疏松砂巖油藏優(yōu)勢通道定量描述與模擬——以冀東油田高淺北區(qū)油藏為例

龔晶晶，唐小云，李本維、2，李海東，劉陽平，任玉霞

（1.中國石油冀東油田公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山063004；2.中國石油天然氣勘探開發(fā)公司）

疏松砂巖油藏受儲層特征及油藏開發(fā)過程的影響，經(jīng)過長期邊底水及注入水的沖刷，極易形成次生高滲條帶，這種高滲條帶稱作優(yōu)勢通道。優(yōu)勢通道的形成嚴重影響水驅波及體積、降低油藏采收率、增加油田開發(fā)成本，需要對其加強識別和研究。目前優(yōu)勢通道識別的方法很多，主要有井間示蹤、常規(guī)測井、試井、取心、水力探測、模糊綜合評判（靜態(tài)資料）、顆粒示蹤以及井間地震、微量物質井間示蹤技術等研究方法［1－9］，研究的難點在于優(yōu)勢通道的立體刻畫和數(shù)值模擬。吳應川等［10］曾提出一種基于Voronoi網(wǎng)格的精細油藏數(shù)值模擬軟件VGRNS3D，但市場化程度較低；CMG等通用油藏數(shù)值模擬軟件可以通過地質力學方法模擬油藏出砂對流體滲流的影響，但地質力學參數(shù)很難準確和全面的獲取，推廣應用難度較大。本文運用模糊綜合評判方法定量描述優(yōu)勢通道、研究優(yōu)勢通道綜合指數(shù)與油藏儲層參數(shù)之間的關系，據(jù)此開展優(yōu)勢通道定量模擬。

1 模糊綜合評判方法識別優(yōu)勢通道

模糊綜合評判決策是對受多種因素影響的事物作出全面評價的一種多因素決策方法［11］，可以應用于優(yōu)勢通道的識別。模糊綜合評判識別優(yōu)勢通道的方法以影響優(yōu)勢通道發(fā)育的多種靜態(tài)和動態(tài)因素指標為基礎，采用專家系統(tǒng)的設計思想，應用層次分析方法（AHP）和模糊綜合評判方法，對每個指標的影響程度進行比較，得到各個指標的權重，最后計算出一個優(yōu)勢通道的綜合評判指數(shù)，即優(yōu)勢通道綜合指數(shù)，根據(jù)該指數(shù)來定量描述優(yōu)勢通道的發(fā)育程度。

層次分析方法是一種定性與定量相結合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法，它將決策問題分為三個層次（目標層O、準則層C、方案層P），每層包含若干個元素（圖1）；通過相互比較確定各準則對目標的權重，以及各方案對每一個準則的權重；將兩組權重進行綜合，確定各方案對目標的權重。

圖1 層次性分析（AHP）層次關系結構

模糊綜合評判方法識別優(yōu)勢通道主要分為以下六個步驟：

（1）確定評判集U＝｛u1，u2，…，um｝，uj（j＝1，2，…，m）表示優(yōu)勢通道的級別；

（2）確定因素集V＝｛v1，v2，…，vn｝，vi（i＝1，2，…，n）表示各個影響和標志優(yōu)勢通道形成的主要因素，并建立不同級別優(yōu)勢通道各個判別級別的評判標準。影響和標志優(yōu)勢通道形成的主要因素包括孔隙度、滲透率、滲透率級差、滲透率突進系數(shù)、滲透率變異系數(shù)、是否砂巖油藏、是否稠油油藏、膠結程度、沉積特征等靜態(tài)因素，和生產壓差、液量及其變化、出砂量、含水率、竄聚濃度等動態(tài)因素［2］。按照層次分析方法層內各因素必須相對獨立的要求，因素集V的各個元素必須相互獨立。

（3）進行單因素評判，建立模糊矩陣R。R是V×U上的模糊關系，可表示為：

式中：rij＝μR（vi，uj），表示指標 Ni在評判uj上的隸屬度可能性程度；（V，U，R）構成一個模糊綜合決策模型，V、U、R是此模型的三個要素。

選用常見模糊分布中的半梯形分布進行隸屬度函數(shù)計算。以評價級別分為四級、因素集指標均為“越大越優(yōu)型”為例，各個級別的隸屬度函數(shù)依次為：

