雙河油田高耗水條帶影響因素及治理對策可行性研究

劉博，張榮達，張伊琳，盧云霞，汪婷

（1.中國石化河南油田分公司采油一廠，河南南陽474780；2.中國石油大學（北京），北京102249；3.中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南南陽473132）

由于油田長期的注水開發，儲層經過液流沖刷，導致儲層局部滲透率增大[1-2]，因此，會導致更多的注入水從該區域流過，孔滲逐漸增大（根據加密取心井取心狀況，孔隙度和滲透率均有不同程度的增加；根據1988—1989年一次加密井、二次加密井電測曲線與初始井403井相同層位物性對比，加密井平均孔滲高于初始生產井，平均滲透率增加了1.6 倍，孔隙度增加1.45倍），并且形成惡性循環[3]，使得注入水沒有波及到含油飽和度高的區域，而持續沖刷高滲條帶，使得注入水形成無效循環，形成高耗水條帶。目前國內水驅開發油田，主要采取以控制高滲透層段注水量和均衡平面壓力場分布的分層注水方式，有效控制含水上升速度；細分注水和合理調整注采比，合理保持地層能量確保正常開采,充分挖潛中低滲層潛力,延長降水增油效果；對井網控制程度低、剩余油富集的區域，通過部署新井、過路井補孔等措施提高儲量動用程度。高耗水條帶極大地降低了油田的水驅效率，尤其對于一些老油田，嚴重地降低了水驅開發效果[4-5]，因此，為了降低高耗水條帶所帶來的影響，首先通過數值模擬的方式展現了高耗水條帶的形態并對影響高耗水條帶的因素進行了探究，然后制定相應措施，應用到雙河北塊Ⅱ4-6 層系進行調整，為同類型油田高含水開發階段穩油控水提供一定的參考。

1 基本情況

1.1 地質概況

雙河油田北塊Ⅱ4-6 層系位于雙河鼻狀構造帶東南部鼻狀構造的主體部位，含油面積6.2 km2，地質儲量933.3×104t，可采儲量434.5×104t。屬于扇三角洲前緣沉積，南部以水下分流河道沉積為主，北部則以前緣席狀砂沉積為主，巖性主要為含礫中細砂巖，共有油砂體14 個，主力油砂體8 個，地質儲量883.05×104t，占總儲量的94.6 %，層間非均質性嚴重，滲透率突進系數1.15～4.12。

1.2 開發現狀

截至2019年12月，雙河油田北塊Ⅱ4-6層系油井開井40 口，日產油42.8 t，日產液2 481 m3，綜合含水98.28%。注水井開井28口，日注水1 964.7 m3，平均單井日注水70.2 m3，月注采比0.77，壓力保持水平91.9%。北塊Ⅱ4-6層系平均單井日產液62 m3，日產液大于60 m3的井占開井數的50%，大于100 m3的井占20%。表現出普遍特高含水的現狀，水油比高達57[6]。層系經過多個開發階段，2002年一次聚驅后井網長期固定，注水沿著優勢方向突進，造成平面上波及面積小，注采失調日趨嚴重。目前層系整體表現為高耗水條帶發育、水淹嚴重、水驅效率低、無效產液高的特征，急需開展高耗水條帶治理，改善開發效果。

2 高耗水條帶發育規律研究

針對極為復雜的地下油水分布關系，研究綜合利用各種地質、測井和動態數據，并用地質統計學的方法對各種儲層參數進行井間預測[7-9]，結合國內外較為成熟的地質建模方法，采用主流建模軟件petrel，建立精細儲層地質模型，為后期井網調整挖潛和數值模擬提供服務。

2.1 典型模型研究高耗水條帶發育規律

以雙河北塊Ⅱ4-6 層系的一個典型井組為參考[10-11]，根據地質參數建立數值模擬模型，模型參數見表1，并根據公式（1）～（3）來模擬傳導率隨開采時間的變化[12-14]。相比于流線模擬模型，該方法可以利用傳導率變化來體現液流的主要流動區域，液流流過的區域傳導率要明顯高于其他區域，因此，可以更直觀地觀察到高耗水條帶發育的形態（圖1）。該模型有2 口注水井（泌51、J207）和6 口生產井（T211、T205、T207、T408、T226、T227）。

