多油层复杂断块油藏开发层系细分研究

第32卷2010年第6期12月

西南石油大学学报（自然科学版）

JournalofSouthwestPetroleumUniversity（Science＆TechnologyEdition）

Vol．32Dec．

No．62010

文章编号：1674－5086（2010）06－0098－05

多油层复杂断块油藏开发层系细分研究

1112

罗水亮，曾流芳，李林祥，闫效义

*

（1．中国石化胜利油田孤东采油厂，山东东营257237；2．中国石油川庆钻探工程有限公司长庆固井公司，陕西西安710021）

摘要：滨南油田毕家断块沙三下亚段属于多层砂岩、强非均质性油藏，其纵向上含油小层多达58个，开发过程中暴

提出利用K－均值算法对小层进行分层聚类，建立定量化的露出层间矛盾日益突出。基于油藏地质及开发特征分析，

开发层系划分标准，指导开发层系的划分。通过K－均值算法将滨南油田毕家断块沙三下亚段细分为三套开发层系，数值模拟分析表明，利用K－均值算法对开发层系进行定量划分是可行的，细分开发层系后渗透率极差变小、层间矛盾减缓，预测15年后采收率提高13．4%。

关键词：复杂断块油藏；开发层系；K－均值算法；数值模拟；聚类分析；滨南油田中图分类号：TE313．3

文献标识码：A

DOI：10．3863/j．issn．1674－5086．2010．06．020

表1

滨南油田毕家断块渗透率极差与吸水厚度统计表

Statisticallistofpermeabilitycontrastandabsorbing

thickness，BijiafaultblockinBinnanOilfield

吸水

层数/厚度/厚度比例/

m%个143268．8234

62．39．9

78．536．510．2

不吸水

层数/厚度/厚度比例/

m%个417528

73．6108．487．4

21．563．589．8

滨南油田毕家断块位于东营凹陷滨县凸起的南

斜坡带，构造上属于滨南断裂带二台阶，为一被断层主要含复杂化了的向南西倾伏的牵引型鼻状构造，油层段为沙三下亚段，可细分为4个砂层组（油层埋深1500～1800m），各砂层组岩性主要为含砾砂岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、油页岩等。含油井有58个油层，综合含水86．2%，属于段长达300m，中高含水期，油层渗透率平均为272．3mD，层间渗透率极差以5～100为主，变异系数为0．92，突进系

［1－2］

。数为11．90，油藏为强非均质性油藏

Table1

渗透率极差＜55～10＞10

对该断块125个有杆泵井生产数据和47个电

泵井生产数据分析表明，随着油井生产厚度的增加，采液强度逐渐减小，生产厚度大于15m，后采液强度大幅度下降，由此得出该断块合理生产厚度应该为15m左右，否则，生产厚度过小，会导致产液能力低，而生产厚度过大，会降低采液强度，层间干扰严不能较好地发挥各油层的潜力。重，

当层系内各小层的原油性质差异较大时，开发初期是稀油层干扰稠油层，当压力下降到一定程度时，稠油层又会干扰稀油层。同时文献认为，同一套开发层系内小层的原油地下黏度相差不应大于

［3］

3倍，否则层间干扰将会急剧增大。多油层复杂断块油藏各油层的含油面积、储量规模差异非常大。含油面积、储量规模是细分开发层系的物质基础。

东营凹陷东辛油田辛47块与滨南油田毕家断

1

1．1

层系划分与组合的原则

层系划分与组合的影响因素

影响层系划分和优化组合的因素主要包括渗透

率极差、原油性质差异、含油面积与储量规模等多个方面。

滨南油田毕家断块1978年投入开发，方案设计将沙三下亚段笼统一套开发层系注水开发，结果占射开油层厚度24．0%的高渗层吸水量占总吸水量的95．0%，而中、低渗层吸水较少或不吸水，单层突进现油层见水后含水上升很快。统计滨南油田毕象明显，

