井網(wǎng)問題的研究與應(yīng)用

井網(wǎng)問題的研究與應(yīng)用

1井網(wǎng)研究的發(fā)展歷程長期以來，對氣田開發(fā)中合理井網(wǎng)的研究一直是一個(gè)回避的問題。20世紀(jì)40年代,Muskat對簡單井網(wǎng)的滲流機(jī)理進(jìn)行了深入的研究;同時(shí),人們在油層均質(zhì)和流度比為1的條件下,提出了見水時(shí)刻油層波及系數(shù)和注水方式(即井網(wǎng)形式)之間的理論。其后,在50年代,人們研究并且搞清了在任意流度比的條件下,見水后油層波及系數(shù)在水驅(qū)油過程中的變化。而在50年代末,有人倡導(dǎo)“稀井網(wǎng)大壓差”生產(chǎn),并且大規(guī)模地付諸實(shí)施,但是在實(shí)踐中卻失敗了。60年代末,謝爾卡喬夫(前蘇聯(lián))提出了油田最終采收率和井網(wǎng)密度的經(jīng)驗(yàn)公式;與此同時(shí),大慶油田提出了“按油砂體大小布井”的觀點(diǎn),按油砂體圖來統(tǒng)計(jì)水驅(qū)控制程度和井網(wǎng)的關(guān)系。80年代初,TongXian-zhang(即童憲章)提出了獲得最大產(chǎn)量的井網(wǎng)形式。90年代初,齊與峰提出了井網(wǎng)系統(tǒng)理論。從90年代開始,郎兆新等人[5,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44]開始研究水平井井網(wǎng)的開采問題。由以上井網(wǎng)研究發(fā)展歷程可以看出,隨著實(shí)踐的不斷發(fā)展,人們對井網(wǎng)的認(rèn)識(shí)也在不斷深入。因?yàn)榫W(wǎng)在油氣田的生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位,它的選擇、部署和調(diào)整在很大程度上決定著油氣田的生產(chǎn)規(guī)模、開采年限以及油氣田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,而且我國陸上油氣田大多屬低滲透類型,井網(wǎng)問題尤其突出,因此,非常有必要對井網(wǎng)開展系統(tǒng)深入的研究工作。此文對油氣田開發(fā)井網(wǎng)的研究進(jìn)展加以綜述。2井網(wǎng)方式的選擇在油氣田生產(chǎn)中,井網(wǎng)的選擇、部署和調(diào)整是開發(fā)方案的重要內(nèi)容,同時(shí)也是油氣田企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素之一。在現(xiàn)場生產(chǎn)中,井網(wǎng)形式主要受油氣田的地質(zhì)特點(diǎn)控制。從井網(wǎng)的幾何形狀規(guī)則與否來分,生產(chǎn)現(xiàn)場的井網(wǎng)形式一般分為規(guī)則井網(wǎng)和不規(guī)則井網(wǎng)兩種。一般說來,對于油氣藏,當(dāng)儲(chǔ)層均質(zhì)時(shí),適宜用規(guī)則井網(wǎng)開采;而儲(chǔ)層非均質(zhì)時(shí),宜用不規(guī)則井網(wǎng)開采。而對于油藏,還可采用緣上注水井網(wǎng)和切割注水井網(wǎng)方式。由于石油和天然氣性質(zhì)的巨大差異,油田的井網(wǎng)要比氣田的井網(wǎng)復(fù)雜得多。在油田生產(chǎn)中,如采用規(guī)則井網(wǎng),則一般是指面積注水井網(wǎng)。常見的面積注水井網(wǎng)有以下幾種:直線型井網(wǎng)、交錯(cuò)線型井網(wǎng)、四點(diǎn)井網(wǎng)、五點(diǎn)井網(wǎng)、七點(diǎn)井網(wǎng)、九點(diǎn)井網(wǎng)、反七點(diǎn)井網(wǎng)和反九點(diǎn)井網(wǎng)等。不規(guī)則井網(wǎng)往往是規(guī)則井網(wǎng)的變形。