正韻律底水油藏含水上升規律及其影響因素

王業飛 張希喜 黃勇 周代余 史勝龍 劉瑞珍

1.中國石油大學（華東）石油工程學院；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發研究院

X區塊屬于塊狀背斜構造底水油藏，依靠天然底水能量開發，孔隙度為18.4%，平均滲透率234.2 mD，為中孔、中高滲正韻律儲層；開發后期底水錐進嚴重，油井高含水，綜合含水高達80.3%。不同油井的見水時間不同，含水率上升的速度不同，即呈現出不同的含水上升規律。只有認清含水上升規律，才能更好地管理油井的生產［1］。眾多學者基于具體的油藏條件對見水原因、見水特征以及見水機理等進行了研究，取得了大量成果［2-6］，但關于含水上升規律及其影響因素的結合研究較少，并且多數關于影響因素的研究都基于均質地層模型［7-10］，較少涉及正韻律底水油藏。筆者以X區塊地質資料為基礎，有針對性地研究了正韻律底水油藏含水上升規律及其影響因素，研究結果對于保持油田穩產、降低開采成本具有重要意義，同時也為同類油田制定開發對策提供了合理的依據。

1 正韻律底水油藏含水上升規律

Water cut rising laws of positive rhythm reservoir with bottom water

1.1 區塊整體含水上升規律

Overall water cut rising law of the block

根據萬吉業提出的驅替系列［11］，含水率與采出程度的關系曲線可以分為 “凸”型，“凹”型，“S”型，“凸-S”型和“凹-S”型5種類型。根據油田實際生產數據，按表1所列的5種類型的關系式進行線性回歸，求出系數A和B，得到線性回歸方程以及相關系數，選取相關系數較高的“S”型和“凸-S”型作為候選含水上升規律。將含水率fw=0.98代入選出的2種含水上升規律中，求出相應的采出程度。 “S”型含水上升規律計算出的采出程度為0.535，與X區塊的標定采收率（R=0.528）更為接近。

表1 X區塊含水上升規律擬合Table 1 Fitting of water cut rising laws of Block X

圖1 X區塊整體含水率變化線性回歸擬合結果對比Fig. 1 Comparison between linear regression fitting results of overall water cut change of Block X

從圖1可以看出，X區塊含水率與采出程度的關系和“S”型規律線性回歸擬合效果較好，故確定X區塊整體含水上升規律為“S”型，其特點是油藏在低含水期采出程度較高，進入中含水期后含水快速上升，到高含水期含水又保持相對穩定，體現了底水的特征。

1.2 單井含水上升規律

Single-well water cut rising laws

油田的開發效果集中反映在對單井開采的有效控制上，為此重點分析了單井含水上升規律［3］。根據區塊59口油井的實際生產動態數據，得到各油井含水率隨時間的變化曲線，據此對所有投產井進行歸納總結，可以將X區塊單井含水上升規律劃分為緩斜坡型、反“Z”型、“Γ”型、高波浪型和低波浪型等5類（圖2）。參考李傳亮關于含水上升規律的量化指標（表2）［1］，對5種類型的單井含水上升規律特征分析如下。

（1）緩斜坡型。油井無水采油期或低含水階段較長，見水后，含水率上升緩慢，屬于低速或中速上升，一般需要較長時間才達到高含水階段，屬于正常水淹。該類井油水界面附近夾層較為發育，井點地質模型屬于邊水型。此類井共6口，占總井數的10.2%。

（2）反“Z”型。油井無水采油期或低含水階段較長，此后含水快速上升至高含水階段或特高含水階段，一般多屬于快速水淹或者暴性水淹，井點處屬于間接底水型。此類井共6口，占總井數的10.2%。

（3）“Γ”型。油井沒有無水采油期，見水后，含水快速上升至高含水階段或特高含水階段，沒有明顯的見水時間，井點處為直接底水型。此類井共24口，占總井數的40.6%。

圖2 含水上升規律示意圖Fig. 2 Sketch of water cut rising laws

表2 含水上升規律的量化指標Table 2 Quantification index of water cut rising laws

（4）高波浪型。開始生產便高含水，沒有無水采油期，生產過程中含水率上下波動或保持小幅度變化，含水變化呈以高含水為基準的“高波浪型”，井點處為直接底水型。此類井共19口，占總井數的32.2%。

