一种考虑层间干扰的多层合采油藏水驱采收率预测方法.pdf
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1、一种考虑层间干扰的多层合采油藏水驱采收率预测方法李廷礼,高振南,党胜国,耿志刚,杜春晓(中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459)摘要:考虑层间干扰研究多层合采油藏各层水驱采收率变化规律,对制定油田开发调整政策具有重要意义。联合Buckley-Leverett水驱理论和Welge水驱方程,推导了考虑层间渗流阻力干扰的多层合采油藏水驱采收率计算方法。该方法通过各层渗流阻力差异体现层间干扰程度即注入端各层吸水量系数值,针对各层的注入量采用水驱油理论和物质平衡原理建立水驱采收率计算式,循环迭代计算各小层的渗流阻力、吸水量和水驱指标(含水饱和度、含水率、水驱波及系数及采收率),可以预测各
2、小层水驱采收率与累积注入量关系。该方法应用于渤海QHD油田高含水期开发调整,首次在海上采取大规模水平井联合定向井分层系开发模式,通过实施开发调整,各主力层采油速度由0.5%0.8%提高至1.9%2.2%,采收率由10.4%22.4%提高至26.5%37.9%,极大改善了油田开发效果。应用实例表明,该方法计算简便且具有较高的准确性和实用性,可真实反映多层合采油藏水驱过程中高、中、低渗层(低、中、高黏层)之间的干扰程度及其对水驱采收率的影响。关键词:多层油藏;渗透率级差;黏度级差;层间干扰;渗流阻力;开发层系;水驱采收率中图分类号:TE341文献标志码:AA water flooding reco
3、very prediction method for multi-layer combinedproduction reservoir considering inter-layer interferenceLI Tingli,GAO Zhennan,DANG Shengguo,GENG Zhigang,DU Chunxiao(CNOOC China Limited Tianjin Branch,Tianjin 300459,China)AbstractAbstract:It is important to study the change law of water flooding reco
4、very rate of each layer in a multi-layer co-production reservoirconsidering inter-layer interference for the formulation of oilfield development adjustment policy.Based on the Buckley-Leverett waterflooding theory and the Welge water flooding equation,it was derived the calculation method of water f
5、looding recovery rate for multi-layer combined reservoirs considering the inter-layer seepage resistance interference.The method reflects the degree of inter-layerinterference through the difference in seepage resistance of each layer,i.e.,the value of the water absorption coefficient of each layer
6、atthe injection end.The calculation formula of the water-driven recovery rate is established by using the water-driven oil theory andmaterial balance principle for the injection amount of each layer,and the seepage resistance,water absorption volume,and water-drivenindex(water saturation,water cut,w
7、ater flooding swept efficiency and oil recovery rate)of each small layer are calculated by cycliciteration,which can predict the relationship between water-driven recovery rate and cumulative injection amount of each small layer.This method was applied to the development adjustment of the QHD Oilfie
8、ld in the Bohai Sea during the high water cut period.For thefirst time,the development mode of large-scale horizontal wells combined with directional wells was adopted offshore.Through theimplementation of development adjustment,the oil recovery rate of each main formation was increased from 0.5%-0.
