薄互儲(chǔ)層油藏層間干擾定量化表征新方法

康 凱，劉 超，許萬坤，申春生，鄭金定

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

李波將過去采用的滲透率表征縱向非均質(zhì)性拓展為利用原油在地層中流動(dòng)難易程度的流動(dòng)系數(shù)來描述縱向非均質(zhì)性的方法[5]。羅憲波對(duì)于海上油田多層油藏層間物性差異大，產(chǎn)能干擾嚴(yán)重的問題，利用層間矛盾主控因素判斷層間干擾程度的強(qiáng)弱[6]。劉洪杰基于油井壓恢測(cè)試結(jié)果、開發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等，對(duì)多層合采層間干擾系數(shù)進(jìn)行分析[7]。

前人的研究偏重于定性判斷，缺少針對(duì)薄互層油藏的定量化表征。目前礦場(chǎng)為了定量化層間干擾，往往采用下分采管柱并進(jìn)行開關(guān)滑套作業(yè)，同時(shí)結(jié)合產(chǎn)能測(cè)試來進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本很高，且受限于海上平臺(tái)作業(yè)，工作量大，實(shí)際操作困難。本文通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)法、油藏工程法和動(dòng)態(tài)反演法，分析層間干擾主控因素及干擾機(jī)理，創(chuàng)新了薄互層油藏合采層間干擾定量描述理論，為油田剩余油挖潛和綜合調(diào)整的層系劃分提供理論指導(dǎo)。

1 薄互層油藏三維物理模擬

針對(duì)薄互層油藏各層厚度、物性、流體和壓力差異等因素導(dǎo)致的層間矛盾，開展多層水驅(qū)油三維物理模擬實(shí)驗(yàn)，分析多層合采時(shí)的驅(qū)油效率，為油田開發(fā)方案研究提供理論支持。本實(shí)驗(yàn)選取PL油田真實(shí)地層壓力和油藏參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)條件，注采井距、油層厚度等采用等比例縮小模型，與實(shí)際油藏情況相比具有相似性和可對(duì)比性。

利用三維大平板填砂模型制作了一套模擬地層條件水驅(qū)油的三維成像及監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[8]。在設(shè)備設(shè)計(jì)中，加大模型承受壓力條件，以期模擬真實(shí)地層壓力條件下水驅(qū)開發(fā)，同時(shí)為了更好地表征薄互層油藏水驅(qū)開發(fā)，擴(kuò)大模型的模擬地層范圍和層數(shù)，實(shí)現(xiàn)了分層注水分層開采，分層計(jì)量、砂粒自動(dòng)壓實(shí)的裝置和模型可調(diào)節(jié)功能。

在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上，增加電極分布層數(shù)和平面上的電極數(shù)量，電極組采用8橫8列的方式均布在底板，電極組單元包括4個(gè)長短不一的電極，64個(gè)4路繼電器輸出模塊可對(duì)256個(gè)電極進(jìn)行電極掃描控制，從而生成電阻三維圖像。此外，模型增加了壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，8個(gè)10 MPa壓力傳感器分布在底板，可隨時(shí)檢測(cè)壓力變化情況。通過對(duì)設(shè)備研制、模型設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的創(chuàng)新改進(jìn)，大幅提高了三維物理模擬實(shí)驗(yàn)的研究精度，更加接近真實(shí)地層條件下的薄互層水驅(qū)開發(fā)情況(見圖1)。

圖1 薄互層油藏三維物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及成像系統(tǒng)

填取不同物性、厚度的物理模型以模擬薄互層油藏，用不同黏度的模擬油飽和不同物理模型以形成層間流體差異，三維模型模擬反九點(diǎn)面積井網(wǎng)開發(fā)(1注3采)的方式，注入端模擬注水井多層合注，以恒定流量注入水；出口端在各層設(shè)置虛擬井以記錄各層采出情況，同時(shí)在各虛擬井分別接入抽泵機(jī)，設(shè)置不同流壓，模擬各層不同生產(chǎn)壓差。在實(shí)驗(yàn)過程中記錄出口端采液速度、含水情況，同時(shí)記錄累積采油量，計(jì)算各模擬層驅(qū)油效率，反映不同條件下的薄互層層間干擾情況。

