多層稠油油藏層間干擾規(guī)律研究及應(yīng)用

康博韜，姜 彬，陳國(guó)寧，郜益華，苑志旺

（1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083）

多層砂巖油藏是我國(guó)陸相沉積盆地的主要油藏，其儲(chǔ)量與產(chǎn)量占全國(guó)的50 %左右，開(kāi)發(fā)潛力巨大。大量地質(zhì)研究表明，我國(guó)砂巖油藏原油黏度高、縱向跨度大、含油井段長(zhǎng)、小層層數(shù)多等特點(diǎn)，這些小層由于沉積環(huán)境和能量的不同，巖石的孔隙結(jié)構(gòu)、粒度，以及孔隙度、滲透率等物性差別都很大，特別是滲透率的差別更為明顯[1，2]。但是為了兼顧開(kāi)發(fā)效果與生產(chǎn)成本，海上油田一般采用多層合采的開(kāi)發(fā)方式，這導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中層間矛盾突出，層間干擾現(xiàn)象嚴(yán)重影響油田整體的開(kāi)發(fā)效果和最終的采收率。羅憲波，等統(tǒng)計(jì)了渤海7 個(gè)稠油油田的生產(chǎn)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)多層稠油油藏合注合采時(shí)層間干擾現(xiàn)象非常嚴(yán)重，合采時(shí)油井的產(chǎn)油量相比分層開(kāi)采有很大損失[3，4]，因此準(zhǔn)確評(píng)價(jià)多層合采時(shí)油井的產(chǎn)能情況，進(jìn)而合理劃分層系并采取相應(yīng)的調(diào)整措施降低層間干擾的影響對(duì)海上油田的高效開(kāi)發(fā)具有至關(guān)重要的意義。

目前針對(duì)層間干擾做的研究有很多，主要從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)[4-7]和油藏工程[8-10]的方法進(jìn)行，但是由于層間干擾的作用機(jī)理非常復(fù)雜，因此通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)完全模擬層間干擾現(xiàn)象是不可能的；而油藏工程方法一般都是通過(guò)對(duì)實(shí)際油藏進(jìn)行簡(jiǎn)化后得到的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)也有較大的差距，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指導(dǎo)意義不大。針對(duì)上述問(wèn)題，本文以典型油田SZ36-1 為基礎(chǔ)，采用油藏工程手段建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)反演的方法，并對(duì)多層合采過(guò)程中不同滲透率級(jí)差條件下的層間干擾變化規(guī)律展開(kāi)深入研究，形成適用于普通稠油油藏的層間干擾定量評(píng)價(jià)圖版，可直接用于指導(dǎo)油田現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

1 油田概況

SZ36-1 油田位于渤海遼東灣南部海域。主力含油層段為東營(yíng)組下段，為三角洲前緣沉積，砂體呈層狀分布，連續(xù)性好，斷層少。受構(gòu)造和巖性控制，油藏在縱向上、橫向上存在多個(gè)獨(dú)立的油水系統(tǒng)，屬于層狀構(gòu)造油藏。儲(chǔ)層巖性為中細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖和細(xì)粉砂巖，橫向上分布較為穩(wěn)定、連續(xù)，縱向上具有明顯的反韻律沉積特征，泥巖隔層分布連續(xù)。含油井段內(nèi)儲(chǔ)層發(fā)育，砂體連通性好，儲(chǔ)集空間類(lèi)型為粒間孔和溶蝕孔，儲(chǔ)層膠結(jié)較疏松，孔隙發(fā)育，儲(chǔ)層物性具有高孔高滲特征。按照沉積旋回和巖性組合將儲(chǔ)層縱向上分3 套油組（Ⅰu+Ⅰd+Ⅱ），原油黏度60 mPa·s～200 mPa·s。

