油藏井間動態連通性及地質控制因素研究
——以南圖爾蓋盆地Konys油田為例

付　輝， 盧立澤， 王賀華， 符　奇， 杜新龍， 韓緒軍

( 振華石油控股有限公司 成都研究中心，四川 成都　610000 )

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油藏井間動態連通性及地質控制因素研究
——以南圖爾蓋盆地Konys油田為例

付輝， 盧立澤， 王賀華， 符奇， 杜新龍， 韓緒軍

( 振華石油控股有限公司 成都研究中心，四川 成都610000 )

為解決南圖爾蓋盆地Konys油田井間連通性測試成本高、研究周期長等問題，以油水井的產液量、注水量等生產數據為基礎，根據系統分析理論，建立油藏井間動態連通性的系統分析反演模型，利用研究區塊的示蹤劑測試數據對反演模型結果進行驗證。結果表明，該研究區塊油水井M-Ⅱ油層之間主要存在單向連通、各向均勻連通、單線連通和單井突進連通等4種類型，連通性主要受構型因素和儲層物性等地質因素控制，壓裂酸化等儲層改造措施只影響局部的井間連通性。

井間連通性； 系統分析模型； 反演； 連通類型； 地質控制因素； 南圖爾蓋盆地

0　引言

在油田開發過程中，受注水的影響，儲層的非均質性逐漸增強，某些層位的滲透率越來越高，成為滲流優勢通道并造成注入水單向突進嚴重，注入水在地層中做無效循環，降低波及體積。因此，高含水油田開發時，評價注采井間的連通性，分析注水井的水流方向，不僅有利于油水井動態分析，而且對調剖堵水等工藝措施的優化實施、剩余油分布定量描述具有重要意義。

研究油藏井間連通性的主要方法有生產測井、地層對比、壓力動態監測、示蹤劑測試[1-8]和油藏數值模擬等。采用生產測井、地層對比等方法，可以確定儲層的靜態連通性，對于小層厚度薄、油水層關系復雜的油田，通過井間的橫向對比及測井資料等很難確定地層的動態連通性，對比的準確性也很難保證。壓力動態監測、示蹤劑測試和數值模擬方法實施比較復雜困難，同時測試成本高、研究周期長，影響油田的正常生產，不適合在油田現場大規模推廣應用。人們通過分析油水井生產動態數據[9-11]研究油藏井間連通性。Albertoni A[12]、Yousef A A[13]等建立基于注入量和產液量的多元線性回歸模型，用于油藏井間動態連通性反演，并引入非線性擴散系數對它進行改進。

基于系統分析原理[14-15]，筆者以Konys油田M-Ⅱ油藏作為研究對象，把油藏的所有注水井、生產井近似看做完整的系統，利用油水井的基礎生產數據，研究注入脈沖信號在油藏中的傳播特征，建立注水井注入激勵和油井產液量響應的系統分析模型并求解，結合研究區示蹤劑監測資料對模型的分析結果進行驗證，提出利用生產動態數據反演油藏井間動態連通性的方法，以解決油藏井間連通性研究成本高、周期長的難題。

1　地質概況

南圖爾蓋盆地位于哈薩克斯坦中部，是在元古界、古生界基底上發育起來的疊合盆地，面積約為8×104km2。Konys油田位于南圖爾蓋盆地阿雷斯庫姆坳陷南部，發育在古生界基巖隆起的披覆背斜構造帶上，由北至南發育相鄰的多個穹窿構造(見圖1)，含油層系主要包括M-0-2、M-Ⅱ、J-0-1及J-0-2，其中M-Ⅱ是Konys油田的主力油層，是一套粗粒厚層的不整合面底礫巖。

圖1　Konys油田構造位置Fig.1 Konys oilfield structural position

根據Konys油田巖心觀察結果，M-Ⅱ油層的巖石類型以礫巖、砂質礫巖、礫狀砂巖及含礫砂巖為主，礫石顆粒較粗，分選差，油層為一套近源沉積的扇三角洲。沉積構造以塊狀層理為主，局部也見波狀層理，根據取心井段巖心觀察結果，可見綠色泥巖夾粉—細砂巖條帶，層內隔夾層不發育，油層埋深為900.0～1 200.0 m，平均層厚為15.3 m，最厚為35.0 m左右，平均孔隙度為10.85%，有效滲透率為11×10-3μm2，屬于低孔低滲儲層，儲層具有弱水敏和強堿敏性。

2　油藏井間連通性

2.1反演方法

油藏是一個復雜的動力學系統，注水井注入量的變化引起油井產液量波動，產液量波動幅度也是油、水井連通性質的反映。目前，常用的計算模型包括多元回歸模型、電容模型和系統分析模型，其中系統分析模型考慮因素較多，計算結果穩定，成為較好的油藏井間動態反演方法之一。

如果把油藏生產井、注水井及井間通道看做一個系統，則認為注水井注水是系統注入信號，油井產液量是系統輸出信號。建立一口注入井和生產井的理想地質模型，分別模擬注水量為單位矩形脈沖信號和單位階躍信號下的油井產液量響應(見圖2)。由于注水井注入信號在地層傳播中不斷損耗，油井輸出信號相比注入信號存在一定的延時和衰減。用單位矩形脈沖信號的系統響應特征建立模型，計算求解過程較為復雜，為使模型求解計算簡單，根據單位階躍信號系統響應特征，建立井間動態連通性模型。