式中：bm（m ＝1，2，3，4）為各個因素對應四個評判級別的界限值；x為某個判別因素vi的參數(shù)值。

（5）建立模糊綜合評判的初始模型Y＝AR＝｛y1，y2，…，ym｝，Y 表示評判集上各評判的可能性系數(shù)，最大值yj所對應的uj決策就是評判結果。

（6）根據(jù)優(yōu)勢通道綜合指數(shù)分析優(yōu)勢通道空間發(fā)育狀況。根據(jù)單井點處的優(yōu)勢通道綜合指數(shù)，繪制優(yōu)勢通道綜合指數(shù)平面分布等值圖；結合優(yōu)勢通道形成與儲層構型關系、油水井注采見效對應關系、油水井竄聚對應關系、水線推進方向等，分析優(yōu)勢通道平面發(fā)育狀況；根據(jù)注采井間的新鉆密閉取心井資料，結合層內非均質模式研究，分析優(yōu)勢通道縱向發(fā)育部位。

2 優(yōu)勢通道模擬

形成優(yōu)勢通道后，優(yōu)勢通道區(qū)域儲層的孔隙度和優(yōu)勢通道方向滲透率會發(fā)生明顯的增大，研究表明孔隙度增大3%～5%，滲透率增大5～20倍［12］，甚至更大；大量邊底水和注入水從優(yōu)勢通道中采出，而非優(yōu)勢通道區(qū)域采出少、驅替較弱［13］，優(yōu)勢通道所在網(wǎng)格的有效滲流孔隙體積主要為優(yōu)勢通道的孔隙和孔道體積，當優(yōu)勢通道的體積相對所在網(wǎng)格的體積較小時，有效滲流孔隙體積會減小。因此，可以根據(jù)優(yōu)勢通道綜合指數(shù)修改模型中優(yōu)勢通道所在網(wǎng)格的地質場，以表征優(yōu)勢通道形成后儲層物性場的變化。

數(shù)值模擬中用傳導系數(shù)（T）表征流體在模擬網(wǎng)格塊間的流動能力：

式中：K為相鄰兩個網(wǎng)格的平均滲透率，10－3μm2；A為相鄰兩個網(wǎng)格的交接面面積，m2；NTG為凈厚比；L為相鄰兩個網(wǎng)格的中心距離，m。

對某一個地質模型，相鄰兩個網(wǎng)格間的A、NTG、L固定不變，則傳導系數(shù)T與滲透率K 呈線性正相關：

根據(jù)優(yōu)勢通道模糊綜合評判方法原理，優(yōu)勢通道綜合指數(shù)是滲透率的函數(shù)：

則：

根據(jù)式（9），統(tǒng)計井點處滲透率值的變化與井點處的優(yōu)勢通道綜合指數(shù)的相互關系，根據(jù)單井點處優(yōu)勢通道綜合指數(shù)，可以將優(yōu)勢滲流方向的流體傳導系數(shù)進行修正，以表征優(yōu)勢滲流方向流體傳導能力的變化。

正韻律儲層優(yōu)勢通道一般發(fā)育在底部高滲帶，當?shù)刭|模型縱向網(wǎng)格尺寸與優(yōu)勢通道縱向范圍比相對較大時，形成優(yōu)勢通道后，可以近似認為單井點處優(yōu)勢通道所在網(wǎng)格的有效滲流孔隙體積等于單井出砂量，則優(yōu)勢通道所在網(wǎng)格的孔隙度縮小倍數(shù)Npor＝Vsnd／（LxLyLzφ），其中Vsnd為單井出砂量，m3；Lx、Ly、Lz為優(yōu)勢通道所在網(wǎng)格x、y、z方向的網(wǎng)格尺寸，m；φ為優(yōu)勢通道所在網(wǎng)格原始孔隙度，%。

3 冀東油田高淺北區(qū)優(yōu)勢通道研究

南堡陸地高淺北區(qū)油藏儲層膠結疏松，平均孔隙度31.8%，滲透率51.4～5 328×10－3μm2，非均質性嚴重，滲透率級差2～150，地下原油粘度90 mPa·s，屬于常規(guī)稠油，易產生優(yōu)勢通道；動態(tài)上表現(xiàn)出含水率、出砂量、注采壓差、見聚濃度和調剖前后油井液量變化等參數(shù)在優(yōu)勢通道形成過程中的顯著變化。根據(jù)具有代表性、井間差別較大、數(shù)據(jù)容易獲取、各參數(shù)間無明顯相關性的原則，優(yōu)選滲透率、滲透率級差、聚合物濃度、油井套壓、調剖前后液量比、出砂量、含水率等七項參數(shù)，作為優(yōu)勢通道形成的因素集。

