井网问题的研究与应用

井网问题的研究与应用

1井网研究的发展历程长期以来，对气田开发中合理井网的研究一直是一个回避的问题。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注水方式(即井网形式)之间的理论。其后,在50年代,人们研究并且搞清了在任意流度比的条件下,见水后油层波及系数在水驱油过程中的变化。而在50年代末,有人倡导“稀井网大压差”生产,并且大规模地付诸实施,但是在实践中却失败了。60年代末,谢尔卡乔夫(前苏联)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,TongXian-zhang(即童宪章)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。从90年代开始,郎兆新等人[5,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44]开始研究水平井井网的开采问题。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。因为井网在油气田的生产中占有相当重要的地位,它的选择、部署和调整在很大程度上决定着油气田的生产规模、开采年限以及油气田企业的经济效益,而且我国陆上油气田大多属低渗透类型,井网问题尤其突出,因此,非常有必要对井网开展系统深入的研究工作。此文对油气田开发井网的研究进展加以综述。2井网方式的选择在油气田生产中,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。从井网的几何形状规则与否来分,生产现场的井网形式一般分为规则井网和不规则井网两种。一般说来,对于油气藏,当储层均质时,适宜用规则井网开采;而储层非均质时,宜用不规则井网开采。而对于油藏,还可采用缘上注水井网和切割注水井网方式。由于石油和天然气性质的巨大差异,油田的井网要比气田的井网复杂得多。在油田生产中,如采用规则井网,则一般是指面积注水井网。常见的面积注水井网有以下几种:直线型井网、交错线型井网、四点井网、五点井网、七点井网、九点井网、反七点井网和反九点井网等。不规则井网往往是规则井网的变形。现场生产采用何种井网形式以及后期如何调整,应该在对油气藏储层的具体特点和集输处理设施等进行详细研究后确定。2.1开发井网的依据在油气田开发初期,应该高度重视井网的选择和部署,因为初期开发井网不仅会对油气田日后的生产产生很大影响,而且对油水井的调整或转注也有重要影响。在现场生产中,人们一般先布置基础井网,然后由地质特点进行实际布井。针对规则井网,童宪章研究了在注采平衡且产油(或吸水)指数恒定条件下注采井数比与总渗流阻力之间的关系,确定了获得最大产量的井网形式。他指出:从综合指标分析,五点法井网比其它各种井网更好,而且它便于后期调整。此外,人们有在地质条件允许的情况下,从寻求油田最大产液量出发,确定油田的合理油水井数比,进而确定该油田所应选择的注采井网形式;有对窄条带河道砂体,运用随机模拟方法对井网进行了优化部署;有利用地应力信息,估计渗透率各向异性的程度,从而为井网的部署提供参考依据;还有人针对非均质油藏,研究在方向渗透率影响下流体流动规律,为其井网的布置方式提供理论依据。针对低渗透油田的特殊地质情况,李道品等人指出开发布井中应注意的两个重要方向:(1)合理缩小井距,加大井网密度,以达到较高的油层连通程度和水驱控制程度,最终实现较好的开发效果。作者指出,对于正常的砂岩油田,初期宜采用正方形井网和反九点井网注采;(2)认真研究地层裂缝,合理布局注采井网。经过长期研究和实践,人们认为低渗透油田开发的合理注采井网应该是不等井距的沿裂缝线状注水井网,其注水井井距一般应大于油井井距,还应大于注水井与油井之间的排距;此外,人们还动用数值模拟法进行研究,认为菱形反九点井网是存在渗透率方向性的低渗透砂岩油田开发的推荐形式。