CN102272414A - 优化具有流动障碍物的储层中的井产量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了优化从包括具有底水或边水的地下地层的地下地层中的烃开采的计算机实现的系统和方法。该系统和方法可以配置成接收来自储层模拟的指示地下地层中的绕过油区域的数据；根据由储层模拟识别的绕过油区域，识别地下地层中的流动障碍物；以及预测地下地层中的所识别流动障碍物的横向延伸。可以相对于流动障碍物将加密水平井设置在地下地层的区域，使得来自地下地层中的水平井的生产优化烃开采。

Description

优化具有流动障碍物的储层中的井产量的方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年9月19日提交的美国临时申请第61/098,609号的优先权，特此通过全文引用并入本文中。

技术领域

本文件涉及优化从地下地层(包括具有底水或边水的地下地层)的烃开采的系统和方法。本文件还涉及优化具有流动障碍物(flowbarrier)的地下地层中的烃开采的系统和方法。

背景技术

传统垂直井在水驱储层中，例如在薄底水储层或边水储层中，可能造成严重的锥进问题。底水储层位于含水层之上，并且在储层流体与含水层水之间可能存在连续的大致水平界面(水/油接触面)。在边水储层中，只有一部分储层流体可以大致与含水层水接触(水/油接触)。包含烃(例如但不限于油)的储层流体可以通过扩张下伏水和岩石而从这些水驱储层中生产出来，下伏水和岩石的扩张可以迫使储层流体进入井筒中。由于实际生产率可能超过水/油接触的平面开始变形的临界速率而产生锥进问题。从历史上来看，以临界无水速率生产的井可能收益较低。水平井已经被用于提高从水驱储层中得到的油产量，并且通常被认为是好于传统垂直井的替代物，因为它们实现了更好的经济效益、提高的采油量和更高的开发效率。长水平井筒能够与大储层区域接触，使得对于给定速率，水平井要求较低的压降(drawdown)，导致锥进/脊进的程度较低。

水平井已经被应用于改善从像在中国东部渤海湾发现的那样，具有一般从五米到二十米的薄油带并具有强底水的储层的采油。为了使油产量最大化和避免早期水锥进或脊进，可以将水平井设置在油砂体的顶部附近，并且可以在水突破之前以小压降进行井生产。不过，来自不同水平井的生产响应彼此可能显著不同，即使它们工作在相似条件下。例如，一些井可能在很短时间内呈现过早水锥进，并且含水量(water cut)迅速上升，而另一些井可能呈现较晚的水突破，并且含水量在较长时间内稳定增加。

井筒与水/油接触面之间具有有限水平延伸或连续性的不连续低渗透或不可渗透薄流动障碍物的存在可能影响水锥进特性。例如，流动障碍物的存在可能是有益的，因为与没有障碍物相比，生产相同油量的累计产水量可能较少，并且生产相同油量所需的时间可能较短。另外，一旦水到达障碍物，就可以限制锥进，因为生产引起的压降在障碍物的边缘处可以小于在缺乏障碍物情况下的井处。在一些情况下，完全不可渗透障碍物对锥形的影响可以等同于将井筒向外延伸到障碍物的半径范围。

包含不连续页岩的地层中的垂直和水平井的生产率已经使用数值模拟而被研究过。对于单相油流，不连续页岩呈现水平井与垂直井之间的生产率指数(或PI)之比减小。对于底水储层中的双相油/水流，随机分布的不连续页岩在水平井和垂直井两者中呈现采油量随含水量减少而增加(与没有页岩的井相比)。换句话说，页岩通常将水平井屏蔽起来免受上升水锥的影响，导致较低的含水量值。一般说来，尽管当存在页岩时，总的井生产率通常会降低，但油生产率因页岩对水前进的掩护作用而增大。于是，对于油产量而言，不连续页岩的长期效应似乎是有益的。

可以通过水平井产油的包含不可渗透层的储层中的水/油接触面移动也已经使用透明物理2-D模型而被研究过。结果表明，当长水平井的井口端位于不可渗透岩脉的上层之上时，可以获得提高的采油量。底水储层中的不连续不可渗透层或岩脉起垂直储层流的障碍物的作用或降低了垂直等效渗透率。这种情况可以导致水突破延迟和油产量显著提高。异构情况下的油产量也已证明好于同构情况下的油产量，使得它们延迟了水突破，并且使含水量较缓慢地增加。

现场数据表明，流动障碍物有益于水平井的性能。例如，已知水平井在水突破之前几乎一年可以产油。有鉴于此，有人建议把人造不可渗透障碍物放置在井筒周围，以阻止水锥/水脊形成。有人还建议使用像聚合物那样的化学物质部分地插入底水带中，以便提高底水储层中的井生产性能。有人还推荐离水/油接触面尽可能远地钻探长水平井，以提高井性能。但是，如果不知道流动障碍物的物理位置和尺寸，可能需要进行长期生产测试来获取有关这些流动障碍物的影响的可靠的开发前数据。

发明内容

如本文所公开的那样，本发明提供了优化从地下地层(包括具有底水或边水的地下地层)的烃开采的系统和方法。本发明还提供了优化具有流动障碍物的地下地层中的烃开采的系统和方法。

