應用虛擬示蹤劑方法研究側積體油水運移規律

殷代印，張 東

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318;2.中油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163511)

引 言

油田進入高含水期后，側積體內油水運移規律及剩余油分布成為老油田挖潛重點研究問題[1-2]。油水在側向加積油層內的運移是三維流動，比常見的垂向加積油層平面二維流動更復雜，有關這方面的研究很少[3-5]。目前，普遍采用流動系數劈分法研究油井來水方向和來水量，分析油水運移規律，該方法簡單、精度低，不適合側向加積油層。另外，建模過程大多數用斷層來描述側積夾層[6-8]，這樣的建模方法存在一定的弊端，夾層間本來是有油水運移的，如果作為斷層處理，側積體之間不會發生流動，這與實際情況不符，不能真實反映地下連通情況。為此，本文將側積體作為沉積單元進行地質建模，沿側積夾層方向建立分層面，真實地反映了側積夾層的實際情況，在此基礎上，開展數值模擬研究，提出了虛擬示蹤劑方法，即假設側積體內存在某種示蹤劑或向水井中注入某種示蹤劑，根據示蹤劑在側積體內的濃度分布變化研究油水運移規律，為剩余油的判別及成因分析提供理論依據。

1 研究區側積體概況

研究區位于杏六區東部，面積為3.42 km2，2007年進行三次加密，井網密度由50口/km2增加到136口/km2。根據前期的直井巖心資料，該區塊中部有側積夾層發育，存在13個側積體(圖1)。為了挖潛側積體頂部剩余油，2006年11月，在該區PⅠ33層鉆了5口水平井，其中杏6-1-平35是取心井，水平段軌跡垂直點壩砂體走向如圖1所示。在油層上部水平段262.86 m長度的巖心上，可觀察到側積夾層發育;在油層中部造斜段47.28 m長度的巖心上，側積夾層較發育;在油層下部水平段29.28 m長度的巖心上，側積夾層不發育，由此確定該層中上部存在側積夾層，占總厚度的2/3左右。

圖1 側積夾層在油層中的位置

2 側積體地質建模與數值模擬

根據鉆井資料解釋，側積夾層發育在PⅠ33的中上部，位置如圖2中H1段所示。夾層的阻隔作用也主要產生在H1段，下部H2段是完全連通的。在H1和H2之間必須建立一虛擬地層面(jm)，虛擬地層面(jm)距離上頂面為2/3 h(h為PⅠ33層的總厚度)。

圖2 簡化夾層分布

在側積夾層建模時，由于PETREL地質建模軟件的局限性，只能將夾層面沿著其發育方向進行縱向和平面延伸。為了更加精細地刻畫夾層的位置和形態，盡可能在平面上和縱向上細化地質模型，地質模型平面上采用10 m×10 m的網格，縱向上每0.2 m1個細分層。結合現場提供的夾層信息，在側積夾層建模的過程中，在夾層的邊緣部位布了虛擬井來控制夾層的走向，在建模過程中共布了513口虛擬井。根據各虛擬井的井點坐標及與各夾層面、PⅠ33面、jm面的交點深度，建立PETREL可接受的虛擬井分層數據庫和夾層厚度數據，應用厚度面約束的方法，做出與實際夾層趨勢一致的分層面，這樣更加準確地刻畫了夾層的形態和夾層附件的油藏物性，建立的側積夾層構造模型如圖3所示。

圖3 構造模型圖

在數值模擬過程中為了節省計算時間，對地質模型進行粗化，平面上采用等距的角點網格，X方向劃分114個網格，Y方向劃分157個網格，網格尺寸為15 m×15 m;縱向上將每個側積體細分為若干個小層，每個小層的厚度都在1m左右，共劃分了54個小層，以便精細研究側積體內部剩余油的分布(圖4)。由圖4可知，所建立的側積夾層傾角、形狀以及下部連通性均與實際相符合。在進行油水運移規律研究時，首先應用ECLIPSE軟件進行歷史擬合，在擬合精度符合工程要求的基礎上，再進行下一步的研究。