针对低渗、薄层、地层-岩性圈闭气田,如长庆气田,人们提出了在基础井网上抽稀、分批钻井、逐步调整加密形成最终开发井网的部署方案。综上,初期井网的选择和部署应该着重针对地质特点和后期调整的方便性进行选择。2.2井网加密研究油气田开发过程是一个不断调整的过程,随着开发时间的延长,新问题会不断出现。因此,在油气田生产的中后期,井网调整显得格外重要。常见的井网调整方法有加密和转注。由于在油气田开发初期,往往采用较稀的井网开发储量比较集中、产能较好的层位,因此储量动用不充分,剩余油气较多,故经常采用加密方法来维持油气田的稳定生产。文献针对大庆外围油田扶、杨油层,提出了井网加密原则和加密方式,作者指出:对于裂缝发育的油藏,井网加密应与有效实现线状注水、砂体规模和走向结合起来,同时最大限度地考虑井网的均匀性;对于裂缝相对不发育的地区,主要考虑井网的相对均匀性。其他调整方法有关闭低效井和在已有直井中钻水平井等。此外,人们有运用干扰试井资料来确定合理注采井网,进行井网调整,该法用于文南油田文79北块获得了成功;有对五点法井网(包括正方形和不规则形式)排驱半径进行研究,进而调整井网形式;还有从部分注水井的关闭对注水波及影响的角度来研究井网的调整方案。总之,要想取得较好的开发效果,就应根据不同的地质特点、不同开发阶段和不同调整目的,采取不同的调整方式。3求合理井网密度油田注水开发的效果与井网密度有关,而油田建设的总投资中钻井成本又占相当大的比例,因此井网密度(井数)对注水开发技术的经济效果有着重大影响。井网密度是油气田开发设计和规划编制的重要指标,它涉及到油气田开发指标的计算和经济效益的评价,并与井网形式(三角形或正方形井网)和井距大小有关。陈元千给出了五点注水系统、七点注水系统和九点注水系统的井网密度的计算公式。在实际应用中,井网密度细分为合理井网密度(或称为经济合理井网密度)和极限井网密度(或称为经济极限井网密度)。合理井网密度是指在一定的地质和开发条件下,该油气田的总收入减去总投入为最大,即获得最大利润时的井网密度。当总投入等于总产出,即利润为零时的井网密度为极限井网密度。许多文献[20,21,22,23,24,25,26]给出了求利润的数学公式,如早期俞启泰提出的利润公式Nkηoe−aS−Fb/S=0(1)Νkηoe-aS-Fb/S=0(1)式中N——油田地质储量;k——原油价格;ηo——驱油效率;a——系数;S——井网密度;F——油田开发总面积;b——平均每口井的总投资额。人们一般用迭代法、试算法或曲线交会法求极限井网密度:求合理井网密度时,通常首先用微分法对公式中S求导,然后使用与求极限井网密度相同的方法。他们的计算公式各有不同,结果的准确度也不一样,原因在于各自针对的油气藏的类型不同、开发时期不同或者是否考虑利息和税收等因素。赵向宏则首先求出合理采油速度,然后求出合理井数,进而确定合理井网密度。综上,要想获得满意的结果,应综合考虑各种影响因素,针对不同油气田类型建立合适的数学模型。实际生产中的井网密度应取在合理井网密度附近。4井网密度对开发效果的影响对于均质油藏,井网对采收率的影响不明显。但是,对于非均质油藏,尤其是岩性复杂或不连续的油藏,井网对采收率有相当大的影响,特别是在油田开发后期,井网密度对开发效果的好坏起决定性影响。如果对于非均质油藏采用稀井网,那么储量损失必定增加。下面着重从井网密度与采收率、加密井网与采收率两方面进行综述。4.1开发期仿真结果从大量生产实践中,人们认识到井网密度与可采储量或采收率之间有着密切的关系。一般说来,井网密度越大,最终采收率就越高,但同时增加的幅度也越小。在寻求井网密度与最终采收率关系式的过程中,前苏联学者谢尔卡乔夫的研究工作卓有成效。20世纪60年代,谢尔卡乔夫将油田开发末期采收率的数据加以整理、分析和研究,得到一个重要结果。他首次找到了油田最终采收率η和井网密度S(km2/井)之间的关系式η=ηoe−aS(2)η=ηoe-aS(2)20世纪90年代以来,中国的一些研究人员在谢尔卡乔夫关系式的基础上,对注水波及系数进行了深入的研究,先后得到一些重要结论。