水驱油藏平面流场调控设计方法与流程

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种水驱油藏平面流场调控设计方法。

背景技术：

水驱开发是当前应用范围最广、技术最成熟、效益最好的油田开发方式。当前中高渗透油藏已普遍进入高含水、特高含水期，液量、水量的急剧升高成为制约开发效果的主要矛盾。低油价时代受效益因素制约，传统且粗放式地新井开发模式难以为继。因而，提高现有油水井利用效率的方法能够实现效益的增加。经过近些年的探索，流场调控方法已成为生产管理者们的共识。矿场实践显示，在不增加新井的前提下，可以通过改变油水井空间配置关系及注采量，实现增水增油或降水增油，短期内即可取得良好的经济效益。虽然矿场已积累了丰富的实践经验，但一直以来缺乏科学有效的指导，特别是传统的油藏工程和数值模拟手段对矿场现象解释乏力，致使流场调控方法仍然处于各种摸索猜测中，难以形成技术系列精准服务于油田生产。为此我们发明了一种新的水驱油藏平面流场调控设计方法，解决了以上技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种解决平面流场调控设计中速度场和饱和度场的匹配设计问题，将油藏工程与数值模拟相结合的水驱油藏平面流场调控设计方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：水驱油藏平面流场调控设计方法，该水驱油藏平面流场调控设计方法包括:步骤1，进行油水边界流场分析，计算井网固定、注采量稳定条件下单相流动的压力场和速度场分布；步骤2，将油水边界及生产井近井流动边界离散化，计算获得离散位置的理想速度矢量和实际速度矢量；步骤3，求取评价系数，分别计算边界流场和单井流理想速度和真实速度的差别；步骤4，判断调整后的评价系数是否满足期望值，在评价系数满足期望值时，流程进入到步骤5；步骤5，根据评价系数的结果获得最优的井网及注采调控设计方案。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该水驱油藏平面流场调控设计方法还包括，在步骤1之前，确定目标选区及初始条件。

在确定目标选区及初始条件的步骤中，确定目标研究区块的层位、井网、油水边界位置，根据井网的变化将研究期划分为若干个阶段，每个阶段注水井、采油井的液量采用月度或季度的平均量值，以分别针对各阶段开展流场分析。

在步骤1中，根据地质条件及油藏动态描述油水边界线，油藏初始状态使用原始油水边界线，计算井网固定、注采量稳定条件下单相流动的压力场和速度场分布。

在步骤1中，井数少、井网简单的情况下采用解析法求解，复杂的条件下使用数值解法求解。

在步骤2中，针对油藏油水边界线开展流场分析，将油水边界线离散为n个点，获得当前井网及注采条件下的n个速度矢量v。

在步骤2中，对于任意一点的速度矢量v，定义其与x轴正方向的夹角为θ，矢量的大小为|v|，速度矢量v大小相等方向相同，方向为沿油水边界线的法向，用v’和θ’表示，理想速度与真实速度在不同位置存在不同程度的差异。

在步骤2中，理想速度的大小为真实速度的平均值，计算公式如下：

其中，vi′是流场中某一点的理想速度，vi是该点的真实速度，n是速度矢量的个数。

在步骤3中，评价理想速度与真实速度之间的差异，求取油水边界评价系数r(θ,|v|)和各单井的评价系数pi(θ,|v|)，然后求取综合评价系数a，分别计算边界流场和单井流理想速度和真实速度的差别，包括速度方向差异和大小的差异，分别用角度差异系数s(θ)和模差异系数s(|v|)来表示。

，在步骤3中，角度差异系数计算公式如下：

其中，s(θ)是角度差异系数，θi′是流场中某一点速度的理想角度，θi是流场中某一点速度的真实角度，n是速度矢量的个数；

模差异系数计算公式如下：

其中，s(|v|)是模差异系数，vi′是流场中某一点的理想速度，vi是该点的真实速度，n是速度矢量的个数；

边界流场和单井流场的评价用s(θ)和s(|v|)的乘积表示，计算公式如下：

油水边界流场评价系数：

单井流场评价系数：

综合评价系数：

a＝r(θ,|v|)+∑pi(θ,|v|)(i＝1，2，3…)(6)

其中，r(θ,|v|)表示油水边界流场的匹配程度，pi(θ,|v|)表示生产井pi附近流场的匹配程度，评价系数越小说明理想的流场与实际流场之间的差异越小越满足要求。

在步骤4中，在评价系数不满足期望值时，调整井网及注采参数，流程返回到步骤1，计算调整后的一系列评价系数r(θ,|v|)、pi(θ,|v|)、a。

在步骤5中，根据需求及各井实际情况，反复修改井网形态及注采参数，满足a值最小或若干单井∑pi最小的方案即为目标最优方案。

本发明中的水驱油藏平面流场调控设计方法，源自对油藏级别油水运动规律的重新认识，将油水两相看作相互协作又相互制约的两种连续体。区别于常用油藏数值模拟方法将油水处理为各自独立流动的两种介质，本方法将油藏注水开发看作注水能量随油水井空间位置、注采量不断运移分配的过程，而能量随时间的积累会对原始的饱和度场进行改造，最终形成了各阶段的油水分布关系。分析过程中，以速度场为中心，从油藏和单井两个层面评价其与油藏的适应程度，有助于克服传统方法油藏整体匹配和单井局部匹配不能兼顾的缺点。该方法能够定量评价平面流场的合理程度，对井网、工作制度等参数的调整方向给予明确的指导。低油价时代新井投资锐减，最大化利用现有油水井资源是该阶段增加经济效益唯一有效的途径，而矿场经验已表明流场调控是最经济有效的手段，本发明能够快速定量评价当前流场是否满足油藏或单井油水分布的需求，为制定合理的流场调控策略提供依据，能够科学地指导流场调控的优化，提高设计的效率和精度，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的水驱油藏平面流场调控设计方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中平面液流速度场分布图；

