低滲透油藏加密井評價與加密技術界限計算方法
——以鄂爾多斯盆地盤古梁長6油藏為例

高占武, 楊林錦, 楊學峰, 雷啟鴻, 王 凱, 羅漢昌

(1.中國石油長慶油田分公司第三采油廠， 銀川 750006； 2.中國石油大學(北京)石油工程學院， 北京 102249)

近年來，低滲透油藏通過注水技術實現規模有效的開發，產量持續增長，其在油氣總產量中所占比例越來越大[1]。目前中國部分低滲透油藏處于注水開發的中后期，綜合含水率高，含水上升速度快[2]。井網加密調整可以有效降低含水率，改善水驅動用程度，是低滲透油藏生產中后期控水穩油提高油藏采出程度的重要手段[3-5]。

但是在同一油藏中采用類似的加密方式下，不同加密井間的生產動態仍具有很大的差異，需要一套方法評價加密井的生產效果。在以往的油藏加密效果評價研究中，往往采用油藏工程方法或數值模擬方法優選井網加密調整方式，分析油藏加密調整后油藏整體的開發效果[6-8]。曹仁義等[4]利用數值模擬方法優選了加密井網和注入時機。田文博等[9]根據低壓物理模擬系統，研究不同壓裂裂縫穿透比、井排距對注采井網開采效果的影響。謝偉偉等[10]基于非達西滲流特征以及流管法原理，推導了各向異性低滲透油藏考慮啟動壓力梯度的五點井網油井見水時間理論表達式。但是這些方法均缺少實際油藏數據的驗證和加密井單井生產狀況評價。在井網加密技術界限方面，中外研究人員一直重視低滲透油藏井網部署的研究，包含低滲透油藏部署的各個方面：合理井網形式、合理井排距、合理井網密度、井網與裂縫匹配程度等[11]。殷代印等[6]從實際生產框框出發，在計算滿足低滲透油藏合理井數比的基礎上，利用數值模擬方法優選不同加密方案；劉峰等[12]根據流管法原理推導了各向異性油藏菱形反九點井網開發合理井排距計算公式；趙繼勇等[13]運用聚類分析法和灰色關聯法定量評價低滲油藏合理井網形式適應性。但是關于加密時機對加密效果影響的研究很少。

為此，分析鄂爾多斯盆地盤古梁長6油藏2007年至今加密井實際生產情況，確定標準，將加密井劃分為4個生產動態模式：高產見效型、高產遞減型、低產不見效型和高含水型，用以評價加密井單井生產情況。利用數值模擬方法定量研究了兩個人為可控因素(加密井網和加密時機)對低滲透油藏加密效果的影響，對比各因素對加密效果影響程度的大小。在此基礎上利用油藏工程方法分別推導了低滲透油藏極限加密井距和加密時機的計算方法。

1 加密井生產動態評價

盤古梁長6油藏自2007年起開始加密，主要分為3個階段分別對油藏西南部，中部和東北部進行加密，各區域加密方式如表1所示。加密井區均為單方向見水，西北部井區、中部井區和東北部加密井分別集中在2011—2012年、2016—2017年、2018—2019年投產。各區域均由原本的矩形井網轉變為菱形反九點井網，然后進行加密配合轉注形成交錯排狀井網。

表1 各區域加密概況

加密井的生產情況隨時間而變化，為了方便比選，選取2個時間點(投產初期和生產5年后)的4個參數作為加密井生產動態模式劃分。部分加密井投產時間晚，未能生產5年，該類加密井第二個時間點數據使用目前最新數據。4個參數中投產初期產液量受加密井改造程度、儲層物性及地層能量保持水平影響；初期含水率反映儲層油水分布情況；5年后產液量反映油井受效情況；5年后加密井含水率反映水驅波及情況。通過聚類分析，可以得到表2的劃分標準。

按照表2標準可以將加密井生產動態模式劃分為：加密效果好：高產見效型加密井；加密效果一般：高產遞減型加密井；加密效果差：低產不見效型加密井和；加密效果差：高含水型加密井。盤古梁長6油藏各區域的加密井生產模式劃分情況如圖1所示，可以看出：同一油藏加密井生產效果也存在較大差異；中部井區加密效果好的加密井所占比例較大；高含水型加密井所占比例：東北部井區>中部井區>西南部井區，與加密時機存在相關性。