如齐与峰提出的公式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)这些公式经过实践检验,有较高的可信度,比如用范江等人提出的公式与萨莫特洛夫油田的经验公式分别计算,误差不超过3.5%;与乌拉尔-鲍沃尔日亚油田的经验公式对比,计算误差不超过0.2%。4.2提高油气藏水驱和采收率在油田生产的中后期,根据油田的实际情况,往往需要对现场井网进行加密调整。国内外油田开发经验和研究表明,加密井网可以减少储量损失,提高采油速度、水驱波及系数和最终采收率,改善不连续油藏的注水开发效果。VanEverdingen提出,密井网是解决不连续油田采收率的主要方法。关于加密调整的方法,Gould和Sarem认为提高油水井对含油砂体的钻遇率是提高水驱采收率的一个新措施。此外,人们还提出了诸如保砂体模拟研究法、地应力作用下渗流场数值模拟研究和区块整体综合治理等方法。这些方法用于实践都取得较好的效果。5井-井-网-井网研究现状自20世纪80年代以来,水平井作为一种高效的油气田开发技术,在世界范围内迅速发展起来。由于水平井的高效开发特点,人们将水平井引入开发井网,这是对直井井网的一个重要补充。随着水平井钻井技术的迅速发展及钻井成本的不断降低,水平井井网(包括水平井与直井联合面积井网和纯水平井井网)越来越受到人们的重视。从90年代以来,国内对水平井井网的研究主要集中在理论方面,以便为油气藏的开发实践提供理论依据。因此,以下着重从理论方面进行总结。5.1井网和井网调查和分析井网没有充20世纪90年代,郎兆新等人在稳定流情况下,用茹可夫斯基函数的一种特定形式z=lchw(用于双井底的水平井和直井联合开采井网)或z2=l2chw(用于四井底的水平井直井联合开采井网)或z-z0=lchw(用于双井底的纯水平井井网)等作保角变换,运用拟三维求解思想,并且使用镜像理论、叠加原理和等值渗流阻力法等渗流理论,对水平井与直井联合开采井网进行了理论研究。他们分别研究了双井底、四井底等水平井井网形式,提出了水平井与直井联合开采井网的渗流力学求解方法,并且推导出压力分布、产能计算、流速分布、见水时间及面积波及系数等的公式,还绘制了沿水平段井筒的渗流速度分布曲线。对于纯水平井井网,运用与上面相同的方法,人们对五点井网和四点井网进行了研究。此外,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,认为从油田开发总体效果看,虽然水平井五点法面积井网较直井井网有所改善,但是最终采收率提高不多,而且水平井不宜作为注水井等。5.2试验井的井网面积井网和内井网地层井网研究除了对正方形水平井井网进行理论研究外,人们还对其他形式的水平井井网作了初步探讨。例如,人们使用与上面相同的方法,对三角形水平井井网、一般的五点法面积井网(指水平井任意方向布井)和水平井五点法矩形井网等进行了研究。此外,范子菲等人运用镜像理论和叠加原理对底水驱动油藏水平井井网产能进行了研究。刘月田运用椭圆函数w=cn[(G/a)z,g]进行保角变换,寻求了水平井整体井网渗流解析解。6井网优化组合通过前面对油气田开发井网研究的回顾,可以看出合理井网对油气田生产和提高经济效益的重要性。随着油气田开发的不断深入,驱替方式的不断变化,油气田开发系统日趋复杂,这就对井网研究提出了更高的要求。从系统角度看,各单井是井网系统的组成部分,井网是油气田开发系统的一个子系统,而油气田开发系统又是社会复杂巨系统的一个子系统。因此,要想较好地解决井网问题,就应从整体出发,优化单井组合;既要处理好单井的泻油气半径、多井干扰以及注采平衡等问题,又要处理好井网在油气田开发系统和社会复杂巨系统的地位与作用问题。井网的优化始终应遵循布置的总井数最少、控制的泻油气面积最大、最终采收率高、有合理的采油气速度、便于调整以及地面设施和管理费用最低等原则。井网研究的方法在不断增加,研究人员的一些努力方向是:井网密度的确定应综合考虑各种因素,建立较完整的数学模型,并且软件