例如，本发明提供了识别潜在加密区域(infill area)和优化井位置的系统和方法，该方法包含：使用一个或多个储层模拟来识别地下地层的绕过油区域；根据由所述一个或多个储层模拟识别的绕过油区域，从钻井记录中识别地下地层中的一个或多个流动障碍物；预测地下地层中的所识别流动障碍物的横向延伸；将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有高剩余油饱和度的区域上，使得一个或多个流动障碍物位于一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；以及将至少一个水平井设置在地下地层的油柱的顶部附近。水平区段(horizontal section)可以被钻探到井距允许的长度。以小压降对水平井进行生产可以控制水锥进。当含水量高时(例如，80-90％)，可以提高液体生产率。

一种系统和方法可以配置成：接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据，并执行用于识别“绕过”油区域的一个或多个计算和/或储层模拟。

一种系统和方法可以用于识别和演示流动障碍物对水平井性能的影响。可以识别流动障碍物的不同参数对水平井性能的敏感性。

一种系统和方法允许将流动障碍物的不同参数对水平井性能的敏感性用在加密钻探优化中以便提高加密井的油产量。可以为将流动障碍物的不同参数对水平井性能的敏感性用在加密钻探优化中以便提高加密井的油产量的加密钻探提供工作流。

附图说明

图1A-C是具有不同流动障碍物比例的储层模型的一种实现的示意图；

图1D-F是图1A-C中的实现的累计油产量的示意图；

图2A-D是具有不同流动障碍物比例的储层模型的一种实现的示意图；

图2E-H是图2A-D中的实现的累计油产量的示意图；

图3是含水量曲线的示意图；

图4是含水量曲线和累计油产量的示意图；

图5是例示渗透率模型的横截面的示意图；

图6是累计油产量的示意图；

图7A是流动障碍物比例的示意图；

图7B是累计油产量的示意图；

图7C是含水量的示意图；

图8A-B是例示渗透率模型的横截面的示意图；

图9是流动障碍物比例的示意图；

图10A是井位置的示意图；

图10B是例示井横截面的示意图；

图11A-B是井产量曲线的示意图；

图12是钻井记录的示意图；

图13A和13B是地质井模型和水/油接触面的示意图；

图13C和13D是显示在图13A和13B中的井的历史匹配的示意图；

图14A和14B是例示井横截面的示意图；

图14C和14D是例示渗透率层的示意图；

图14E是低渗透率层的示意图；

图15A和15B是例示井的水饱和度的横截面的示意图；

图16是产量曲线的示意图；

图17示出了优化具有流动障碍物的储层中的井产量的方法的步骤；

图18是用于优化具有流动障碍物的地下地层中的井的位置的示范性计算机结构的方块图；

图19是例示具有流动障碍物的井的横截面的示意图；

图20是井位置的示意图和流动障碍物的等高图；

图21A和21B是产量曲线的示意图；

图22A和22B是产量曲线的示意图；

图23是根据本发明的建议先导孔钻探的示意图；

图24A-24F是产量曲线的示意图；

图25是产量曲线的示意图；以及

图26例示了实现本文公开的方法的一个或多个步骤的计算机系统的例子。

具体实施方式

本发明提供了用于优化从地下地层(包括具有底水或边水的地下地层)的烃开采、和用于优化具有流动障碍物的地下地层中的水平井的位置的系统和方法。对于本领域技术人员来说，显而易见，本文结合底水储层的描述也可应用于边水储层。一种系统和方法可以配置成使用指示地下地层中的绕过油区域的数据来优化水平井的位置。该数据可以从地下地层的一个或多个储层模拟中获得。地下地层中的流动障碍物可以根据由储层模拟识别的绕过油区域从例如地下地层的钻井记录中识别。该钻井记录包含井内或井周围的物质的一个或多个物理量的测量值(与深度或时间，或两者的关系)。当从至少一个水平井中生产包含烃的流体时，该系统和方法可以用于优化从地下地层的烃开采。

考虑到水锥进特性以及因此底水储层或边水储层中的水平井的性能可能难以预测，可以使用显性地表示流动障碍物分布的高分辨率储层模型。如果不应用它们，对流动井行为的影响对于模拟模型的不同实现可能相差很大。更高分辨率储层模型可以被用于定义用于精确表示流动障碍物的参数。这些参数中的一些包括但不限于比重对比度、迁移率比、垂直渗透率、流动障碍物与周围储层的渗透率对比度、到水/油接触面的距离、水平井的长度、流动障碍物的尺度和分布。本文所公开的计算或模拟可以通过储层模拟器或在现有技术中已知的其它计算方法来进行。本文所公开的储层模拟例如可以在计算机上进行，该计算机可以接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据，并进行识别“绕过(by-pass)”油区域的一个或多个储层模拟。“绕过”油区域可能出现在例如注入的水或气体生成绕过地球地层的低渗透率部分中的油的优先流动路径的地方。例如，气体可能绕到较低压的区域中。像孔隙率和渗透率那样的地球地层性质或参数可以影响水流动路径，导致“绕过”油区域。此外，“绕过”油区域可能因缺乏从这个区域中提取油的现有生产井，或缺乏将油压出这个区域的注入井而出现。