家断块渗透率和吸水厚度的关系，渗透差小于5倍5～10倍时占时，吸水厚度占油层厚度的78．5%，36．5%，大于10倍时只有个别高渗透油层吸水（表1）。

*

收稿日期：2010－01－06

作者简介：罗水亮（1974－），男（汉族），江西南城人，博士，主要从事油气藏开发地质学及油藏描述、油气地质与勘探等领域的科研工作。

第6期罗水亮，等：多油层复杂断块油藏开发层系细分研究

［2－3］

99

－xij）

2

块具有相似的沉积环境、非均质性的特点合的界限标准

［3－4］

，为了

m

辛47块层系细分、组使水驱控制程度达80%以上，

确定为：层系内油层的渗透率极

差小于10倍，含油井段短于100m，油层层数少于10个，油层有效厚度大于15m，层系间要有厚10m以上的隔层。1．2

层系划分与组合的定性原则

在查明油层中油水分布状况和井网密度不超过经济极限井网密度的前提下，对油层多、储量大、层间dw（xk，xi）=

（xkj∑j=1

（1）

可见这种距离通常涉及到所有的属性，且认为

这些属性对距离影响的程度是等同的。

i，k—向量序号；j—维数，其中，即表征向量的属性参数序号；m—最大维数；dw—欧氏距离。

K－均值算法把n个向量xi（i=1，2，3，…，n）2，3，…，c），分成c个类Gv（v=1，并求每类的聚类中

心，使得非相似性（或距离）指标的目标函数达到最差异大、当前工艺技术又无法从根本上解决层间干扰和合理分层注水需要，导致层间储量动用差别较大的油藏，要进行开发层系的合理划分和组合。根据滨南油田的特点，开发层系调整应遵循以下原则［3－6］

：

（1）能形成井网和注采系统，使各类油层发挥

最大的生产能力；

（2）同一开发层系内应该由油水边界、压力系统、

油层沉积类型和原油性质比较接近的油层的组合，采用较大生产压差采油，使层系内的层间干扰相对减弱；

（3）各开发层系应具有一定的可采储量，原则上单井控制剩余可采储量应大于经济界限，以保证调整井具有经济效益；

（4）一套开发层系油层不能太多，井段不能太长，

以简化井身结构，减少作业；（5）不同开发层系之间要有比较稳定的泥岩隔层，以保证开发中或井下作业后层系间不串通；

（6）下部层系井网调整以新钻井为主，上部层系井网调整充分利用老井，以利于简化管柱。

划分开发层系基本都是在一定原则下进行定性确定，一直以来缺少一种定量方法指导开发层系的划分。本文提出利用K－均值算法（K－means）对小层进行分层聚类，建立定量化的开发层系划分标准。

2K－均值算法

K－均值算法为聚类算法的一种，所谓聚类算

法就是将一个数据集划分为若干个类，

使得类内相似性尽可能大且类间相似性尽可能小，实现这样的划分一般需要一个相似性度量

［7－9］

。

K－均值算法选择的相似性度量通常是欧几里德距离的倒数，也就是说两者的距离越小表示两者的相似性越大，反之则相似性越小。由欧氏距离公式

小。

当选择第v类Gv中的向量xk与相应聚类中心cv间的度量为欧几里德距离时，目标函数可以定义为

c

c

J=

∑Jv=

∑（－c2v‖）（2）

v=1

v=1k，∑‖xkxk

∈G

v

这里Jv=

‖xk－cv‖2是类Gv内目标函数。Jv

k，∑xk

∈G

v

的值依赖于Gv的几何形状和cv的位置。显然，

J的值越小，

表明聚类的效果越好。K－均值算法基本实现步骤：

①随机选取c个向量作为每类的中心。②设U是一个c×n的二维隶属矩阵。如果第i个向量属于类v，则U中的元素uvi为1，否则，该元素取零。即u1，对每个f≠v，若‖x2‖x2

i－cv‖≤i－cf‖

vi=

{0，

其他

其中，

v，f均为类数，v=1，2，…，c；f=1，2，…，c。③根据uvi计算目标函数式（2），如果它低于一个给定的最小阈值或者连续两次值之差小于一个参

数阈值则停止。

④根据u1vi更新各聚类中心：cv=

Gxk，这v

k，∑xk

∈G

v

n

里Gv=

∑uvi，表示Gv内元素个数，然后重回到②。i=1

假设研究区目的层段划分为n个小层，这里n个小层即为n个向量，每一个小层有m个表征属性，m即向量的维数，

c为研究目的层段可以划分开发层系的套数，即K－均值算法中的类数，c可以为1到c中间的任意数，

直到划分的开发层系细到无法满足储量要求为止。假如目的层段可以划分为四套开发层系而无法细分为五套开发层系，首先根据K－均值算法基本思想确定4个类的中心向量，然后计算每个向量与4个类的每个中心向量之间的距离，如果n个向量中的某个向量与4个类的某中心向量之间的距离最短，则认为这个向量是属于这个类，即属于本套开发层系。