圖1 不同生產動態模式加密井分布

表2 加密井生產動態模式劃分標準

2 影響加密效果可控因素定量分析

儲層性質、井間連通性、加密井網和加密時機都會對加密井的生產情況產生一定的影響，其中加密井網和加密時機是人為可控的影響油藏加密效果的因素。這里依據盤古梁長6油藏基本參數建立數值模擬機理模型，分析影響加密井生產效果的兩個可控因素(加密井網和加密時機)，為加密技術界限分析提供基礎。

2.1 模型建立

油藏基本參數如表3所示[14]，基礎模型為菱形反九點井網(500 m×180 m)，為消除邊界效應的影響，模型包括5個完整井組，中間井組為主要研究對象，通過改變網格滲透率等效水力壓裂裂縫，數值模擬模型網格情況和井位如圖2所示，網格為160×100×1，尺寸為12.5 m×8 m×20 m，圖2中O為生產井，W為注入井。相對滲透率曲線由全區數值模擬模型歷史擬合生產數據得到。生產井和注水井均采用定井底流壓生產，模擬生產井生產動態情況和遞減模式與盤古梁長6油藏生產井一致，模型適合盤古梁長6低滲透油藏研究。

表3 油藏基本參數

圖2 數值模擬模型網格

為研究加密井網和加密時機對加密效果的影響，這里分別設計了2組方案。第1組方案主要研究加密井網對加密效果的影響，包括以下具體方案，各方案井網形式如圖3所示：①方案1：基礎方案，菱形反九點井網模擬生產30年；②方案2：生產15年時進行井網加密，形成更小井距的矩形反九點井網繼續生產15年；③方案3：生產15年后在菱形反九點井網的兩口邊井中間鉆一口加密井，縮小井距，配合老井轉注形成沿主向的交錯排狀井網；④方案4：生產15年后均勻打加密井，配合老井轉注形成更小排距的交錯排狀井網；⑤方案5：在方案3的基礎上，在兩邊井之間打兩口加密井；⑥方案6：在方案3的基礎上，將定向井轉變為大斜度井。

圖3 不同方案加密井網

第2組方案用來研究不同加密時機對加密效果的影響，基本加密井網與第1組方案中的方案3一致，但是設置不同的加密時機，分別在生產5、10、15、20、25年后進行加密。

2.2 加密井網對加密效果的影響

第1組各方案數值模擬結果如表4所示，其中加密井初期產量為加密井投產前3個月產量的平均值，初期含水率為投產后第3個月的含水率，這里的加密井初產均為中間井組加密井的數據。

表4 數值模擬結果

2.2.1 井距

方案2、方案3均為在原本菱形反九點井網的基礎上主向加密，井距由原來的500 m縮小為250 m。縮小井距有效降低注水井和生產井之間的滲流阻力，改善加密井及老井的生產情況，基礎菱形反九點井網中老井的平均日產液量為2.84 m3/d，縮小井排距后矩形反九點井網和交錯排狀井網中的加密井初期產液能力均達到5 m3/d以上。其中矩形反九點井網的油井排加密井初期產液能力只有2.93 m3/d，是因為注水井注入水沿主滲透率方向由主向加密井快速采出，無法保持較高的生產壓差，說明在實際生產中水淹井及時關井或轉注有利于提高注水利用率，保持地層壓力。

2.2.2 排距

方案4在原本菱形反九點井網的基礎上側向交錯加密，排距由原本的180 m縮小為90 m，同時加密油井排的井距也由原本的500 m縮小為250 m。縮小井排距后，生產井的見效情況顯著改善，采油速度明顯增加，最終采出程度大幅度提升，但是隨著井網密度的增大，綜合含水率的快速提升，油藏整體更早進入高含水期，油藏有效生產年限減小。

2.2.3 加密井型

方案5、方案6在方案3交錯排狀加密井網的基礎上，采用兩口加密井或大斜度井代替一口加密井以改善加密井的生產及見效情況。模擬得到兩口加密井的累計初期產液量為9.48 m3/d，大斜度井的初期產液量為9.64 m3/d，均明顯優于一口加密井的初期產能，并且兩口加密井可以有效提高采出程度5.92%，大斜度井可以有效提高采出程度5.99%，均優于一口加密井。但是提高幅度有限，現場情況下需要進一步考慮經濟成本。

