非均質高孔滲巖層層間干擾實驗規律分析

鄭小冬，黃 鵬，潘 磊

（浙江煤炭地質局勘探一隊，浙江湖州313000）

在油氣田開采過程中，為降低開采成本，提高儲層動用程度，經常會采用合層開采的方式進行開發，而多層非均質油藏在開發生產過程中層間矛盾突出，層間干擾現象會嚴重影響最終采收率，所以準確評價油井產能、合理劃分開發層系，采取相應技術對策預測或降低層間干擾的影響是非均質油藏多層高效開采的前提[1-3]。本文針對高滲透率油藏合層開采進行物理模擬實驗，對注采過程中因層間非均質性產生的層間干擾現象進行定量表征，建立注水與采出之間的關系及各地層生產過程中動用程度規律，對于高滲多層系油藏選擇合理開采方式、提高生產效率具有一定的指導意義。

1 實驗設計

1.1 實驗原理

將不同滲透率級別的砂巖巖芯，裝入不同的巖芯夾持器，每個巖芯夾持器模擬一個滲透率級別的儲層，將巖芯夾持器并聯，如圖1所示，通過改變驅替壓差、流體粘度和滲透率組合方式等外部條件來觀察滲透率極差、生產壓差以及原油粘度對合層開采條件下產生的層間干擾現象的影響，計算層間干擾系數，建立注水與采出之間的關系。

圖1 層間干擾實驗流程圖

1.2 實驗方案

將不同滲透率級差的巖芯進行組合，巖芯數據如表1所示，以相同ΔP1的驅替壓差進行驅替，研究滲透率級差對層間干擾的影響；選擇相同的巖芯組合，改變驅替壓差為ΔP2進行水驅，研究驅替壓差對層間干擾的影響；選擇相同的巖芯組合，更改流體類型進行驅替，流體粘度對層間干擾的影響，實驗方案見表2。本次實驗共進行四組實驗，最終結果取實驗平均值。

表1 實驗用巖芯物性統計表

表2 層間干擾實驗方案

2 實驗數據分析

2.1 層間干擾系數

多層合采的層間干擾系數是確定多層合采組合界限以及評價生產效果的一項重要參數，它能夠反映出合采過程中開發效果所受到層間干擾影響的嚴重程度。它的物理意義是多層油藏注水合采時，相同含水情況下，層間干擾導致多層合采油井整體產液能力、產油能力相對分層開采降低的程度[4-6]。

為了更加直觀地描述層間干擾對合采效果的影響，本次引入干擾系數的概念，便于分析各個因素對層間干擾嚴重程度影響的大小。

層間干擾系數通常用產量層間干擾來表達，即產量層間干擾系數，為單采產量和合采產量的差值與單釆產量的比值百分數，其值越大，反映產量受到層間干擾的程度越大[7]。

本文主要采用產量層間干擾系數層間與單層產量層間干擾系數進行分析，層間干擾系數確定主要通過油井測試的方法，該方法的優點是能夠得到層間干擾的第一手資料，結果準確可信，缺點是長時間的測試影響油井生產時率，加之測試成本高，一般只在實驗室進行實驗時應用[8]。

2.2 單層驅替分析

在每組實驗開始時，首先進行各巖芯單層驅替，以模擬在分層開采時各地層產量特征，了解各儲層物性特征，便于分析計算多層驅替層間干擾系數及其影響因素。

通過分析巖芯單巖芯水驅瞬時流速對比圖和單巖芯水驅流量圖以及單巖芯油驅瞬時流速對比圖和單巖芯油驅流量圖可以看出，在不同滲透率巖芯進行單獨驅替時，滲透率最高的巖芯驅替速度總是最快的，而相對的滲透率最低的代表500mD的巖芯驅替速度是最慢的，而壓差對最終產量的影響比較直觀，相同巖芯相同流體，壓差越大，最終產量越大，以單巖芯水驅為例，1-3號巖芯作為滲透率1500mD級別的代表，其在20kPa的條件下驅替20min最終產水量為70.95mL，而將壓差提高到40kPa后，20min最終產水量提高到132.81mL，提升倍率接近一倍。

流體粘度對單巖芯驅替的影響則要綜合分析單巖芯水驅流量對比圖與單巖芯油區流量對比圖，如圖2和圖3所示，2-3號巖芯作為滲透率等級1500mD的巖芯，其在40kPa的條件下用水驅20min最終產量為90.28mL，將驅替流體由水換為粘度小于水的煤油后，20min之后的最終產量增長為191.14mL，可以大概得出結論，單獨分析各個變量對單巖芯驅替的影響時，巖芯單驅最終產量與滲透率、驅替壓力的變化成正比，與流體粘度的變化成反比。