一种合成单井数值模型可以用于指示储层地质对水平井性能的影响，更具体地说，流动障碍物对强底水驱动薄储层中的水平井性能的影响。该合成模型具有60x60x32的网格，单元大小为：dx＝dy＝20m，对于第1-31层，dz＝0.5m，对于第32含水层，dz＝10m。流动障碍物的分布可以通过具有如下控制参数的指示模拟生成：流动障碍物的比例是5-20％，流动障碍物的横向相关长度(λ_x＝λ_y)是100-400m。可以作出没有垂直相关性的假设。针对不同流动障碍物比例、大小和与背景砂的渗透率对比度总共研究了七种情况(参见表1)。

表1

图1A-C示出了利用不同流动障碍物比例生成的储层模型的一种实现，以及与从没有流动障碍物的模型中得出的结果相比较的从每种情况的10种实现中得出的25年的相应累计油产量。图1A示出了具有20％流动障碍物比例的情况1，图1B示出了具有10％流动障碍物比例的情况2，以及图1C示出了具有5％流动障碍物比例的情况3。图1D-F分别示出了每种情况的相应累计油产量。假设背景砂的渗透率(k)对于所有情况都是其值为2,000mD的常数。可以假设孔隙率和kv/kh对于所有单元都是0.2和32％。可以将水平井设置在模型的中间、从顶部算起第5层上，它在水/油接触面之上大约12.5m处，并且沿着x方向水平区段长度为680m。底层是通过使用大孔隙率乘数而具有强含水强度的含水层。可以使用与在中国东部的储层中所发现的石油性质相似的石油性质：粘度＝22cp，API比重＝25度。

水平井以固定液体速率生产，并且使用商用流动模拟器对每种情况的10种实现模拟井性能。在模拟期间可以计及井筒摩擦力。可以通过计及可能的流动障碍物空间分布来使用多种实现，以便获得更有意义的结论。本领域技术人员应该认识到，为获得一组精确不变的统计数据，可能需要许多种实现。图1D-F将来自该井的25年累计油产量与没有流动障碍物的情况作了比较。

图2A-C示出了具有不同的流动障碍物的相关长度(400m和100m)的储层模型的一种实现，10种实现的预测累计油产量，以及具有不同的流动障碍物的渗透率值(1md和20md)的预测。具体地，图2A示出了情况4，图2B示出了情况5，图2C示出了情况6，图2D示出了情况7。图2E-H分别示出了每种情况的相应累计油产量。对于所有情况，流动障碍物的存在可以显著提高水平井的油产量。更具体地说，从图1A-F中可以看出，流动障碍物的比例越高，累计油产量就越高。另外，从图2A-H中可以看出，流动障碍物的横向延伸越大(用更大的相关长度表示)，生产性能就越好，但不同实现的性能差异越大。而且，页岩渗透率越小，生产性能就越好，但不同实现的性能差异也越大。

流动障碍物的存在增加了从含水层到水平井的水行进路径，导致水锥进减速和掠过区域增大。当流动障碍物的相关长度或流动障碍物与背景砂之间的渗透率对比度大时，实现之间的性能差异可能相对较大。这表示井性能对某些“关键”流动障碍物相对于井位置的空间分布的高敏感性。本领域技术人员应该认识到，如果流动障碍物的相关长度或比例太大(例如，大到可能引起压力传递问题的程度)，则井性能可能变得更差。

图3示出了来自将用作基本情况的情况2的10种实现的第一年含水量曲线。取决于实现(即，流动障碍物相对于井路径的空间分布)，流动障碍物的存在可以加速或减缓水突破。但是，当在模型中存在流动障碍物时，水突破之后含水量的随后上升通常可能更慢。来自“好”实现和“差”实现的第一年的含水量和累计油产量显示在图4中。“好”实现可以定义为水突破时间最长的实现，或在本例中为图3的实现4。“差”实现可以定义为水突破时间最短的实现，或在本例中为图3的实现6。图4中的结果表明，对于具有流动障碍物的模型，尽管水突破可能显著更快，但仍然可达到更好的油产量，主要是因为从具有流动障碍物的模型中得出的含水量的上升慢于没有流动障碍物的模型。

为了进一步研究具有和没有流动障碍物的模型中的水脊进特性，可以考虑井路径下面的区域处水饱和度随时间的变化。图5示出了渗透率模型的横截面，以及与从没有流动障碍物的模型中得出的那些相比较、从实现4和6中得出的水饱和度在不同时间的分布。水脊进的不同特征很明显。对于没有流动障碍物的模型，在整个水平区段内都发生早期水锥进，而对于具有流动障碍物的模型，水突破在实现6中发生得晚得多，或在实现4中发生得早得多。但是，在这两种情况下，水锥进只发生在水平区段的一小部分上。水平井区段的大部分在相当长时段之后都不经历水锥进。本领域技术人员应该认识到，流动障碍物实际上可以掩护水平区段的一些部分免受水前进的影响。这就可以解释为什么尽管水突破在具有流动障碍物的模型中可能比在没有流动障碍物的模型中更快，但在具有流动障碍物的模型中的含水量增加可能比在没有流动障碍物的模型中的含水量增加更慢。因此，对于底水储层，当存在流动障碍物时，水平井的水锥进特性更有可能与边水储层类似。另外，图5示出了对于具有流动障碍物的模型，水平区段与水/油接触面之间的掠过区域显然大于没有流动障碍物的模型。这可能是因为流动障碍物起朝井筒方向垂直流的障碍物作用，因此垂直流的流线可以绕过流动障碍物，导致掠过更宽的区域。图6示出了具有流动障碍物的模型的开采率(或累计油产量)可以高于没有流动障碍物的模型。从“差”实现(实现4)得出的25年之后的累计油产量仍然比没有流动障碍物的模型高32％，而“好”实现(实现4)在25年之后的累计油产量则高87％。