2.2.4 方案對比

以提高采出程度排序，5種加密效果方案依次為：小排距排狀加密井網>矩形反九點井網>大斜度井加密>兩口加密井加密>交錯排狀加密井網。由于不同加密方案計劃的加密井數存在較大差別，這里定義單井提高采出程度，即每口加密井可以有效提高采出程度。表5為各方案的單井提高采出程度，則按照單井提高采出程度排序有：小排距排狀加密井網>大斜度井加密>交錯排狀加密井網>矩形反九點井網>兩口加密井加密。

表5 各方案單井提高采出程度

2.3 加密時機對加密效果的影響

第2組方案進行加密時機的研究，其中生產井生產1年后再注水，模擬生產過程中壓力緩慢恢復的過程。對比各方案可以得到不同加密時機的壓力恢復水平及水驅波及情況如表6所示，根據相對滲透率曲線，取含水前緣飽和度為65%，認為水驅前緣內的范圍為波及范圍，可以計算得到相應的加密時的水驅平面波及系數，如表6所示。模擬開發30年，各方案的采出程度曲線如圖4(a)所示，含水率曲線如圖4(b)所示，加密井投產后會對老井產生一定的影響，這里用加密井投產后3個月老井的日產液、日產油和含水率來表示，如圖5所示。加密井投產時的初期產量如圖6所示。

圖5 加密井投產后老井生產情況

圖6 加密井的初期產量

表6 不同加密時的壓力恢復水平及水驅波及情況

加密時機并不是越早越好或者越晚越好，而是存在最優值，如圖4(a)采出程度曲線可以看出，生產30年時生產5年后加密、生產10年后加密和生

圖4 各方案的采出程度、含水率曲線

產15年后加密對加密效果的改善程度基本一致，所以應該選擇生產15年后加密減少早期操作成本。井網加密后能有效降低含水率起到控水穩油的作用，如圖4(b)所示。

不同加密時機下加密效果主要受地層壓力水平和水驅波及情況影響。地層能量從兩方面影響水驅波及情況：①生產5、10、15年時，地層壓力逐步回升，從圖6可以看出，隨著壓力的逐步回升，地層能量不斷增強，新投產的加密井的產液能力也不斷增強；②加密井的投產會改變單井的控制范圍，從而對老井產生不同程度的干擾。越晚投產的加密井對周圍老井的干擾越來越小，因為隨著生產時間的增加，地層的壓力系統越來越穩定，生產15年后地層壓力基本維持在初始地層壓力的105%，之后加密井投產對老井的產液量的影響越來越小，如圖5所示。水驅波及情況主要影響新打加密井的初始含水率，加密時機越晚，油藏的水驅平面波及范圍越大，加密井的初始含水飽和度越高，對應的產油量越少，加密井生產情況和加密井模式分布(圖1)均反映了這種情況。

2.4 影響加密效果的可控因素排序

影響加密效果的可控因素有井排距、加密井型和加密時機，依據上述數值模擬結果，各參數與生產30年時加密井方案提高采出程度的關系可以繪制龍卷風圖[15]，如圖7所示，可以看出井排距對加密井效果有顯著影響，其次是加密井型和加密時機，所以在加密方案制定和優選中應該優先考慮加密調整井網井排距，其次考慮加密井型、加密時機。

圖7 各因素增長采收率排序

3 低滲透油藏加密技術界限

在油藏加密調整方案設計中，對加密效果影響最大的因素為加密井網井排距，其次為加密井型和加密時機，這里利用油藏工程方法分別給出了低滲透油藏極限加密井排距和加密時機的計算方法。

3.1 極限加密井距

極限加密井距通過以下油藏工程方法計算[16-17]：依據勢的疊加原理，計算油藏中勢的分布，進而計算油藏中的壓力梯度分布情況。當壓力梯度大于啟動壓力梯度時即認為儲量可動用(這里使用的啟動壓力梯度關系式為：G=0.006 08K-1.152 2，其中，G為啟動壓力梯度，MPa/m；K為滲透率，mD。其他基本參數與數值模擬模型一致。)，計算得到井距與動用程度的關系圖版，如圖8所示。儲量動用程度小于100%時對應的井距為極限井距。

