观流场的介质微观因素非常繁杂， 试图用任何数学手段来刻画都是徒劳的，所以对宏观流场的描述只能借助于连续介质场 理论，而由此发展的油藏数值模拟特别是流线模拟是研究非均质油藏中流场发生、发展 和演变规律最具优势的技术。 根据流场形成、演变规律的特点，选用流线数值模拟技术作为流场特征研究工具。 流线模拟基于数值模拟方法认识油藏的静态和动态特征，其优点在于流线自身给予的信 息，可以提供2 种特别有用的数据1 2 1 ：一方面，流线可以明确显示出油井的产出液量和 水井的注入水量的大小。任何时刻均可认清哪一口井( 生产井或者注水井) 衔接着哪一 l 第1 章前言 个网格。由此在辅助历史拟合过程中就能知道如何调节静态网格特征来增大拟合的精准 度。另一方面，数据源基于所有流线衔接的生产井和注水井有关的体积流量的计算。因 此可以决定各井的分配系数( 即一口井注水井流到与它相连接的生产井的流量百分数) 。 由此流线方法便提供了一个简单实用的方法，解决了联系生产井的产量和注水井的注入 量的难题。， 以往流场描述的方法中，流场模型过于简化，没有考虑到实际过程中各种影响流场 的因素，大大的限制了流线方法在油藏动态分析过程中的应用。然而，重力和毛管力的 作用、纵向非均质性和层间窜流等因素均对油藏流体的分布和运移影响较大，所以需要 综合考虑这些因素，有必要进行精细流场的三维流线模型研究。 1 2 流线数值模拟方法研究 1 2 1 流线数值模拟技术理论 1 2 1 1 流线数值模拟技术原理 从广义上讲，流线即流场中某一质点在连续场中空间运动轨迹的连线，在流线上每 一个时刻，该质点的运动速度都与该线相切。 流线模拟最大的优势在于能够直观的显示油藏流体的流动状况，例如注水井和生产 井的动态流动关系，即井位、井的产能、油藏的描述和连续性等。每一个时刻流线方法 直观显示出油藏的连通性，以及流体在生产井和注水井之间的分布状况。鉴于流线法以 数值模拟为基础，同传统的有限差分法比较优势明显，表现在以下方面f 3 】： 计算速度快效率高；能够很直观显示生产井和注水井间的流量分配关系；更加准确 的确定油水井的分配系数；便于结合油田生产模型对生产井和注水井井位进行优化设 计。 将多维流线的问题简化成流线方向上的一系列的一维问题，大大减少了模拟运算时 间，降低数值扩散的程度 4 1 ，且能够直观形象的显示注入采出的动态情况，这是流线数 值模拟技术的优点，这一点是常规模拟无法达到的。其基本原理【5 1 在于先用i m p e s 方法 算得流体在多孔介质中的压力场的隐式表达式，建立流体的真实速度场，再采用p o l l o c k 方法从流线的出发点注水井向流线的终止点生产井追踪流线，最后求出一维流线上的饱 和度，再将其反映到整个研究区域，得到三维空间上的饱和度分布。传统的有限差分法 中，流体在油藏划分的网格间流动，计算结果受网格方向性的影响较大，准确度降低。 2 宅 l 爱 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 而在流线方法中，仅需将各流动单元的饱和度沿流线方向向前从，推移到，肿1 ( 如图l 一1 所示) ，从而大大降低了网格划分对网格方向上计算结果产生的影响程度，因此降低了 计算结果的数值弥散和不稳定性【6 】。 鉴于流线反映瞬时的速度场，因而假设任何随着总速度场一同移动的事物都将沿着 流线运移变化【8 】。不断产生变化的流线是流体质点运移的参考点，类似于一种不断变化 的动态网格系统，称为流线网格。流线网格系统由油藏中划分的静态网格系统和流线的 流动特征组成，并将流线网格同起始计算压力场的网格分开，流线方法油藏渗流模型的 求解就是基于这种动态的流线网格系统。 t 噬 - ， t 蟛 ，每i - _- - 1 n 。k tp 。七， 实线表示流线方法路径；虚线表示有限差分方法路径 图1 - 1 流线与有限差分方法的不同 f i g1 - 1c o m p a r i s o no ff l o wp a t h sb e t w e e ns t r e a m l i n em e t h o da n df i n i t ed i f f e r e n c em e t h o d 1 2 1 2 流线数值模拟技术中的基本概念 ( 1 ) 传播时间( t i m eo f f l i g h t ) 传播时间f 是指微粒沿着流线运移到某一给定距离s 所需的时间，其数学表达式如 下： 邢，= ，爵 m ) 式中，矽孔隙度；。 