現(xiàn)場生產(chǎn)采用何種井網(wǎng)形式以及后期如何調(diào)整,應(yīng)該在對油氣藏儲(chǔ)層的具體特點(diǎn)和集輸處理設(shè)施等進(jìn)行詳細(xì)研究后確定。2.1開發(fā)井網(wǎng)的依據(jù)在油氣田開發(fā)初期,應(yīng)該高度重視井網(wǎng)的選擇和部署,因?yàn)槌跗陂_發(fā)井網(wǎng)不僅會(huì)對油氣田日后的生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響,而且對油水井的調(diào)整或轉(zhuǎn)注也有重要影響。在現(xiàn)場生產(chǎn)中,人們一般先布置基礎(chǔ)井網(wǎng),然后由地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際布井。針對規(guī)則井網(wǎng),童憲章研究了在注采平衡且產(chǎn)油(或吸水)指數(shù)恒定條件下注采井?dāng)?shù)比與總滲流阻力之間的關(guān)系,確定了獲得最大產(chǎn)量的井網(wǎng)形式。他指出:從綜合指標(biāo)分析,五點(diǎn)法井網(wǎng)比其它各種井網(wǎng)更好,而且它便于后期調(diào)整。此外,人們有在地質(zhì)條件允許的情況下,從尋求油田最大產(chǎn)液量出發(fā),確定油田的合理油水井?dāng)?shù)比,進(jìn)而確定該油田所應(yīng)選擇的注采井網(wǎng)形式;有對窄條帶河道砂體,運(yùn)用隨機(jī)模擬方法對井網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化部署;有利用地應(yīng)力信息,估計(jì)滲透率各向異性的程度,從而為井網(wǎng)的部署提供參考依據(jù);還有人針對非均質(zhì)油藏,研究在方向滲透率影響下流體流動(dòng)規(guī)律,為其井網(wǎng)的布置方式提供理論依據(jù)。針對低滲透油田的特殊地質(zhì)情況,李道品等人指出開發(fā)布井中應(yīng)注意的兩個(gè)重要方向:(1)合理縮小井距,加大井網(wǎng)密度,以達(dá)到較高的油層連通程度和水驅(qū)控制程度,最終實(shí)現(xiàn)較好的開發(fā)效果。作者指出,對于正常的砂巖油田,初期宜采用正方形井網(wǎng)和反九點(diǎn)井網(wǎng)注采;(2)認(rèn)真研究地層裂縫,合理布局注采井網(wǎng)。經(jīng)過長期研究和實(shí)踐,人們認(rèn)為低滲透油田開發(fā)的合理注采井網(wǎng)應(yīng)該是不等井距的沿裂縫線狀注水井網(wǎng),其注水井井距一般應(yīng)大于油井井距,還應(yīng)大于注水井與油井之間的排距;此外,人們還動(dòng)用數(shù)值模擬法進(jìn)行研究,認(rèn)為菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)是存在滲透率方向性的低滲透砂巖油田開發(fā)的推薦形式。針對低滲、薄層、地層-巖性圈閉氣田,如長慶氣田,人們提出了在基礎(chǔ)井網(wǎng)上抽稀、分批鉆井、逐步調(diào)整加密形成最終開發(fā)井網(wǎng)的部署方案。綜上,初期井網(wǎng)的選擇和部署應(yīng)該著重針對地質(zhì)特點(diǎn)和后期調(diào)整的方便性進(jìn)行選擇。2.2井網(wǎng)加密研究油氣田開發(fā)過程是一個(gè)不斷調(diào)整的過程,隨著開發(fā)時(shí)間的延長,新問題會(huì)不斷出現(xiàn)。因此,在油氣田生產(chǎn)的中后期,井網(wǎng)調(diào)整顯得格外重要。常見的井網(wǎng)調(diào)整方法有加密和轉(zhuǎn)注。由于在油氣田開發(fā)初期,往往采用較稀的井網(wǎng)開發(fā)儲(chǔ)量比較集中、產(chǎn)能較好的層位,因此儲(chǔ)量動(dòng)用不充分,剩余油氣較多,故經(jīng)常采用加密方法來維持油氣田的穩(wěn)定生產(chǎn)。