9、8%to 1.9%-2.2%and the recovery factor was increased from 10.4%-22.4%to 26.5%-37.9%,which greatly improved the oilfield development effect.Theapplication example shows that the method is easy to calculate and has high accuracy and practicality,and can truly reflect theinterference degree among high,m
10、edium,and low permeability layers(low,medium and high viscosity layers)in the waterfloodingprocess of multi-layer combined reservoir and its influence on the recovery rate of waterflooding.引用格式:李廷礼,高振南,党胜国,等.一种考虑层间干扰的多层合采油藏水驱采收率预测方法 J.复杂油气藏,2023,16(2):204-210,214.LI Tingli,GAO Zhennan,DANG Shengguo,
11、et al.A water flooding recovery prediction method for multi-layer combined production reservoirconsidering inter-layer interference J.Complex Hydrocarbon Reservoirs,2023,16(2):204-210,214.doi:10.16181/ki.fzyqc.2023.02.015收稿日期:2022-06-02;改回日期:2022-07-12。第一作者简介:李廷礼(1978),高级工程师,主要从事海上油气田开发综合研究工作。E-mail
12、:。基金项目:“十三五”国家科技重大专项“渤海油田加密调整及提高采收率油藏工程技术示范”(2016ZX05058001)。复杂油气藏Complex Hydrocarbon Reservoirs2023年6月第16卷第2期Key wordsKey words:multi-layer reservoir;permeability difference;viscosity difference;inter-layer interference;seepage resistance;development layer;water flooding recovery第16卷第2期海上油田受地质情况复杂、
13、开发成本高等因素制约,初期通常采用多层合采开发方式,以降低开发风险和提高开发效益。随着开发不断深入,多层合采油藏层间矛盾逐渐暴露,直接影响油田含水上升率、递减率和水驱采收率等开发指标。因此针对层间干扰研究多层合采油藏水驱开发规律,对制定油田开发政策具有重要指导作用。由于层间干扰影响因素多且各因素之间关联作用机制极为复杂,针对层间干扰作用机理及其对水驱开发效果的影响研究一直是行业热点和难点。早期通过分层产能、产吸剖面等测试手段获得直接的资料,后来有的学者利用室内实验模拟层间干扰及其对驱替效果影响,同时采用数模方法拟合或预测层间干扰控制因素及其对开发指标的影响1-7。于春生等设计多层非均质水驱油实
14、验,研究多层油藏层间干扰主控因素及其对驱油效率的影响8-11;许家峰等基于层间干扰特征,建立多层合采砂岩稠油油藏层间干扰动态表征方法12-14;李文红等以生产动态数据和分层测试数据为基础,通过数据整理建立水驱油藏多层合采井产量动态劈分方法15-18;支继强等考虑层间渗流阻力,提出多层合采油藏注入液劈分机理及优化方法19-20;冯其红等考虑层间非均质的影响,建立多层油藏开发指标预测方法21;王增林等根据注采关系和驱替实验数据,推导出水驱油田采收率预测方法22-24。目前考虑层间干扰的多层油藏水驱开发研究主要集中在动态表征、注采劈分和指标预测等,而对于层间干扰动态变化规律及其对水驱采收率影响的研究
15、较少。针对上述情况,以油田开发实践认识为基础,从 Buckley-Leverett 水驱理论和 Welge 水驱方程出发,推导了考虑层间渗流阻力干扰的多层合采油藏水驱采收率计算方法,研究合采过程中各层动态干扰程度及其对水驱采收率的影响,并应用于渤海QHD油田高含水期开发调整研究及实施,极大改善了油田开发效果,为该类油田高效开发提供借鉴。1计算方法1.1渗流阻力、吸水量计算针对多层油藏(见图1),研究一维水驱油过程,假设:各层渗透率或流体性质有差异,油层厚度、渗流截面积、注采井距一样;油相、水相为达西线性流,非活塞式驱替;不考虑重力、毛管压力与启动压力梯度,岩石和流体不可压缩;合注合采,注采平衡
