CN105626010B - 一种分段注水井中注水层段合理划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及针对注水开发油藏在纵向上实现最大程度均衡驱替提供一种分段注水井中注水层段合理划分方法，该方法包括：步骤(1)计算各小层渗流阻力；步骤(2)注水层段初步划分及段内渗流阻力级差计算；步骤(3)一级筛选，筛选出满足层段划分政策界限X_j＜4.2(j＝1,…,N)的方案，进入下一步筛选，若无满足条件的方案，则增加划分段数N＝N+1，回到步骤(2)；步骤(4)二级筛选，筛选出段间隔层厚度大于2m的方案，进入下一步筛选；步骤(5)三级筛选，计算各个方案中段内渗流阻力级差的方差，方差最小者为最优方案。

Description

一种分段注水井中注水层段合理划分方法

技术领域

本发明涉及注水开发油藏综合调整技术领域，特别是涉及一种油藏进入高含水期之后，有效改善层间动用程度差异，提高水驱油藏采收率的多层合采合注油藏中分段注水井中注水层段的合理划分方法。

背景技术

我国东部油田以陆相沉积为主，含油层系多，层间物性差异大，层间非均质性强，导致油藏进入高含水期之后，层间动用程度差异大，层间矛盾比较突出。进入高含水期后油藏层系井网已经固定，而且纵向上的层系划分也很细致，无法继续细分；大幅度的层系调整将带来井网相应的改变，导致经济成本耗费巨大。分段注水技术是改善层间动用程度差异的经济有效的重要措施，而注水层段的合理划分是提高分段注水效果的关键。目前国内外对注水层段划分方法的研究较少，现场施工中只是依据经验进行分段，缺少分段的依据指标和界限。因此，本专利提出将渗流阻力作为注水层段划分的依据指标，并提出了注水层段划分依据指标的政策界限，建立了一套分段注水井合理层段的三级划分方法，以提高分段注水井的开发效果，降低层间动用程度差异，提高水驱油藏采收率，使油田获得最大的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现注水开发油藏层间最大程度均衡驱替的方法，即水驱油藏分段注水井中注水层段的合理划分方法。针对层间动用不均衡的水驱油藏，以小层的渗流阻力为依据指标，在满足渗流阻力级差相应的政策界限的前提下，通过三级筛选确定合理的注水层段。

本发明可以通过如下技术措施来实现：

步骤(1)：假设某油藏有M个小层，根据各小层的静态参数：渗透率、原油粘度、油层宽度、油层厚度、含油条带长度和动态参数-剩余油饱和度计算各个小层的渗流阻力R_i(i＝1，...，M)(其中，R_i为第i层的渗流阻力)；

步骤(2)：注水层段初步划分及段内渗流阻力级差计算。初步确定注水层段数N＝2。按照在同一注水层段内层与层相邻的原则，将油藏内所有小层从上到下看作是有序排列的队列，除首尾两个元素外，队列中每两个元素间均存在一个空格用于插空。M层油层划分为N段进行注水时，则有M-1个空格用于插空，插空元素共有N-1，即共有种分段方案。分别计算各方案中N个注水层段的段内渗流阻力级差(其中，X_j为第j段的段内渗流阻力级差，无因次；R_max、R_min分别为段内最大渗流阻力、段内最小渗流阻力，MPa·s/cm³)；

步骤(3)：一级筛选，筛选出满足层段划分政策界限X_j＜4.2(j＝1，...，N)的方案，进入下一步筛选。若无满足条件的方案，则增加划分段数N＝N+1，回到步骤(2)；

步骤(4)：二级筛选，在一级筛选出的方案的基础上，筛选出相邻小层间隔层厚度大于2m的方案，进入下一步筛选；

步骤(5)：三级筛选，在二级筛选出方案的基础上，根据各方案中各段内渗流阻力级差，计算各个方案段内渗流阻力级差的方差(其中，为各方案中N段的平均渗流阻力级差，无因次)，方差最小者为最优方案。