对于给定实现或模型，流动障碍物的空间分布是已知的，并且可以计算流动障碍物的垂直比例/分数图。流动障碍物的垂直比例/分数图可以是空间变化的。当检查生产性能与井位置处的流动障碍物的比例之间的相关性时，可以显示，如果将井的水平区段设置在井路径与水/油接触面之间的流动障碍物比例高的区域中，它将良好地运行。为了例证这一点，计算情况2的实现3的从第6层(在我们的模型中，将水平井设置在第5层)到第31层(水/油接触面位于其下面)的流动障碍物的垂直比例。结果显示在图7A中。这个图形的给定(i，j)单元中的灰度级指示从相同(i，j)单元的26个层(第6层到第31层)计算的流动障碍物的垂直比例的值。例如，在左上角单元(1，1)上，在26个层(第6层到第31层)当中，只在1个层中发现流动障碍物，因此，单元(1，1)中的流动障碍物的垂直比例是1/26＝0.04。原始水平井被设置在这个模型的中间(实线)，此处流动障碍物的比例相对较小(尤其在井口(左)侧)。这可能导致与没有流动障碍物的模型相比，累计油产量只提高54％的相对较差的生产性能。将水平井向左上移动到虚线所指的位置，并重新计算井性能。结果显示在图7B和7C中，从中可以看出，新定位的井的生产性能可以显著好于原始井位置，与没有流动障碍物的模型相比，25年的油产量提高了140％。

图8A-B示出了揭示将井位置从原始地点(图8A)移动到新位置(图8B)所产生的有益影响的不同时间的渗透率和水饱和度的横截面。可以在新井位置的横截面中看到比原始井位置的横截面中更多的流动障碍物，这可以导致晚得多的水突破，更缓慢的含水量增加，和来自新井的更高油产量。对于实现6和7，通过将井位置移动到如图9所示的新地点，可以获得相似的效果。对于这两个模型，来自原始井的25年的累计油产量比来自没有流动障碍物的模型的累计油产量高大约40％，而新位置上的井与没有流动障碍物的模型相比多产油90％。

从上文中看到，通过使用流动障碍物的垂直比例图，换句话说，将井设置在流动障碍物的比例更高的区域，可以优化井位置。关于垂直方向，可以将水平区段设置得离水/油接触面尽可能远，使得遇到流动障碍物的机率更大和离水/油接触面的间隔距离更远。最佳归一化间隔z/h可以在0.7-0.9的范围内，其中z是间隔距离，h是储层顶部到水/油接触面的总油柱高度。而且，由于对于用在模拟中的给定井筒尺寸和生产率，沿着井筒的压降可以较小，所以钻探长水平井来获得更大接触面积也许是有利的。

关于流动障碍物对井产量的影响的现场验证，讨论如下。储层地质和流动障碍物可以影响底水储层中的水平井的生产性能和水脊进特性。不连续流动障碍物的存在通过延迟水突破和减缓含水量上升，提高水平井的生产性能。流动障碍物可以将水平区段的一部分屏蔽起来免受上升水脊的影响，而当没有流动障碍物时，整个水平井都可能发生水脊进。

举一个例子来说，研究中国渤海湾的油田的两个水平井的地质特性和生产性能。第一生产地层油田1的储层深度从1000m到1400m。第二生产地层油田2处于1450-1900m的深度上。油田1地层由具有蜿蜒水道、多个砂石系统和复杂油/水系统的河流沉积储层组成，而油田2是具有网状水道和强底水的河流砂沉积，油柱高度从10m到30m。在油田2地层中钻出两个水平井，井A和井B，以便使用水平井测试这种储层的开发效率。如图10A和B所示，这两个井钻在地质条件非常相似的结构顶部位置上。这两个井的水平长度分别是井A为713m和井B为999m。井A和井B的油柱高度(从水平区段到水/油接触面)分别是11m和16m。完成之后，使这两个井工作在相似条件，即，相似的初始生产率和相似的小压降。因此，预计这两个井具有相似的生产性能。但是，这两个井显示出相当不同的生产性能。井A早期显示出不稳定生产，在不到3个月内迅速水突破。另外，含水量在水突破之后迅速增加，在不到一年内达到90％。如图11A所示，油产量在一年内从大约200m³/天下降到大约30m³/天。这些是薄底水储层中的水平井的典型生产特性。来自井B的产量在不止8个月内都是稳定的，并且没有水。如图11B所示，含水量在水突破之后逐渐增加，在3年内停留在小于50％上。井B的生产性能未显示出典型底水储层的特性，而是典型边水储层的特性。

