CN101806208A

CN101806208A - 一种对水平井平面井网优化的方法

Info

Publication number: CN101806208A
Application number: CN 201010154493
Authority: CN
Inventors: 张方礼; 任芳祥; 许宁; 徐萍; 孙岩; 于天忠
Original assignee: 徐萍
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2030-04-26
Also published as: CN101806208B

Abstract

提供一种对水平井平面井网优化的方法，该方法基于地下油藏分布，首先确定平面排状水平井井网和平面交错水平井井网，进而比较确定最优平面井网及其井网参数，进行合理化油藏开采。使用本方法解决了现有技术中直井面积井网开采，纵向差异导致油层动用程度低，而且所需井数多；单层水平井开采油层，油气储量动用程度低；直井或单层水平井井网注水，水驱波及系数低的问题；提高了油藏采油速度和采收率，同时降低了开发成本。

Description

一种对水平井平面井网优化的方法

技术领域

本发明属于油藏开发领域，涉及块状或厚层状油藏的开发，具体为一种优化设计水平井平面井网的方法。

背景技术

长期以来，油气田开发中合理井网结构的研究一直是人们重视的课题。20世纪40年代，Muskat对简单井网的渗流机理进行了深入的研究；同时，人们在油层均质和流度比为1的条件下，提出了见水时刻油层波及系数和井网形式之间的理论。60年代末，前苏联学者谢尔卡乔夫提出了油田最终采收率和井网密度的经验公式；与此同时，大庆油田提出了“按油砂体大小布井”的观点，按油砂体图来统计水驱控制程度和井网的关系。80年代初，童宪章提出了获得最大产量的井网形式。90年代初，齐与峰提出了井网系统理论。20世纪90年代，郎兆新等人对水平井与直井联合开采井网进行了理论研究。程林松等人还建立了有限元模型，用之对水平井五点法面积井网进行了数值模拟研究。由以上井网研究发展历程可以看出，随着实践的不断发展，人们对井网的认识也在不断深入。

在油气田生产中，井网的选择、部署和调整是开发方案的重要内容，同时也是油气田企业提高经济效益的关键因素之一。在现场生产中，井网形式主要受油气田的地质特点控制。从井网优化设计的发展可以看出，目前的这些直井面积井网和单层水平井面积井网对于薄层油藏比较适合，属于二维井网结构设计。然而这种井网设计对于块状或厚层状油藏多层开采时，存在以下缺陷：直井面积井网开采，纵向差异导致油层动用程度低，而且所需井数多；单层水平井开采油层，油气储量动用程度低；直井或单层水平井井网注水，水驱波及系数低。

总之，目前井网优化设计仅局限于平面二维空间的研究，井网纵向的排列优化尚无先例可寻，二维井网设计及单层复杂结构井已经难以解决厚层油藏开采的实际问题，如何运用立体井网结构的空间展布合理有效的开发油藏急待解决。

发明内容

为了解决上面现有技术中存在的问题，本发明提出一种对水平井平面井网优化的方法。

依据本发明的技术方案，该对水平井平面井网优化的方法包括以下步骤：

1)利用常规技术手段勘探地下油藏分布；

2)基于地下油藏分布，确定平面排状水平井井网；

3)基于地下油藏分布，确定平面交错水平井井网；

4)根据确定的平面排状水平井井网和平面交错水平井井网，比较确定最优平面井网及其井网参数：

①给定水平段无因次长度l_D和井网单元面积S，在其它参数不变的情况下，改变井排距比F，计算井网平均单井无因次产量Q_D，可得到无因次产量与井排距比的关系曲线，由该曲线可得到最优井排距比F_op；

②保持井网单元面积S不变，改变无因次水平段长度l_D，在其它参数不变的情况下，改变井排距比F，计算井网平均单井无因次产量Q_D，可得到不同水平段无因次长度下的最优井排距比F_op；

③由井网单元面积S及最优井排距比F_op确定井网的最优井距、排距；在最优井排距下，由无因次水平段长度l_D及无因次产量关系曲线对水平段长度进行优化；

5)根据优化的水平段长度进行布井。

进一步地，井排距比定义为排距与井距的比值，即：

F = \frac{2 d}{a}

水平段无因次长度定义为水平段长度与井网单元面积的比值：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{L^{2}}{S}