关键技术要点包括：

1.注水层段划分依据指标确定

由于隔层的存在，同一层系的储层被划分为若干个小层，断块油田储层沉积条件复杂，因此各小层物性有一定的物性差异。不同小层由于储层物性差异和动用程度差异，各层的渗流阻力均不相同，导致各层吸水能力不同进而导致各层注入水驱替的不均衡。因此，提出把渗流阻力相近的油层组合在一起来达到提高采收率的目的。

对于存在边水的油藏，从注水井到生产井可划分为两个渗流阻力区，即纯水区和油水两相区，其中一小层的吸水量为

R_w为纯水区渗流阻力，表达式为

R_wo为油水两相区的渗流阻力，表达式为

可得到总渗流阻力的表达式

其中，Q为小层的吸水量，cm³/s；Δp为油水井井底压差，MPa；R、R_w和R_wo分别为小层总渗流阻力、纯水区渗流阻力和油水两相区的渗流阻力，MPa·s/cm³；K为小层绝对渗透率，μm²；K_ro和K_rw分别为原油相对渗透率和水相对渗透率，无因次；L为注采井距，cm；L_o为小层油水两相区的长度，即含油条带长度，cm；μ_o和μ_w分别为原油粘度和水粘度，mPa·S；h为有效地层厚度，cm；B为油藏宽度，cm。

渗流阻力项中既包含了影响吸水量的静态因素：渗透率、流体粘度、有效地厚度、含油条带长度，也包含了动态因素：剩余油饱和度。因此将其作为划分注水层段的综合依据指标。

实际油藏层段划分所依据指标的计算方法如下：

(1)对于M层边水油藏，根据井距和水区宽度，计算各层水区渗流阻力

(2)根据各层地质储量和累积产油量，计算得到各层油区的平均含水饱和度

(3)根据各层油区平均含水饱和度和相对渗透率曲线得到每个小层的油、水的相对渗透率K_roi、K_rwi，计算各层油区渗流阻力

(4)根据公式 计算得到各层总的渗流阻力。

其中，R_i、R_wi和R_woi分别为第i小层总渗流阻力、纯水区渗流阻力和油水两相区的渗流阻力，MPa·s/cm³；为第i小层油区的平均含水饱和度，无因次；K_i为第i小层绝对渗透率，μm²；K_roi和K_rwi分别为第i小层原油相对渗透率和水相对渗透率，无因次；L为注采井距，cm；L_oi为第i小层油水两相区的长度，即含油条带长度，cm；μ_o和μ_w分别为原油粘度和水粘度，mPa·S；h_i为有效地层厚度，cm；B_i为油藏宽度，cm。

2.指标政策界限的确定

在注水层段划分时，为了保证同一层段内各小层均能取得较好的开发效果，需要确定层段划分的政策界限，在确保各段内渗流阻力级差均小于该政策界限下划分注水层段。

层段划分政策界限根据油藏的数值模拟由采出程度与渗流阻力级差之间的关系给出。

采用油藏数值模拟技术建立了一个注水层段内渗流阻力级差的上限值。建立多层非均质模型，采用五点法井网合注合采至含水85％，根据各小层的剩余油饱和度计算各小层渗流阻力。然后，采用分段注水。根据不同的分段方法，计算得到不同分段方案下采出程度与段内渗流阻力级差的关系曲线，如图1所示。

由图1可以看出，在同一注水层段内随着层间渗流阻力极差增大，油藏采出程度总体呈下降趋势。渗流阻力级差小于4.2时，随渗流阻力级差增大，油藏采出程度缓慢减小；当级差大于4.2后，采出程度下降速度迅速增加，说明层间干扰较为严重，分段效果变差。因此将4.2作为分段注水段内渗流阻力级差的界限，超出这个界限的相邻的层不可以划分到同一段内。

3.基于指标政策界限的一级筛选

由于段内渗流阻力级差小于渗流阻力级差界限4.2时，注入水的纵向驱替相对均衡从而采出程度也较高，因此若要使油藏整体采出程度较高则必须使N个注水层段的段内渗流阻力均满足层段划分的渗流阻力级差政策界限(其中，X_j为第j段的段内渗流阻力级差，无因次；R_max、R_min分别为段内最大渗流阻力、段内最小渗流阻力，MPa·s/cm³)。根据层段划分的渗流阻力政策界限优选出符合条件的方案。