100西南石油大学学报（自然科学版）2010年

式中

3K－均值算法划分开发层系

根据开发层系划分的原则，确定影响层系组合

［10］

的每个小层主要属性为：渗透率、吸水指数、地层压力、采油指数、有效厚度、原油黏度和剩余可采储量等。本研究把目的层段的19个小层，视为19个向2，3，…，19；每一个向量的量，用xi表示，其中i=1，

吸水指数、地层压力、采油指数、有属性有：渗透率、

效厚度、原油黏度和剩余可采储量，用xij表示，其中

j=1，2，…，7。其中每一个向量的每个属性参数值要被规格化到0～1之间。将给定储层内的属性参数值下限值赋值为0，最大值赋值为1。在实际工作中，采用了数学中的极差变换法。极差变换法又称极差规格化或极向量xi里面的m个属性参数都必须差正规化变换。经过极差变换，如第i个向量的第j个属性参数的极差变换公式为

xij－xijmin

x'ij=

xijmax－xijmin

表2

Table2

层位一层系二层系层位一层系二层系

110．86070．1393320．69740．3026

120．96900．0310330．65270．3473

130．91720．0828340．27960．7204

xijmin—所有向量里第j个属性参数的最小值；xijmax—所有向量里第j个属性参数的最大值。0，1］内，极差变换后的数据统一在［且变换前

后变量间相关程度不变。其中，渗透率将转化为对数形式，然后进行极差变换。经过极差变换的数据一共

2，3，…，19），有19个向量xi（i=1，在最优聚类的基础上，对分段数据进行变换后，根据距离系数公式计

距离系数越小说明算分段内各个小层的距离系数。

两个小层越相似，可作为一套层系开发，否则应分为

［11－12］

。两套甚至多套层系开发

第二次最优化聚类结果为：

｛11，12，13，14，15，22，23，24，31，32，33｝，34，35，41，42，43，44，45｝。｛21，

从聚类的结果来看，该层系的组合渗透率极差均高达30以上，远大于10倍极差的标准，同时｛11，12，13，14，15，22，23，24，31，32，33｝含油井段和有

远大于层系划分的标效厚度分别为160m和30m，

准，显然开发层系得划分比较粗糙，应该进行细分，

聚类结果见（表2）。

划分二套开发层系聚类分析数据结果表

Clusterstatisticallistoftwodevelopmentlayerseries

140．82770．1723350．30930．6907

150．88870．1113410．33550．6645

210．45650．5435420．21090．7891

220．90300．0970430．05720．9428

230．98480．0152440．09320．9068

240．92810．0719450．32300．6770

310．83210．1680

1

12，13，14，15，22，第三次最优化聚类结果为：｛1，

23，24，31｝，｛32，33，34，35，41｝和｛21，42，43，44，45｝，其中类值c=3，小数分别为属于类的相似度，聚类结

果见（表3）。

表3

Table3

层位一层系二层系三层系层位一层系二层系三层系

110．77270．16420．0632320．44460．47410．0814

120．96380．02220．0140330．43860．46090．1005

130．91140．04970．0389340．02150．95710．0214

划分三套开发层系聚类分析数据结果表

Clusterstatisticallistofthreedevelopmentlayerseries

140．76560．12370．1108350．07930．86450．0562

150．84200．08800．0701410．07090．07210．8571

210．22680．67310．1001420．06830．10750．8241

220．85280．09340．0537430．15800．24250．5995

230．97460．01700．0083440．08720．12460．7883

240．90300．06180．0352450．05840．03720．9044

310．72150．20200．0765

第6期罗水亮，等：多油层复杂断块油藏开发层系细分研究101

1

31，32，33｝，第四次最优化聚类结果为：｛1，

｛21，42，43，44，45｝，｛33，34，35，41｝，｛12，13，14，15，122，23，24｝，31，32，33｝储量低、其中｛1，有效厚度小，

13．4%（见图1），说明利用K－均值算法进行细分

［14－15］

。开发层系的定量划分是可行的

表4

细分开发层系前后渗透率极差变化对比表

Permeabilitycontrastmatchlistbeforeand

aftersubdividingdevelopmentlayerseries渗透率/mD445．5436．0322．1极差

一套开发层系

三套开发层系

Table4

不具备单独作为一套开发的条件，因此原则上以三套开发层系为主，考虑到第三次最优化聚类结果存

1在着跨层系开采工艺上的难度，把2小层并到一开

1

32小层及35，41之间的隔层比发层系，同时由于3，

层号1

1

较薄（平均分别只有2．0m及2．5m），而砂层组之间

具备划分开发层的隔层往往比较厚（平均12．0m），

1213系的要求，因此把31

小层划分到第二开发层系，这样

开发层系就划分为｛11

，

12，13，14，15，21，22，23，24｝，｛31，

32，33，34，35｝和｛41，42，43，44，45｝三套开发层系，

｛11，12，13，14，15，21，22，23，24｝层系组合渗透率极差大于10，最高达到20左右，应该进一步细分开发层系，但从生产厚度（17．5m）、剩余可采储量（11×104