文獻(xiàn)針對大慶外圍油田扶、楊油層,提出了井網(wǎng)加密原則和加密方式,作者指出:對于裂縫發(fā)育的油藏,井網(wǎng)加密應(yīng)與有效實(shí)現(xiàn)線狀注水、砂體規(guī)模和走向結(jié)合起來,同時(shí)最大限度地考慮井網(wǎng)的均勻性;對于裂縫相對不發(fā)育的地區(qū),主要考慮井網(wǎng)的相對均勻性。其他調(diào)整方法有關(guān)閉低效井和在已有直井中鉆水平井等。此外,人們有運(yùn)用干擾試井資料來確定合理注采井網(wǎng),進(jìn)行井網(wǎng)調(diào)整,該法用于文南油田文79北塊獲得了成功;有對五點(diǎn)法井網(wǎng)(包括正方形和不規(guī)則形式)排驅(qū)半徑進(jìn)行研究,進(jìn)而調(diào)整井網(wǎng)形式;還有從部分注水井的關(guān)閉對注水波及影響的角度來研究井網(wǎng)的調(diào)整方案?？傊?要想取得較好的開發(fā)效果,就應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)特點(diǎn)、不同開發(fā)階段和不同調(diào)整目的,采取不同的調(diào)整方式。3求合理井網(wǎng)密度油田注水開發(fā)的效果與井網(wǎng)密度有關(guān),而油田建設(shè)的總投資中鉆井成本又占相當(dāng)大的比例,因此井網(wǎng)密度(井?dāng)?shù))對注水開發(fā)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效果有著重大影響。井網(wǎng)密度是油氣田開發(fā)設(shè)計(jì)和規(guī)劃編制的重要指標(biāo),它涉及到油氣田開發(fā)指標(biāo)的計(jì)算和經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià),并與井網(wǎng)形式(三角形或正方形井網(wǎng))和井距大小有關(guān)。陳元千給出了五點(diǎn)注水系統(tǒng)、七點(diǎn)注水系統(tǒng)和九點(diǎn)注水系統(tǒng)的井網(wǎng)密度的計(jì)算公式。在實(shí)際應(yīng)用中,井網(wǎng)密度細(xì)分為合理井網(wǎng)密度(或稱為經(jīng)濟(jì)合理井網(wǎng)密度)和極限井網(wǎng)密度(或稱為經(jīng)濟(jì)極限井網(wǎng)密度)。合理井網(wǎng)密度是指在一定的地質(zhì)和開發(fā)條件下,該油氣田的總收入減去總投入為最大,即獲得最大利潤時(shí)的井網(wǎng)密度。當(dāng)總投入等于總產(chǎn)出,即利潤為零時(shí)的井網(wǎng)密度為極限井網(wǎng)密度。許多文獻(xiàn)[20,21,22,23,24,25,26]給出了求利潤的數(shù)學(xué)公式,如早期俞啟泰提出的利潤公式Nkηoe?aS?Fb/S=0(1)Νkηoe-aS-Fb/S=0(1)式中N——油田地質(zhì)儲(chǔ)量;k——原油價(jià)格;ηo——驅(qū)油效率;a——系數(shù);S——井網(wǎng)密度;F——油田開發(fā)總面積;b——平均每口井的總投資額。人們一般用迭代法、試算法或曲線交會(huì)法求極限井網(wǎng)密度:求合理井網(wǎng)密度時(shí),通常首先用微分法對公式中S求導(dǎo),然后使用與求極限井網(wǎng)密度相同的方法。他們的計(jì)算公式各有不同,結(jié)果的準(zhǔn)確度也不一樣,原因在于各自針對的油氣藏的類型不同、開發(fā)時(shí)期不同或者是否考慮利息和稅收等因素。趙向宏則首先求出合理采油速度,然后求出合理井?dāng)?shù),進(jìn)而確定合理井網(wǎng)密度。綜上,要想獲得滿意的結(jié)果,應(yīng)綜合考慮各種影響因素,針對不同油氣田類型建立合適的數(shù)學(xué)模型。實(shí)際生產(chǎn)中的井網(wǎng)密度應(yīng)取在合理井網(wǎng)密度附近。