薄油层水平井注采井网优化研究.pdf

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第3卷第2期海洋工程装备与技术V01．3，N。．22016年4月OCEANENGINEERINGEQUIPMENTANDTECHNOLOGYApr．，2016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]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TE54文献标志码A文章编号：2095—7297(2016)02—0079—06OptimizationofHorizontalInjectionandProductionWellPatterninThin0ilLayerFENGYuan-zhou，ZHAODe—xi，YANGZhi-cheng(CNOOCTianjinCompany，Tianjin300452，China)AbstractUltra．10wabundanceandthinoiIIayershavethecharacteristicsofIOWreservesabundance．thinreservesandpoorpermeability．Horizontalwelltechnologycaneffectivelysolvetheprobleminultra—lowabundanceandthinlayers．Horizontalinjectionpatterncanincreasetheinjectionrate，reducetheinjectionpressure，maintainthereser—voirpressureandimprovetheproductionefficiency．Inviewofthesecharacteristics，weestablishthegeologicalmodel，designthebasichorizontalinjection-productionwellpattern，andselectthetypicalpatterntoperformanalysisandevaluation．Thedominantpatternisobtained，whichcanprovidethebasisforenhancingreservoirproductionlev—elsusinghorizontalwellpatterninultra．10wabundanceandthinlayers．Keywordshorizontalwell；speciallowabundance；thinoillayer；horizontalinjection．productionpattern；patternoptimization0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20世纪90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：2016—03—14作者简介：丰元洲(1976一)，男，工程师，主要从事海上油气田开采管理工作。 ·80·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Table1Reservoirbasicparameters参数取值砂岩厚度／m有效厚度／m有效孔隙度／％水平渗透率／(10～“m2)含油饱和度／％地面原油密度／(t·m。)地面原油黏度／(mPa·s)地层原油密度／(t·m-3)地层原油黏度／(mPa·s)饱和压力／MPa原始气油比／(m3·t1)体积系数初始地层压力／MPa综合压缩系数／(10_4MPa一1．70．821．O37．O650．864840．8O．8229．05．619．361．07113．578．08记糌蜊斑莨器1．00．8+水稍油祠0．60．4一⋯o?，00．20．40．60．81．0含水饱和度S。图1油水相渗曲线Fig．1Oil—waterrelativepermeabilitycurve1．00．8k瓣0．6蝌鼹靛0．4口O．2O0．2图2Fig．2Oil—gas0．40．60．81．0含气饱和度SI由气相渗曲线表2流体高压物性数据Table2Fluidphysicalpropertydata压力／MPa溶解油气比／(ma·m一。)原油体积系数气体压缩系数油黏度／(mPa·s)气黏度／(mPa·s)0．103．OO4．505．606．508．009．5011．0013．3815．0009．7413．919．361．00001．00001．05500．03941．06700．02301．07390．02001．07370．01481．07351．07331．07310．0117O．00960．00821．07300．00691．07280．006340．414．7012．508．758．808．858．909．959．009．020．0100O．0116O．0160O．01660．0198O．02180．02300．0240O．02550．027030．OO19．361．07260．00609．040．0280 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20mX20mX1．7m，有效厚度取0．8m。油层中部深度取1395m。根据已生产井的生产资料，将采油井井底流压取3．5MPa，注水井井底流压取28．5MPa，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。寸华300十一十I——t—一J)c÷≮一jc≮一)f一≮(a)HwPI井N广彳、、毒一二J．。J＼、、、二，一一、11、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300m，水平段长度为300rn。—7已一—7L—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)HWP5井网——7Z二_1广—7Zr_1hⅧo—_一⋯—1(b)HWP2井网————，，dr-——'，fL～．--————二—一一，⋯———=，_L图3设计的基础井网Fig．3Designedbasicwellpatterns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13．57MPa，将10年末平均地层压力小于14MPa的井网予以淘汰，即淘汰HWPl、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HWPl、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。#蕾一1L．盯旧㈠]LJf调一{l一 ‘82‘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HWP5在水平井见水时，注入水波及面积相对较：加_鼍■_鼍P_!：等：!：(a)HWPI爿：网(c)HWm，I：嘲桦·一·一’r—————7一。’毕工】大，水驱油效果较好；而井网HWPl、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。(b)HwP2井网-■■■■●■■■■■■■■■■■一疥(d)HWP4井网(e)HWP5井网(f)HWP6井网图4各井网见水时油水饱和度分布Fig．4Oilwatersaturationdistributionsatthewaterbreakthroughtimeofdifferentwellpatterns]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‘83’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300m、400m、500m、550m、600m、650m和700m；井排距取值250m、300m、350m、400m和450m。共有24种井网参数组合，具体如表4所示。表4HWP5典型井网参数组合Table4ParametercombinationofthetypicalwellpatternHWP5表5HWP5井网经济评价净现值结果Table5TheNPVresultofEconomicevaluationinWellpatternHWP5 ·84·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(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NPy一∑(ci—Co)(1+i)～，t一0式中：Ci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：400万元／口[本评价取水平段长度为600m的水平井为基准，若段长L不为600m，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350m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450m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。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，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]PetroleumEngineerInternationalEditorialBoard．Horizontalwellsinjectnewlifeintomaturefield[J]．PetroleumEngineerInternational，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口]．石油情报，1992(47)：1．[6]KocberberS．Horizontalwaterfloodsaresuccessful[J]．A—mericanOil＆GasReporter，1992，35(10)：126．[7]BodnarDA，CliffordPJ，IstwJS，eta1．FirsthorizontalwaterinjectorsinPrudhoeBayField．Alaska[C]．SPE，1996：35588．[8]PopaCG，TrutaAT．Waterfloodingbyhorizontalinjectorsandproducers[C]．SPE，2002：78989．E9]AlgharaibM。ErtekinT．Theefficiencyofhorizontalandverticalwellpatternsinwaterflooding：anumericalstudyrCl．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．[113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．