通過多層并聯(lián)三維物理模型實(shí)驗(yàn),可以看出隨著儲(chǔ)層滲透率級(jí)差、黏度級(jí)差、層間壓力級(jí)差的增大，低滲層、高粘層、薄差層和虧空層都明顯受到壓抑，模型整體驅(qū)油效率受到不同程度的影響(見圖2)，獲得了薄互層油藏多層合注合采時(shí)層間驅(qū)油效率的定量化差異。

圖2 三維物理模擬實(shí)驗(yàn)不同條件下驅(qū)油效率對(duì)比

2 基于生產(chǎn)動(dòng)態(tài)反演法定量表征層間干擾因子

目前利用生產(chǎn)動(dòng)態(tài)對(duì)層間干擾進(jìn)行表征的方法大多是針對(duì)單一影響因素展開研究，不能直接指導(dǎo)油田開發(fā)。針對(duì)渤海灣薄互層油藏采用大段多層合采開發(fā)方式，各層系之間厚度、儲(chǔ)層物性、流體性質(zhì)和層間壓力差異大的特征，分析多層合采過程中不同含水階段層間干擾對(duì)油井產(chǎn)能的影響，建立多層合采層間干擾定量表征理論，為油田層系劃分提供指導(dǎo)[9-12]。

根據(jù)采購申請(qǐng)、需求合并、采購計(jì)劃、確定貨源、詢價(jià)報(bào)價(jià)等多個(gè)環(huán)節(jié)的處理后產(chǎn)生采購訂單，向《合格供應(yīng)目錄》內(nèi)的供應(yīng)商購買物料；供應(yīng)商生產(chǎn)備貨，發(fā)到工廠倉庫后進(jìn)行采購收貨質(zhì)檢，并接收供應(yīng)商開具的采購發(fā)票進(jìn)行合同核銷；最后轉(zhuǎn)到存貨系統(tǒng)進(jìn)行存貨核算以及轉(zhuǎn)到應(yīng)付系統(tǒng)進(jìn)行付款結(jié)算。各個(gè)功能可相互參照，也可手工錄入，減少人工操作的工作量。

根據(jù)油田開發(fā)特征，引入干擾因子概念，以更直觀地描述不同含水階段層間干擾對(duì)合采效果的影響。干擾因子隨含水率的變化實(shí)際反映的是多層合采過程中層間干擾對(duì)油井整體產(chǎn)油能力的影響隨含水率的變化，干擾因子計(jì)算式[13-15]：

(1)

式中：αo為層間干擾因子；Jdio為第i層無干擾時(shí)產(chǎn)能；Jhio為第i層合采時(shí)產(chǎn)能。

現(xiàn)有的定向井產(chǎn)能計(jì)算方法僅適用于單層開采，沒有考慮薄互層的層間干擾和稠油的啟動(dòng)壓力，不適合預(yù)測(cè)多層合采的油井產(chǎn)能。通過引入干擾因子和啟動(dòng)壓力，對(duì)單層的定向井產(chǎn)能公式進(jìn)行修正，得到定向井多層合采產(chǎn)能計(jì)算式：

(2)

進(jìn)一步對(duì)式(2)進(jìn)行整理，得到層間干擾因子定量表征計(jì)算式：

(3)

用干擾因子定量表征計(jì)算式，本項(xiàng)目系統(tǒng)分析了渤海灣PL油田層間干擾情況，在此基礎(chǔ)上，形成了渤海灣PL油田干擾因子評(píng)價(jià)圖版(見圖3)。

圖3 渤海灣PL油田多層合采層間采出程度干擾因子評(píng)價(jià)模板

從圖版可以看出：(1)渤海灣PL油田多層合采主要存在厚度差異、黏度差異、滲透率差異和層間壓力差異導(dǎo)致的層間干擾；(2)多層合采過程中，主力層通過層間干擾對(duì)非主力層的產(chǎn)油能力有一定的負(fù)面作用，隨著含水率的上升負(fù)面作用逐漸增強(qiáng)，因此在中高含水期進(jìn)行分層系開發(fā)很有必要；(3)滲透率級(jí)差(黏度級(jí)差、厚度級(jí)差、壓力級(jí)差)越大，在相同含水情況下的層間干擾程度越明顯。因此，針對(duì)滲透率級(jí)差(黏度級(jí)差、厚度級(jí)差、壓力級(jí)差)較大的油層進(jìn)行分層系開發(fā)，以減少層間干擾。