以巖心滲透率分析資料為依據(jù)，統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。滲透率突進(jìn)系數(shù)20.29，滲透率變異系數(shù)為0.79。根據(jù)油層變異系數(shù)、滲透率突進(jìn)系數(shù)及滲透率級(jí)差判斷，綏中36-1 油田均屬于強(qiáng)非均質(zhì)，合采過(guò)程中存在著較強(qiáng)的層間干擾。從綏中36-1 油田后期加密調(diào)整后統(tǒng)計(jì)來(lái)看，層間矛盾仍然突出，產(chǎn)液強(qiáng)度和吸水強(qiáng)度的差異仍未得到緩解，水淹程度差異較大，油藏未水淹、弱水淹的厚度所占總厚度比例為70 %，強(qiáng)水淹僅占30 %。可見(jiàn)，層間干擾對(duì)緩中油田的開(kāi)發(fā)有很大的影響。

2 動(dòng)態(tài)反演方法

由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中主要關(guān)注生產(chǎn)井的產(chǎn)油情況，本文主要研究層間干擾對(duì)油井整體產(chǎn)油能力的影響。為了更加直觀地描述不同含水階段層間干擾對(duì)合采效果的影響，引入干擾系數(shù)的概念（式（1）），其物理意義是多層油藏注水合采時(shí)由于層間干擾的影響導(dǎo)致相同含水情況下多層合采相比分層開(kāi)采油井整體產(chǎn)油能力降低的程度。因此，干擾系數(shù)隨含水率的變化實(shí)際上反映的是多層合采過(guò)程中層間干擾對(duì)油井整體產(chǎn)油能力的影響程度隨含水率的變化情況[8，9]。

式中：α-干擾系數(shù)；Jdi-第i 層單采時(shí)產(chǎn)油指數(shù)；Jhi-第i 層合采時(shí)產(chǎn)油指數(shù)。

目前定向井產(chǎn)能計(jì)算方法多為裘比公式加負(fù)表皮計(jì)算產(chǎn)能，主要是由定向井角度引起的負(fù)表皮系數(shù)的計(jì)算方法不同，有張振華法、Cinco-Ley 法、Besson 法和Vandervlis 法等，其中常用的為Vandervlis 法[10-15]：

現(xiàn)有的定向井產(chǎn)能計(jì)算方法僅適用于單層開(kāi)采，沒(méi)有考慮層與層之間的干擾，對(duì)預(yù)測(cè)多層合采時(shí)油井的產(chǎn)能并不適用。因此，本文通過(guò)引入干擾系數(shù)的概念，對(duì)適用于均質(zhì)單層的Vandervlis 定向井公式進(jìn)行修正（式（3））。

結(jié)合筆者以往的研究成果[8，9]，可以得到適用于普通稠油油藏多層合采的定向井產(chǎn)能公式（4）。

式中：α-干擾系數(shù)；Kroi-第i 層油相相對(duì)滲透率；Ki-第i 層滲透率，μm2；hi-第i 層厚度，m；μoi-第i 層原油黏度，mPa·s；pe-供給壓力，MPa；pw-井底流壓，MPa；Rev-供給半徑，m；rwe-井筒半徑，m。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，就實(shí)際油田一口具體生產(chǎn)井而言，式（4）中各層滲透率及射孔厚度可以從該井射孔資料中確定，各層流體黏度及體積系數(shù)可以從該井PVT 測(cè)試資料中確定，日產(chǎn)油量及生產(chǎn)壓差可以從該井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及測(cè)壓資料中確定，油相相滲Kroi隨含水率的變化情況可以根據(jù)該油組的相滲數(shù)據(jù)確定。因此，根據(jù)一口生產(chǎn)井的詳細(xì)資料可以反推出該井不同含水階段干擾系數(shù)的變化情況，計(jì)算過(guò)程：

（1）選擇目標(biāo)油田，根據(jù)分層測(cè)井資料分析并統(tǒng)計(jì)每口井的縱向非均質(zhì)情況；

（2）選取一口典型的生產(chǎn)井，根據(jù)該井詳細(xì)資料利用式（4）進(jìn)行動(dòng)態(tài)反演，可以得到該井干擾系數(shù)隨全井段含水率的變化情況；