（5）低波浪型。開始生產時為低含水，生產過程中含水率上下波動或保持不變，含水變化呈以低含水為基準的“低波浪型”。 此類井共4口，占總井數的6.8%。

對區塊59口單井的含水上升規律進行統計得出，“Γ”型和高波浪型油井所占比例較大，共占72.8%，表明X區塊處于高含水生產階段，后續開發需要采取一定的控水措施。對X區塊整體以及單井含水上升規律的分析，可以為油田制定總的控水方案以及單井的分類治理技術對策提供依據。

2 含水上升規律影響因素分析

Factors influencing water cut rising laws

在確定區塊整體以及各單井含水上升規律之后，以X區塊的地質資料為基礎，用CMG軟件建立二維正韻律單井剖面數值模擬模型進行影響因素分析。由單因素分析得知，有無夾層存在時，含水上升規律差別比較大，故根據有無夾層進行2組正交試驗設計，分別選用不同的評價指標。在分析定液量（油井以一定液量生產時的日產液量）、油層打開程度、水體大小（即底水與地下油氣的體積之比）、垂直水平滲透率比值（kv/kh）以及油水黏度比（μo/μw）對含水上升規律的影響時，用采出程度為25%時的含水率作為試驗指標；在分析夾層位置、夾層大小（夾層寬度不變時，用夾層長度代表夾層大小）和夾層滲透率的影響時，試驗指標為無水采出程度。

2.1 地質模型

Geologic model

以X區塊為原型油藏，建立正韻律底水油藏概念模型，只有一口直井以天然底水能量開采。模型在i、j、k3個方向將油藏劃分為200×1×80個網格，垂向上1～40層為油層，41～80為水層，采用網格水體，模型中每個網格的大小為1 m×5 m×0.5 m；油層厚度20 m，孔隙度18.4%，正韻律模型平均滲透率234.2 mD；脫氣原油密度0.84 g/cm3，地層原油黏度0.75 mPa·s，地層原油體積系數1.65，壓縮系數25×10-4MPa-1；地層水密度 1.13 g/cm3，黏度 0.34 mPa·s，體積系數 1.2，壓縮系數 5.1×10-4MPa-1；原始地層壓力53.2 MPa。

2.2 無夾層時各因素的影響

Influential laws of each factor without interlayers

無夾層時，定液量、油層打開程度、水體大小、垂直水平滲透率比值（kv/kh）以及油水黏度比（μo/μw）是影響底水油藏含水上升規律的主要因素［7］，采用正交試驗法對各因素進行分析，各因素及其水平參數如表3所示，各因素取值范圍由單因素分析法確定，其中定液量較小是因為所建模型為剖面模型。依據正交表L16（45），對不同參數組合的16組試驗進行數值模擬計算，以采出程度25%時的含水率為試驗指標，結果較小時為較優水平。表4試驗結果表明，各因素對含水上升影響程度由強到弱依次為油水黏度比（μo/μw）、打開程度、kv/kh、水體大小和定液量。

表3 無夾層時各因素與水平Table 3 Each factor and its level without interlayers

分析各因素對含水上升規律的影響。（1）流度比是指驅油時驅動液流度與被驅動液流度的比值，隨著油水黏度比（μo/μw）增大，流度比增大，底水錐進越快，開采效果越差。單因素分析油水黏度比對含水上升的影響見圖3。（2）對于正韻律儲層，底水錐進的速度比較快。油層打開程度越大，無水采出程度越低，含水上升速度越快，因此確定合理的打開程度對于控制含水意義重大。（3）垂直水平滲透率比值（kv/kh）反映層間連通性對含水上升的影響。kv/kh越小，底水錐進速度越慢，無水采出程度越高。（4）生產井只依靠天然底水能量開采時，水體越大，天然能量越充足，含水上升速度越快。（5）生產井采取定產液量方式生產時，定液量大小會影響含水上升規律。定液量增大時，生產壓差相應增大，從而使油井無水采出程度降低，含水率上升速度加快；定液量過小會影響油田的經濟效益。單因素分析定液量對含水上升的影響見圖4。根據正交試驗結果，油水黏度比對含水上升影響最顯著，定液量影響最弱，比較圖3和圖4可以看出，改變油水黏度比對含水上升速度以及無水采出程度的影響較大，而定液量大小的改變對于含水上升的影響則相對較小。若底水油藏需要進行注水開發，在注入水中加入增黏劑，除能擴大水的波及體積，還能抑制底水錐進［7］。