表1 數值模擬參數Table 1 Numerical simulation parameters

圖1 滲透率場Fig.1 Permeability field

傳導率時變函數：

式中：MK為傳導率；R為注水沖刷倍數；QW為通過網格的總水量體積，m3；VPOR為網格的孔隙體積，m3。

圖1顯示的是模型的滲透率場，圖2顯示的是開發過程中滲透率時變情況，從圖1、圖2 的對比可以看出，滲透率越高越易于流體流動，經過長期的沖刷，高耗水條帶的發育集中在高滲區域，而低滲區域由于水驅的波及很有限，因此不易于發育高耗水條帶。

圖2 傳導率時變情況Fig.2 Time variation of permeability

2.2 實際模型研究高耗水條帶發育規律

雙河油田北塊Ⅱ4-6層系數值模擬采用CMG數值模擬軟件，網格步長20 m×20 m，模型總網格數1 077 300 個,盡可能表現注采井間的儲層非均質性。根據油藏地質情況和實際開發動態特征，對數值模型中的一些參數和數據進行合理的調整，對全區開發過程中產量、含水以及單井的生產資料進行擬合，本次區塊擬合符合率達到98%，能較好地符合地下生產情況。

數值模擬結果顯示（圖3），由于地質構造因素、平面上滲透率的非均質性、注采井網的完善程度、注水長期注水帶來的物性變化等原因，平面上水淹不均勻（圖4）。主體區高耗水條帶發育，其中含水大于90%的強水淹區剩余儲量為373.45×104t，平均含油飽和度較低（31 %～38 %），占全部剩余儲量的71.7 %；上傾邊角區剩余油飽和度較高（51.8 %～72%），但剩余儲量豐度低（12～20）×104t/km2，高耗水條帶欠發育；非主力油層井網不完善、剩余油飽和度相對較高（41 %），但整體剩余儲量豐度較低（4.78×104t/km2），高耗水條帶有一定發育，是進一步挖潛工作中不可忽視的油砂體。

圖3 Ⅱ4-6層系剩余儲量豐度疊合圖Fig.3 Overlay of remaining reserves abundance in Ⅱ4-6 formation

圖4 Ⅱ51層剩余油飽和度Fig.4 Remaining oil saturation of Ⅱ51 layer

3 高耗水條帶影響因素研究

為了明確各因素對發育高耗水條帶的影響，對注入速度、滲透率級差、滲透率變異系數、地層系數對高耗水條帶發育影響形式進行探究，并以模型最終采出程度為觀測指標，區塊采出程度越高，代表開采效果越好，高耗水條帶發育程度相對較差。

3.1 注入速度對高耗水條帶發育的影響

在注入量相同的情況下，注入速度不同主要體現注入壓力不同，考慮實際生產情況，探究注入速度為800 m3/月、1 200 m3/月、1 600 m3/月、2 000 m3/月、2 400 m3/月，結果如圖5所示。

圖5 注入速度對高耗水條帶發育的影響Fig.5 Influence of injection rate on development of high water consumption strip

注入速度越大，注入壓力以及壓力梯度就越大，低滲層越容易被波及。因此，高耗水條帶發育程度較低，水驅開發效果更好。但當注入速度大于2 000 m3/月時，由于注入量過大，單位時間對儲層物性好的區域沖刷比較嚴重，導致發育高耗水條帶程度更高，使得開采效果變差。

3.2 滲透率級差對高耗水條帶發育的影響

滲透率級差主要體現為層間的生產矛盾，如果層間的滲透率級差越大，高滲層的高耗水條帶就比較發育，對滲透率級差為3、5、7、9 的情況分別進行研究，結果如圖6所示。

圖6 滲透率級差對高耗水條帶發育的影響Fig.6 Influence of permeability ratio on development of high water consumption strip

通過研究發現：滲透率級差越大，小層之間注水量分配越不均衡，導致滲透率高的層被注入大量的水，因此，高滲儲層的高耗水條帶發育，而低滲層的注水量較小，儲層之間注水越不均衡，整體的開采效果越差。

3.3 滲透率變異系數對高耗水條帶發育的影響

滲透率變異系數主要反映的是層內的滲透率均衡程度，選取滲透率變異系數為0.2、0.4、0.6、0.8進行研究，研究結果如圖7所示。

由模擬結果可以看出：儲層滲透率變異系數越大開發效果越差，滲透率變異系數越大，導致水驅越容易發生水竄、突進，因此高耗水條帶發育越嚴重，而儲層越均衡水驅推進越穩定越不易發育高耗水條帶。