优选地菱形反九点井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{4 a 4 d} = \frac{l^{2}}{4 ad}

优选地矩形井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{4 a 4 d} = \frac{l^{2}}{4 ad}

优选地平面交错井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{2 a 2 d} = \frac{l^{2}}{ad}

优选地，平面排状井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{2 a 2 d} = \frac{l^{2}}{ad}

式中：F-井排距比；

a-井距之半；d-井排距离；

l-水平段半长；L-水平段长度；

l_D-水平段无因次长度；

S-井网单元面积，平方米；

更优选地无因次产量：

Q_{D} = \frac{11.574 Q B_{o} μ}{KhΔp}

式中：Q_D-无因次产量；

Q-油井产量，立方米/天；

B_o-原油体积系数，小数；

Δp-注采压差，兆帕；

h-油层厚度，米；

μ-原油粘度，毫帕·秒；

K-储层平均渗透率，毫达西。

使用本发明所述的技术方案，解决了现有技术中直井面积井网开采，纵向差异导致油层动用程度低，而且所需井数多；单层水平井开采油层，油气储量动用程度低；直井或单层水平井井网注水，水驱波及系数低的问题。

附图简要说明

图1为平面排状水平井井网示意图；

图2为平面交错水平井井网示意图；

图3为排状水平井井网泄油(水驱)范围示意图；

图4为交错水平井井网泄油(水驱)范围示意图。

具体实施方式

依据本发明所述的对水平井平面井网优化的方法。该方法主要基于以下事实而进行研究来获得的。

在单水平井、直井与水平井联合布井基础上发展起来的开发井都是水平井的情况下，水平井平面井网可以有排状井网和交错井网。采用保角变换、势的叠加理论，推导得到了平面排状水平井井网和平面交错水平井井网的产量，并筛选出平面最优井网。

本发明采用如下的对水平井平面井网优化的方法，其包括以下步骤：

1)利用常规技术手段勘探地下油藏分布；

2)基于地下油藏分布，确定平面排状水平井井网；

3)基于地下油藏分布，确定平面交错水平井井网；

5)根据优化的水平段长度进行布井。

为了更详细地说明本发明的技术方案，在下面对水平井平面井网优化方法进行更详细描述。

(1)平面排状水平井井网产量

图1是平面排状水平井井网的示意。图1中，1——水平采油井；2——水平注水井；3——2a表示井距，；4——b表示排距。

水平段长度相等均为2l，油层厚度为h，水平井都处于油层中部的同一水平面上，水平井产量和注水量都为Q。

由保角变换和势叠加原理可推导出无限生产井排在平面上的势分布为：

Φ_{p} (x^{'}, y^{'}) = Σ_{- \infty}^{+ \infty} \frac{Q}{2 πh} arch {\frac{1}{\sqrt{2} \sin \frac{πl}{2 a}} [\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π (y - 2 nb)}{{2 a}^{'}} - \cos^{2} \frac{πx}{2 a} - - - (1 - 1)

+ \sqrt{{[\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π (y - 2 nb)}{2 a^{'}} - \cos^{2} \frac{πx}{2 a}]}^{2} - {4 \sin}^{2} \frac{πl}{2 a} \sin^{2} \frac{πx}{2 a} {ch}^{2} \frac{π (y - 2 nb)}{2 a}}]^{\frac{1}{2}}} + c

无限注水井排在平面上的势为：

Φ_{i} (x^{'}, y^{'}) = Σ_{- \infty}^{+ \infty} \frac{- Q}{2 πh} arch {\frac{1}{\sqrt{2} \sin \frac{πl}{2 a^{'}}} [\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π [y - (2 n + 1) b}{2 a} - - - (1 - 2)

- \cos^{2} \frac{πx}{2 a} + \sqrt{m_{1} + m_{2}}]^{\frac{1}{2}}} + c

m_{1} = {[\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π [y - (2 n + 1) b]}{2 a} - \cos^{2} \frac{πx}{2 a}]}^{2}

m_{2} = {- 4 \sin}^{2} \frac{πl}{2 a} \sin^{2} \frac{πx}{2 a} {ch}^{2} \frac{π [y - (2 n + 1) b]}{2 a}

地层中任意一点的势为无限注水井井排与生产井井排势的叠加：

Φ(x′，y′)＝Φ_i(x′，y′)+Φ_p(x′，y′) (1-3)