表4 無夾層時正交試驗結果Table 4 Orthogonal test results without interlayers

2.3 夾層特性的影響

Influential laws of interlayer properties

分析夾層位置、夾層大小以及夾層滲透率等夾層特性對含水上升規律的影響時，各因素及水平參數見表5。夾層位置示意圖見圖5。對不同參數組合的16組試驗進行數值模擬計算，各組試驗中夾層厚度均為1.5 m，試驗指標為無水采出程度，結果較大時為較優水平。表6試驗結果表明，夾層特性對含水上升影響程度由強到弱依次為夾層位置、夾層滲透率和夾層大小。

圖3 油水黏度比對含水上升的影響Fig. 3 Effect of oil/water viscosity ratio on water cut rising

圖4 定液量對含水上升的影響Fig. 4 Effect of certain liquid volume on water cut rising

表5 夾層特性因素與水平Table 5 Interlayer property factors and their levels

圖5 夾層位置示意圖Fig. 5 Schematic position of interlayers

各因素對含水上升規律的影響分別為：（1）夾層位于油水界面之下時對含水變化影響較小，夾層位于射孔底部至油水界面范圍內時，無水采出程度大幅度提高。由正交試驗結果以及圖6可知，當夾層位于油水界面時為較優水平，主要由于正韻律儲層下部滲透率比較高，底水錐進速度較快，夾層位于這些高滲透率部位時可以有效減緩底水錐進。（2）夾層滲透率越小，無水采出程度越高。但是當夾層滲透率為0時，阻擋底水錐進的同時，底水也不能為油層開采提供能量，會使最終采出程度下降。（3）夾層大小顯著影響無水采出程度，夾層越大對底水錐進的抑制作用越強，從而無水采出程度越高。單因素分析夾層特性對含水上升的影響見圖6～8。

表6 夾層特性正交試驗結果Table 6 Orthogonal test results of interlayer properties

圖6 夾層位置對含水上升的影響Fig. 6 Effect of interlayer position on water cut rising

圖7 夾層滲透率對含水上升的影響Fig. 7 Effect of interlayer permeability on water cut rising

圖8 夾層大小對含水上升的影響Fig. 8 Effect of interlayer size on water cut rising

夾層存在時的無水采出程度比無夾層時高，一是因為水錐的難度加大導致的水錐速度減小，二是因為水錐的路徑變長導致的水錐時間延長［12］。利用隔夾層阻隔底水可延緩底水錐進，實現底水油田有效開發［13］。在油藏實際開采過程中可以通過合理利用天然夾層或設置人工夾層來減緩含水上升。

2.4 含水上升規律與影響因素的對應關系

Corresponding relationships between water cut rising laws and influential factors

實際生產中，油井的含水上升規律受多種因素共同影響，根據5種含水上升規律的特點，結合正交試驗結果，得到不同含水上升規律與影響因素的對應關系，根據表7可以判斷油井的含水上升規律。

表7 含水上升規律與影響因素的對應關系Table 7 Corresponding relationships between water cut rising laws and influential factors

3 結論

Conclusions

（1）利用線性回歸方法，結合X區塊實際生產數據，確定了區塊整體含水上升規律為“S”型；根據油井含水率隨時間的變化，將區塊所有單井含水上升規律劃分為緩斜坡型、反“Z”型、“Γ”型、高波浪型和低波浪型5類，結合量化指標，分析得到各種類型含水上升規律的特點。通過歸納總結得出“Γ”型和高波浪型是X區塊單井含水上升的主要規律。

（2）以X區塊的地質資料為基礎，采用正交試驗方法研究正韻律底水油藏含水上升影響因素，當不存在夾層時，各因素對含水上升的影響從強到弱依次為油水黏度比、打開程度、垂直水平滲透率比值、水體大小、定液量；當只研究夾層特性時，夾層特性對含水上升的影響從強到弱依次為夾層位置、夾層滲透率和夾層大小。

（3）含水上升規律與正交試驗結果有助于在開采底水油藏過程中抓住主要因素，對單井進行分類治理以減緩含水上升，最大程度提高采收率，對于X底水油藏高效開發具有重要意義。

［1］李傳亮，朱蘇陽. 關于油藏含水上升規律的若干問題［J］. 巖性油氣藏，2016，28（3）：1-5.

LI Chuanliang, ZHU Suyang. Some topics about water cut rising rule in reservoirs［J］. Lithologic Reservoirs,2016, 28（3）: 1-5.

［2］杜殿發，王玉靖，侯加根，姬承偉，雷英，賈洪亮.薄層邊底水油藏水淹模式——以陸梁油田陸9井區呼二三油藏為例［J］. 油氣地質與采收率，2012，19（5）：91-93.