圖2　理想地質注采響應關系Fig.2 Injection and production response relationship

為了處理簡便，把注采響應特征近似為單位階躍信號響應，注采系統信號的傳遞函數為

(1)

式中：β為時間常數，反映注入階躍信號的時間滯后性。

根據注采系統的傳遞函數，一階線性系統的零狀態單位階躍響應為

(2)

圖3　以生產井為中心的井間連通單元Fig.3 Well connective unit centered at production well

假設生產井Pi為中心，周圍共有M口注水井(見圖3)，注水井Wj與生產井Pi之間的動態連通因數為λij，對注水井注入量按月采樣，注入量取月平均值。

假設注水井Wj的月注入量為wj(t)，所有注水井對生產井Pi的產液量激勵為

(3)

以第一個月n0為例，計算一口生產井在所有注水井作用下產生的響應，在第一個月內，注水井以第一個月的注入量對生產井施加作用，生產井Pi的產液量響應為

(4)

第一個月后，由于注入信號具有時滯性，第一個月的注水量還影響到以后的生產井產液量，可以用疊加原理反映這種影響。在第一個月后的任意時間，生產井Pi受到注水井Wj第一個月注入階躍影響的產液量響應為

(5)

生產井Pi受到所有注水井第一個月注入脈沖影響的產液量響應為

(6)

生產井Pi的綜合產液量響應為

(7)

當注水井注水量連續變化時，把各時間步注水井的注入脈沖在生產井上的響應迭加起來，考慮初始產液量的影響，則n時刻生產井Pi的產液量估值為

(8)

考慮實際生產中注采不平衡因素，生產井的產液量估值為

(9)

式(9)為油藏的井間連通性模型。模型需要求解的參數較多，采用擬牛頓法[16]求解。該方法可以保證求解過程收斂，同時為保證反演計算結果的可靠性，可以考慮加入適當的約束條件。

2.2反演結果

自2012年開始，研究區進入中高含水開發階段，選取2012年1月至2015年10月間68口生產井和54口注水井的生產動態數據，應用油藏動態連通性反演方法研究區塊的井間連通性。

該區塊共有3個注采井組進行示蹤劑測試，對比反演得到的井間連通性計算結果和示蹤劑測試結果(見表1)：

(1)在K-Ⅰ1井組中，注水井K-Ⅰ1與油井K-01的計算連通因數為0.62，示蹤劑在K-Ⅰ1井注入7 d后，在K-01井中被監測到，計算結果與測試結果相符；K-Ⅰ1與油井K-02、K-03的計算連通因數為0，在K-03井中一直未監測到示蹤劑，與測試結果符合。在45 d后K-02井監測到示蹤劑，說明兩口井連通性較差但保持連通，與計算結果略有偏差。

(2)在K-Ⅰ2井組中，注水井K-Ⅰ2與油井K-05、K-09和K-10的計算連通因數分別為0.31、0.19和0.30，示蹤劑在對應井中也在不同時間被監測到，計算結果與測試結果符合；K-Ⅰ2與油井K-06、K-08的計算連通因數為0，在對應油井中未監測到示蹤劑，與測試結果也符合；與油井K-07的計算連通因數為0.20，在K-07井中一直未監測到示蹤劑，說明兩者不連通，計算結果與測試結果不符合。

(3)在K-Ⅰ3井組中，注水井K-Ⅰ3與油井K-011、K-012和K-014的計算結果與示蹤劑測試結果符合；與油井K-013的計算結果與測試結果不符合。

在3個注采井組、14口油井中，11口油井與注水井的連通性計算結果與示蹤劑測試結果相符，只有3口油井不符合，計算符合率達到78.6%，從而證明油藏動態連通性反演方法的可靠性。

表1　Konys油田井組計算連通因數及示蹤劑測試結果

受到油藏構造差異、非均質性等因素的影響，研究區區塊的井間連通性呈現多種樣式，根據計算結果可以分為單向連通型、各向均勻連通型、單線連通型和單井突進連通型等4種類型，注水井K-Ⅰ1與油井K-01、K-04連通，與油井K-02、K-03不連通，與一側油井的連通性明顯好于另一側的，屬于單向連通型(見圖4(a))。注水井K-Ⅰ2井與油井K-05、K-07、K-09、K-10連通，且連通性差異不大，屬于各向均勻連通型(見圖4(b)。注水井K-Ⅰ3與油井K-011及其相反方向的油井K-013連通，且一側的連通性明顯好于另一側的，屬于單線連通型(見圖4(c))。注水井K-Ⅰ4只與油井K-016連通，與周圍其他井不連通，屬于單井突進連通型(見圖4(d))。

