薄差儲層油水滲流規律研究

劉義坤，王鳳嬌，胡超洋，王永平，劉 洋

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

引 言

隨著油田開發的不斷進行，在注水開發條件下，高滲透油層含水不斷上升，直接影響油田的開發效果，致使老區油田產量不斷下降。為保持油田的高產穩產，必須加強油田薄差層的開發和外圍勘探的力度。

大慶油田進入二次加密調整以后，長垣薩葡高油層中的薄(有效厚度小于0.5 m)、差油層(獨立表外層)成為調整的主要對象。薄差儲層具有單層厚度小、滲透率低、孔隙結構復雜等特點，其滲流特征和滲流規律也極其復雜。基于薄差層的固有特點，從油水相對滲透率曲線出發，對其滲流規律進行分析;研究薄差層含水率與驅油效率之間的關系，含水上升率變化規律以及其無因次采液指數采油指數隨有效驅動系數、油水黏度比等因素的變化關系。研究成果對薄差層的開采提供了一定的理論支持和科學指導。

1 薄差層油水相對滲透率曲線

1.1 油水相對滲透率曲線的確定

選取表內薄層和表外儲層具有代表性的巖心，應用巖心水動力實驗，根據其油水相對滲透率測試數據，得到能夠代表薄差層特征的相滲曲線[1]。若同一儲層具有多塊巖心測試結果，求取其平均相對滲透率。

式中:Krw為水相相對滲透率;Sw為含水飽和度，%;Swi為束縛水飽和度，%;Kro為油相相對滲透率;Sor為殘余油飽和度，%;a1、a2、b1、b2、c1、c2分別為關系潤濕性和孔喉結構的常數。

通過式(1)、(2)可得到薄差層相對滲透率曲線。

1.2 薄差層油水相對滲透率曲線特征

圖1 某薄差層開發區相對滲透率曲線

薄差層特點決定了其特殊的相滲規律和滲流特征。基于薄差儲層合采的需要，通過相滲歸一化得到薄差層的相滲曲線(圖1)。其特征如下:①束縛水飽和度高，超過40%，儲層整體特征表現為強親水，殘余油飽和度較高，為26.5%;②薄差層歸一化后得到的相滲曲線，形狀及趨勢與表外儲層的相滲曲線更為接近;水相相對滲透率曲線隨含水飽和度的變化很接近線性關系，符合特低滲儲層相滲規律[2]，故影響薄差層開采的主要因素仍為低孔、低滲、高孔喉比等特性，故啟動壓力梯度仍應作為影響薄差儲層開采的主要因素進行研究;③薄差層殘余油飽和度和束縛水飽和度值都比較大，導致兩相共滲區范圍窄，為32.09%，等滲點飽和度為59.83%，有效驅油效率低。這是由于水濕油層具有較大的比表面和孔喉比，薄差層的流通孔道變小，故在部分巖石顆粒周圍的水形成一個個空心的圓環，彼此不連通，處于分散狀態，壓力無法連續傳播，導致束縛水飽和度較高，降低了驅油效率;④含水飽和度值未達到54%時，含水飽和度的增加，使油相相對滲透率急劇下降，而水相相對滲透率上升較慢;當含水飽和度超過此值時，水膜漸漸變厚，將油流逐漸卡斷，原油逐漸分散在喉道處，受賈敏效應的影響[3]，油相相對滲透率持續下降，而水相相對滲透率仍然較低，水相相對滲透率最終僅為0.174，必將導致最終水驅油效率低。

2 薄差層含水上升率與含水率關系

原油在薄差層中流動，啟動壓力梯度不可忽略[4－9]。根據兩相滲流實驗結果，水相啟動壓力梯度可忽略不計，則含水率為[10]:

式中:φ 為孔隙度，%;τ0為極限剪切應力，MPa;μw為水黏度，mPa·s;μo為油黏度，mPa·s;Δp/L 為生產壓力梯度，MPa/m;為啟動壓力梯度與生產壓力梯度的比值。

啟動壓力梯度與生產壓力梯度的比值反映流體克服薄差層的壓力占驅替壓力的比例，引入有效驅動系數F表征余下的用于有效驅油的壓力比，即:

有效驅動系數反映了儲層中真正能夠用于驅油的這部分力的大小。啟動壓力梯度越大，動用薄差儲層中的原油難度就越大，有效驅動系數F值越小;啟動壓力梯度越小，薄差儲層就越容易動用，F值則越大。

基于巖心測試實驗得到的薄差層相滲曲線以及水動力實驗得到的油相啟動壓力梯度，得到驅油效率與含水率的關系曲線(圖2)。

圖2 驅油效率與含水率關系曲線

薄差層與常規儲層理論含水上升率曲線有著明顯的差異。該類儲層在低含水期含水上升速度快;在含水率為40%時，含水上升率達到頂峰;在高含水期，含水上升率下降速度基本穩定。薄差儲層在開采初期，一旦儲層得到動用，含水率上升速度會非常快。結合圖2可知:薄差儲層中的原油主要在低含水期(含水率小于20%)采出，其比例高達全部采出程度的73%，后期隨含水率的升高，驅油效率增幅很小。這就要求在開采薄差層的過程中，盡量在低含水期盡可能多采出原油，通過提升驅動壓力梯度、采取有效的挖潛措施從而提高有效驅動系數，控制含水率的加速上升，起到有效挖潛薄差儲層的作用。