为了理解两个井的生产性能的显著不同，对两个井周围区域中的储层特性的研究揭示了低渗透薄流动障碍物的存在。如本文前面所述，具有井筒与水/油接触面之间的有限水平延伸/连续性的低渗透薄流动障碍物可能影响水锥进特性。于是，具有这种流动障碍物的井(像井B那样)，可以显示出较晚的水突破，以及在突破之后含水量稳定增加，而没有这种障碍物的井(像井A那样)，可以显示出迅速的水锥进，以及含水量迅速达到90％以上。

为了进一步理解井A和井B中的不同生产性能，考虑附近两个评估井，井C和井D。井C和井D的位置显示在图10B中，使井D与井A接近，而使井C与井B接近。图12示出了这两个井的记录，井D中的γ射线和渗透率差不多是均匀的，指示渗透率高的净砂，而在井C中，可以识别出两条低渗透率带，指示可能存在低渗透率流动障碍物。然后，构建油田2地层的储层模型，并且通过现有技术中众所周知的方法进行历史匹配。图13A-D示出了井A和井B的储层模型、水/油接触面和匹配井性能。两个井中的生产历史的匹配极好，未对原始地质模型做出显著改变。从历史匹配模型中得出的井A和井B区域上的横截面的渗透率分布显示在图14A和14B中。在图14C和14D中，可以看到两个区域中渗透率小于阈值29.5mD(大约是油田2地层中的平均渗透率的1％)的层。在井B与水/油接触面之间存在一些低渗透流动障碍物，而在井A与水/油接触面之间的区域中未显示出流动障碍物。在图14E中，示出了井B区域中一些主要低渗透层的空间(横向)延伸，使得井B的大部分水平区段被几层流动障碍物很好地屏蔽，水突破有可能主要发生在只发现具有有限横向延伸的一层流动障碍物的井口附近的区段处。图15A和15B示出了在两个井的区域中计算的水饱和度的横截面。对于井A，水脊进的确发生在整个水平区段内，而在井B中，水锥进只发生在水平井区段在井口部分附近的一小部分处。井B区域中的大量低渗透率流动障碍物的存在保证了井B中的好生产性能，水突破晚，突破之后含水量的增加缓慢(水锥进只发生在水平区段的一小部分上)。而井A中的差生产性能主要是由于井A区域中的净砂分布，导致水突破较早，含水量增加较快(水脊进发生在整个水平区段上)。因此，油田2地层中的现场数据和模拟结果进一步验证了井A与井B之间的生产性能差异。本领域技术人员应该认识到，一些其它因素也可能影响两个井的性能差异，例如，距水/油接触面的距离、水平井长度和生产压降。

下面讨论优化水平井位置的优化方法。为了充分利用流动障碍物，可以识别这种空间不连续薄流动障碍物的空间分布。这可能是具有挑战性的，因为薄流动障碍物通常可能处于次地震尺度，因此在钻出许多井之前难以表征。因此，对于新油田或生油田的开发，长期生产测试有助于获取有关不连续流动障碍物影响的可靠的开发前数据。对于已经钻了许多井(例如垂直井)的成熟油田的加密钻探，可以从现有井的记录中预测/关联/表征薄流动障碍物的空间分布。可以进行水平井位置的优化，以便充分利用流动障碍物，因此提高流体产量。

将加密钻探优化应用在中国渤海湾油田西区的油田1和油田2地层中。西区的油田1地层比油田2地层浅。主要油砂层是油柱为10-20m的底/边水储层。油田1地层中的油比油田2地层中的油重，粘度为260cp，API比重为15-17度。最初，已经钻了21个垂直井来开发这个区域，但由于严重的水锥进问题，造成生产性能差。如图16所示，含水量在不到一个月内达到50％，当前含水量是大约90％。可以在这个区域中钻探水平加密井，以便提高产量。

也显示在图17中的如下方法可以用于识别潜在加密区域和优化井位置：

(a)使用储层模拟来识别“绕过”油区域；

(b)识别薄流动障碍物(例如从现有钻井记录，但不局限于此)，并预测/关联井之间的流动障碍物的横向延伸；

(c)将加密水平井设置在剩余油饱和度高的区域，并且使流动障碍物位于井路径与水/油接触面之间；

(d)如果有必要，使用先导孔(pilot hole)钻探来验证流动障碍物的存在；

(e)将水平井设置在油柱的顶部附近，并且钻探水平区段到井距允许的长度；以及

(f)以小压降对水平井进行生产以便控制水锥进，然后当含水量高时(例如，80-90％)，提高液体生产率。

图18描绘了用于优化具有流动障碍物和底水的地下地层(也可应用于边水储层)中的井的位置的示范性系统的方块图。该系统可以包含执行本文所讨论的过程的井位置优化模块2。在该系统和方法的实施中，在过程4中接收(例如从储层模拟8)指示地下地层中的绕过油区域的数据，在过程6中根据由储层模拟识别的绕过油区域来识别地下地层中的一个或多个流动障碍物，并且在过程10中预测地下地层中的所识别流动障碍物的横向延伸。储层模拟可以接收指示地下地层中的物质的物理性质的数据12，以便计算指示绕过油的数据。如过程11所示，该系统和方法的实施还可以包含根据预测的横向延伸，确定将一个或多个水平加密井设置在地下地层的区域上，并且根据一个或多个水平加密井的设置，确定相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井。

