水平井置胶成坝深部液流转向数值模拟.pdf

钟 半出崴 缸 西南石油大学学报 自然科学版 2 0 1 1 年 8月 第 3 3 卷 第 4期 J o u rna l o f S o u t h we s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y S c i e n c e T e c h n o l o g y E d i t i o n V o 1 ． 3 3No ． 4 Au g ． 2 01 1 编辑部网址 h t t p ／ ／ www． s wp u x b ． c o m 文章编号 1 6 7 4 5 0 8 6 2 0 1 1 0 4 0 l 1 6 0 5 中图分类号 T E 3 5 7 DO I 1 0 ． 3 8 6 3 0 ． i s s n ． 1 6 7 4 5 0 8 6 ． 2 0 l 1 ． 0 4 ． 0 2 t 文献标识码 A 水平井置胶成坝深部液流转向数值模拟 吕 静， 刘玉章， 王家禄， 王 强， 李宜坤 中国石油勘探开发研究院， 北京 海淀 1 0 0 0 8 3 摘要采用水平井置胶 成坝深部液流转 向技术 思路 ， 应 用 E C L I P S E数值模拟软件 ， 分别 以二层二维 、 韵 律渐 变的五 层二维和四注九采复杂五层井网模型为对象， 研究了胶坝位置、 高度 、 组合以及措施时间等敏感因素对胶坝改善水驱 效果的影响 ．数值模拟结果表明 对于正韵律厚油层， 水平井置胶成坝技术是一种有前景的提高采收率技术； 胶坝位 于注采井中部或是靠近油井的地方效果较好； 胶坝的高度越高， 改善水驱效果越好； 多个胶坝组合使用， 并且达到厚油 层4 0 ％以上高度时， 增油效果更加明显； 采取措施时间越早 ， 改善水驱效果越好， 即使在油井高含水阶段开展措施， 仍 可以显著提 高油层水驱采收率 ； 多个胶坝结合使用或与堵水技术相结合 ， 可 以进一步改善开发效果 ．为高含水 由田 水 平井置胶成坝技术的现场实施提供可行的参考。 关键词 数值模拟 ； 水平 井； 胶坝 ； 深部 液流转向 ； 正韵律厚 油层 网络出版地址h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 5 1 ． 1 7 1 8 ． T E． 2 01 1 0 6 01 ． 0 9 01 ． 0 0 4 ． h t ml 吕 静， 刘玉章， 工家禄 ， 等． 水平井置胶成坝深部液流转向数值模拟[ J J _ 西南石油大学学报自然科学版 ， 2 0 1 1 ， 3 3 4 I l 6 ～ I 2 0 引 言 我 同东部整装砂岩油藏的主力油层多为河流相 沉 积厚 油层 ， 沉积层序主要为正韵律特征[ 1 4 ] 。受 垂 向渗透率 、 注采 强度 、 油水黏度 比以及油层厚度 和注采井距 的配置关系等 素的影响 ， 注入水沿油 层 底部 突进 ， 形成 优势渗流通道 ， 而油层顶部水驱 效果差 ， 形成 “ 底部水淹 、 顶部 富集” 的剩余油分布 特征[ 】 。注入水在油层高渗透层位 中形成了一个 “ U” 型管 ， 增加了提高注入水波及体积和驱油效率 的难度。进一步改善正韵律厚油层水驱效果 的关键 是如何有效提高注水 的波及程度。 目前 的三次采油技 术， 无论是聚合物驱还是 元 复合驱， 很难波及正韵律厚油层顶部 ， 影 响了应 用效果[ 9 - 1 4 ] 。而高含水油 田的堵水 、 调剖只能在近 井地带改变流动方 向， 不能在油藏深部进行液流转 向， 改善油田开发效果受到限制。针对正韵律厚油 层 注水 开发过程 中注入水的低效 、 无效循环， 刘玉 章教授提出了正韵律厚油层水平井置胶成坝深 部液 流转 向技术的战略思路 ， 为 l F 韵律厚油层特岛 水 期控水挖潜提出了新的水驱方法。 针对该 技术思路 ， 应用 E CL I P S E数值模拟软 件[ 1 5 ] ， 分别 以二层 二维 、 韵律渐变的 “层二 维和 注九采复杂 五层井 网模 型为对象 ， 研究 J 胶坝位 置 、 高度 、 组合 以及措施时间等敏感 素对胶坝改 善水驱效果的影响。 