16、,不考虑层间窜流,各层注水量按照各层渗流阻力值劈分。P#USU#SUU#UPSU!*图1多层合采水驱模型示意根据达西定律得到任一含水饱和度为Sw的截面油水流量为25:qt=-KAkro(Sw)o+krw(Sw)wdpdx(1)对式(1)变形:qt=-dpdxKAkro(Sw)o+krw(Sw)w式(2)分母项即为该截面的油水渗流阻力:=dxKAkro(Sw)o+krw(Sw)w水驱油过程中随着前缘饱和度移动,存在两相区和纯油区,因此渗流阻力由两相区渗流阻力和纯油区渗流阻力组成,对式(3)进行积分得到注入端到出口端油水渗流阻力:=0 xf1KAkro(Sw)o+krw(Sw)wdx+L-xfKA
17、kro(Swi)o(4)式(1)(4)中:qt为流过任一含水饱和度为Sw的截面产液量,m3/d;为注入端到出口端油水渗流阻力,(mPas)/(m2m)或 MPa/(m3d);Sw为任一时刻含水饱和度,小数;K为储层渗透率,10-3m2;kro为对应含水饱和度Sw的油相相对渗透率,小数;krw为对应含水饱和度Sw的水相相对渗透率,小数;o为地层原油黏度,mPas;w为地层水黏度,mPas;A为油层渗流截面,m2;L为注入端到出口端的距离,m;x为对应含水饱和度Sw的移动距离,m;xf为前缘含水饱和度移动距离,m。(2)(3)李廷礼,等.一种考虑层间干扰的多层合采油藏水驱采收率预测方法 205复杂
18、油气藏2023年6月根据Buckley-Leverett渗流理论,得到前缘饱和度移动方程:x=f w(Sw)At0qtdt(5)当前缘含水饱和度为Swf时,得到前缘饱和度移动距离:xf=f w(Swf)At0qtdt(6)将式(5)和(6)联立:x=xff w(Swf)f w(Sw)(7)将式(7)求导:dx=xff w(Swf)df w(Sw)(8)将式(8)代入式(4)得=SwfSwcxfKAkro(Sw)o+krw(Sw)wf w(Swf)df w(Sw)+L-xfKAkro(Swi)o(9)式(9)中,Swf为前缘含水饱和度,小数;Swc为束缚水饱和度,小数。根据油水分流量方程得到任一
19、含水饱和度为Sw的截面含水率:fw(Sw)=krw(Sw)wkro(Sw)o+krw(Sw)w(10)对式(10)进行变形得kro(Sw)o+krw(Sw)w=krw(Sw)wfw(Sw)(11)将式(11)代入式(9)得=fw(Swf)0 xfKAkrw(Sw)wfw(Sw)f w(Swf)df w(Sw)+L-xfKAkro(Swi)o(12)笔者在前人研究基础上,结合油田开发实践认识,发现水驱油藏层间渗流阻力差异不但影响产出端各层产出量12-18,而且影响注入端各层注入量19-20,因此某一时刻(或某一时间段)注入端层间干扰可以通过该时刻(或某一时间段)的渗流阻力值反映出来,即注入端各层
20、注入量根据各层渗流阻力比值进行劈分,第i层吸水量系数为:i=1ini=11i(13)式(13)中,n为纵向上油层总数。已知油层物性、流体性质与相渗曲线等参数,利用式(12)可计算任一含水率导数值对应的注入端到出口端的渗流阻力值,而含水率导数与累积注入量(累积注入孔隙体积倍数)为倒数关系,从而得到渗流阻力随着累积注入量的变化关系,然后利用式(13)计算第i小层吸水量系数。下面以渤海 QHD 油田为例分析水驱过程中各层渗流阻力、吸水量系数变化特征。该油田纵向上3个小层,各层渗透率均为3 00010-3m2,孔隙度均为35%,油层厚度均为10 m,各小层地层原油黏度分别为60,90,120 mPas
21、,地层水黏度均为0.5mPas,各层采用相同相渗数据(见图2);注采井距为360 m,油层宽度为200 m。!N!,L!,L,#E(SPSX图2 油水相渗曲线如图3、图4所示,各层渗流阻力、吸水量系数随着注入PV不断增大而动态变化,在不同含水期呈现出不同的变化特征:(1)初期各层含水饱和度均为原始状况,渗流阻力主要由流体性质决定,低黏层渗流阻力最小,吸水量系数最大,中黏层次之,高黏层渗流阻力最大,吸水量系数最小,低、中、高黏层渗流阻力分别为54,93,146 MPa/(m3d),吸水量系数分别为0.50,0.30,0.20。(2)随着注入PV不断增加,含水率逐渐上升,进入低中含水期,各层渗流阻
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