井位置优化的结果可以是但不限于指示当从地下地层中的至少一个水平井生产包含烃的流体时，能提供从地下地层的优化烃开采的一个或多个水平加密井和/或至少一个水平井的位置的一个或多个参数。

井位置优化的解或结果14可以显示在各种部件上或输出到各种部件，该部件包括但不限用户接口设备、计算机可读存储媒体、监视器、本地计算机、或作为网络的一部分的计算机。

图19示出了西区中的两个横截面和不同油砂层的关联分析，以及流动障碍物。识别出三个主要流动障碍物，并预测了这些流动障碍物的横向延伸。如图20所示，钻出了两个水平井(井E和井F)作为加密钻探的先导测试(pilot test)。井E钻在距水/油接触面21.5m处(总油柱高度是27m)，水平区段长度为312m。井F钻在距水/油接触面21.7m处(总油柱高度是25m)，水平区段长度为313m。如图21A-B所示，这两个井的生产性能是非常值得肯定的。井E在大约一年内几乎无水地生产，然后含水量逐渐增加。当前累计油产量达到27,000m³。井F在不止两年内生产纯油，然后含水量逐渐增加。来自井F的当前累计油产量达到28,500m³。这两个井均显示出与井B类似的期望生产行为，也就是说，水突破较晚，并且特别是在突破之后含水量增加缓慢。

在两个先导水平加密井成功生产之后，如图10A所示，在井B区域附近的油田2地层中钻出另外两个水平井，井G和井H。另外，如图20所示，在油田1地层中钻出另外六个井，井I-N。将这些井设置在所解释的潜在流动障碍物之上，水平区段与水/油接触面的距离从11m到22m，水平区段的长度为170-650m。井G和井H的产量曲线显示在图22A-B中，图22A-B再次例示了水突破较晚和含水量缓慢增加的良好性能行为。井H从一开始就无水生产。

所建议的井J区域中的流动障碍物分布可能不确定。为了降低流动障碍物存在的不确定性，可以在水平区段之前钻出先导孔来检查是否存在预测的流动障碍物。图23示出了从验证流动障碍物的存在的先导孔的钻井记录中得出的解释结果。然后，像最初设计的那样钻出井J。图24A-24F示出了所有六个新钻加密井的生产性能。除了井N之外，来自这些井的初始产量都呈现出良好性能，在井N中水的产量在开始生产之后马上变得异常大。这样的行为可能由储层之外的其它原因引起。中国渤海湾油田西区的加密钻探项目被证明是非常成功的。这例证了把重点集中在流动障碍物分布上的本发明的方法可以适用于强底水驱动储层。如图25所示，来自8个加密水平井的当前产量占油田西区的油田1地层中的当前总油产量的几乎50％。

下面是使用优化方法所得的结果的例子。来自不同井的生产响应可以显示出显著差异，即使它们工作在相似条件下。尽管以高质砂石为目标，但一些井呈现出过早的水锥进和迅速的含水量上升，而另一些井呈现出延迟得多的水突破和更慢的含水量增加。可以进行一系列储层模拟，以研究所观察的差异。模拟结果表明，井筒与水/油接触面之间具有有限的水平延伸/连续性的低渗透薄流动障碍物的存在起到影响水锥进特性的作用。带有这样的流动障碍物的井显示出较晚的水突破，以及在突破之后含水量稳定增加，而没有这样的障碍物的井呈现出迅速的水锥进，以及含水量迅速达到90％以上。水/油接触面与水平井之间的低渗透率障碍物的存在可以减速水锥进，导致有利的生产性能。这种现象通过模拟和来自中国渤海湾油田的实际现场数据得到验证。生产性能的精确预测用到流动障碍物相对于井筒位置的物理分布的知识。实际上，横向薄流动障碍物通常处于次地震尺度，因此难以针对生油田加以识别。但是，对于已经钻了许多垂直井的成熟油田中的加密钻探，可以从现有井的记录中预测/关联这种流动障碍物的空间分布。根据这样的分析，可以优化水平加密井的位置，以便充分利用流动障碍物来提高产量。

为了开发薄底水储层，可以与油带的顶部尽可能接近地钻探长水平井。低渗透率流动障碍物的存在可以提高底水驱动储层中的水平井的生产性能。流动障碍物的优点包括延迟水突破，减缓含水量上升，和增大掠过区域。水平井设置相对于流动障碍物分布的优化可以为带有流动障碍物的储层系统增值。高分辨率储层模型可以用于模拟系统中的薄流动障碍物的影响。