任取相邻两口注水井与生产井井底势差可确定平面内水平井的渗流阻力和流量。对于生产井的(0，0)点和注水井的(0，b)点，将坐标代入注水井井排和生产井井排势分布公式，再根据式(1-3)，最后推导出本专利平面排状水平井井网的地下产量公式(式1-5)：

ΔΦ = \frac{Q}{πh} {arsh \frac{sh \frac{πb}{2 a}}{sih \frac{πl}{2 a}} + Σ_{n = 1}^{+ \infty} [arsh \frac{sh \frac{(2 n - 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + arsh \frac{sh \frac{(2 n + 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} - 2 arsh \frac{sh \frac{nπb}{a}}{\sin \frac{πl}{2 a}}]} - - - (1 - 4)

Q = \frac{{πKh}^{'} Δp}{μ {arsh \frac{sh \frac{πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + Σ_{n = 1}^{+ \infty} [arsh \frac{sh \frac{(2 n - 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + arsh \frac{sh \frac{(2 n + 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} - 2 arsh \frac{sh \frac{nπb}{a}}{\sin \frac{πl}{2 a}}]}} - - - (1 - 5)

考虑水平井井筒周围的渗流阻力，采用拟三维的方法，然后将产量换算为地面产量(式1-6)：

Q = \frac{πKh Δp}{μ B_{o} {arsh \frac{sh \frac{πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + Σ_{n = 1}^{+ \infty} [arsh \frac{sh \frac{(2 n - 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + arsh \frac{sh \frac{(2 n + 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} - 2 arsh \frac{sh \frac{nπb}{a}}{\sin \frac{πl}{2 a}}] + R_{h}}} - - - (1 - 6)

R_{h} = \frac{h}{2 l} \ln \frac{h}{2 π r_{w}} - - - (1 - 7)

式中：φ_p-生产井排在平面上的势；

φ_i-注水井排在平面上的势；

φ-注水井井排与生产井井排势的叠加；

Δφ-注水井与生产井井底势差；

a-井距之半；a’-部分水平井段长，部分模型与全模型的产量比为a’/a；

b-井排距离；

l-水平段半长；

S-井网单元面积，平方米；

Q-水平井产量或注水量，立方米/天。

Δp-注采压差，兆帕；

K-储层平均渗透率，毫达西

B_o-原油体积系数，小数；

h-油层厚度，米；h’-部分油层厚度，米；

μ-原油粘度，毫帕·秒；

c-常数；

n-常数。

(2)水平井平面交错井网产量

图2中，1——水平采油井；2——水平注水井；3——2a表示井距；4——b表示排距。

由保角变换和势叠加理论可推导出地层中一排水平井在平面上势的分布：

Φ (x^{'}, y^{'}) = \frac{Q}{2 πh} arch {\frac{1}{\sqrt{2} \sin \frac{πl}{2 a}} [\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{πy}{2 a} - \cos^{2} \frac{πx}{2 a}

+ \sqrt{{[\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π y}{2 a} - \cos^{2} \frac{πx}{2 a}]}^{2} - {4 \sin}^{2} \frac{πl}{2 a} \sin^{2} \frac{πx}{2 a} {ch}^{2} \frac{π y}{2 a}}]^{\frac{1}{2}}} + c - - - (1 - 8)

将坐标平移可得任意一排水平井在平面上势的分布，则无限生产井排在平面上的势分布为：

Φ_{p} (x^{'}, y^{'}) = Σ_{- \infty}^{+ \infty} \frac{Q}{2 πh} arch {\frac{1}{\sqrt{2} \sin \frac{πl}{2 a}} [\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π (y - 2 nb)}{{2 a}^{'}} - \cos^{2} \frac{πx}{2 a}

+ \sqrt{{[\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π (y - 2 nb)}{2 a} - \cos^{2} \frac{πx}{2 a}]}^{2} - {4 \sin}^{2} \frac{πl}{2 a} \sin^{2} \frac{πx}{2 a} {ch}^{2} \frac{π (y - 2 nb)}{2 a}}]^{\frac{1}{2}}} + c - - - (1 - 9)

