水平井精细地质建模及数值模拟技术研究

白军辉

（大庆油田有限责任公司第三采油厂，黑龙江 大庆 163113）

水平井精细地质建模及数值模拟技术研究

白军辉

（大庆油田有限责任公司第三采油厂，黑龙江 大庆 163113）

萨北油田开发至今已进入特高含水期，尤其是厚油层顶部剩余油挖潜成为难以攻克的难题，利用水平井开采已成为该项难题的有效技术手段，现已逐步得到应用。文中利用厚层精细地质建模、夹层粗化、近井模型和多段井描述等相关技术，实现水平井三维地质建模及数值模拟一体化研究，并完善水平井多学科研究技术流程。通过对北部过渡带B5-8-A53水平井的数值模拟分析，优选出该水平井下泵时机、井日产液量和生产压差。研究结果表明，下泵时含水率为10%左右、合理产液量为50 t·d-1、合理生产压差保持在2.0 MPa以下时，开发效果最为理想。

水平井；地质建模；模型粗化；数值模拟

1 水平井建模及数值模拟技术

1.1 精细地质模型的建立

精细地质模型的关键是单井数据精细化和纵向网格精细化［1］。首先将厚层内部岩性划分为泥岩、河道、河间、一类砂岩、二类砂岩、层间隔层及层内夹层7种岩性，分别用0，1，2，3，4，5，6表示。利用地质数据细分方法将单井数据细分，纵向精度为0.05 m，并对每一深度的岩性分别进行判别、赋值。利用劈分后单井数据建立纵向网格步长为0.1 m的精细模型，可准确描述厚层内部的微幅构造及隔夹层。

1.2 模型粗化方法可行性分析

夹层模型是利用井点夹层数据进行插值得到的，因此。井点夹层和周围同层位的夹层构成了夹层模型的主要骨架，可根据夹层的分布对精细模型进行非均匀粗化。利用单井细分数据建立的精细模型，其纵向上是等厚的，通过单井数据可得到夹层分布的深度范围，统计所有单井数据可确定各层段的夹层分布频率。模型粗化时，对于夹层分布频率大的层段进行适当合并或者保持原有细分层，对于夹层分布频率小的层段，参考其他岩性分布情况进行粗化。对比萨北油田北部过渡带B5-8-A53水平井及北二西一队水平井研究区粗化前后岩性模型，可以看出模型粗化效果较好，粗化前后对夹层等信息得以保留，说明此粗化方法可行。

1.3 近井模型

近井模型是为了精确模拟模型局部感兴趣区域，如水平井井筒附近油水运动规律等，可重新定义模型边界，加密生成结构化（角点）或非结构化网格。提供流动边界条件，使模拟在小范围内进行，对处理后的局部模型，能再次嵌套回整个模型中。此方法也可推广至直井开发应用，提高运算速度和精度。

1.4 厚油层内部纵向传导率设置

由于水平井模型精度精细到沉积单元内部，因此与普通数值模拟不同，水平井数值模拟要考虑模型层内纵向传导率。对于粗化后输出的数值模拟模型，可根据模型中网格的岩性不同分别进行赋值［2］：泥岩、层间隔层和层内夹层的网格纵向传导率设置为0，河道砂与河间的网格纵向传导率分别设置为0.1，0.08，岩性为一类砂岩、二类砂岩的网格纵向传导率分别设置为0.05，0.03。完成设置后，B5-8-A53水平井研究区拟合结果较好。

1.5 水平井多段井描述

由于沿水平井筒段的压力变化直接影响油藏中的流体沿井筒生产段的流入，导致水平井段不同位置产量不同［3］。水平井多段井描述技术将井筒离散成多个段，每个段由节点和流动路径所组成，各段有独立的节点深度、压力、粗糙度等属性参数，可精确描述水平井井筒内部的流体流动特征（见图1）。

2 效果分析

2.1 水平井研究区历史拟合

2009年应用上述方法完成北部过渡带B5-8-A53水平井数值模拟，利用数据劈分技术建立水平井区精细地质模型，网格步长10 m×10 m×0.1 m；运用网格非均匀粗化技术，将水平井目的层SII2+3a由原来的25个细分层粗化为12个，同时将精细网格属性经过数学算法平均粗化赋值，实现精细模型的无偏差导入［4］。利用岩性模型设置纵向传导率，用多段井技术描述水平井轨迹。拟合水平井自2009年1月投产到5月的生产历史，水平井区开发指标拟合较好，产油量趋于稳定，累计产油量呈上升趋势。截至2010年1月，累计产油量达到了3 500 t。

