低滲砂巖油藏優(yōu)勢(shì)注采方向量化表征技術(shù)及應(yīng)用

周立國(guó)

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

目前，低滲砂巖油藏的開發(fā)方式仍以水驅(qū)為主。受長(zhǎng)期水驅(qū)以及油藏本身非均質(zhì)性嚴(yán)重等因素的影響，注采井間連通好、阻力小的高滲條帶易形成優(yōu)勢(shì)水流通道[1]，尤其在水驅(qū)開發(fā)后期，大部分注入水沿優(yōu)勢(shì)注采方向低效循環(huán)，操作成本升高，開發(fā)效果變差。為了快速、準(zhǔn)確識(shí)別優(yōu)勢(shì)注采方向，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，按其性質(zhì)可劃分為測(cè)試法和數(shù)值分析法。測(cè)試法主要包括吸水剖面測(cè)試[2-3]、井間示蹤劑測(cè)試[4-5]和干擾試井[6-7]等，費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，難以大規(guī)模應(yīng)用。數(shù)值分析法是以油田生產(chǎn)動(dòng)、靜態(tài)資料為基礎(chǔ)，借助數(shù)值計(jì)算綜合判斷優(yōu)勢(shì)注采方向，費(fèi)用低、速度快，對(duì)識(shí)別優(yōu)勢(shì)注采方向及挖掘剩余油潛力意義重大。近些年流線法得到重視[8-9]，該方法可直接定量給出注入孔隙體積倍數(shù)、水油比等確定性參數(shù)，為層間調(diào)控提供了可靠的技術(shù)參考，但對(duì)于大多數(shù)低滲油藏而言，開發(fā)中多采用儲(chǔ)集層改造、多層合層生產(chǎn)等開發(fā)方式，并伴有頻繁的調(diào)整措施，一定程度上限制了流線法的應(yīng)用。因此，結(jié)合S油田三間房組油藏豐富的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，利用水電相似原理，進(jìn)行縱向和平面上的注水量分層劈分，并建立三參數(shù)約束法，定量確定優(yōu)勢(shì)注采方向。

1 注入量分層劈分計(jì)算

對(duì)于合層開發(fā)的油田而言，掌握注入水在縱向上各層的吸水量十分重要，其關(guān)鍵在于建立一套合理的注入量劈分權(quán)重計(jì)算方法。傳統(tǒng)的分層注水量劈分方法主要為KH方法及衍生的各種改進(jìn)方法[10-13]，這些方法主要考慮了注入端縱向上地層系數(shù)的差異，但忽略了實(shí)際水驅(qū)過(guò)程中注采井組的動(dòng)態(tài)變化及注入端與采出端相互影響的問題，因此，在實(shí)際應(yīng)用中誤差較大。為了更好地反映油藏真實(shí)狀況，需將注采系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一考慮，即不僅要綜合考慮注采井在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的注采井別動(dòng)態(tài)變化、砂體展布形態(tài)、斷層封閉性等研究認(rèn)識(shí)，也要綜合考慮試井解釋成果、極限注采井距等技術(shù)參數(shù)約束[14-17]。

1.1 縱向上注水量劈分

注水量在縱向上劈分時(shí)依據(jù)水電相似原理，將注采井組平面上不同注采方向的連通關(guān)系視為并聯(lián)，縱向上不同小層的連通關(guān)系亦視為并聯(lián)(圖1)。假設(shè)注采井組有n個(gè)連通層，各小層最大注采對(duì)應(yīng)方向?yàn)閙個(gè)，平面上某一注采方向上擬滲流阻力采用平均象限法計(jì)算。具體為：以注水井為中心，將注采井組等分為4個(gè)象限。若在第s象限中有γ個(gè)注采方向，則每一個(gè)注采方向可以視為圓心角為0.5π/γ的扇形徑向流區(qū)，其擬滲流阻力可近似為：

(1)

圖1 合層注采井組示意圖

同時(shí)，考慮砂體靜態(tài)連通程度、斷層封閉程度、射開完善程度對(duì)擬滲流阻力的影響，對(duì)式(1)進(jìn)行修正：

(2)

式中：ε為注采方向上砂體連通程度，0<ε≤1；τ為注采對(duì)應(yīng)方向橫穿斷層時(shí)斷層的封閉程度，0<τ≤1；ξ為注采方向上射開完善程度，0<ξ≤1。

根據(jù)水電相似原理，第i層井組綜合擬滲流阻力等于井組內(nèi)不同注采方向上擬滲流阻力的并聯(lián)耦合，同時(shí)考慮各變量的各向異性，分層擬滲流阻力可表示為：