i 材( j ) i 质点运移的速度； 西质点沿着流线由节点l 到节点2 的无限小量时间； 传播时间首先出现在模拟地下水运移的文献中，后来k i n g 和d a t t a - g u p t a 等人将飞 3 第l 章前言 行时间的概念应用于模拟油藏中流体的流动【7 1 。f ( s ) 是很重要的概念之一，通过流线流 经的每个网格中的f ( j ) 值可以求解沿流线的饱和度分布，同时利用f ( s ) 可以求出网格的 平均性质参数，如网格平均饱和度和平均传播时间等。 ( 2 ) 油水井分配系数【8 】( w e l la l l o c a t i o nf a c t o r ) 某一生产井分配系数即与该生产井相连接的注水井流线束同流向该生产井的总流 线束的比值。同理可计算出某注水井对与它连通的生产井的分配系数。 生产井和注入井的分配系数是根据连接它们的各流线的总量计算得来。所以此系数 随着注入流体同地层流体的流度比、网格的属性以及各井的工作状态的变化而变化。 1 2 2 国内外流线技术发展历程 1 2 2 1 国外流线技术发展历程 在油气田开发工程中应用的现代流线模拟技术来自半解析和解析的流线和流管法， 这个办法最早由m u s k a t 和w y c k o f f l 2 于1 9 3 4 年提出。流体力学和地下水流领域中流线 法也有很长的应用历史，一些研究者将该种办法加以改进并应用到石油开发中【9 】【1 1 】， h i g g i n s 和l e i g h t o n 在1 9 5 2 年首次介绍了流管模型f 1 2 】，利用b u c k l e y l e v e r t t 驱油理论 进行流管中流体的驱替计算，流管的几何形状在整个驱替过程不变，最早的二维流管模 型只应用于渗透率均一的油藏网格。 流线技术自发展以来，确定流线均是来自于对质点追踪的思想。s h a f e r 1 3 1 于1 9 8 7 年用龙格库塔方法来，记录流体质点在流线上的运移时间追踪其移动，并且在二维非 均质模型中进行验证。p o l l o c k t l 4 】于1 9 8 8 年对龙格库塔方法做了新的改进，研究了追踪 流线路径的网格半解析算法。d a t t a - g u p t a 等【巧1 和b a t y c k y 等于1 9 9 8 年引进飞行时间 ( t o f ) 的理念到流线法中。b l u n t 和z h o ud 等【1 6 】把流线方法进一步扩展到三维。d i d o n a t o 等【”1 于2 0 0 3 年成功地运用双重介质流线数值模拟技术研究了裂缝性油藏流体流 动情况。h g l a n d 等【1 8 】于2 0 0 7 年研究了不规则网格中的流线方法和飞行时间。 与上世纪8 0 年代流管技术半解析法对比，现代流线模拟技术具备六个特点【1 9 】：三 维流线用“传播时间( t o f ) ”进行追踪，并通过t o f 推演质量守恒方程：对流线进行 及时更新；加入重力影响因素；拓展至可压缩的流动。b a t y c - 了 s l 等将早期流管技术半解 析法中假设条件的限定性放宽作为现代模拟技术改进的来源，使流线法能够运用到更贴 近实际复杂的油藏开发中。 上世纪9 0 年代开始，开始利用流线技术处理有限差分法中的静态特征的空间非均 4 y 毒 弩 jk p 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 质分布的计算。从此流线技术弥补了油藏工程问题中应用的传统模拟方法的不足，它的 发展和应用极大的推动了油藏开发技术的发展。 1 2 2 2 国内流线技术发展历程 进行大型复杂油藏计算时传统的有限差分法运算速度不仅很慢而且很难收敛，而流 线模拟技术则具备超强的运算优势，计算速度快，且水驱过程中驱替前缘能够直观显示 出来，而且数值扩散低、减少了网格方向的影响，因此，流线模拟技术能够应用在大型 复杂油藏中。 