3 基于油藏工程方法研究多層合采波及系數(shù)

薄互層狀油藏在開發(fā)過程中，受限于層間客觀存在的儲(chǔ)層厚度、儲(chǔ)層物性、流體和地層壓力的差異，引起水驅(qū)開發(fā)過程中不同層位的水驅(qū)前緣推進(jìn)速度不同，從而導(dǎo)致開發(fā)效果不同。基于貝克雷理論，分析了多層油藏合采開發(fā)效果的影響因素，形成了薄互層水驅(qū)開發(fā)理論模型，為油田進(jìn)行分層系開發(fā)調(diào)整提供理論指導(dǎo)[16-19]。

在油水兩相滲流理論的基礎(chǔ)上，建立了多層油藏水驅(qū)油模型，對(duì)多層油藏在定液量條件下的合采與分采進(jìn)行模擬，并對(duì)不同開發(fā)階段各油層的產(chǎn)液(油)量、產(chǎn)液(油)指數(shù)、滲流阻力、采出程度等進(jìn)行求解。

多層油藏水驅(qū)油模型多層合采時(shí)產(chǎn)量為：

(4)

多層合采時(shí)油藏縱向波及系數(shù)為：

(5)

多層合采時(shí)油藏采出程度為：

(6)

利用多層水驅(qū)開發(fā)模型對(duì)合采和分采條件下的開發(fā)效果進(jìn)行對(duì)比，為多層油藏制定合理的分采界限提供指導(dǎo)。如圖4所示，薄互層級(jí)差、滲透率級(jí)差、黏度級(jí)差和壓力級(jí)差越大，合采與分采波及系數(shù)差異也越大，結(jié)合油田特點(diǎn)給出層系劃分的薄層占厚層比例小于0.6左右，滲透率級(jí)差小于5左右，黏度級(jí)差小于3左右，層間壓力級(jí)差小于1.2左右。

圖4 渤海灣PL油田不同油層合采與分采效果對(duì)比

在多層合采驅(qū)油效率、波及系數(shù)和干擾系數(shù)定量表征的基礎(chǔ)上劃分開發(fā)層系，將儲(chǔ)層類型、儲(chǔ)層物性、流體性質(zhì)和壓力差異大的油層分采，采取縱向油、水井徹底細(xì)分開發(fā)層系的產(chǎn)液結(jié)構(gòu)調(diào)整策略，由原來的一套開發(fā)層系調(diào)整為三套開發(fā)層系，把不同儲(chǔ)層類型、不同流體性質(zhì)和不同壓力差異的油層進(jìn)行分采(見圖5)，日增油2 675 m3，累積增油351.5×104m3，油田水驅(qū)采收率提高了2.3%，在油田高含水期實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)油控水，明顯提高了油田開發(fā)效果[20-23]。

圖5 渤海灣PL油田開發(fā)層系組合與劃分示意

4 結(jié)論

(1)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M法結(jié)論清晰，但不能直接應(yīng)用于礦場(chǎng)；生產(chǎn)動(dòng)態(tài)反演法數(shù)據(jù)可靠，但需要大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，難以推廣應(yīng)用到其他油田；油藏工程法邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、易于推廣，但偏于理想。在實(shí)際應(yīng)用中，需要將這三種方法相互對(duì)比、印證，利用生產(chǎn)動(dòng)態(tài)反演法和物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M法對(duì)油藏工程法進(jìn)行校正，使之更加符合礦場(chǎng)實(shí)際，并易于推廣應(yīng)用。

(2)本文根據(jù)渤海灣薄互層水驅(qū)砂巖油藏特點(diǎn)，利用物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M法、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)反演法和油藏工程法，加入薄互層分布比例、啟動(dòng)壓力、含水率階段、壓力差異等主控因素，實(shí)現(xiàn)了對(duì)薄互層油藏層間干擾系數(shù)的定量化表征。

(3)層間干擾定量化表征可以定量描述油田剩余油分布規(guī)律，確定重點(diǎn)挖潛部位，優(yōu)選調(diào)整井井位。尤其可為縱向分布層數(shù)多、厚度大的薄互層油藏的分層系開發(fā)提供層系劃分依據(jù)。

(4)定量表征新方法在渤海灣PL油田的剩余油挖潛和開發(fā)調(diào)整中的應(yīng)用獲得了良好效果，對(duì)今后此類型油藏的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。