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 300452]

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 300452]

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。

水平井；特低丰度；薄油层；水平井注采井网；井网优化

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1亿吨，其中绝大部分未动用储量丰度在15×104～22×104t/km2。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2 m左右；单层有效厚度0.5～1.0 m。由于丰度低，采用直井开发产能低、效益差或无效益[1-2]。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20世纪90年代初[3-5]，并相继在国外一些油田成功应用[6-8]。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[9-11]，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入水波及效率，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

图1 油水相渗曲线Fig.1 Oil-water relative permeability curve

图2 油气相渗曲线Fig.2 Oil-gas relative permeability curve

压力/MPa溶解油气比/(m3·m-3)原油体积系数气体压缩系数油黏度/(mPa·s)气黏度/(mPa·s)0.1001.00001.000040.40.01003.009.741.05500.039414.700.01164.5013.91.06700.023012.500.01605.6019.361.07390.02008.750.01666.5019.361.07370.01488.800.01988.0019.361.07350.01178.850.02189.5019.361.07330.00968.900.023011.0019.361.07310.00829.950.024013.3819.361.07300.00699.000.025515.0019.361.07280.00639.020.027030.0019.361.07260.00609.040.0280

数值模型网格大小取为20 m×20 m×1.7 m，有效厚度取0.8 m。油层中部深度取1 395 m。根据已生产井的生产资料，将采油井井底流压取3.5 MPa，注水井井底流压取28.5 MPa，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10年。

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300 m，水平段长度为300 m。

图3 设计的基础井网Fig.3 Designed basic well patterns

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10年累积产油量对比看，将累积产油量排位靠后的HWP3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13.57 MPa，将10年末平均地层压力小于14 MPa的井网予以淘汰，即淘汰HWP1、HWP6。

(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12个月的井网HWP1、HWP4和HWP6。

(4) 见水时地层原油采出程度较高的井网有HWP5、HWP2和HWP4，较低井网为HWP6。

(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。

表3 六种基础水平井井网生产指标对比

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HWP5在水平井见水时，注入水波及面积相对较大，水驱油效果较好；而井网HWP1、HWP3、HWP4和HWP6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。

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HWP5作为典型井网形式。

4 优势井网筛选

对筛选出的典型井网HWP5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300 m、400 m、500 m、550 m、600 m、650 m和700 m；井排距取值250 m、300 m、350 m、400 m和450 m。共有24种井网参数组合，具体如表4所示。

表4 HWP5典型井网参数组合

表5HWP5井网经济评价净现值结果

Table5TheNPVresultofEconomicevaluationinWellpatternHWP5

4.1 评价指标及参数

采用的经济评价指标主要是净现值(NPV)。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

式中：Ci为现金流入量；Co为现金支出量；i为财务贴现率；t为生产年度；n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：400万元/口[本评价取水平段长度为600 m的水平井为基准，若段长L不为600 m，则钻井费用为(400+(L-600)×0.14)万元]；水平井基建费用150万元/口；水平井射孔费用150万元/口；水平井吨油操作成本：300元/吨；油价按25、30、40、60美元/桶计算；经济评价期限为10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-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60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350 m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25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450 m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(25美元/桶)条件下，水平井五点井网HWP5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(60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。

[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, 2001. 87.

[2] 李道品. 低渗透砂岩油田开发[M]. 北京: 石油工业出版社，1997.

[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, 1992 (10): 19.

[4] Petroleum Engineer International Editorial Board. Horizontal wells inject new life into mature field[J]. Petroleum Engineer International, 1992, 64(4): 49.

[5] 王国清. 利用水平井注水可以提高老油田的注水量、采油量和原油采收率[J]. 石油情报, 1992(47): 1.

[6] Kocberber S. Horizontal waterfloods are successful[J]. American Oil & Gas Reporter, 1992, 35(10): 126.

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[9] Algharaib M, Ertekin T. The efficiency of horizontal and vertical well patterns in waterflooding: a numerical study[C]. SPE, 1999: 52196.

[10] 刘月田, 张吉昌. 各向异性油藏水平井网稳定渗流与产能分析[J] . 石油勘探与开发, 2004, 31(1): 94.

[11] 姜洪福, 隋军, 庞彦明, 等. 特低丰度油藏水平井开发技术研究与应用[J]. 石油勘探与开发, 2006, 33(3): 364.

OptimizationofHorizontalInjectionandProductionWellPatterninThinOilLayer

FENG Yuan-zhou, ZHAO De-xi, YANG Zhi-cheng

(CNOOC Tianjin Company, Tianjin 300452， China)

Ultra-low abundance and thin oil layers have the characteristics of low reserves abundance, thin reserves and poor permeability. Horizontal well technology can effectively solve the problem in ultra-low abundance and thin layers. Horizontal injection pattern can increase the injection rate, reduce the injection pressure, maintain the reservoir pressure and improve the production efficiency. In view of these characteristics, we establish the geological model, design the basic horizontal injection-production well pattern, and select the typical pattern to perform analysis and evaluation. The dominant pattern is obtained, which can provide the basis for enhancing reservoir production levels using horizontal well pattern in ultra-low abundance and thin layers.

horizontal well; special low abundance；thin oil layer；horizontal injection-production pattern； pattern optimization

2016-03-14

丰元洲(1976—)，男，工程师，主要从事海上油气田开采管理工作。

TE54

A

2095-7297(2016)02-0079-06