圖2 單巖芯水驅流量對比圖

圖3 單巖芯油驅流量對比圖

2.3 雙層驅替分析

將各組三個滲透率級別的巖芯兩兩組合，分別進行以壓差40kPa和20kPa的水驅和油驅實驗，來實現對雙層驅替層間干擾現象規律的研究。

可以發現在雙層驅替時，各滲透率組合模式在不同壓差及驅替流體粘度時的特點，其中各滲透率級別的巖芯可以等效看作不同地層的非均質性，在合采時會產生曾經干擾現象，影響產液量，不同壓差可以看作生產壓差，而驅替流體的不同的影響也可以等效看作地層中不同粘度的原油對層間干擾現象影響的大小。

由表3和表4可得知，當低滲地層與中滲地層合采時，當生產壓差降低時，中滲地層產量顯著降低，單層干擾系數由0.45提高到0.50，相反，低滲地層干擾系數降低，與單采時對比損失較中滲層小，說明在低中滲層雙層合采時，減低生產壓差有助于降低低滲層層間干擾現象，降低生產消耗，但總體干擾系數升高。

表3 雙層合采產液量統計表

表4 雙層合采干擾系數統計表

當低滲地層與高滲地層合采時，低滲地層產量較與中滲地層合采時變化不大，而高滲地層的產量與單采時對比有顯著降低，由于兩層滲透率極差增大，總體干擾系數升高，所以不建議將低滲地層與高滲地層組合開采。

當中滲地層與高滲地層合采時，由于均為偏高滲透率地層，中滲地層與高滲地層的層間干擾系數與組合低滲地層合層開采時相較都有所增長，原因為兩地層互相干擾，形成竄流無法達成最有效率開采。

2.4 三層驅替分析

通過將各組巖芯三個滲透率級別的巖芯并聯，模擬不同滲透率的地層，進行以壓差40kPa和20kPa的水驅和油驅實驗，觀察各巖芯驅替程度，來實現對三層驅替層間干擾現象規律的研究。

通過分析四組巖芯單巖芯水驅瞬時流速對比圖和單巖芯水驅流量圖以及單巖芯油驅瞬時流速對比圖和單巖芯油驅流量圖可以看出，圖4和圖5為滲透率分別為475mD、1019mD和1468mD的三塊同一組巖芯分別用蒸餾水和煤油按照ΔP1ΔP2壓差進行合采的瞬時流速對比圖，其中ΔP1=20kPa，ΔP2=40kPa，通過對比可知，在合采時各滲透率等級巖芯產液量無論在任何壓差下，都出現了不同程度的下降，由此可以得出，在多層驅替的情況下確實會出現嚴重的層間干擾現象。

圖4 三巖芯水驅瞬時流速對比圖

圖5 三巖芯油驅瞬時流速對比圖

在三層驅替的情況下，通過計算，得知ΔP1壓差下其干擾系數為0.16，ΔP2干擾系數為0.09，由前方公式可知干擾系數越大，其層間干擾現象越嚴重，綜合分析實驗數據表明，壓差越小，多層驅替過程中層間干擾越嚴重。

通過對比圖可以看出，再將注入流體更改為煤油后，煤油粘度小于水，所以在相同壓差情況下，用煤油驅替流速更快，計算在ΔP1壓差下水驅干擾系數為0.16，而油驅干擾系數為0.01，得知其他條件相同的情況下，注入流體粘度越大，層間干擾現象越嚴重，油驅的各個滲透率地層動用程度更大，產量分配更合理，所以層間干擾現象更小。

2.5 合層開采干擾系數期望

針對上述若干種合層開采情況以相同設備及條件，進行額外三組重復實驗，通過注入產出關系計算每組實驗的層間干擾系數，并對數據進行異常值剔除處理，將最終結果進行算術平均，得出并繪制垂向不同滲透率并聯驅替干擾系數期望表（表5）。

表5 垂向不同滲透率并聯驅替干擾系數期望表

3 結論

通過對上述實驗中不同滲透率構型單元并聯開采干擾單因素、多因素影響規律的實驗，得到以下結論：

（1）對于多層不同滲透率構型單元合采條件下，在恒壓方式下建立各層產量隨時間變化關系，通過對各個影響因素的分析發現：各層滲透率、粘度、壓力存在差異的多層油藏合采過程中由于平衡井底流壓會帶來各層之間的干擾，降低各層產量，在開采過程中的層間干擾會對開發產生不利影響。

（2）在并聯驅替過程中，在其他變量相同的情況下，滲透率極差、生產壓力和流體粘度會對層間干擾現象產生影響，其中隨著壓力升高或流體粘度的減小或者滲透率極差的減小，層間干擾現象減輕，有助于提高各產層的動用率，提高生產效率。

（3）對于多層并聯開采油井進行層間干擾分析時，可以通過分析油井合采產量與單采產量的損失程度，即層間干擾系數定性判斷油井層間干擾程度。如果層間干擾程度較低，可采用合采方式進行開發；如果層間干擾程度較大，可考慮采用多層分采的方式進行開發。