圖7 滲透率變異系數對高耗水條帶發育的影響Fig.7 Influence of permeability variation coefficient on development of high-water consumption strip

3.4 地層系數對高耗水條帶發育的影響

地層系數定義為滲透率和小層厚度的乘積，探究在相同地層系數，不同系數組合情況下（k×h、0.5k×2h、0.4k×2.5h、0.2k×5h）的開發情況。開發結果如圖8所示。

根據模擬結果可以看出：在注入壓力一定，地層系數一定的情況下，各個小層的注入量相同。但是由于滲透率大、地層厚度小儲層體積小，注入相同量的水，對于相同區域的過流倍數越大，因此，沖刷越嚴重越容易發育高耗水條帶。

圖8 地層系數對高耗水條帶發育的影響Fig.8 Influence of formation coefficient on development of high water consumption strip

3.5 正交試驗研究高耗水條帶發育的主要影響因素

利用單因素分析所確定的相關因素，進一步對注入速度、滲透率級差、滲透率變異系數和地層系數進行優化研究[15]。針對上述四個因素進行正交實驗設計，分析其對高耗水條發育的相對影響大小。

1）正交試驗設計

對注入速度、滲透率級差、滲透率變異系數和地層系數4個因素進行四因素四水平的正交試驗設計，試驗方案如表2，數值模擬所得結果統計見表3。

2）級差法分析因素敏感程度

級差分析法是指研究多因素多水平的一種試驗設計方法，根據正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，借助因素的平均級差來確定影響指標的主要因素，選出最佳因素水平組合[7]。具體做法如下：

表2 試驗方案Table 2 Test scheme

①計算各因素每個水平的平均效果和級差；

②對計算結果進行分析，分析各因素的主次和影響規律，最終找到最優的試驗方案。其中，Rj為第j列因素的級差，反映了第j列因素水平波動時試驗指標的變動幅度。Rj越大，說明該因素對試驗指標的影響越大。根據Rj大小，可以判斷因素的敏感性程度。

表3 正交試驗設計Table 3 Orthogonal experimental design

Kjm為第j列因素m水平所對應的試驗指標和，Kjm為Kjm的平均值。由Kjm大小可以判斷第j列因素的優水平，并確定優組合，計算統計結果見表4。

表4 計算結果統計Table 4 Statistical table of calculation results

由正交試驗結果不難發現級差C＞B＞D＞A，滲透率變異系數對發育高耗水條帶的影響最大，滲透率級差以及地層系數的影響次之，注入速度在四者中的影響最小。

4 高耗水條帶治理思路及原則

4.1 降無效產液

在現井網基礎上，通過關井和間開降低無效產液，實現雙河北塊Ⅱ4-6 層系液流轉向，改善開發效果，日降無效產液達到2 400 m3，雙河聯合站關停一臺小型注水泵。具體措施包括：

1）采出端針對電泵井高能高耗，通過關停實現節能降耗；針對上傾區及邊角部位，物性差、出液差、儲量動用差的井，通過夜間低谷電價間開，實現節能保效；針對高耗水條帶發育的主體區，油井普遍高能高含水，通過點狀大幅度降液，實現液流轉向；針對邊水區域，由于邊水推進，油井產水以邊水為主，通過間開實現源頭降本。

2）注入端上傾區水井盡量保持原配注不變，促進在非主流線區域的低能油井見效；主體區流場相對固定，調整困難，降液后，對應水井大幅下調配注以擾動流線，增大波及系數；邊水區能量充足，無效注水多，油井降液后，在保持開發能量的基礎上盡可能下調注水量，以減少無效注水。

4.2 弱水淹區精細挖潛

以經濟效益最大化為中心，以提高井網控制程度和水驅控制儲量最大化為目的，結合數值模擬成果及高耗水條帶研究成果，根據各單層剩余油潛力分布特征及生產動態特征等，通過在高耗水條帶欠發育區、剩余油富集區實施補孔，卡堵水等措施，挖掘剩余油潛力，封堵高耗水層，改善開發效果。

4.3 三元復合驅進一步提高采收率

雙河北塊Ⅱ4-Ⅱ5 層系為近物源扇三角洲砂礫巖沉積，水下分流河道微相發育。層內夾層、單層內低滲透夾層發育，具有多韻律、多巖性段、多物性段的儲層特征，層內非均質程度高于層間非均質，根據數值模擬結果，造成聚驅后油層內剩余油的分布較為復雜、零散、隱蔽，剩余油主要有以下特征：