1转向机理 在正韵律厚油层注采井之间的高渗透 、 强水洗 的油层部位钻 侧钻 水平井 ， 向水平片 l _} _1 皎 ， 形 成 “ 胶坝” 。注入水在原流动方向上受阻， 胶坝附 近改变其流动方 向， 强制转向马 Ⅸ 替原油相对富集的 低渗透 区， 加大 了上部 中低渗透层 的驱替强度 ， 扩 大了水驱波及体积 ， 提高了上部储 量的动用程 度， 从而起到挖潜和提高水驱采收率的作用 罔 1 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 9 ～ 0 2 网络出版时间2 0 1 1 0 6 0 1 基金项目国家科技重大专项 “ 高含水油 田提高采收率新技术” 2 0 0 8 Z X 0 5 0 1 o 0 0 4 作者简介 吕 静 1 9 7 6 一 ， 女 汉族 ， 辽宁锦州人 ， 博十研究生 ， 主要从事采油T程及调剖堵水研究 r 作 E ma i 第 4期 吕 静， 等 水平井置胶成坝深部液流转向数值模拟 1 1 7 低渗 注入 高渗 井网 胶坝 图 1 水平井置胶成坝水驱液流转 向示意 图 Fi g ． 1 S c h e ma t i c o f“ g e l da m’ ’ d e e p flu i d div e r s i o n 2二层二维模型数值模拟 2 ． 1二层二维地质模型的建立 模型 图 2 上层渗透率为 2 0 0 mD， 下层渗透率 为 2 0 0 0 mD， 垂直渗透率 K v 与水平渗透率 比 值为 0 ． 2 。地质模型网格数 x l O 0 ，y l ，z 2 。步 长 方 向 2m／ 格 ， 方 向 2 0 m／ 格 ，z 方 向 1 m／ 格。 2 0 0 6 5 0 1 1 O 0 1 5 5 0 2 0 0 0 图 2 二层二维地质模型 Fig ． 2 Two ‘ l a y e r 2 D g e o l o g i c mo d e l 采用大庆油 田葡萄花油层流体物性 ， 地下原油 黏度为 8 ． 6 8 mP a S ， 原油密度为 0 ． 8 5 2 1 g ／ c m 。数值 模拟采用的油水相对渗透率曲线如图 3所示 。 ＼ 槲 蝌 靛 晕 U 20 4U b U U lO 0 含水饱和度／ ％ 图 3 油水相对渗透率 曲线 F i g ． 3 Oi l - wa t e r r e l a t i v e p e r me a bil i t y c u r v e 本研究模拟的开发条件为射孑 L 完井 ， 注水速度 为 0 ． 1 P V／ a ， 开发过程 中保持注采平衡。 2 ． 2不 同方案效果对 比 应用 E C L I P S E数值模拟软件 ， 对比了 7种方案 水驱效果。预测条件 水驱至含水 9 0 ％后开展胶坝 措施 ， 预测至含水 9 5 ％， 比较增 油效果 。各方案效 果见表 1和图 4 。 表 1 7种方案水驱采收率对比 T a b ．1 Th e u l t i m a t e o i l r e c o v e r y o f s e v e n s c h e me s 图 4 7种方案水驱效果数值模拟 Fi g ． 4 Th e n u m e r i c a l s i m u l a t i o n r e s u l t s o f s e v e n s c h e me s 从结果 对 比可见 ， 对于正韵律厚油层 ， 若不采 取 措施 ， 注水 会沿 高 渗透 层 突进 ， 形 成优 势渗 流 通道 ， 注水波及系数低 ， 油层上部低渗透 区域存在 大 量未 被波 及 的剩余 油。对 于原 始地 质模 型 方 案 1 ， 含水 9 5 ％ 时 ， 其高渗层采 出程度 为 5 8 ． 2 ％， 低 渗层 采 出程度 为 3 ． 9 6 ％， 整体最 终采 收率 只有 3 1 ． 1 ％。注水井调剖 方案 2 效果不理想 ， 仅能提高 采 收率 0 ． 2 ％。采油 井堵水 方案 3 可提 高采收率 1 ． 5 ％， 增油效果也不明显。利用水平井在高渗透层 位建立胶坝 ， 能实现油藏深部液流转 向， 提高采收 率 4 ． 8 ％。注采井 问建立多个胶坝有更明显的增 油 效果。