圖8 極限井距計算圖版

以盤古梁長6油藏為例，主向平均滲透率為1 mD，對應圖版可以查的最小極限井距約為240 m；側向平均滲透率為0.05 mD，對應最小極限排距為120 m。盤古梁長6油藏原始菱形反九點井網尺寸為500 m×180 m，目前加密調整為交錯排狀井網后，油井排井距為250 m，注采井排距為仍180 m，現場生產情況顯示油井排老井部分油井注水見效差，可以考慮進一步縮小排距。

3.2 加密時機

由數值模擬研究得到，加密井最優的加密時機應該滿足兩個因素：①加密時地層壓力恢復至原始地層壓力的100%及以上并趨于穩定；②水驅前緣未波及至加密井排。其中地層壓力保持/恢復水平較容易確定，而水驅波及情況常難以確定。這里以菱形反九點井網加密配合轉注形成交錯排狀加密井網為例，推導了一種計算水驅前緣波及至加密井排時間的計算公式。當采用注采井排與井網方向一致的交錯排狀井網加密時，如圖9當水驅前緣波及至加密井A的位置時，加密井投產后含水率會迅速上升。

x為井網主向；y為井網側向；L為主向井距；d為側向井距

在各向同性油藏之中，注水井周圍的流動可以認為是平面徑向流，水驅前緣自注水井向四周推進。根據物質平衡方程有

(1)

式(1)中：ξ為平面徑向流水驅前緣的半徑，m；A(ξ)為平面徑向流水驅前緣半徑為ξ處的流動截面積，m2；qinj為注水井的日注量，m3/d；t為注入時間，d；Swf為前緣含水飽和度，%；φ為孔隙度，小數；f′(Swf)為水驅前緣含水飽和度所對應的含水率導數。

式(1)積分可以得到，水驅前緣移動的半徑為

(2)

式(2)中：h為儲層厚度，m。

各向異性油藏中的井網可以根據式(3)～式(5)進行坐標變換，轉變至等效各向同性油藏中[18-19]，可分別表示為

(3)

(4)

(5)

式中：Kx為x方向滲透率，mD；Ky為y方向滲透率，mD；K為等效各向同性油藏滲透率，mD。

圖9中注水井到加密井A的距離為

(6)

式(6)中：n為有效注水利用率。

將式(6)代入式(2)，可以得到水驅前緣波及至加密井排的時間為

(7)

當加密時機晚于加密井排見水時間時，加密井投產初始高含水的概率大大增加。

盤古梁長6油藏基本參數如表7所示，代入式(7)可以計算得到加密井排見水時間為22.1年。該區塊自2002年開始投產，2003年初開始注水，2019年投產加密井平均初期含水率為37.1%，水驅前緣尚未波及至加密井排，符合計算得到生產至2025年水驅前緣開始波及至加密井排。

表7 盤古梁長6油藏基本參數

4 結論

結合實際加密井動態生產數據，分析了加密井生產動態特征，將加密井劃分為4種生產動態模式。進一步利用數值模擬方法定量分析加密井網和加密時機對加密效果的影響。在此基礎上提出了低滲透油藏加密技術界限的計算方法。主要得到以下結論。

(1)給出了加密井生產動態模式劃分標準，將加密井劃分為4種生產動態模式：加密效果好：高產見效型加密井；加密效果一般：高產遞減型加密井；加密效果差：低產不見效型加密井；加密效果差：高含水型加密井。

(2)分析了加密井網和加密時機對加密效果的影響，加密井排距對加密后提高采出程度的影響最為顯著，其次是加密井類型，最后是加密時機。

(3)給出了菱形反九點井網極限井距計算圖版，加密調整井網的井距需要小于極限井距以形成有效驅替。

(4)提出了合理加密時機需要滿足的兩個要求：①加密時地層壓力恢復至原始地層壓力的100%及以上并趨于穩定；②水驅前緣未波及至加密井排。并給出了水驅波及前緣波及至加密井排時間的計算公式。