3 薄差層不同條件下采液采油指數規律

無因次采液(油)指數為某一含水率下采液(油)指數與含水為0(束縛水條件下)時的采液指數(即采油指數)之比，是評價不同含水時期油井采液能力的重要指標[11]。該參數只與儲層類型和油藏中的流體物性有關，薄差儲層特殊的孔喉結構和油水相滲特征決定了該儲層無因次采液指數采油指數隨含水率的變化規律與通常情況不同。基于薄差儲層的油水相對滲透率曲線，建立了考慮有效驅動系數的無因次采液指數以及無因次采油指數變化規律的數學模型，并且分析了有效驅動系數和油水黏度比對薄差層無因次采液采油指數的影響。

3.1 無因次采液采油指數與含水率關系

無因次采液(油)指數隨含水率的變化規律可由相對滲透率曲線計算求得。

常規油藏無因次采液指數公式:

常規油藏無因次采油指數公式:

由式(6)、(7)結合式(4)，得到薄差層無因次采液指數、采油指數公式:

圖3 薄差層與常規儲層無因次采出曲線

根據上述公式，得到薄差儲層無因次采液指數、采油指數隨含水率變化曲線(圖3)。由圖3可知:薄差層與中高滲層、單純低滲透層無因次采液指數采油指數曲線規律完全不同。通常情況下，中高滲透層無因次采液指數隨含水率增加一直呈上升趨勢，并且在開發后期采液指數上升速度很快，說明常規儲層是可以通過在高含水期提液來保證儲層的高產或者穩產;對于薄差儲層，無因次采液指數在油井見水初期下降很快，當含水率達到20%以后，采液指數基本穩定，只在高含水期有小幅度上升，最高只能達到0.57。薄差層開采后期，提液空間很小。增加注水量的方式無法達到穩產提液的目的，提液會使注入水在流動通道產生更大比例的無效循環，無法達到預期效果。薄差層的無因次采油指數在開采初期快速下降，在含水率超過20%以后，下降速度變慢，基本呈線性遞減。在含水率到達20%以前，薄差層無因次采油指數的變化主要受表外儲層啟動壓力梯度的影響，快速下降;此后，由于薄差儲層中存在部分表內薄層，故無因次采油指數與中高滲透率儲層直線下降趨勢基本一致。綜上，薄差儲層開采過程中，應盡可能在低含水期(含水率小于20%)的條件下，采取必要措施開采更多原油;中高含水期，增大注入量無法起到提液的作用;這與分析薄差層含水上升率與含水率關系時得到的結論一致。

3.2 影響因素分析

根據無因次采液采油指數的公式可知:薄差儲層無因次采液指數采油指數僅受到有效驅動系數和油水黏度比的影響。

(1)有效驅動系數。有效驅動系數受到啟動壓力梯度和驅替壓力梯度的共同作用。在同一含水階段，有效驅動系數越大，無因次采液指數越大、無因次采油指數也越大，如圖4、5所示。較低的啟動壓力梯度或較高的驅替壓力梯度，可以使無因次采液指數、采油指數更大，薄差層開采效果更好。

圖4 無因次采液指數與含水率的關系

(2)油水黏度比。圖6、7為薄差層無因次采液指數和采油指數隨油水黏度比的變化曲線，可以看出，在同樣含水率的條件下，油水黏度比越大，無因次采液指數、采油指數越大。

圖5 無因次采油指數與含水率的關系

圖6 無因次采液指數與含水率的關系

圖7 無因次采油指數與含水率的關系

(3)影響因素綜合對比分析。綜合對比有效驅動系數和油水黏度比對薄差層無因次采液指數、采油指數的影響，可得到如下結論:①有效驅動系數越大，油水黏度比越高，薄差層的無因次采液指數、采油指數越大;②單從無因次采油指數分析，油水黏度比較高的薄差儲層采油指數近似線性規律下降，可參考中高滲透油藏開采方式進行生產;③薄差儲層無因次采液指數、采油指數受油水黏度比的影響大于有效驅動系數，對于油水黏度比較高的儲層，高含水期通過提液的方式穩產是有一定效果的，但該種方式對于開采稀油油藏不適用，無法達到預期效果。

4 結論

(1)薄差層兩相共滲范圍窄，驅油效率低，其相滲特征主要受表外儲層影響，體現出低滲透儲層特征。

(2)薄差儲層中高含水期無法通過提液實現穩產。需要在低含水期采取挖潛措施改善油層有效驅動系數，控制含水上升速度，從而提高儲層采出程度，有效開采薄差油層。

(3)薄差油層無因次采液指數、采油指數受油水黏度比的影響大于有效驅動系數;油水黏度比高的儲層可參考中高滲透油藏開采方式生產。

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