2.2 方案优选

2.2.1 下泵时机优选

共设计5个方案，分别模拟相同产液量条件下，水平井在自喷生产状态下含水率为10%，30%，50%、70%，90%时下泵的生产指标。从下泵时机的生产情况可以看出（见表1），下泵生产将有利于放大生产压差，提高最终采收率。在含水低值期下泵生产，不仅能加快采油速度，而且水平井累计产油量也最大［5-6］。建议水平井下泵时间选择在含水率为10%左右时最为理想，此时，累计产油量为46 569.3 t。

表1 B5-8-A53井各下泵时机生产情况

2.2.2 产液量优化

在保持地层压力条件下，设计水平井产液量25，50，75，100，125，150，200 t·d-1共7个方案，模拟结果表明（见图2），在相同注入孔隙体积倍数或同一采收率条件下，随着产液量的增加，水平井含水率升高［7］。通过对最终采收率与含水率关系曲线分析（见图3），建议水平井的合理产液量为50 t·d-1。

2.2.3 生产压差优选

在进行合理压差选择时，需要考虑的原则为:产量稳定、满足一定的采油速度和地层压力递减速度，阶段时间内累计产量较高，地层压力保持水平较高，实际生产压差保持在该井区临界生产压差范围内［8］。油井合理生产压差的大小与油层厚度、射开程度、夹层分布及水平井段在油层中的位置等因素有关［9］。遵循以上原则，通过数值模拟方法，预测了水平井不同生产压差对应的最终采收率（见图4）。

由此得出，水平井最终采收率随生产压差增大而逐渐降低，水平井的合理生产压差应为2.0 MPa以下。

3 结论

1）利用数据劈分技术建立精细地质模型，能精确描述厚层内部微幅构造及隔夹层分布信息。

2）结合夹层分布统计结果进行模型纵向非均匀粗化，粗化后模型保留层内夹层效果较好；同时可通过近井模型方法实现局部网格加密，使模拟更加准确、快捷。

3）多段井描述技术能精确描述水平井轨迹及井筒内流体流动特征；利用网格的岩性属性赋值设置层内纵向传导性，能使水平井井筒附近的流体流动模拟更加准确。

4）水平井开发过程中，选择合理的下泵时机、合理的产量及生产压差是保持高产稳产的关键因素。

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Detailed geological modeling and numerical simulation technology of horizontal well

Bai Junhui
(No.3 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Company Ltd.,PetroChina,Daqing 163113,China)

The development of Sabei Oilfield has been at the ultra-high water cut stage.It is very difficult to tap the potential of remaining oil in the top of thick oil zone.As an effective technical method for solving this problem,the exploitation with horizontal well has been in using.This paper used the related technologies,such as detailed geological modeling in thick zone,interlayer coarsening,near borehole model and multiple well segment description to achieve the integrative researches of three-dimensional geological modeling and numerical simulation for horizontal well,and to improve the technology process of multi-disciplinary research for horizontal well.Through the numerical simulation analysis of Horizontal Well B5-8-A53 in the northern transitional zone,the pumping time,fluid production rate and producing pressure difference of horizontal well were selected.The studies show that the most ideal development result can be obtained when the water cut is about 10%,the proper fluid production rate is 50 t/d and the reasonable producing pressure difference remains to be below 0.2 MPa.

horizontal well,geological modeling,model coarsening,numerical simulation.

国家自然科学基金重点项目“低渗透油层提高驱油效率的机理研究”（50634020）资助

TE319

A

2009-10-27；改回日期：2010-07-13。

白军辉，男，1978年生，工程师，2001年毕业于西安石油学院石油工程专业，主要从事精细油藏描述工作。E-mail：dongli@pepris.com。

（编辑 刘 丽）

1005-8907（2010）05-563-03

白军辉.水平井精细地质建模及数值模拟技术研究［J］.断块油气田，2010，17（5）：563-565.

Bai Junhui.Detailed geological modeling and numerical simulation technology of horizontal well［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（5）：563-565.