根據(jù)高淺北區(qū)的生產實際，針對各井區(qū)的地質和開發(fā)特點，將優(yōu)勢通道發(fā)育級別分為未明顯發(fā)育優(yōu)勢通道、弱發(fā)育優(yōu)勢通道、準發(fā)育優(yōu)勢通道、完全發(fā)育優(yōu)勢通道等四個級別（表1）。

表1 高淺北區(qū)Ng12小層優(yōu)勢通道分級標準

對因素集V的7個因素采用專家打分和層次分析法，確定各因素的權重為：

A＝ ｛0.045，0.066，0.238，0.290，0.182，0.082，0.098｝

對高淺北區(qū)Ng12小層各井的7個優(yōu)勢通道評價指標進行隸屬度函數(shù)計算和無量綱化處理，建立每口井的指標因素集R。水平井滲透率和滲透率級差，由相鄰定向井線性插值計算；注入井的含水率采用轉注前的數(shù)值，聚合物濃度、調剖前后液量比、油井套壓等借用相鄰油井數(shù)值。

例如，P63井為研究區(qū)北部一口油井，井型為水平井，鄰井G113－9井Ng12小層滲透率275×10－3μm2，滲透率級差4.6；G104－5P63井于2007年3月調剖竄聚停，油井套壓10 MPa，累計出砂4.23 m3，關井前含水率為98.4%，其指標因素集為：

建立每口井的綜合指數(shù)評判集Y＝AR，計算優(yōu)勢通道綜合指數(shù)。P63井優(yōu)勢通道綜合指數(shù)評判集為Y＝｛0，0.08，0.03，0.89｝，優(yōu)勢通道綜合指數(shù)為0.89，判定為完全發(fā)育優(yōu)勢通道。

綜合分析優(yōu)勢通道綜合指數(shù)分布規(guī)律和優(yōu)勢通道的形成與儲層構型的關系、油水井注采見效對應關系、油水井竄聚對應關系、水線推進方向等，高淺北區(qū)優(yōu)勢通道主要發(fā)育在強注強采區(qū)域，發(fā)育方向與主河道方向一致，平面上主要發(fā)育有八組大小不等的優(yōu)勢通道（圖2）。

運用高淺北區(qū)基礎井網(wǎng)模擬油藏原始的孔滲場，計算最近幾年新井的實際滲透率值比模擬得到的原始滲透率值擴大的倍數(shù)，繪制該值與單井點處的優(yōu)勢通道發(fā)育指數(shù)的相關曲線，確定井點處優(yōu)勢滲流方向的傳導系數(shù)修正倍數(shù)Nk與優(yōu)勢通道綜合指數(shù)y的對應關系為Nk＝50y。

高淺北區(qū)地質模型網(wǎng)格尺寸為30 m×30 m×0.5 m，可以近似認為單井點處優(yōu)勢通道所在網(wǎng)格的有效滲流孔隙體積等于單井出砂量，則優(yōu)勢通道所在網(wǎng)格的孔隙度縮小倍數(shù)Npor＝Vsnd／450φ。

通過對模型的修改，有效表征了優(yōu)勢通道區(qū)域的地質場變化及其對流體滲流的影響，獲得了與開發(fā)動態(tài)相吻合的結果，提高了歷史擬合的精度，為油藏在特高含水期開展剩余油挖潛、部署開發(fā)調整井提供了基礎。開發(fā)調整井P126井投產前鄰井含水51%～89%，平均78%，本井投產初期日產油11.5 t，含水5%，低含水采油期達7個月，取得了油藏特高含水階段剩余油挖潛的較好效果。

圖2 高淺北區(qū)Ng12小層優(yōu)勢通道平面發(fā)育分布

4 結論

（1）基于油藏開發(fā)過程中的各項動靜態(tài)參數(shù)，運用模糊綜合評判法，提出了一種疏松砂巖油藏優(yōu)勢通道定量描述和模擬的技術思路，克服了其他方法資料獲取難度大、研究成本高、推廣難度大的困難。

（2）優(yōu)勢通道的模擬，實現(xiàn)了優(yōu)勢通道對流體滲流影響的定量表征，提高了數(shù)值模擬歷史擬合精度，獲得了與開發(fā)動態(tài)相吻合的結果，證明了優(yōu)勢通道刻畫的準確性，為研究疏松砂巖油藏優(yōu)勢通道流體運動控制及剩余油挖潛、提高油藏采收率提供了基礎。

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