4.基于工艺因素的二级筛选

在一级筛选出分段方案之后，还要根据隔层情况进行优选。分段注水时各段之间应具有相当稳定的隔层，隔层不稳定分布会导致分段注水开采效果较差，而且措施的有效期较短；分段注水要求段间隔层的厚度不能太小，基于工艺技术要求优选隔层厚度大于2m的分段方案。

5.基于方差最小化的三级筛选

基于各段内渗流阻力级差的方差最小化的原则需要对通过一级筛选和二级筛选所选出的方案选出最佳方案。根据各方案中各段内渗流阻力级差，计算各个方案中段内渗流阻力级差的方差方差最小者为最优方案。

附图说明

图1为本发明的分段注水井中注水层段合理划分指标政策界限的确定的方法——采出程度与渗流阻力级差关系图；

图2为本发明的分段注水井中注水层段合理划分计算渗流阻力时所采用的相对渗透率曲线；

图3为本发明的分段注水井中注水层段合理划分分段注水方案开发效果的预测——不同分段方案下含水率与采出程度关系图。

具体实施方式

为使本发明明显易懂，采用实例作详细说明。

东辛油田营6油藏为20层正韵律油藏。各小层参数见表1。层间均有隔层，注采井距为260米，地层倾角为10度。该油藏合注合采至含水85％时采用分段注水。在含水率为85％时测得各小层参数，见表1。

表1含水率为85％时各小层参数

注：表中第2号层的隔层厚度表示1号层和2号层间的隔层厚度，其余类推。

根据该油藏含水85％时的各层静态参数和动态参数进行注水层段划分，具体实施步骤如下：

步骤1.各层渗流阻力的计算

由M＝20个小层的静态参数：渗透率、原油粘度、油层宽度、油层厚度、含油条带长度和动态参数—剩余油饱和度，根据渗流阻力计算公式

计算M个小层的渗流阻力，计算渗流阻力所用的相对渗透率曲线见附图2。含水率为85％时各小层渗流阻力见表2，由表2看出，正韵律油藏的各层渗流阻力自上而下依次降低。

表2含水率为85％时各小层渗流阻力

步骤2.注水层段划分及段内渗流阻力级差的计算

初步确定注水层段数N＝2。按照在同一注水层段内层与层相邻的原则，将油藏内所有小层从上到下看作是有序排列的队列，除首尾两个元素外，队列中每两个元素间均存在一个空格用于插空。M层油层划分为N段进行分段注水时，则有M-1个空格用于插空，插空元素共有N-1，即共有种方案。

20个小层分2段注水共有种方案，计算各方案中N段的段内渗流阻力级

步骤3.基于指标政策界限的一级筛选

依据步骤2中的层段划分方案，筛选出满足层段划分政策界限X_j＜4.2(j＝1，...，N)的方案。

在该实例中，分段数N＝2时不存在各段均满足政策界限的方案，令N＝N+1即分段数N＝3，回到步骤2；按照同样的方法对分三段的方案进行优选，不存在各段均满足政策界限X_j＜4.2(j＝1，...，N)的方案，得到的一组段内级差X_j＜5.4(j＝1，...，N)的方案，见表3；

表3三段方案设计表

令N＝N+1即分段数N＝4，回到步骤2。按照同样的算法对分四段的方案进行优选，得到19中均满足政策界限X_i＜k(i＝1，...，N)的方案。

步骤4.基于工艺因素的二级筛选

对于上述步骤所筛选出的19种分4段的方案，基于工艺技术要求，筛选出段间隔层厚度大于2m的方案。得到4组满足隔层厚度要求的方案，见表4。

表4四段方案设计表

步骤5.基于指标级差最小化的三级筛选

对于步骤4所筛选出的四种分段方案，根据各方案中各段内渗流阻力级差X_i，计算各个方案中段内渗流阻力级差的方差计算结果见表5。可以看出，方案3的方差最小，因此方案3是最优的注水层段划分方案，即1-3层为一合注水层段，4-8层为一合注水层段，9-14层为一合注水层段，15-20层为一合注水层段。