4井網(wǎng)密度對開發(fā)效果的影響對于均質(zhì)油藏,井網(wǎng)對采收率的影響不明顯。但是,對于非均質(zhì)油藏,尤其是巖性復(fù)雜或不連續(xù)的油藏,井網(wǎng)對采收率有相當(dāng)大的影響,特別是在油田開發(fā)后期,井網(wǎng)密度對開發(fā)效果的好壞起決定性影響。如果對于非均質(zhì)油藏采用稀井網(wǎng),那么儲(chǔ)量損失必定增加。下面著重從井網(wǎng)密度與采收率、加密井網(wǎng)與采收率兩方面進(jìn)行綜述。4.1開發(fā)期仿真結(jié)果從大量生產(chǎn)實(shí)踐中,人們認(rèn)識(shí)到井網(wǎng)密度與可采儲(chǔ)量或采收率之間有著密切的關(guān)系。一般說來,井網(wǎng)密度越大,最終采收率就越高,但同時(shí)增加的幅度也越小。在尋求井網(wǎng)密度與最終采收率關(guān)系式的過程中,前蘇聯(lián)學(xué)者謝爾卡喬夫的研究工作卓有成效。20世紀(jì)60年代,謝爾卡喬夫?qū)⒂吞镩_發(fā)末期采收率的數(shù)據(jù)加以整理、分析和研究,得到一個(gè)重要結(jié)果。他首次找到了油田最終采收率η和井網(wǎng)密度S(km2/井)之間的關(guān)系式η=ηoe?aS(2)η=ηoe-aS(2)20世紀(jì)90年代以來,中國的一些研究人員在謝爾卡喬夫關(guān)系式的基礎(chǔ)上,對注水波及系數(shù)進(jìn)行了深入的研究,先后得到一些重要結(jié)論。如齊與峰提出的公式η=ηo[1?ε1/2exp(?0.635Csφ(ε)d2)](3)η=ηo[1-ε1/2exp(-0.635Csφ(ε)d2)](3)范江等人提出的公式η=ηoAexp(?aφSohSBK1.5e)(4)η=ηoAexp(-aφSohSBΚe1.5)(4)這些公式經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn),有較高的可信度,比如用范江等人提出的公式與薩莫特洛夫油田的經(jīng)驗(yàn)公式分別計(jì)算,誤差不超過3.5%;與烏拉爾-鮑沃爾日亞油田的經(jīng)驗(yàn)公式對比,計(jì)算誤差不超過0.2%。4.2提高油氣藏水驅(qū)和采收率在油田生產(chǎn)的中后期,根據(jù)油田的實(shí)際情況,往往需要對現(xiàn)場井網(wǎng)進(jìn)行加密調(diào)整。國內(nèi)外油田開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和研究表明,加密井網(wǎng)可以減少儲(chǔ)量損失,提高采油速度、水驅(qū)波及系數(shù)和最終采收率,改善不連續(xù)油藏的注水開發(fā)效果。VanEverdingen提出,密井網(wǎng)是解決不連續(xù)油田采收率的主要方法。關(guān)于加密調(diào)整的方法,Gould和Sarem認(rèn)為提高油水井對含油砂體的鉆遇率是提高水驅(qū)采收率的一個(gè)新措施。此外,人們還提出了諸如保砂體模擬研究法、地應(yīng)力作用下滲流場數(shù)值模擬研究和區(qū)塊整體綜合治理等方法。這些方法用于實(shí)踐都取得較好的效果。5井-井-網(wǎng)-井網(wǎng)研究現(xiàn)狀自20世紀(jì)80年代以來,水平井作為一種高效的油氣田開發(fā)技術(shù),在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展起來。由于水平井的高效開發(fā)特點(diǎn),人們將水平井引入開發(fā)井網(wǎng),這是對直井井網(wǎng)的一個(gè)重要補(bǔ)充。隨著水平井鉆井技術(shù)的迅速發(fā)展及鉆井成本的不斷降低,水平井井網(wǎng)(包括水平井與直井聯(lián)合面積井網(wǎng)和純水平井井網(wǎng))越來越受到人們的重視。從90年代以來,國內(nèi)對水平井井網(wǎng)的研究主要集中在理論方面,以便為油氣藏的開發(fā)實(shí)踐提供理論依據(jù)。