DU Dianfa, WANG Yujing, HOU Jiagen, JI Chengwei,LEI Ying, JIA Hongliang. Study on water flooding pattern of thin-layered reservoirs with edge and bottom water-case of K1h23 reservoir of Lu9 wellblock in Luliang oilfield［J］. Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 2012,19（5）: 91-93.

［3］潘有軍，徐贏，吳美娥，張中勁. 牛圈湖區塊西山窯組油藏含水上升規律及控水對策研究［J］. 巖性油氣藏，2014，26（5）：113-118.

PAN Youjun, XU Ying, WU Meie, ZHANG Zhongjin.Water cut rising rules and water control countermeasures of reservoir of Xishanyao Formation in Niuquanhu block［J］. Lithologic Reservoirs, 2014, 26（5）: 113-118.

［4］鄒存友，于立君. 中國水驅砂巖油田含水與采出程度的量化關系［J］. 石油學報，2012，33（2）：288-292.

ZOU Cunyou, YU Lijun. A quantization relationship between water cut and degree of reservoir recovery for waterflooding sandstone reservoirs in China［J］. Acta petrolei Sinica, 2012, 33（2）: 288-292.

［5］徐贏，潘有軍，周榮萍，吳迪，蒲玉娥，肖露. 油田注水開發期含水率隨時間變化規律研究［J］. 巖性油氣藏，2016，28（4）：127-132.

XU Ying, PAN Youjun, ZHOU Rongping, WU Di,PU Yue, XIAO Lu. Water cut change law with time in waterflooding oilfield［J］. Lithologic Reservoirs, 2016,28（4）: 127-132.

［6］周代余，江同文，馮積累，卞萬江，劉勇. 底水油藏水平井水淹動態和水淹模式研究［J］. 石油學報，2004，25（6）：73-77.

ZHOU Daiyu, JIANG Tongwen, FENG Jilei, BIAN Wanjiang, LIU Yong. Waterflooding performance and pattern in horizontal well with bottom water reservoir［J］.Acta petrolei Sinica, 2004, 25（6）: 73-77.

［7］喻高明，凌建軍，蔣明煊，劉德華. 砂巖底水油藏開采機理及開發策略［J］. 石油學報，1997，18（2）：64-68.

YU Gaoming, LING Jianjun, JIANG Mingxuan, LIU Dehua. Production mechanism and development tactics on sandstone reservoirs with bottom water［J］. Acta petrolei Sinica, 1997, 18（2）: 64-68.

［8］ELKADDIFI K, SHIRIF E, AYUB M, HENNI A .Bottom-water Reservoirs: Simulation Approach ［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology, 2008, 47（2）:38-43.

［9］趙倫，陳希，陳禮，曹仁義，張祥忠，劉佳，單發超. 采油速度對不同黏度均質油藏水驅特征的影響［J］. 石油勘探與開發，2015，42（3）：352-357.

ZHAO Lun, CHEN Xi, CHEN Li, CAO Renyi, ZHANG Xiangzhong, LIU Jia, SHAN Fachao. Effects of oil recovery rate on water-flooding of homogeneous reservoirs of different oil viscosity［J］. Petrolem Exploration and Development, 2015, 42（3）: 352-357.

［10］ZHAO G, ZHOU J, LIU X. An Insight Into the Development of Bottom Water Reservoirs［J］. Journal of Canadian Petroleum Technology, 2006, 45（4）: 22-30.

［11］萬吉業.水驅油田的驅替系列及其應用(Ⅰ)［J］.石油勘探與開發，1982，9（6）：65-72.

WAN Jiye. A series of displacement characteristic curve and its application on the prediction performance of waterflood oil reservoirs(Ⅰ)［J］. Petrolem Exploration and Development, 1982, 9（6）: 65-72.

［12］李傳亮.油藏工程原理［M］.北京：石油工業出版社，2012：363-368.

LI Chuanliang. Reservoir engineering theory［M］.Beijing: Petroleum Industry Press, 2012: 363-368.

［13］穆龍新，王瑞峰，吳向紅. 蘇丹地區砂巖油藏衰竭式開發特征及影響因素［J］. 石油勘探與開發，2015，42（3）：347-351.

MU Longxin, WANG Ruifeng, WU Xianghong. Development features and affecting factors of natural depletion of sandstone reservoirs in Sudan［J］. Petrolem Exploration and Development, 2015, 42（3）: 347-351.