表5四段方案方差统计表

分段方案	1	2	3	4
					方差	0.542	0.473	0.07	0.382

根据优化出的分段注水方案，采用油藏数值模拟技术对分段注水方案进行了开发效果预测，预测结果见附图3。由附图3可以看出，分段注水技术可以有效地降低含水率，提高油藏的采出程度，且随着分段数的增加采出程度也随之增大。与全油层合采相比较，分两段注水可以使采出程度提高1.7％，分三段注水可以使采出程度提高3.0％，而分四段注水可以使采出程度提高3.2％与分三段注水采出程度的提高幅度大致相同。因此，将注水段数确定为三段，实施该技术后，该油藏累积增产油量15.6万吨，具有显著的经济效益。由此可见，采用该方法划分注水层段进行分段注水，将极大的改善油田的开发效果，提高油田产油量，大大增加油田的经济效益。该方法具有极大的推广应用前景。

Claims (5)

1.分段注水井中注水层段合理划分方法，包括以下步骤：

步骤(1)：计算各小层渗流阻力，其中根据M个小层的静态参数：渗透率、原油粘度、油层宽度、油层厚度、含油条带长度和动态参数—剩余油饱和度计算M个小层的渗流阻力R_i，其中i＝1，…，M；

步骤(2)：注水层段初步划分及段内渗流阻力级差计算，其中初步确定注水层段数N＝2，按照在同一注水层段内层与层相邻的原则，将油藏内所有小层从上到下看作是有序排列的队列，除首尾两个元素外，队列中每两个元素间均存在一个空格用于插空，M层油层划分为N段进行分段注水时，则有M-1个空格用于插空，插空元素共有N-1，即共有种方案，计算各方案中N段的段内渗流阻力级差其中j＝1，…，N；Xj为第j段的段内渗流阻力级差，无因次；R_max、R_min分别为段内最大渗流阻力、段内最小渗流阻力，MPa·s/cm³；

步骤(3)：一级筛选，筛选出满足层段划分政策界限的方案，进入下一步筛选；若无满足条件的方案，则增加划分段数N＝N+1，回到步骤(2)；

步骤(4)：二级筛选，在一级筛选出的方案的基础上，筛选出段间隔层厚度大于2m的方案，进入下一步筛选；

步骤(5)：三级筛选，在二级筛选出的方案的基础上，根据各方案中各段内渗流阻力级差，计算各个方案中段内渗流阻力级差的方差方差最小者为最优方案。

2.根据权利要求1所述的分段注水井中注水层段合理划分方法，其特征在于，在步骤(1)中，根据各小层的静态物性参数和动态参数利用渗流阻力公式

计算各小层的渗流阻力；其中：i＝1，…，M；R_i、R_wi和R_woi分别为第i小层总渗流阻力、纯水区渗流阻力和油水两相区的渗流阻力，MPa·s/cm³；K_i为第i小层绝对渗透率，μm²；K_roi和K_rwi分别为第i小层原油相对渗透率和水相对渗透率，无因次；L为注采井距，cm；L_oi为第i小层油水两相区的长度，即含油条带长度，cm；μ_o和μ_w分别为原油粘度和水粘度，mPa·S；h_i为有效地层厚度，cm；B_i为油藏宽度，cm。

3.根据权利要求1或2所述的分段注水井中注水层段合理划分方法，其中层段划分政策界限根据油藏的数值模拟由采出程度与渗流阻力级差之间的关系给出。

4.根据权利要求1或2所述的分段注水井中注水层段合理划分方法，其中层段划分政策界限为X_j<4.2，其中j＝1，…，N。

5.根据权利要求3所述的分段注水井中注水层段合理划分方法，其中层段划分政策界限为X_j<4.2，其中j＝1，…，N。