若两个胶坝与堵水技术结合 ， 可以提高采收 率 1 0 ． 0 ％ 以 E ∞ ∞ ∞ 如 加 O 1 1 8 西南石油大学学报 自然科学版 2 0 1 1 生 3五层二维模型数值模拟 3 ． 1五层二维地质模型的建立 采用韵律渐变 的五层二维模型 图 5 ， 其流体 物性 、 油水相对渗透率 曲线 、 开发条件 与二层二维 模型相 同。该模型更符合大庆油田正韵律厚油层的 沉积条件。模型参数见表 2 ，K ／ Kh 0 ． 1 。地质模型 网格数 x l O 0 ， y l ， z 5 。步长 方向 2m／ 格 ， 方 向 2 0 m／ 格 ，z 方向 2 m／ 格。 1 8 0 l 5 4 0 2 9 0 0 4 2 6 0 5 6 2 0 图 5 五层二维地质模型 Fi g ． 5 F i v e ’ l a y e r 2 D g e o l o g i c mo d e l 表 2 五层二维地质模 型参数 Ta b ． 2 Th e p a r a me t e r s f o r fi v e l a y e r 2 D g e o l o g i c mo de l 3 ． 2胶坝位置对水驱效果的影响 应用韵律渐变 的五层二维模 型， 研究胶坝位置 对水驱效果的影响。模拟了胶坝位于注采井问 3 处 不同位置 ， 即距离注水井分别为 1 ／ 4 ， 1 ／ 2和 3 ／ 4井距 的 3种方案 G1 ～ G3 ， 胶坝高度均为 1 ／ 5油层厚度。 各方案在水驱至含水 9 0 ％后开展胶坝措施 ， 预测至 含水 9 5 ％， 结果见表 3和图 6 。 五层二维原始地质模 型 GO 水驱波及体积小 ， 受模 型韵律性影响 ， 注入水沿模型底部的高渗透层 突进 ， 形成优势渗流通道 ， 其采收率为 8 ． 6 1 ％。胶坝 高度为 1 ／ 5油层厚度时 ， 胶坝位置不同， 对最终采收 率有一定影响。胶坝位于注采井 中部或是靠近采油 井的地方效果较好。在高含水后期 ， 采油井近井地 带的厚油层上部存在较丰富的剩余油。在注采井中 间或是靠近采油井的地方置胶坝后 ， 注入水能够启 动靠近采油井地带的低渗透剩余油富集区， 增大该 区域过流量和驱替强度 ， 提高采油井近井地带的采 出程度 表 3 不同胶坝位置 的水驱效果 比较 T a b ． 3 Th e u l t i ma t e o i l r e c o v e r y o f t h e s c h e m e s wi t h d i f f e r e n t“ g e l da m’’l o c a t i o n 方案 位置 高度 采收率／ ％ 提高采收率／ ％ G0 G l 1 ／ 4 G2 1 ／ 2 G3 3 ／ 4 0 9 6 2 5 3 2 8 2 图 6 不 同胶坝位置的水驱效果 F i g ． 6 W a t e r flo o d i n g e f f e c t o f t h e s c h e me s wit h d i f f e r e n t“ g e l d a m ”l o c a t i o n 3 ． 3胶坝高度对水驱效果的影响 应用韵律渐变 的五层二维模型 ， 研究胶j J 高度 对水 驱效果 的影 响。模 拟 r不 同胶坝 高度 ， 即胶 坝高度分别为 1 ／ 5 ， 2 ／ 5 ， 3 ／ 5和 4 ／ 5油层厚度 的 4种 方案 G4 ～ G 7 ， 胶坝均位 于 1 ／ 2井距位置。各方案 在水驱至含水 9 0 ％后 开展 胶坝措施 ， 预测至 含水 9 5 ％， 结果见表 4和图 7 。 从结果 可以看 出， 随胶坝高度的增 高， 水驱波 及范围增 大， 上部储层剩余油动用程度增加 ， 改善 水驱效果也更好。但从技术和经济角度 出发 ， 胶坝 高度应达到油层厚度 4 0 ％或以上 ， 才能更好地发挥 其大幅度提高注水波及体积和上部剩余储量动用程 度的作用。 表 4 不同胶坝高度的水驱效果比较 T a b ． 