t）来讲，确实无法进一步细分。

从以上分析结果可以看出，开发层系划分为三套层系最为合理，也就是一、二砂组为一套开发层系，三砂组为一套开发层系，四砂组为一套开发层系。

4效果分析

基于毕家断块沙三下基础井网井距不完善，井位需补充调整。若按细分层系分析结果，将基础井网按三套层系开发，

井位亦需调整。计算求得毕家断块合理经济极限井网密度为25．9口/km2

，目前

井网密度只有16．1口/km2，即可增加新井9～10口井。同时，分别对3个开发层系的井网密度进行计

算，一开发层系可增加4口新井，二开发层系增加新井2口，三开发层系增加新井4口，一共增加10口新井。

毕家断块沙三下段多层合采合注，层间干扰严重，不出油层占射孔层数的21．0%～79．0%，平均49．0%。细分开发层系后，渗透率极差，由6．947变

为1．984，2．202，1．441，渗透率极差明显变小，减缓了层间矛盾（如表4）。

数值模拟设计细分为三套层系完善方案：一、二

砂层组为上层系，三砂层组为第二开发层系，四砂层组为第三开发层系，共设计新井10口。模拟结果表明，分为三套层系开发后，层数动用率由目前41．8%提高到细分后的86．7%。预测15年后的开发指标，分三套层系方案采出程度比基础方案提高

14384．815548．51．703

2

1

637．622437．523469．524471．431247．36．930

32229．633239．72．202

34131．835

112．34192．04298．843132．61．

4414495．845

129．5

图1

不同层系方案采出程度随时间变化曲线

Fig．1

Degreeofreserverecoveryofdifferent

layersystemchangingwithtime

5结论

（1）复杂断块油藏高含水期细分开发技术，关键在于确定合理的开发层系和注采井网。

（2）开发层系的划分应掌握一定的原则，并根据油藏具体特点进行调整，分层系井网的部署，应论证经济合理的井网密度，及预测设计方案的采出程

102西南石油大学学报（自然科学版）2010年

［16］

度，并对方案进行优选。

（3）针对毕家断块油藏强非均质性的地质特

［7］王熙照，王亚东．学习特征权值对K2均值聚类算法的

J］．计算机研究与发展，2003，30（6）：870－875．优化［

［8］GJoy，ZhigangXiang．Reducingfalsecontoursinquan-tizedcolorimages［J］．ComputersandGraphics，1996，20（2）：231－242．

［9］AndresS．Numericalmodelingcombiningdeterministicand

C］RichardLC．Stochas-stochasticmethods［∥JeffreyMY，ticmodelingandgeostatistics．Tulsa，Oklahoma，AAPG，1994：109－120．