装置和计算机程序实现

本文所公开的方法的一个或多个步骤可以按照如下程序和方法，使用例如像本节所描述的计算机系统那样的计算机系统的装置来实现。这样的计算机系统还可以存储和操纵例如指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据、识别“绕过”油区域的储层模拟、或可以供利用本文所描述的方法的步骤实现的计算机系统使用的测量结果。该系统和方法可以实现在各种类型的计算机架构上，例如，在单台通用计算机，并行处理计算机系统，或工作站上，或在联网系统(例如，像显示在图26中那样的客户机-服务器配置)上。

如图26所示，实现本文所公开的一种或多种方法和系统的模拟计算机系统可以与网络链路链接，网络链路可以是，例如，与其它本地计算机系统连接的局域网(“LAN”)的一部分，和/或与其它远程计算机系统连接的像因特网那样的广域网(“WAN”)的一部分。

该系统包含本文所述的方法的任何模拟或计算机实现步骤。例如，软件部件可以包括使一个或多个处理器实现如下步骤的程序：接受指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的多个参数、和/或识别“绕过”油区域的储层模拟的参数；以及将指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的参数、和/或识别“绕过”油区域的储层模拟的参数存储在存储器中。例如，该系统可以接受用户人工输入(例如，通过用户界面)、接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的参数、和/或识别“绕过”油区域的储层模拟的参数的命令。该程序可以使该系统从数据存储装置(例如，数据库)中检索指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的参数、和/或识别“绕过”油区域的储层模拟的参数。这样的数据存储器可以存储在大型存储设备(例如，硬盘驱动器)或其它计算机可读媒体上，并且被装载到计算机的存储器中，或者，该数据存储器可以由计算机系统通过网络访问。

参考文献引用

本文引用的所有参考文献通过全文引用并入本文中，并且同等程度地用于所有目的，就像每个单独公开、专利或专利申请被具体和分别指示成通过全文引用并入本文中用于所有目的一样。本文对参考文献的讨论或引用不应理解为承认这种参考文献是本发明的现有技术。修改

对于本领域技术人员来说，显而易见，可以不偏离本发明的精神和范围地对本发明作许多修改和改变。通过例子只提供了本文所述的特定实施例，而本发明只受权利要求书，以及与这种权利要求书等同的整个范围限制。

作为本文所述的系统和方法的宽范围的例示，本文所述的系统和方法可以通过包含设备处理子系统可执行的程序指令的程序代码，在许多不同类型的处理设备上实现。该软件程序指令可以包括源代码、目标代码、机器码、或可起使处理系统执行本文所述的方法和操作作用的任何其它存储数据。但是，也可以使用其它实现，例如，固件，或甚至配置成实现本文所述的方法和系统的适当设计的硬件。

该系统和方法的数据(例如，关联、映射、输入数据、输出数据、中间数据结果、最终数据结果等)可以存储和实现在一种或多种不同类型的计算机实现的数据存储装置中，例如，不同类型的存储设备和编程结构(例如，RAM、ROM、闪速存储器、平面文件、数据库、编程数据结构、编程变量、IF-THEN(或类似类型)语句结构)。应该注意到，数据结构描述用在组织数据和将数据存储在数据库、程序、存储器、或其它计算机可读媒体中供计算机程序使用的格式。

该系统和方法可以配备在许多不同类型的计算机可读媒体上，该计算机可读媒体包括计算机存储机构(例如，CD-ROM、软盘、RAM、闪速存储器、计算机硬盘驱动器等)，该计算机存储机构包含用在处理器的执行中以便执行本文所述的方法的操作和实现本文所述的系统的指令(例如，软件)。

本文所述的计算机部件、软件模块、功能、数据存储装置和数据结构可以相互直接或间接连接，以便使它们的操作所需的数据流动。还应该注意到，模块或处理器包括但不限于执行软件操作的代码的单元，并且可以例如实现成代码的子例程单元，实现成代码的软件功能单元，实现成对象(像在面向对象的范式中那样)、实现成小应用程序，用计算机脚本语言实现，或实现成另一种类型的计算机代码。取决于未来处境，软件部件和/或功能可以处于单台计算机或分布在多台计算机上。

Claims (26)

1.一种优化在具有流动障碍物的地下地层中井的位置，以便用于从地下地层的烃开采的方法，包含：

通过计算机系统接收来自一个或多个储层模拟的指示地下地层中的绕过油区域的数据；

通过计算机系统，基于由所述一个或多个储层模拟识别的绕过油区域来识别地下地层中的一个或多个流动障碍物；以及

预测地下地层中的所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸；

其中，基于所预测的横向延伸，将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有预定水平剩余油饱和度的区域，使得所识别的一个或多个流动障碍物位于所述一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；

其中，基于所述一个或多个水平加密井的设置，相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井；以及

其中，从所述至少一个水平井的包含烃的流体的生产优化从地下地层的烃开采。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包含输出或显示指示一个或多个水平加密井或所述至少一个水平井的设置位置的一个或多个参数。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包含从钻井记录中识别地下地层中的一个或多个流动障碍物。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在所述一个或多个水平加密井的间距允许的程度上钻探所述至少一个水平井的水平区段。

5.如权利要求1所述的方法，其中，以间隔(z/h)相对于地下地层的油柱顶部来设置所述至少一个水平井，所述间隔(z/h)在z/h＝0.7到z/h＝0.9的范围内，其中z是所述至少一个水平井距油柱顶部的间隔距离，而h是从所述顶部到水与油之间的接触面的总油柱高度。