4 Th e e nh a nc e d o i l r e c o v e r y o f t h e s c h e me s wi t h d i f f e r e n t“ g e l d a m” h e i g h t 第 4期 吕 静 ， 等 水平井置胶成 坝深部液流转 向数值模拟 l 1 9 注水井 采油井 图 7 不同高度胶坝的水驱效果 F i g ． 7 W a t e r flo o di n g e f f e c t o f t h e s c h e me s wi t h d i f f e r e n t“ g e l d a m” h e i g h t 3 ． 4胶坝组合对水驱效果的影响 应用韵律渐变 的五层二维模型 ， 研究胶坝组合 对水驱效果 的影响。模拟了不同胶坝个数和高度组 合 的 6种方案 G8 G1 3 的水驱效果。各方案在水 驱至含水 9 0 ％后开展胶坝措施 ， 预测至含水 9 5 ％， 结果见表 5和图 8 。 表 5 胶坝组合水驱效果比较 Ta b． 5 Th e e n h a n c e d o i l r e c o v e r y o f t he s c h e me s wi t h d i f f e r e nt“ g e l d a ms ” n u mbe r he i g ht 注水井 采油井 注水井 采油井 采油井 采 油井 采油 井 注水井 采油井 图 8 不同胶坝组合的水驱效果 Fi g ． 8 W a t e r fl o o d i n g e f f e c t o f t h e s c h e me s wi t h d i ffe r e n t“ g e l d a m” n umb e r＆ h e i g h t 从结果可以看出， 两个胶坝组合， 并且达到油 层厚度 4 0 ％时 ， 能提高采收率 7 ％以上 ； 3个高度为 油层厚度 4 0 ％的胶坝组合使用， 能提高采收率 1 0 ％ 以上 。 3 ． 5开展胶坝措施时机对水驱效果的影响 应用韵律渐变的五层二维模型 ， 研究开展胶坝 措施 时机对 改善水驱效果 的影 响。模 拟注采井 问 置 3个胶坝， 胶坝高度为油层厚度的 2 ／ 5 ， 在油井不 同含水 阶段 开展胶坝措施 分别为油井含水 6 0 ％， 7 0 ％， 8 0 ％， 9 0 ％和 9 2 ％ ， 预测至含水 9 5 ％， 对比措 施改善水驱效果 ， 结果见表 6 。 表 6 开展胶坝措施时机对水驱效果影响 T a b ． 6 Th e e n h a n c e d o i l r e c o v e r y o f t h e s c h e me s s t a r t e d a t d i f f e r e nt wa t e r c u t 从模拟结果可 以看 出， 采取措施时间越早 ， 改 善水驱效果越明显 ， 即使在油井含水 9 2 ％的高含水 阶段开展措施 ， 仍可以提高水驱采收率 7 ％左右。 4井网数值模拟 4 ． 1五层井网地质模型的建立 考虑油藏地质和开发条件 ， 选用符合实际的四 注九采 复杂五层井 网模 型为研究对象 ， 见 图 9 。地 质模型网格数 x 1 4 1 ，y 1 4 1 ，z 5 。步长 X方 向 5 m／格， 方向5 m ／ 格， Z 方向2 m ／ 格。采用的流体 物性 、 油水相对渗透率 曲线 、 开发条件和预测条件 与二层二维模型相同。模型参数同五层二维模型。 采 图 9 四注九采复杂五层 井网模型 Fi g ． 9 F i v e l a y e r fi v e - s p o t p a t t e r n g e o lo g i c m o d e l l 2 0 西南石油大学学报 自然科学版 2 0 1 1 生 4 ． 2数值模拟结果 应用五层井网模 型研究 了胶坝高度 、 位置 、 组 合对水驱效果的影响， 结果见表 7 ～表 9 。 表 7 不 同胶坝位置的水驱效果比较 T a b - 7 Th e e nh a n c e d o i l r e c o v e r y o f t h e s c h e me s wi t h d i f f e r e n t“ g e l d a m ”l o c a t i o n 表 8 不同胶坝高度的水驱效果比较 T a b ． 