利用K－均值算法对毕家断块细分开发层系进征，

行聚类分析，并利用数值模拟技术对开发方案进行优选，研究证明经过细分开发层系及开发方案优选，采收率明显提高。

参考文献：

1］罗水亮，林承焰，袁学强，等．沉积微相约束下的砂砾

岩储层测井精细解释模型及应用［J］．石油天然气学报，

2008，30（5）：85－88．2］罗水亮，林承焰，翟启世，等．滨南油田毕家地区沙三

下亚段沉积特征及沉积模式［J］．中国石油大学学报，2009，33（2）：12－17．

3］张煜，王国壮．层状断块油藏特高含水期细分开发技

术［

J］．石油学报，2002，23（1）：56－62．4］王书宝，牛栓文．东辛油田多油层复杂断块油藏高含

水后期细分层系研究［J］．石油勘探与开发，2004，31（3）：116－120．

5］韩大匡，万仁溥．多层砂岩油藏开发模式［M］

．北京：石油工业出版社，

1999：137－240．6］黄新文，张兴焰．文东深层低渗透多油层砂岩油田细

分层系开发［J］．石油勘探与开发，2003，30（1）：84－87．

［10］窦松江，周嘉玺．复杂断块油藏剩余油分布及配套挖

潜对策［

J］．石油勘探与开发，2003，30（5）：90－94．［11］郑俊德，高朝阳，石成方，等．水平井水淹机理数值模

拟研究［

J］．石油学报，2006，27（5）：99－103．［12］魏兆亮，黄尚军．高含水期油藏数值模拟技术和方法

［J］．西南石油大学学报，2008，30（1）：103－105．

［13］唐艳，陈伟，段永刚，等．基于Voronoi网格技术的油

藏数值模拟研究［J］．西南石油学院学报，2007，29（S1）：22－24．

［14］韩大匡，陈钦雷，闫存章．油藏数值模拟基础［

M］．北京：石油工业出版社，

1993．［15］刘慧卿．油藏数值模拟方法专题［M］．山东东营：石

油大学出版社，

2001．［16］何贤科，陈程．低渗透油层有效动用的注采井距计算

方法［

J］．新疆石油地质，2006，27（2）：216－218．（编辑：朱和平）

［［［［［［

JournalofSouthwestPetroleumUniversity（Science＆TechnologyEdition）No．6

Keywords：CaosheOilfield，CO2displacement，miscibleflooding，asphaltineprecipitation，depositmechanism；dis-placementpressure

APPLICATIONOFK-MEANSMETHODSINTHESUBDIVISIONOFLAYERSOFTHECOMPLEXFAULTBLOCKRESERVOIRS

LUOShui-liang1，ZENGLiu-fang1，LILin-xiang1，YANXiao-yi2（1．GudongOilProductionPlant，ShengliOil-field，DongyingShandong257237，China；2．ChangqingCementerCompany，SichuanChangqingDrillingCo．，CNPC，Xi'anShaanxi710021，China）JOURNALOFSOUTHWESTPETROLEUMUNIVERSITY（SCIENCE＆TECHNOLOGYEDITION），VOL．32，NO．6，98－102，2010（ISSN1674-5086，inChinese）

Abstract：LowerEs3ofBijiafaultblockinBinnanOilfieldwhichcontainsasmanyas58oilsubzonesverticallybe-longstotheoilfieldofmulti-layersandstoneandstrongheterogeneityreservoir．Withthedevelopmentofexploita-tion，conflictsbetweentheselayersareincreasing．Onthebasisofcomprehensiveanalysisofgeologicfeaturesandweproposeacriterionforquantitativelyclassifyingdevelopmentzonesbydevelopmentcharacteristicsoftheoilfield，

hierarchicalclusteringsubzoneswithK-meansmethod，whichproveseffectiveindirectingclassificationofdevelop-mentlayers．Inthispaper，wepresentsthelayerdivisioncriterion，basedonwhichwedividedLowerEs3ofBijiafaultblockinBinnanOilfieldintothreesetsofdevelopmentzonesandalsodirectedbyeconomicaltheoryandnu-mericalsimulationtechnology．ResearchpracticeshowsthatthepresentedlayerdivisionmethodusingK-meansisreliable，andtheoilrecoveryisobviouslyenhanced．

Keywords：complexfaultblockreservoir；productionlayer；K-meansalgorithm；numericalsimulation；clusteringa-nalysis；BinnanOilfield

NUMERICALSIMULATIONOFTHERICHGASMISCIBLEFLOODINGINALGEROILFIELD

22WEIXu-guang1，，WANGSheng-kui1，（1．SchoolofPetroleumEngineering，SouthwestPetroleumUniversity，

ChengduSichuan610500，China；2．SINOPECInternationalPetroleumExplorationandProductionCorporationAlge-riaBranch，HaidianBeijing100083，China）JOURNALOFSOUTHWESTPETROLEUMUNIVERSITY（SCIENCE＆VOL．32，NO．6，103－106，2010（ISSN1674-5086，inChinese）TECHNOLOGYEDITION），

Abstract：Numericalsimulationisanimportantmethodtoverifytheresultsofindoortestofmiscibleflooding，toan-alyzethesensitivityandtooptimizetheinjectingprogram．Resultsofthenumericalsimulationofreservoirfluidsandmisciblesimulationoflong-tubeandwellgroupareconsistenttotheindoorexperimentalresults．Theresultofnu-mericalsimulationshowsthattheMMC，composedofGPLandgaswithamolproportionof37．1∶62．9，canbemis-cibledwithcrudeoilundertheconditionofreservoir，whichiscoincidentwiththeresultofindoorexperiment．Basedontheanalysisofpressure，temperatureandsensitivityofinjectingparameters，WAGisrecommendedinsectorⅣ（

11

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/10t1.html