1）平面上，受井網控制，主力層主體區飽和度平均31%～38%，但由于含油面積大、厚度大、物性好，剩余儲量318.22×104t，占主力層剩余儲量的71.8 %；上傾尖滅區剩余油相對富集，平均飽和度51.8%～72%，剩余儲量22.85×104t，剩余儲量豐度(12～20)×104t/km2；非主力油層井網不完善、剩余油飽和度平均41%，剩余油儲量豐度4.78×104t/km2，是進一步挖潛工作中不可忽視的油砂體。

2）縱向上，剩余油在聚驅受效差、動用程度低的中、低滲透層段相對富集；流動單元內部在正韻律層頂部、反韻律底部、復合韻律的低滲部位相對富集。主力層間的采出程度差異較小，整體采出程度較高，平均為44.34 %，主力層平均剩余油飽和度31%～38%，剩余儲量豐度（12.2～39.7）×104t/km2；非主力層剩余儲量77.63×104t，占層系總剩余儲量的14.9%，非主力層采出程度相對較低，層間的采出程度差異較大，例如Ⅱ45層采出程度只有30.37 %，而Ⅱ54層采出程度45.11%。非主力層平均剩余油飽和度為38 %～51 %，差別較大，剩余儲量豐度為（2.13～6.86）×104t/km2，普遍較低。Ⅱ5 層剩余儲量豐度最大，其次是Ⅱ4層，所以Ⅱ4-Ⅱ5層依然是下一步進行挖潛的重要層位。

3）根據密閉取心井檢9熒光薄片圖像分析結果顯示，由于潤濕性影響形成的孔表薄膜狀剩余油占48.7%，是聚驅后微觀剩余油的主要賦存形態,依靠后續水驅不能驅替這部分剩余油，需改驅替方式。

雙河北塊Ⅱ4-Ⅱ5 層系剩余油“普遍分布，局部相對富集”，主力層主體區仍是下一步開展二次化學驅的潛力區域。主力層主體區油層厚度大、非均質嚴重，剩余油呈斑塊狀、條帶狀與油水混雜零散分布在中強水淹區內，主體區剩余油飽和度一般比邊角部位低，但統計主力層主體區剩余儲量為318.22×104t，占主力層剩余儲量的71.8%。

雙河北塊Ⅱ4-Ⅱ5層系在一次聚驅后，油層中的剩余油更加分散，啟動殘余油難度更大。使用較高分子量大濃度聚合物進行二次聚驅，可以進一步提高采收率，但采收率提高程度有限，室內驅油實驗提高采收率幅度9 個百分點左右。而三元復合體系兼具高黏度和超低油水界面張力的特點，在擴大波及體積的基礎上啟動殘余油能力更強，進一步提高采收率技術優勢更明顯。室內驅油實驗提高采收率可達20 %以上。根據雙河北塊Ⅱ4-Ⅱ5 層系油藏特點，結合實驗研究結果，建議該區塊聚合物驅后進一步提高采收率采用三元復合驅技術。三元復合驅配方為：1 500 mg/ L 聚合物+3 000 mg/ L 表面活性劑+5 000 mg/LNa2CO3。

5 結論與認識

1）滲透率越高液流越容易流動，經過長時間的注水開發，液流長時間沖刷儲層，導致高耗水條帶多發育在滲透率較高的區域，會導致惡性循環最終嚴重影響開發效果。

2）注入速度越大壓力梯度也越大，使得注入水容易驅替到低滲區，不易發育高耗水條帶。當注入速度大于2 000 m3/月時,由于注入量過大，單位時間對儲層物性好的區域沖刷比較嚴重，導致發育高耗水條帶程度更高，使得開采效果變差；滲透率變異系數和滲透率級差越高使得水驅不穩定容易造成突進，更容易發育高耗水條帶并導致水驅開發效果變差；在地層系數、注入量一定的情況下，滲透率高、儲層厚度小導致過水倍數越大，水驅沖刷程度更高，更容易發育高耗水條帶。

3）通過正交實驗以及級差法的分析發現，滲透率變異系數對發育高耗水條帶的影響最大，滲透率級差以及地層系數的影響次之，注入速度的影響最小。