圖4 地質模型剖面

3 應用虛擬示蹤劑研究油水運移規律

在該區塊初始開發時刻，假設不同側積體內存在不同類型的虛擬示蹤劑，稱之為“虛擬示蹤劑”，以此來標識不同位置流體。隨著油田開發的進行，虛擬示蹤劑隨流體流動在油藏中重新分布，通過分析示蹤劑濃度分布變化，可以研究流體位置上的變化，進而得出油水在側積體中的運移規律[9-10]。

3.1 側積體內油水運移規律

(1)沿側積體傾斜面油水運移規律。以4號側積體為例，縱向上細分成3個模擬層，對應的模擬層號分別是15、16、17，初始時刻假設側積體內存在D4示蹤劑，各模擬網格示蹤劑的初始濃度為1 mg/L。周圍水井注水過程中不含任何示蹤劑，則側積體內隨著原油采出和注入水的稀釋作用，側積體內的示蹤劑濃度將逐漸降低，不同時刻4號側積體15號模擬層內示蹤劑濃度分布見圖5、6。

圖5 2006年6月15日4號側積體模擬層15的示蹤劑分布

圖6 2013年6月15日4號側積體模擬層15的示蹤劑分布

圖7 2013年6月15日4號側積體模擬層17的示蹤劑分布

由圖5可知，截至2006年6月三次加密前，近35 a的生產時間內，側積體內的示蹤劑總是在點壩砂體的下部先被采出，然后逐漸往上推移，濃度變化很慢，只是側積體右下部示蹤劑濃度減小較快，主要受側積體右側25 m處水井影響。這表明加密前側積體沒有鉆遇油水井的情況下，原油主要靠重力沿傾斜面向下流動，運移速度很小;附近如果有水井，注入水會沿側部向下驅替原油，油水沿側積體傾面斜下方運移，運移速度較快。三次加密后，沿側積體中上部被水平采油井鉆穿，同時側積體附近新增了5口注水井，注入水沿底部向上、側部向中間驅油，示蹤劑濃度遞減加快，油水運移速度高，側積體開發效果明顯提高(圖6)。

(2)側積體垂向油水運移規律。截至2013年6月，模擬層15、17中擬示蹤劑D4濃度分布見圖6、7。由圖可知，側積體底部模擬層17的示蹤劑濃度比頂部模擬層15的示蹤劑濃度小很多。這是因為當注入水沿著側積層向下傾方向運動時，由于油水重力差異，注入水有一個垂向向下流動分量，優先沿底部模擬層滲流，底部水淹高于頂部，平均采出程度相差4.6個百分點。

3.2 側積體間油水運移規律

與4號側積體相鄰的兩側積體分別為3號側積體(底部模擬層14，注入的虛擬示蹤劑為D3)和5號側積體(頂部模擬層18，注入的虛擬示蹤劑為D5)。截至2013年6月，2個模擬層內虛擬示蹤劑D4濃度最大值為1.5×10-4mg/L，幾乎不存在D4虛擬示蹤劑，油水在側積體間幾乎沒有流動。根據取心分析結果，側積夾層的平均滲透率只有0.5×10-3μm2，夾層之間存在很好的遮擋作用模擬層52～54屬于側積體下部連通部位，初始時刻設置虛擬示蹤劑C1，通過數值模擬研究表明，所有側積體內都有大量虛擬示蹤劑C1出現(圖8)。

圖8 全區示蹤劑C1分布剖面

由圖8可知，鉆遇的各側積體模擬層中都有示蹤劑C1的存在，說明點壩砂體下部的示蹤劑沿著底部向側積層上傾方向推進，且水平井底部C1示蹤劑突進速度較快，濃度較大。表明水平井鉆穿側積體后，注入水從底部沿側積體傾面向上運移速度較快，為了取得較好開發效果，水平井位置應該設計在側積體頂部。