因此,以下著重從理論方面進(jìn)行總結(jié)。5.1井網(wǎng)和井網(wǎng)調(diào)查和分析井網(wǎng)沒有充20世紀(jì)90年代,郎兆新等人在穩(wěn)定流情況下,用茹可夫斯基函數(shù)的一種特定形式z=lchw(用于雙井底的水平井和直井聯(lián)合開采井網(wǎng))或z2=l2chw(用于四井底的水平井直井聯(lián)合開采井網(wǎng))或z-z0=lchw(用于雙井底的純水平井井網(wǎng))等作保角變換,運(yùn)用擬三維求解思想,并且使用鏡像理論、疊加原理和等值滲流阻力法等滲流理論,對水平井與直井聯(lián)合開采井網(wǎng)進(jìn)行了理論研究。他們分別研究了雙井底、四井底等水平井井網(wǎng)形式,提出了水平井與直井聯(lián)合開采井網(wǎng)的滲流力學(xué)求解方法,并且推導(dǎo)出壓力分布、產(chǎn)能計(jì)算、流速分布、見水時(shí)間及面積波及系數(shù)等的公式,還繪制了沿水平段井筒的滲流速度分布曲線。對于純水平井井網(wǎng),運(yùn)用與上面相同的方法,人們對五點(diǎn)井網(wǎng)和四點(diǎn)井網(wǎng)進(jìn)行了研究。此外,程林松等人還建立了有限元模型,用之對水平井五點(diǎn)法面積井網(wǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,認(rèn)為從油田開發(fā)總體效果看,雖然水平井五點(diǎn)法面積井網(wǎng)較直井井網(wǎng)有所改善,但是最終采收率提高不多,而且水平井不宜作為注水井等。5.2試驗(yàn)井的井網(wǎng)面積井網(wǎng)和內(nèi)井網(wǎng)地層井網(wǎng)研究除了對正方形水平井井網(wǎng)進(jìn)行理論研究外,人們還對其他形式的水平井井網(wǎng)作了初步探討。例如,人們使用與上面相同的方法,對三角形水平井井網(wǎng)、一般的五點(diǎn)法面積井網(wǎng)(指水平井任意方向布井)和水平井五點(diǎn)法矩形井網(wǎng)等進(jìn)行了研究。此外,范子菲等人運(yùn)用鏡像理論和疊加原理對底水驅(qū)動(dòng)油藏水平井井網(wǎng)產(chǎn)能進(jìn)行了研究。劉月田運(yùn)用橢圓函數(shù)w=cn[(G/a)z,g]進(jìn)行保角變換,尋求了水平井整體井網(wǎng)滲流解析解。6井網(wǎng)優(yōu)化組合通過前面對油氣田開發(fā)井網(wǎng)研究的回顧,可以看出合理井網(wǎng)對油氣田生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益的重要性。隨著油氣田開發(fā)的不斷深入,驅(qū)替方式的不斷變化,油氣田開發(fā)系統(tǒng)日趨復(fù)雜,這就對井網(wǎng)研究提出了更高的要求。從系統(tǒng)角度看,各單井是井網(wǎng)系統(tǒng)的組成部分,井網(wǎng)是油氣田開發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng),而油氣田開發(fā)系統(tǒng)又是社會(huì)復(fù)雜巨系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。因此,要想較好地解決井網(wǎng)問題,就應(yīng)從整體出發(fā),優(yōu)化單井組合;既要處理好單井的瀉油氣半徑、多井干擾以及注采平衡等問題,又要處理好井網(wǎng)在油氣田開發(fā)系統(tǒng)和社會(huì)復(fù)雜巨系統(tǒng)的地位與作用問題。井網(wǎng)的優(yōu)化始終應(yīng)遵循布置的總井?dāng)?shù)最少、控制的瀉油氣面積最大、最終采收率高、有合理的采油氣速度、便于調(diào)整以及地面設(shè)施和管理費(fèi)用最低等原則。井網(wǎng)研究的方法在不斷增加,研究人員的一些努力方向是:井網(wǎng)密度的確定應(yīng)綜合考慮各種因素,建立較完整的數(shù)學(xué)模型,并且軟件