（3）統(tǒng)計(jì)大量生產(chǎn)井的干擾系數(shù)變化規(guī)律，結(jié)合每口井儲(chǔ)層的縱向非均質(zhì)情況，建立不同的儲(chǔ)層非均質(zhì)程度對(duì)應(yīng)的干擾系數(shù)變化模式；

（4）根據(jù)干擾系數(shù)的變化模式，劃分層間干擾階段并進(jìn)行分階段擬合，分析干擾系數(shù)與儲(chǔ)層非均質(zhì)性的相關(guān)關(guān)系，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

3 層間干擾定量評(píng)價(jià)

以SZ36-1 油田為基礎(chǔ)，根據(jù)該油田分層測(cè)試資料，分析每口井的縱向非均質(zhì)情況。按照以往研究經(jīng)驗(yàn)，在油藏的流體性質(zhì)縱向差異不大的情況下，可以采用滲透率級(jí)差來(lái)表征儲(chǔ)層的縱向非均質(zhì)程度。因此，選取該油田不同滲透率級(jí)差條件下的22 口典型生產(chǎn)井（見(jiàn)表1），利用動(dòng)態(tài)反演方法計(jì)算每口井不同含水階段的干擾系數(shù)變化規(guī)律，其中，3 口典型井計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖1～圖3）。

對(duì)22 口井干擾系數(shù)通過(guò)三次樣條插值進(jìn)行處理，得到相同含水條件下各井的干擾系數(shù)的變化規(guī)律，并與各井的滲透率級(jí)差進(jìn)行相關(guān)性分析，按照不同的含水階段在一定誤差范圍內(nèi)進(jìn)行分段線性擬合，最終得到不同滲透率級(jí)差條件下的干擾系數(shù)定量評(píng)價(jià)圖版（見(jiàn)圖4）。

該圖版直觀地反映出實(shí)際油田中生產(chǎn)井在不同縱向非均質(zhì)條件下多層合采時(shí)層間干擾程度隨含水率的變化情況，可以有效地預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)不同層系劃分方案下的整體開(kāi)發(fā)效果。另外，將該圖版的評(píng)價(jià)結(jié)果與修正后的定向井多層合采產(chǎn)能公式（4）相結(jié)合可以進(jìn)一步預(yù)測(cè)實(shí)際油田不同滲透率級(jí)差條件下的生產(chǎn)井在不同含水階段的產(chǎn)能狀況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)具有很好的指導(dǎo)意義。

表1 典型生產(chǎn)井基本參數(shù)

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例應(yīng)用

4.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整建議

圖1 A20 井干擾系數(shù)計(jì)算結(jié)果

圖2 B08 井干擾系數(shù)計(jì)算結(jié)果

圖3 G09 井干擾系數(shù)計(jì)算結(jié)果

圖4 干擾系數(shù)定量評(píng)價(jià)圖版

多層合采過(guò)程中層間干擾始終抑制生產(chǎn)井的產(chǎn)油能力，且隨含水上升抑制作用逐漸加劇，即多層合采過(guò)程中油井整體的產(chǎn)油情況明顯比單采要差。對(duì)比可知，當(dāng)滲透率級(jí)差小于3.0 時(shí)，各井的干擾系數(shù)變化規(guī)律相近，主要表現(xiàn)為低含水期干擾作用相對(duì)較弱且變化平緩，全井段含水達(dá)到70 %～80 %時(shí)，干擾程度出現(xiàn)加劇的趨勢(shì)；當(dāng)滲透率級(jí)差在3.0～5.0 時(shí)，各井的干擾系數(shù)變化規(guī)律相近，主要表現(xiàn)為見(jiàn)水后干擾程度便開(kāi)始加劇，含水上升至50 %～60 %干擾作用達(dá)到并維持在一個(gè)較高的水平，且后期干擾作用有再次加劇的趨勢(shì)。當(dāng)滲透率級(jí)差大于5.0 時(shí)，各井的干擾系數(shù)始終維持在一個(gè)較高的水平，說(shuō)明層間干擾現(xiàn)象較為嚴(yán)重，對(duì)整體的開(kāi)發(fā)效果產(chǎn)生較大程度的影響。