无限注水井排在平面上的势为：

Φ_{i} (x^{'}, y^{'}) = Σ_{- \infty}^{+ \infty} \frac{- Q}{2 πh} arch {\frac{1}{\sqrt{2} \sin \frac{πl}{2 a}} [\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π [y - (2 n + 1) b}{2 a} - - - (1 - 10)

- \cos^{2} \frac{π (x - a)}{2 a} + \sqrt{m_{1} + m_{2}}]^{\frac{1}{2}}} + c

m_{1} = {[\sin^{2} \frac{πl}{2 a} + {ch}^{2} \frac{π [y - (2 n + 1) b]}{2 a} - \cos^{2} \frac{π (x - a)}{2 a}]}^{2}

其中

m_{2} = {- 4 \sin}^{2} \frac{πl}{2 a} \sin^{2} \frac{π (x - a)}{2 a} {ch}^{2} \frac{π [y - (2 n + 1) b]}{2 a}

Φ(x′，y′)＝Φ_i(x′，y′)+Φ_p(x′，y′) (1-11)

任取相邻两口注水井与生产井井底势差可确定平面内水平井的渗流阻力和流量。对于生产井的(0，0)点和注水井的(a′，b′)点，将坐标代入注水井井排和生产井井排势分布公式，再根据(1-11)式，最后推导出本专利平面交错水平井井网的地下产量(式1-13)：

ΔΦ = \frac{Q}{πh} {arch \frac{ch \frac{πb}{2 a}}{sih \frac{πl}{2 a}} + Σ_{n = 1}^{+ \infty} [arch \frac{ch \frac{(2 n - 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + arch \frac{ch \frac{(2 n + 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} - 2 arsh \frac{sh \frac{nπb}{a}}{\sin \frac{πl}{2 a}}]} - - - (1 - 12)

Q = \frac{πKhΔp}{μ {arch \frac{ch \frac{πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + Σ_{n = 1}^{+ \infty} [arch \frac{ch \frac{(2 n - 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + arch \frac{ch \frac{(2 n + 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} - 2 arsh \frac{sh \frac{nπb}{a}}{\sin \frac{πl}{2 a}}]}} - - - (1 - 13)

考虑水平井井筒周围的渗流阻力，然后将产量换算为地面产量(式1-14)：

Q = \frac{πKh Δp}{μ B_{o} {arch \frac{ch \frac{πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + Σ_{n = 1}^{+ \infty} [arch \frac{ch \frac{(2 n - 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} + arch \frac{sh \frac{(2 n + 1) πb}{2 a}}{\sin \frac{πl}{2 a}} - 2 arsh \frac{sh \frac{nπb}{a}}{\sin \frac{πl}{2 a}}] + \frac{h}{2 l} \ln \frac{h}{2 {πr}_{w}}}} - - - (1 - 14)

式中：φ_p-生产井排在平面上的势；

φ_i-注水井排在平面上的势；

φ-注水井井排与生产井井排势的叠加；

Δφ-注水井与生产井井底势差；

a-井距之半；b-井排距离；

l-水平段半长；

S-井网单元面积，平方米；

Q-水平井产量或注水量，立方米/天。

Δp-注采压差，兆帕；

K-储层平均渗透率，毫达西

B_o-原油体积系数，小数；

h-油层厚度，米；

μ-原油粘度，毫帕·秒；

r_w-井筒半径，米；

c-常数；

n-常数。

(3)确定最优平面井网及其井网参数

将平面交错井网与平面排状井网对比发现，交错井网为平面上的最优井网，泄油面积大，死油区小(见图3～图4)。

图3～图4中，1表示水平井；2表示泄油范围；3表示死油区；A代表水平井入靶点。平面上，交错井网的死油区较排状井网的死油区少，泄油面积大，井网最优。

最优平面井网的井网参数按照如下方法确定：

③由井网单元面积及最优井排距比可确定井网的最优井距、排距；在最优井排距下，由无因次水平段长度及无因次产量关系曲线可对水平段长度进行优化。

井网参数、水平段长度和产量无因次化定义如下：

井排距比定义为井距与排距的比值，即：

F = \frac{2 d}{a} - - - (1 - 15)

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{L^{2}}{S} - - - (1 - 16)

则菱形反九点井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{4 a 4 d} = \frac{l^{2}}{4 ad} - - - (1 - 17)