8 Th e e n h a n c e d o i l r e c o v e r y o f t h e s c h e me s wi t h d i f f e r e n t“ g e l da m ”h e i g h t 表 9 不同胶坝 组合 的水驱效果 T a b ． 9 Th e e n h a n c e d o i l r e c o v e r y o f t he s c h e me s wi t h d i f f e r e n t“ g e l d a ms ” n u m b e r h e i g h t 三维井 网模 型数值模拟表明 ， 胶坝位置在注采 井 1 ／ 2井距或略偏向采油井处效果较好； 胶坝高度 越高 ， 改善水驱效果越明显 ； 多个胶坝组合使用 ， 并 且达到厚油层 4 0 ％ 以上高度时 ， 增油效果更加 明 显 ， 能够提高水驱采收率约 l 0 ％。 5结论 1 堵 水 、 调剖 只能在 近井地带 改变 液流方 向， 改善模型水驱开发效果受 到限制。利用水平井 在高 渗透层位建 立胶坝 ， 能在 油藏深部 进行液 流 转向， 两个胶坝与堵水技术结合， 可以提高采收率 1 0 ％ 以上 。 2 胶坝位于注采井 中部或是靠近采油井的地 方效果较好 ； 胶坝高度越高 ， 改善水驱效果越好 ； 多 个 胶坝组合使用 ， 并且达到厚油 层 4 0 ％ 以上高度 时， 增油效果更加明显 ； 采取措施时间越早 ， 改善水 驱效果越好 ， 即使在油井高 含水 阶段开展措施 ， 仍 可以显著提高油层水驱采收率。 3 四注 九采复杂五层井网模型更符合实际油 藏地质和开发条件。数值模拟结果与五层二维模型 的数模结果基本一致。 参考文献 钱杰， 冯文光， 董志林， 等． 大庆萨尔冈一 { _l 部油Ⅲ主力 油层单元间夹层发育特征[ J ] ． 地球科学与环境学报， 2 0 0 5． 2 7 3 2 3 2 5 ． 严 科 ， 杨 少 春． 河 流一 三 角 洲 相 储 层 特 高 含水 期 产 层特征[ J 1] ． 西安石油大学 学报 自然科学版， 2 0 0 8 ， 2 3 2 2 8 3 1 ． 俞启泰． 河流相 、 三角洲相渗透率平面分布数值抽象 地质模型 l J J l 新疆石油地质 ， 1 9 9 9 ， 2 0 4 3 1 4 3 1 9 ． 付 国民， 董冬， 王锋， 等． 河流相储层剩余油成闪类 型及分布模式f J 1 l 成都理T大学学报f j 然利． 学版， 2 0 0 8， 3 5 5 5 0 2 5 0 7 ． 韩大匡． 准确预测剩余油相对富集 提高油田注水采 收率研究[ J I ． 石油学报， 2 0 0 7 ， 2 8 2 7 3 7 8 ． 刘建 民， 徐守余． 河流相储层沉积模式及对剩余油分 l布的控制 I J 1 ． 石油学报 ， 2 0 0 3 ， 2 4 1 5 8 6 2 ． 俞肩泰． 注水油藏大尺度未波及剩余油的 i 人富集 区[ J ] ． 石油学报 ， 2 0 0 0 ， 2 】 2 4 5 5 0 ． 李兴 国． 陆相储 层沉 积微相 与微 型构造[ M] ． 北京 百 油丁业 } H 版社 ， 2 0 0 0 1 6 4 2 3 1 ． 贾振岐， 盖德林 ， 杨兴华． 正韵律油藏聚驱后滞 聚合 物分布[ J ] ． 大庆石油学院学报， 2 0 0 7 ， 3 1 4 1 1 0 一 l 1 2 ． 苗建 生， 赵福麟 ， 李 爽， 等． 地层 中残 留聚合物 的 存 在 形 式 和 分 布 状 态 探 讨Ⅲ ． 特 种 油 气 藏 ， 2 0 0 5 ， 1 2 3 8 8 9 0 ． 赵福麟 ， 王业飞， 戴彩丽， 等． 聚合物驱后提高采收率 技术 研究[ J ] ． 中同石 油大学学报 自然科 学版 ， 2 0 0 6 ， 3 0 1 8 6 8 9， 1 0 1 ． 范森 ， 侯吉瑞， 李宜强， 等． 聚合物驱后热化学沉淀蒯 剖提高采收率技术研究[ J ] ． 油气地质与采收卒， 2 0 0 5 ， 1 2 2 6 6 - 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