4 來水方向和來水量的確定

在數值模擬過程中，假定向某口油井周圍的水井中注入相同濃度、相同用量、不同種類示蹤劑，而初始時刻地層中不含任何示蹤劑，通過研究生產井示蹤劑的產出特征，解決來水方向、見水層位、低效無效注水等開發過程中的難題，為調剖、堵水措施提供依據。本文以水平井X5-4-A35為例進行研究，周圍水井分別為 X5-4-E17、X6-11-E19、X6-1-E15、X6-21-E16、X6-2-SE16、X6-2-SE17。

4.1 來水方向的確定

水井注入示蹤劑段塞后，由于地層非均質性和油水井間連通情況不同，導致油井產出示蹤劑峰值濃度和峰值時間不同，據此可以判斷主要來水方向。以水平井X5-4-A35為例，周圍水井分別為X5-4-E17、X6-11-E19、X6-1-E15、X6-21-E16、X6-2-SE16、X6-2-SE17，對應注入示蹤劑為 TR1、TR2、TR3、TR4、TR5 和 TR6，水平井X5-4-A35中各示蹤劑產出情況如圖9。

圖9 水平井X5-4-A35中各示蹤劑的產出曲線

由圖9可知，水井X6-21-E16注入的示蹤劑TR4產出濃度明顯高于其他5種示蹤劑，說明該井與水平井X5-4-A35連通性較好，因而可以判斷出主要來水方向為水井X6-21-E16，其次為X5-4-E17和 X6-2-SE16。

4.2 各方向來水量的確定

根據前期研究成果，各方向來水比例與示蹤劑峰值濃度、峰值時間、井距的計算公式為[11]:

式中:α1為w1井來水量占油井總來水比例;Qw1為w1井產液量，m3/d;L為注采井距，m;cp為示蹤劑峰值濃度，mg/L;T為示蹤劑的峰值時間，d。

由式(1)可以得出各方向來水比例，再根據油井總產水量得出各方向來水量，水平井X5-4-A35的各方向來水比例和來水量計算結果見表1。

表1 X5-4-A35各方向來水量及來水比例統計

由表1可知，水平井X5-4-A35中最大來水量來自水井X6-21-E16，其中來水比例占59.72%，來水量為45.88 m3/d;其次為注入井X5-4-E17，其中來水比例占21.03%，來水量為16.16 m3/d。生產井綜合含水達到95%以后，應該對水井X6-21-E16目的層PⅠ33實施調剖措施。

5 側積體剩余油分布特征

前面的研究表明，側積夾層對油水運移規律和油層動用狀況具有重要影響，側積體上是否鉆遇井點直接影響側積體內剩余油富集程度和分布狀況[12-13]，截至2013年6月，不同側積體剩余油飽和度分布見圖10～12。

圖10 側積體上無鉆遇井

圖11 側積體上鉆遇直井

圖12 側積體上鉆遇水平井

(1)側積體上無鉆遇井點，側積體底部水淹，中上部富集剩余油。以12號側積體為例，該側積體發育規模較小，一直沒有鉆遇井點，側積體主要通過下部與水平層位連通，根據油水運移規律，主要靠重力或側向水井注水驅替，流體流入底部水平層位，然后從生產井中采出，驅油效率低，在側積夾層的中上部富集剩余油，目前平均剩余油飽和度為0.51，數模預測水驅采收率為31.08%。

(2)側積體上鉆遇直井，側積體底部、直井附近高度水淹，其他部位富集剩余油。以13號側積體為例，三次加密后直井采油井X6-1-35鉆遇該砂體，由于側積夾層的遮擋作用，側積體之間的注入井和采出井不能形成有效地驅替，油水通過下部油層沿側積體傾面進入采油井，中上部遠離井點部位依然存在剩余油，目前平均剩余油飽和度為0.47，數模預測水驅采收率為35.81%。