圖4　研究區井間連通類型Fig.4 Interwell connectivity types of block in study area

3　地質影響因素

3.1構型要素

研究區M-Ⅱ油層為扇三角洲沉積，沉積相類型包括扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲，沉積主體部位發育在水上。儲層發育的構型要素主要有槽流礫石體、片流礫石體、辮狀河道砂體及漫流砂體等4種類型，由于沉積環境不同、分布部位不同，導致儲層在巖性、物性和礫質含量等方面存在差異，且影響油藏油水的動態分布。一般M-Ⅱ砂體沉積旋回表現為底部粒度較粗、上部粒度較細的正旋回，底部礫石含量較高，粒度粗，以槽流礫石體和辮狀河砂體為主，物性較差，向上粒度逐漸變細，靠近扇根部位槽流礫石體較發育，向扇三角洲前緣以辮狀河道砂體為主，靠近扇頂部位以片流礫石體和漫流砂體為主，平面上不同構型之間的連通關系較差。

以K-Ⅰ1井組為例，根據油井K-01到K-03連通性分析結果，油井K-03和注水井K-Ⅰ1在油層底部構型單元產生差異，油水井屬于兩個不同的構型單元，注水井K-Ⅰ1的M-Ⅱ油層底部屬于槽流礫石體，油井K-03的M-Ⅱ油層屬于辮狀河道砂體，兩者相互切割，油水井間不連通(見圖5)。

以K-Ⅰ2井組為例，注水井K-Ⅰ2和油井K-05的M-Ⅱ油層同屬于辮狀河道砂體，兩者構型相同，油水井動態連通較好，注水井K-Ⅰ2與油井K-08分別屬于辮狀河道砂體和槽流礫石體，兩者相互切割和疊置，注水見效不明顯，油水井動態不連通(見圖6)。因為各構型單元存在平面組合關系及空間匹配的差異，導致油水井在平面上表現出不同的連通類型。

圖5　研究區K-Ⅰ1井組連井剖面Fig.5 Diagrams showing connecting-well profile in K-Ⅰ1 well group in study area

圖6　研究區K-Ⅰ2井組連井剖面Fig.6 Diagrams showing connecting-well profile in K-Ⅰ2 well group in study area

3.2儲層物性

研究區K-Ⅰ3井組的M-Ⅱ油層的儲層構型以辮狀河道砂體為主，井間連通關系較好，但是儲層物性差異較大(見圖7)。由圖7可以看出，注水井K-Ⅰ3與油井K-011、K-012、K-013發育辮狀河道砂體，僅頂部局部薄油層發育漫流砂體沉積。根據K-Ⅰ3井組物性分析結果，M-Ⅱ小層中油井的平均滲透率為45×10-3μm2，注水井K-Ⅰ3的平均滲透率為10×10-3～100×10-3μm2，油井K-014的平均滲透率小于4×10-3μm2，K-Ⅰ3和K-014存在明顯的滲透率級差。由連通因數計算結果可知，注水井K-Ⅰ3和油井K-011與K-014之間的歸一化連通因數分別為 0.55和0，反應在動態特征上，K-014未受效，K-011和K-012注水見效明顯，說明在同一構型單元中儲層物性的差異導致井間連通性的差異。

3.3儲層改造措施

研究區油井大部分是水力壓裂后投產的，根據壓裂酸化設計方案及現場實施效果，增產措施只是在近井地帶生成人造裂縫，壓裂裂縫延伸長度一般在80～150 m之間，不超過井間距離的一半，人工裂縫溝通優勢儲層后對局部井間連通性有影響。

綜合油藏井間連通性動態反演及地質影響因素分析結果，研究區主要為槽流礫石體和辮狀河道砂體沉積，巖性是以砂礫巖、礫巖和含礫砂巖為主，構造特征為塊狀，平面和垂向非均質性較強，井間連通性主要受儲層構型和儲層物性的影響，酸化壓裂等工藝措施只影響局部的井間連通性。

圖7　研究區K-Ⅰ3井組連井剖面Fig.7 Diagrams showing connecting-well profile in K-Ⅰ3 well group in study area

4　結論

(1)以油井產液量和注水井注水量等生產動態數據為基礎，建立系統分析模型，可以有效反演油藏井間連通性，在一定程度上解決井間連通性動態測試成本高、周期長等難題。

(2)應用南圖爾蓋盆地Konys油田某區塊的生產資料，反演區塊的井間連通性，并用計算反演結果與示蹤劑測試數據進行對比，驗證井間連通性反演模型的可靠性。

(3)根據油層沉積構型分析結果，M-Ⅱ油層發育槽流礫石體、片流礫石體、辮狀河道砂體及漫流砂體等4種沉積構型。在扇三角洲平原到扇三角洲前緣過渡部位主要發育槽流礫石體和片流礫石體，兩者相互切割和疊置，造成連通關系變差。在扇三角洲前緣部位主要發育辮狀河道砂體和片流礫石體，井間連通關系主要受到儲層物性的影響。該區塊井間連通類型主要有單向連通型、各向均勻連通型、單線連通型和單井突進連通型等4種。

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2016-03-25；編輯：任志平

國家自然科學基金項目(51490654)

付輝(1983-)，男，碩士，工程師，主要從事油田開發方面的研究。

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.03.011

TE331

A

2095-4107(2016)03-0089-08