国内油藏流线模拟技术的研究起步较晚，应用较少，具体有以下方面的研究： 侯建峰，姜瑞忠等口o 】在单砂体开发动态模型的基础上，阐述了单砂体的表征原理， 提出了定量表征单砂体注采关系的流线方法。 侯健等【2 l 】【2 3 l 运用流线方法求解出三元复合驱数学模型，聚合物驱模型以及微生物 采油模型，求解了复杂边界条件下流管内一维渗流的问题。 吴明录，姚军等【2 4 】应用流线法推算出聚合物模型和遗传算法，在此基础上进行了试 井参数自动拟合得出剩余油分布规律。 吴琼，李向芳等【2 5 】系统的评价了油田的生产动态，采用流线模拟技术考虑平面非 均质性和井网方向性。张学磊等1 2 6 j 推导出以流线为基础的双重介质模型，确定出指导油 藏开发的重要参数如油藏的最优井型、最优注水速度、最优注水周期等，证明油藏流线 模拟技术确实可以直观的显示水驱过程的三维驱替前缘。 油藏中的剩余油分布基于层间非均质和层内韵律等因素的影响，至今为止流线模型 仍比较简单，研究者一般都简化或忽略了很多影响油藏开发的因素，由此需要在考虑因 素比较全面的基础上分析油藏流场，在三维方向上考虑流场分布特征。为了更好的用油 藏数值模拟技术研究流线问题，还需要做很多深入的研究。 1 3 水驱油藏优势通道问题研究 疏松砂岩油藏进入注水开发后期后，由于储层本身的非均质性以及注入水对地层中 孔喉结构、岩石胶结物的长时间冲刷，导致生产井和注水井之间形成优势渗流通道，成 为注入水渗流的优势通道，导致注入水无法发挥相应作用，有的储层部位很难波及，导 致生产井水淹加重、产量骤减，不利于油田生产。所以及时识别优势通道并及时调整驱 替方案，对提高注水开发效果具有很大的意义。 5 第1 章前言 1 3 1 油藏流场介绍 在油藏上，流场是在渗流力学作用下，地下流体在三维多孔介质中的流动范围；在 该区域内，每一最小体积代表单元都存在着液体及流体运动的驱动力( 压力梯度) 【2 7 1 。 油藏流场是油气资源的储存空间和运移通道，油气水等复杂的地层流体都在其中流动。 注水开发过程中，带来了岩石孔隙度、润湿性、渗透率、力学性质等方面的明显改变。 描述油藏流场的基本内容包括孔隙分布、孔隙和吼道的关系以及渗透率：孔隙表面、 孔隙流体的饱和度；平面和纵向上孔隙分布特征；密闭流场体、油层之间的关系等【2 8 】。 油田开发过程中，我们对油藏的认识往往是从静到动，即从静止的角度得到静态模 型，从动态的角度得到开发动态模型。随着油田开发的进行，油藏流场“被迫”发生了很 大的变化，比如最简单的弹性开采，随着采出油量、气量的增加，地层压力下降，油层 孔隙变小【2 8 】，一方面油层被压缩，如果油层埋藏足够浅，足够厚的话，势必引起地面下 沉；另一方面，由于孔隙及孔道变小，渗透率降低，造成采收率降低，对于含水饱和度 高的油层，甚至出现不出水的油( 气) 井含水的现象。 1 3 2 大孔道研究的发展历程 1 3 2 1 国外研究现状 国外有关油田水驱高渗透层的研究可以追溯n 2 0 世纪5 0 年代。美国的b r i e , h a m 等人 最早采用井间示踪技术研究油藏的非均质性1 2 9 1 。b r i g h a m 通过拟合并间示踪剂曲线反演 储层单个层位的测井响应特征，从各层的响应特征预测5 点井网渗透率的变化并计算出 该层的重要参数，如渗透率厚度乘积( k 1 1 ) 、孔隙度厚度乘积( h ) ，进一步计算得到高渗 层厚度、渗透率、孔隙度等参数。通过计算这些参数可以从侧面反映出地层高渗透层的 存在和发育情况。y o u s e f - 在建立的新模型中考虑了压缩性和传导效应，建立了基于注采 比波动率推测井间连通性的容积模型，提供了一种新的确定井间连通性的方法【3 0 1 。 总的来说，国外对大孔道的研究主要集中在利用测井方法进行储层大孔道现场试验 并指导调剖堵水，有关大孔道形成机理、识别方法方面的相关研究报道非常有限。 1 3 2 2 国内研究现状 大孔道最早主要通过井间示踪剂测试来进行研究，确认流体的流动情况，进而确定 地层中的高渗透带。 