图3为本发明的一具体实施例中油水边界流场分析方法示意图；

图4为本发明的一具体实施例中两注一采井网位置关系图；

图5为本发明的一具体实施例中平面理想径向流场示意图；

图6为本发明的一具体实施例中平面实际径向流场示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的水驱油藏平面流场调控设计方法的流程图。

步骤101，确定目标研究区块的层位、井网、油水边界位置，根据井网的变化将研究期划分为若干个阶段，每个阶段注水井、采油井的液量采用月度或季度的平均量值，以分别针对各阶段开展流场分析。

步骤102，针对其中某一个阶段开展分析，根据地质条件及油藏动态描述油水边界线，油藏初始状态可使用原始油水边界线，计算井网固定、注采量稳定条件下单相流动的压力场和速度场分布。井数较少、井网较简单的情况下可采用解析法求解，较复杂的条件下使用数值解法求解。

如图2所示，xy平面上位于原点(0，0)处一口生产井p1，该井以恒定的流量生产，形成了稳定的速度场。对于任意边界及井网条件下的速度场分布可以通过数值方法求解获得。

步骤103，将油水边界及生产井近井流动边界离散化，计算获得离散位置的理想速度矢量和实际速度矢量。

在一实施例中，针对油藏油水边界线开展流场分析，将油水边界线离散为n个点，可以获得当前井网及注采条件下的n个速度矢量v。

如图3所示，对于任意一点的速度矢量v，定义其与x轴正方向的夹角为θ，矢量的大小为|v|。对于所示的油水边界线，理想的流场应满足速度矢量v大小相等方向相同，方向为沿油水边界线个法向(指向生产井)，用v’和θ’表示，可见理想速度与真实速度在不同位置存在不同程度的差异。

理想速度的大小|v’|为真实速度的平均值，计算方法如下：

其中，vi′是流场中某一点的理想速度，vi是该点的真实速度，n是速度矢量的个数。

针对生产井逐个开展单井流场分析，如图4所示，平面上有两口注水井(i1、i2)，一口生产井(p1)可以获得当前井网及注采条件下，沿着以生产井为中心半径为r的圆周分布的n个速度矢量v。

其中，r是最近注水井距离的1/2，θ是v与x轴正方向的夹角。如图5所示，理想条件下p1井周围应符合图中所示速度分布，即速度大小一致，方向均指向圆心生产井p1；而实际条件下会形成如图6所示的速度场，该图中第三象限的流动方向已经严重背离理想流动，理想速度与真实速度之间存在较大差异。

步骤104，评价理想速度与真实速度之间的差异，求取油水边界评价系数r(θ,|v|)和各单井的评价系数pi(θ,|v|)，然而求取综合评价系数a，初次计算的目的是确定流场调控的目标期望，以此作为后续评价的参照值。

在一实施例中，求取评价系数，分别计算边界流场和单井流理想速度和真实速度的差别，包括速度方向差异和大小的差异，分别用角度差异系数s(θ)和模差异系数s(|v|)来表示，计算公式如下：

角度差异系数：

其中，s(θ)是角度差异系数，θi′是流场中某一点速度的理想角度，θi是流场中某一点速度的真实角度，n是速度矢量的个数。

模差异系数：

其中，s(|v|)是模差异系数，vi′是流场中某一点的理想速度，vi是该点的真实速度，n是速度矢量的个数。

边界流场和单井流场的评价用s(θ)和s(|v|)的乘积表示，计算公式如下：

油水边界流场评价系数：

单井流场评价系数：

综合评价系数：

a＝r(θ,|v|)+∑pi(θ,|v|)(i＝1，2，3…)(6)

其中，r(θ,|v|)表示油水边界流场的匹配程度，pi(θ,|v|)表示生产井pi附近流场的匹配程度，评价系数越小说明理想的流场与实际流场之间的差异越小越满足要求。

步骤105，判断调整后的评价系数是否满足期望值，若不满足，分析各离散点理想速度和真实速度差异特点，进入步骤106，重新设计调整参数。调参结果满足期望要求时，流程进入到步骤107。

步骤106，调整井网及注采参数，然后重复步骤102到104，计算调整后的一系列评价系数r(θ,|v|)、pi(θ,|v|)、a。

步骤107，根据以上多组评价系数的结果获得最优的井网及注采调控设计方案。在一实施例中，根据需求及各井实际情况，反复修改井网形态及注采参数，满足a值最小或若干单井∑pi最小的方案即为目标最优方案。