则矩形井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{4 a 4 d} = \frac{l^{2}}{4 ad} - - - (1 - 18)

则平面交错井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{2 a 2 d} = \frac{l^{2}}{ad} - - - (1 - 19)

则平面排状井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{2 a 2 d} = \frac{l^{2}}{ad} - - - (1 - 20)

式中：F-井排距比；

a-井距之半；d-井排距离；

l-水平段半长；L-水平段长度；

l_D-水平段无因次长度；

S-井网单元面积；

无因次产量：

Q_{D} = \frac{11.574 Q B_{o} μ}{KhΔp} - - - (1 - 21)

式中：Q_D-无因次产量；

Q-油井产量，立方米/天；

B_o-原油体积系数，小数；

Δp-注采压差，兆帕；

h-油层厚度，米；

μ-原油粘度，毫帕·秒；

K-储层平均渗透率，毫达西。

工业实用性

边台南潜山油藏注采井网不完善、油藏中生产井主要开采-2100米以下油层，采用直井正方形面积井网，井网已经基本完善，但开采效果较差。-1830米以上油层未能动用，仅有6口直井生产，油层动用程度差，采油速度远低于《中国石油油田开发纲要》和《中国石油天然气公司油气田开发行业标准》，这种平面正方形面积井网难以有效动用-1830米以上的潜山油藏。

使用本发明的技术方案进行试验，在-1830米以上的油层利用水平井分层部署，提高储量动用程度；在该潜山油藏采用水平井立体井网开发，按最优井网设计，开展水平井井组试验；试验井组在-1800米和-2120米的位置部署2口水平井(边台H16、边台H18)。这两口井在纵向上交错分布，交错角为30度，水平段长度为700米，纵向井距为370米，水平井平面井距为300米。水平井投产后，取得了较高的产量。边台H16井初期产量为18吨/天，而周边同深度直井初期产量仅4吨/天，水平井产量提高3.5倍。

如上述，已经清楚详细地描述了本发明提出的技术方案。尽管本发明的优选实施例详细描述并解释了本发明，但是本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出多种修改。

Claims

1.一种对水平井平面井网优化的方法，其包括以下步骤：

1)利用常规技术手段勘探地下油藏分布；

2)基于地下油藏分布，确定平面排状水平井井网；

3)基于地下油藏分布，确定平面交错水平井井网；

5)根据优化的水平段长度进行布井。

2.根据权利要求1中所述方法，其中井排距比F定义为排距与井距的比值，即：

F = \frac{2 d}{a};

式中：a-井距之半；d-井排距离。

3.根据权利要求2中所述方法，其中水平段无因次长度l_D定义为水平段长度与井网单元面积的比值：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{L^{2}}{S};

式中：

a-井距之半；L-水平段长度；

l-水平段半长；

S-井网单元面积。

4.根据权利要求3中所述方法，其中菱形反九点井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{4 a 4 d} = \frac{l^{2}}{4 ad};

式中：

a-井距之半；d-井排距离；

l-水平段半长；

S-井网单元面积。

5.根据权利要求3中所述方法，其中矩形井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{4 a 4 d} = \frac{l^{2}}{4 ad};

式中：

a-井距之半；d-井排距离；

l-水平段半长；

S-井网单元面积。

6.根据权利要求3中所述方法，其中平面交错井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{2 a 2 d} = \frac{l^{2}}{ad};

式中：

a-井距之半；d-井排距离；

l-水平段半长；

S-井网单元面积。

7.根据权利要求3中所述的方法，其中平面排状井网的水平段无因次长度为：

l_{D} = \frac{{(2 l)}^{2}}{S} = \frac{{(2 l)}^{2}}{2 a 2 d} = \frac{l^{2}}{ad};

式中：F-井排距比；

a-井距之半；d-井排距离；

l-水平段半长；L-水平段长度；

l_D-水平段无因次长度；

S-井网单元面积。

8.根据权利要求4-7中之任一所述方法，其中无因次产量：

Q_{D} = \frac{11.574 Q B_{o} μ}{KhΔp};

式中：：Q_D-无因次产量；

Q-油井产量，立方米/天；

B_o-原油体积系数，小数；

Δp-注采压差，兆帕；

h-油层厚度，米；

μ-原油粘度，毫帕·秒；

K-储层平均渗透率，毫达西。