(3)側積體鉆遇水平井，側積體底部、上部均水淹，側積體整體剩余油較少。以4號側積體為例，水平井打在側積體中上部，注水井和采油井形成線性驅替，使側積體之間建立起連通關系，避免了直井開采由于側積夾層遮擋不能建立起有效驅替的缺點，因此開發效果較好，能夠挖潛油層上部由于側積夾層遮擋的剩余油，目前平均剩余油飽和度只有0.41，數模預測水驅采收率為42.97%。

針對上述側積體剩余油分布特點，在高含水期剩余油調整挖潛中，應該結合單砂體內部建筑結構的精細解剖，利用水平井鉆側積體內剩余油進行挖潛[14-16]。水平井開采的同時，建議調整注采井網，采取逆向注水，或封堵周圍高來水井層，底部垂向加積部位注膠封隔等措施，進一步改善側積體挖潛效果。

6 結論

(1)采用布虛擬井，厚度面約束的方法，將每個側積體處理成一個沉積單元，側積夾層面作為沉積單元頂面，避免了應用斷層處理夾層的局限性，精細刻畫了側積體的形態。

(2)提出了虛擬示蹤劑數值模擬方法，研究了杏樹崗油田杏六區側積體油水運移規律。

(3)給出了采用虛擬示蹤劑峰值濃度、峰值時間判斷來水方向、定量計算各方向來水量的方法。

(4)夾層控制下側積體的剩余油分布特點是底部水淹、中、上部富集剩余油，采用中上部鉆水平井進行開發效果明顯好于直井，水驅采收率二者相差7.11個百分點。

[1]王鳴川，朱維耀，董衛宏，等.曲流河點壩型厚油層內部構型及其對剩余油分布的影響[J].油氣地質與采收率，2013，20(3):14-17.

[2]胡丹丹，唐瑋，常毓文，等.厚油層層內夾層對剩余油的影響研究[J].特種油氣藏，2009，16(3):49-52.

[3]崔建，等.辮狀河儲層隔夾層特征及其對剩余油分布的影響[J].特種油氣藏，2013，20(4):26-30.

[4]岳大力，等.辮狀河心灘內部夾層控制的剩余油分布物理模擬實驗[J].地學前緣，2012，19(2):157-161.

[5]Vande Lageweg Wietse I.，et al.Channel belt architecture formed by a meandering river[J].Sedimentology，2013，60(3):840-859.

[6]劉超，等.基于側積層產狀描述的調整井部署策略[J].特種油氣藏，2013，20(6):89-92.

[7]馬世忠，等.地下曲流河道單砂體內部薄夾層建筑結構研究方法[J].沉積學報，2008，26(4):632-639.

[8]G Parker Y，et al.A new framework for modeling the migration of meandering rivers[J].Earth Surface Processes and Landforms，2011，36(1):70-86.

[9]李淑霞，等.利用井間示蹤劑確定剩余油飽和度的方法[J].石油勘探與開發，2001，26(2):73-75.

[10]李臣，方志斌，劉春蘭，等.示蹤劑在砂礫巖油藏開發中的應用[J]. 新疆石油地質，2005，26(1):99-101.

[11]Zhou Yzhou，Yin Daiyin.Numerical simulation of calculation water direction using tracer[J].International Journal of Applied Mathematics and Statistics，2013，42(12):453-462.

[12]張善嚴，劉波，陳國飛，等.水平井巖心側積夾層初探[J]. 大慶石油地質與開發，2007，26(6):57-60.

[13]王延章，等.夾層分布模式及其對剩余油的控制作用[J].西南石油學院學報，2006，28(5):6-10.

[14]葉鵬，等.水平井挖掘曲流河點壩砂體頂部剩余油方法[J].大慶石油地質與開發，2010，29(4):64-66.

[15]岳大力，等.礁灰巖油藏隔夾層控制的剩余油分布規律研究[J].石油勘探與開發，2005，32(5):113-117.

[16]加東輝，楊香華，吳小紅，等.中等井網密度控制下的淺水三角洲相隔夾層研究—以渤中25-1南油田為例[J]. 油氣地質與采收率，2005，12(2):19-22.