6.如权利要求1所述的方法，其中，预测所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸的步骤进一步包含预测所识别的一个或多个流动障碍物的垂直比例。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述地下地层包含底水或边水。

8.一种优化在具有流动障碍物的地下地层中井的位置，以便用于从地下地层的烃开采的方法，包含：

通过计算机系统，使用一个或多个储层模拟来识别地下地层的绕过油区域；

通过计算机系统，基于由所述一个或多个储层模拟识别的绕过油区域，从钻井记录中识别地下地层中的一个或多个流动障碍物；

预测地下地层中的所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸；

基于所预测的横向延伸，确定将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有预定水平剩余油饱和度的区域，使得所识别的一个或多个流动障碍物位于所述一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；以及

基于所述一个或多个水平加密井的设置，确定相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井，

其中，从所述至少一个水平井的包含烃的流体的生产优化从地下地层的烃开采。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包含输出或显示指示一个或多个水平加密井或至少一个水平井的设置位置的一个或多个参数。

10.如权利要求8所述的方法，其中，通过计算机系统使用储层模拟来识别地下地层的绕过油区域进一步包含：接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据，并执行用于识别绕过油区域的一个或多个储层模拟。

11.如权利要求8所述的方法，其中，所述至少一个水平井的水平区段被确定为具有所述一个或多个水平加密井的间距允许的程度。

12.如权利要求8所述的方法，其中，通过计算机系统使用一个或多个储层模拟来识别绕过油区域进一步包含计算地下地层的储层模型，该储层模型具有代表地下地层中的流动障碍物的比例的一个或多个参数，其中所述计算包含改变地下地层中的流动障碍物的比例。

13.如权利要求8所述的方法，其中，通过计算机系统使用一个或多个储层模拟来识别绕过油区域进一步包含计算地下地层的储层模型，该储层模型具有代表地下地层中的流动障碍物的相关长度的一个或多个参数，其中所述计算包含改变流动障碍物的相关长度。

14.如权利要求8所述的方法，其中，预测所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸的步骤进一步包含预测所识别的一个或多个流动障碍物的垂直比例。

15.如权利要求8所述的方法，其中，所述地下地层包含底水或边水。

16.一种提高从具有流动障碍物的地下地层中获得的烃产量的方法，包含：

使用一个或多个储层模拟来识别地下地层的绕过油区域；

基于由所述一个或多个储层模拟识别的绕过油区域，识别地下地层中的一个或多个流动障碍物；

预测地下地层中的所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸；

基于所预测的横向延伸，将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有预定水平剩余油饱和度的区域，使得所识别的一个或多个流动障碍物位于所述一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；

基于所述一个或多个水平加密井的设置，相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井；以及

以小压降从所述至少一个水平井生产包含烃的流体，从而提高从地下地层获得的烃的产量。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包含在设置所述一个或多个水平加密井之后并且在设置所述至少一个水平井之前，钻探一个或多个先导孔以验证流动障碍物的存在。

18.如权利要求16所述的方法，进一步包含当含水量高时，提高从地下地层的流体生产率。

19.如权利要求18所述的方法，其中，当水占所生产流体的80-90％时，则含水量高。

20.如权利要求16所述的方法，其中，使用储层模拟来识别地下地层的绕过油区域进一步包含：接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据，并执行用于识别绕过油区域的一个或多个储层模拟。

21.如权利要求16所述的方法，其中，在所述一个或多个水平加密井的间距允许的程度上钻探所述至少一个水平井的水平区段。

22.如权利要求16所述的方法，其中，使用一个或多个储层模拟来识别绕过油区域进一步包含计算地下地层的储层模型，该储层模型具有代表地下地层中的流动障碍物的比例的一个或多个参数，其中所述计算包含改变地下地层中的流动障碍物的比例。

23.如权利要求16所述的方法，其中，使用一个或多个储层模拟来识别绕过油区域进一步包含计算地下地层的储层模型，该储层模型具有代表地下地层中的流动障碍物的相关长度的一个或多个参数，其中所述计算包含改变流动障碍物的相关长度。

24.如权利要求16所述的方法，其中，预测所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸的步骤进一步包含预测所识别的一个或多个流动障碍物的垂直比例。

25.如权利要求16所述的方法，其中，所述地下地层包含底水或边水。

26.一种用于优化在具有流动障碍物的地下地层中井的位置，以便用于从地下地层的烃开采的系统，所述系统包含：

驻留在存储器中的一个或多个数据结构，用于存储来自一个或多个储层模拟的表示地下地层中的绕过油区域的数据；以及

在一个或多个数据处理器上执行的软件指令，用于基于由所述一个或多个储层模拟所识别的绕过油区域，来识别地下地层中的一个或多个流动障碍物，并预测地下地层中的所识别的流动障碍物的横向延伸；其中：

基于所预测的横向延伸，将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有预定水平剩余油饱和度的区域，使得所述一个或多个流动障碍物位于所述一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；

基于所述一个或多个水平加密井的设置，相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井；以及

从所述至少一个水平井的包含烃的流体的生产优化从地下地层的烃开采。

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