海上陡构造厚油层轻质油油藏注采井距研究

张占女，王永平，陈 晖，韩雪芳，孟智强

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

海上陡构造厚油层轻质油油藏注采井距研究

张占女，王永平，陈 晖，韩雪芳，孟智强

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

渤海辽东湾区域X油田构造陡，地层倾角约25°，地层厚，原油为轻质油，水油密度差大，注水开发中注入水受重力影响非常明显。基于渗流理论，推导了考虑重力的一维两相活塞式驱替油水界面移动到任意点处的时间，得到构造高部位和低部位油井同时见水的注采井距。通过贝克莱方程和数值模拟，研究了针对该油田的最佳注采井距，对陡构造轻质油油藏注采井距的优化具有指导意义。

轻质油 陡构造 重力 注采井距

渤海辽东湾区域X油田位于辽西低突起北端，主力含油层系为沙二段和沙三段，地层倾角约25°，平均储层厚度57 m，原油密度0.694～0.742 g/cm3，原油粘度0.94～1.56 mPa·s，属轻质油。目前该油田主体区块已开采5年，注入水受重力影响明显，位于构造低部位的油井见效快，压力迅速上升，见水早，见水后含水迅速上升；而位于构造高部位的油井见效慢，见水晚。为避免注入水与低部位油井形成无效循环，采取了低部位油井限液措施，但同时也限制了油井产能。因此，随着X油田南区的投产，油水井井距方案需考虑重力的影响。前人考虑重力的影响大多基于厚层和复杂断块的研究[1-3]，针对油水密度差较大的轻质油研究较少。本文基于渗流力学理论，推导了考虑重力的一维两相活塞式驱替见水时间，结合油藏数值模拟，得到了考虑重力的轻质油陡构造油藏的最佳注采井距，对该类型油藏油水井的部署具有重要价值。同时，本文推导的公式及建立的机理模型均是均质油藏，只能一定程度地反映油藏的生产规律，在实际的应用过程中应通过多种方法共同论证，最终确定注采井距。

1 考虑重力的单相液体稳定渗流

当地层倾斜时，需考虑重力产生的附加压力。因此，渗流速度为：

(1)

地层中充满液体油。如果地层水平，为了使油藏得到均衡驱替，保证两口油井同时见水，注水井应部署在中点位置。如果地层倾斜，为了使油藏得到均衡驱替，保证构造高部位和低部位油井同时见水，可通过公式(1)计算注水井需向构造高部位移动的距离。

2 考虑重力的一维两相活塞式驱替见水时间

假设条件：地层均质、等厚、倾斜(图1)，流体不可压缩，考虑水油密度差[4]。

图1 倾斜地层模型

根据达西定律和水电相似原理，得到排液道处的产量及水质点移动速度，与公式(1)联立，可得油水界面移动到任意点处的时间t：

(2)

式中，pe为供给边缘处的压力，MPa；pw为排液道处的压力，MPa；Le为供给边缘距离油井的距离，m；Lf为目前油水前缘至井排的距离，m；Lo为原始含油边界距离井排的距离，μo为地下原油粘度，mPa·s；μw为地下水粘度，mPa·s。当水向构造低部位(即下水流方向)流动时，重力为加速力，符号为正；当水向构造高部位(即上水流方向)流动时，重力为抑制力，符号为负。

3 考虑重力的分流量方程

贝克莱通过油、水关系的达西渗流公式，结合含水率的定义推导出分流量方程[5-6]：

(3)

通过区块实际相渗曲线计算，得出考虑重力，地层倾角25°，相同含水饱和度下水流下方井的含水率高于水流上方井，最大相差10.3%。

根据平面等饱和度移动方程：油水前缘xf所对应的含水饱和度为Swf。在水驱油前缘到达井排时，油井见水。此时(xf-x0)值等于原始油水边缘与井排间的距离(Le-x0)，从而根据公式(3)可求出水驱油前缘到达井排(或者排液道)的时间T，即井排见水时间。

(4)

式中，Le为供给边缘至井排间距离，m；x0为供给边缘至原始油水界面距离，m。

利用图解法(从Swr做fw的切线)可确定下水流和上水流方向的fw′(Swf)值。当上水流和下水流方向的两个油井见水时间相同时可得到：

(5)

4 注采井距优化

4.1 数值模拟研究

考虑区块地质特征和开发模式，建立油藏机理模型。油藏机理模型采用100×6×5网格系统，X、Y方向网格步长10 m，Z方向网格步长10 m，油藏埋深1 900 m，平均压力为21.0 MPa，其他油藏参数见表1。