葛家理【3 l 】认为高渗透条带能够导致注入流体的指进，流体粘度比和作用在流体上的 压力场决定了注入流体突进的程度。陈永生【3 2 1 等研究了高渗透条带的形成，认为高渗透 6 y 一 j l t p 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 条带的形成除了与孔道非均质有关外，还与注入流体的速度、井间注采比有关系。 曾流芳【3 3 l 研究了疏松砂岩油藏大孔道的形成机理，构造了描述大孔道渗流的数学模 型，并应用生产动态资料再结合灰色关联理论对大孔道进行确认识别，获得了较佳的实 际效果。 至此部分研究者将研究重点放在大孔道的识别和描述上。刘月田，孙保利等1 3 4 1 对大 孔道模糊识别方法进行了研究，研究的重点在于怎么定量识别大孔道。王祥，夏竹君【3 5 】 提出利用注水剖面测井资料技术来识别大孔道。 近年来，许多人又开始深入的研究了大孔道的形成机理。宋万超等【3 6 】建立了油藏流 体在开发过程中的动力地质作用的概念，研究了油藏中大孔道生成的环境、动力来源和 动力作用，其认为流体动力地质作用是造成油藏中宏观、微观和渗流变化规律和变化机 理及剩余油生成和分布的主要因素之一。黄延章等f 3 7 1 通过渗流物理实验研究了渗流过程 中粘土膨胀、分散和运移的规律，基于这些研究工作，更深刻的认识了大孔道的形成机 理。 因此，长期以来对大孔道的识别仍主要以定性识别为主。由于受井眼环境因素的影 响，利用测井资料来识别大孔道仍然存在多解性和不确定性。如何准确识别大孔道，进 而对其进行定量描述，是当前注水开发油田急需要解决的问题之一。本文将用层次分析 法、模糊数学相结合的方法对大孔道实行定量描述。 1 3 3 优势通道与优势流场 综上所述，由于油层的后期改造和非均质性的影响，在油田开发中形成的局部窜流 通道，将其称之为“大孔道”。而“大孔道”这个术语有把“宏观”概念引入微观之嫌，从 而偏离达西定律。因此，引入优势通道的概念以此来对应所要论述的大孔道问题。对以 往所说的窜流通道研究基本上都是局限在静态属性的范畴和定性描述的阶段，应用起来 还是往往着眼于纵向上的泛泛描述，从流动角度上讲其可视化和可量化性都很差。 本文所要论述的优势通道是与优势流场相对应的一个概念。优势流场一般是指在油 田注水开发中后期，储层岩石本身的孔隙处于注入流体的长期冲刷作用下，另外加上油 水的重力分异作用，局部多孔介质体内的流场强度明显高于与之体积相当的邻近介质体 内的流场强度。简单地讲，优势流场在时间上的积累形成了优势通道，就是说优势流场 在某个条带或较小的区域，如井对间，形成了一定时间后，其流线所经的路径就相对固 定了。它就往往具有流体流速快、过水倍数大、含水率高和剩余油饱和度较低等特点， 7 第l 章前言 这时我们就说优势流场已经转化成优势通道【3 引。但在优势流场形成初期，并不具备上述 特点，因此优势流场又有别于优势通道。在判断优势通道时，需要将优势流场的表征参 数( 流体强度指数) 与p v 数指数、采出程度及注水效率等参数结合，才能判断优势通 道的形成及所处阶段。 总的来讲，优势流场能更好的反映平面纵向上的非均质性，还能反映由油品性质 注采强度等造成的动态非均质性和方向性，在空间上有一定的延展范围；在用数学流线 法计算流场时，流向所经过路径的饱和度、波及体积、泻油面积等都同时得到计算，加 上目前完备的计算机三维可视化能力，流线的三维流动线路，饱和度三维分布等都能得 到很好可视化和可量化的展示。 研究表明，优势渗流通道半径一般位于o 0 3 一- - 5 m m 之间【3 9 1 。 可以将影响油藏流体流动的诸多因素考虑在内并进行数学流线法求解是流线方法 最大的优势，进而可以对油藏流场进行综合直观的表达。这是我们研究油藏和其中流体 运动规律的最好方法之一。优势流场的研究将为进一步深入和全面地了解油藏提供目标 和方向性。 研究油藏流场和优势流场有以下几个优点： 首先，流场强度是可以定量计算的，即：根据描述流场特征的参数，借助多指标评 价方法例如层次分析法和模糊数学综合评判方法等对流场强度进行量化，刻画出优势流 场的强度和在三维空间上的