根據(jù)上述分析，建議油田現(xiàn)場(chǎng)將滲透率級(jí)差小于3.0 的儲(chǔ)層合采生產(chǎn)，節(jié)約生產(chǎn)成本，全井段含水達(dá)到70 %～80 %時(shí)，建議關(guān)閉高含水層位，以進(jìn)一步提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度；對(duì)于滲透率級(jí)差在3.0～5.0 的儲(chǔ)層，建議前期合采開(kāi)發(fā)，待含水上升至50 %～60 %時(shí)，進(jìn)行層系調(diào)整，以保證儲(chǔ)量的均勻動(dòng)用；對(duì)于滲透率級(jí)差大于5.0 的儲(chǔ)層，流動(dòng)能力差異大，縱向矛盾突出，層間干擾現(xiàn)象嚴(yán)重，建議分層系開(kāi)發(fā)。

4.2 動(dòng)態(tài)產(chǎn)能預(yù)測(cè)

選取與SZ36-1 油田特征接近的典型多層稠油油田QHD32-6，該油田原油黏度為28 mPa·s～260 mPa·s，主要含油層為明化鎮(zhèn)組下段，為典型的曲流河沉積地層，縱向共28 個(gè)小層，主要含油層劃分為N2mL0、N2mLⅠ、N2mLⅡ、N2mLⅢ、N2mLⅣ、N2mLⅤ共6 個(gè)油組，油組內(nèi)部?jī)?chǔ)層物性接近，單砂體橫向變化大，不同油組間滲透率變異系數(shù)為0.7～1.1，具有非均質(zhì)性較強(qiáng)，層間矛盾較為突出。

選取QHD32-6 油田典型生產(chǎn)井A-01（見(jiàn)表2），根據(jù)干擾系數(shù)圖版預(yù)測(cè)A-01 井干擾系數(shù)的變化情況，將干擾系數(shù)代入修正后的產(chǎn)能公式（4）可預(yù)測(cè)A-01 井的動(dòng)態(tài)產(chǎn)能變化（見(jiàn)圖5）。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，考慮層間干擾得到油井的產(chǎn)能與實(shí)際情況較為接近，預(yù)測(cè)精度明顯提高。而未考慮層間干擾時(shí)油井的產(chǎn)能與實(shí)際情況有很大差距，說(shuō)明多層合采過(guò)程中層間干擾對(duì)油井的產(chǎn)能有顯著的影響，因此，考慮層間干擾的影響對(duì)多層油藏實(shí)際生產(chǎn)中準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油井產(chǎn)能有著重要的意義。利用修正后的定向井產(chǎn)能公式（4）在一定的誤差范圍內(nèi)可以有效地預(yù)測(cè)普通稠油油藏多層合采時(shí)不同含水階段產(chǎn)油指數(shù)的變化情況。

表2 A-01 井基本參數(shù)表

圖5 A-01 井產(chǎn)油指數(shù)預(yù)測(cè)情況

5 結(jié)論

（1）多層合采過(guò)程中層間干擾普遍存在，對(duì)開(kāi)發(fā)效果具有明顯抑制作用，儲(chǔ)層縱向非均質(zhì)性越嚴(yán)重，干擾越明顯，建議以滲透率級(jí)差5.0 為界限劃分層系開(kāi)發(fā)；

（2）不同滲透率級(jí)差條件下的層間干擾規(guī)律不同，隨著含水上升層間干擾程度逐漸加劇，建議及時(shí)進(jìn)行層系調(diào)整，改善儲(chǔ)量動(dòng)用狀況；

（3）本文研究成果預(yù)測(cè)精度高，實(shí)用性強(qiáng)，可直接指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)具有很好的指導(dǎo)意義。