表1 机理地质模型油藏参数

建立倾角25°的机理模型，注水井位于两采油井中间，与两采油井距离相等。地层纵向和平面剩余油如图2所示。

从图2可以看出，由于重力作用，纵向上，注入水更容易向油藏底部流动，油藏底部先水淹；平面上，注入水更容易沿倾角向下流动。因此，油藏下部采油井见水早，含水上升快。相同的注采井距，油藏低部位油井O2井见水早，含水上升快，而高部位油井O1见水晚，含水上升慢。为保持低部位和高部位油井均衡驱替，需要将注水井向油藏顶部移动，移动过程中发现O1井和O2井见水时间更接近，下面进行详细论述。

当地层倾角25°时，两油井井距为800 m，注水井每向上移动10～20 m为一个方案，共计算了5个方案，时间10年，结果如下：当注水井向上移动50 m时，位于构造高部位和低部位的油井同时见水。当注水井向上移动50 m时，在相同的采出程度下，区块含水率最低。

图2 地层倾角25°时地层剩余油

从图3可以看出，当注水井向上移动50～70 m时，10年内区块比等距离方案产水减少最多。

图3 不同移动方案油井产水减少量

4.2 不同方法计算结果

分别用单向液体稳定渗流、一维两相活塞式驱替及非活塞式水驱油公式计算了构造高部位和低部位油井同时见水的注水井位置。计算地层倾角25°，两油井井距800 m时，注水井从两油井中间点位置向构造高部位移动的距离，见图4。

图4 不同方法计算结果对比

综合分析认为，地层倾角25°时，为保持低部位和高部位油井均衡驱替，如果两油井距离为2L，则需将注水井位置向油藏顶部移动7/80L。本文推荐考虑重力的分流量方程，因为实际的油藏驱替过程就是油水两相渗流且为非活塞的，它更能反映油藏的实际渗流情况。但是单相液体渗流和考虑重力的油水两相活塞式驱替公式在一定程度上也能反映水驱油的原理。

4.3 注采井距图版

通过油藏工程方法及数值模拟研究，建立了两油井距离为2L，不同原油密度、不同地层倾角时注水井需向高部位油井移动距离的图版(见图5)。

图5 不同原油密度和地层倾角时注水井向高部位移动比例

5 实际应用

利用注采井距图版优化了该区块一个注采井组，结果表明注水井向构造高部位移动50 m后，比注水井在两油井中间等距离的计算指标变好，虽然采收率无明显变化，但在油田含水98%时，两油井累计产水减少40×104m3。

6 结论

(1)陡构造轻质油油藏的开发比稠油更需要考虑重力的影响。

(2)推导了考虑重力的一维两相活塞式驱替油水界面移动到任意点处的时间，具有一定的理论价值。

(3)在计算陡构造轻质油注采井距时，考虑重力的分流量方程更为准确，可满足工程需求。

(4)通过油藏工程和数值模拟方法建立了不同原油密度和地层倾角时注水井需向高部位移动距离的图版，以指导该区块的注水井部署。

[1] 贾红兵.层状油藏重力渗流机理及其应用[J].石油学报，2012，33(1):112-115.

[2] 贾红兵，戴士植，李新峰，等.海拉尔盆地高陡断块油藏井网优化及应用效果[J].石油地质与工程，2015，29(2):84-86.

[3] 杜朋举.高陡复杂断块油藏注水方式优选及采收率预测图版建立[J].石油天然气学报，2013，35(11):124-128.

[4] 李晓平.地下油气渗流力学[M].北京:石油工业出版社，2008:52-54.

[5] 王剑峰.地层倾角对油田注水开发的影响[J].重庆科技学院学报(自然科学版)，2013，15(1):49-51.

[6] 张建国，杜殿发，侯建，等.油气层渗流力学(第二版)[M].东营:中国石油大学出版社，1998:148-160.

Study on injection-production well spacing of offshore light-oil reservoir with steep structure and thick oil-pay

Zhang Zhannyu, Wang Yongping, Chen Hui, Han Xuefang, Meng Zhiqiang

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300459,China)

X Oilfield in Bohai Bay area has characteristics of steep structure, a dip angle of about 25°, thick oil-pay, light oil, big density difference between oil and water. So injection water is obviously affected by gravity during waterflooding. Based on the theory of seepage, it was deduced the time of oil-water interface of one-dimensional two-phase piston-like displacement considering the gravity to any point. And the injection-production well spacing was obtained, that oil wells located in high and low positions of the structure have the same time of water breakthrough. According to Berkeley equations and numerical simulation, the injection-production well spacing for the oilfield was optimized. This provides a guide for optimization of the injection-production well spacing of light-oil reservoir with steep structure.

light oil; steep structure; gravity; injection-production well spacing

TE341

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.03.011

2017-02-24；改回日期：2017-04-17。

张占女(1978—)，女，工程师，主要从事油气田开发技术研究及管理。E-mail：zhangzhn@cnooc.com.cn。

(编辑 谢 葵)