(3)

井組總擬滲流阻力等于井組內(nèi)縱向上不同層綜合擬滲流阻力的并聯(lián)耦合，即：

(4)

式中：Rt為總擬滲流阻力，d/m3。

進(jìn)而可得到第i層的注水量劈分系數(shù)為：

(5)

式中：η理論i為井組第i層注水量理論劈分權(quán)重。

在油田實(shí)際開發(fā)中，合注井經(jīng)常需要多次吸水剖面測(cè)試。利用測(cè)試結(jié)果計(jì)算劈分系數(shù)直觀可信，其計(jì)算方法為：

(6)

式中：η實(shí)測(cè)i為井組第i層利用吸水剖面測(cè)試結(jié)果計(jì)算的水量劈分權(quán)重；qwi為單次吸水剖面測(cè)試第i層吸水量，m3/d。

考慮測(cè)試過(guò)程受儀器精度、人員操作和后期解釋等因素影響，吸水剖面測(cè)試結(jié)果與各層真實(shí)吸水能力有一定的差異。結(jié)合油藏動(dòng)態(tài)分析成果，提出不同吸水剖面的置信水平βv，最終確定分層注水量劈分權(quán)重為：

ηi=βvη實(shí)測(cè)i+(1-βv)η理論i

(7)

式中：ηi為井組第i層注水量劈分權(quán)重；βv為吸水剖面測(cè)試資料的置信水平(根據(jù)資料可信度人為評(píng)估給定)。

綜上所述，縱向上分層注水量計(jì)算結(jié)果為：

Qwi=Qwηi

(8)

式中：Qwi為井組第i層累計(jì)注水量，m3；Qw為累計(jì)注水量，m3。

1.2 平面上注水量劈分

在縱向分層注水量劈分基礎(chǔ)上，根據(jù)井組內(nèi)平面各注采方向擬滲流阻力，可將分層注水量定量劈分至各注采方向上。根據(jù)式(3)、(5)可知，注采方向劈分權(quán)重為：

(9)

式中：Rti為井組第i層總擬滲流阻力，d/m3；Ri，jk為井組第i層第j象限中的第k個(gè)注采方向?qū)?yīng)的擬滲流阻力，d/m3；η理論i，jk為井組第i層第j象限中的第k個(gè)注采方向?qū)?yīng)注水量理論劈分權(quán)重。

為了滿足水驅(qū)油田油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律認(rèn)識(shí)的需要，開發(fā)過(guò)程中可能會(huì)進(jìn)行示蹤劑、水驅(qū)前緣等動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料錄取。根據(jù)監(jiān)測(cè)資料解釋的各注采方向水線推進(jìn)速度，也可以計(jì)算出井組平面注采方向劈分權(quán)重：

(10)

式中：vi，jk為井組第i層第j象限中的第k個(gè)注采方向?qū)?yīng)的水線推進(jìn)速度，m/d；η實(shí)測(cè)i，jk為井組第i層第j象限中的第k個(gè)注采方向利用吸水剖面測(cè)試結(jié)果計(jì)算的水量劈分權(quán)重。

將滲流阻力法和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料綜合利用，最終確定注采方向吸水量為：

Qwi，jk=Qwi[βhη實(shí)測(cè)i，jk+(1-βh)η理論i，jk]

(11)

式中：Qwi，jk為井組第i層第j象限中的第k個(gè)注采方向?qū)?yīng)的累計(jì)吸水量，m3；βh為基于示蹤劑、水驅(qū)前緣等動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料的縱向吸水剖面置信水平(根據(jù)資料可信度人為評(píng)估給定)。

2 優(yōu)勢(shì)注采方向量化表征

受儲(chǔ)層物性、儲(chǔ)層厚度等油藏靜態(tài)非均質(zhì)性和不規(guī)則井網(wǎng)、生產(chǎn)壓差等油藏動(dòng)態(tài)非均質(zhì)性的多重影響，采用分層注采量化計(jì)算方法得到的計(jì)算結(jié)果僅可定量判別各方向注采強(qiáng)度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)注采方向識(shí)別。因此，根據(jù)礦場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，引入注采方向單位油層厚度累計(jì)吸水量、注采方向累計(jì)吸水比和注采方向吸水孔隙體積倍數(shù)3個(gè)參數(shù)對(duì)優(yōu)勢(shì)注采方向進(jìn)行量化描述。其中，注采方向單位油層厚度累計(jì)吸水量為注采方向累計(jì)吸水量與吸水厚度之比；注采方向累計(jì)吸水比為注采方向累計(jì)吸水量占該井組平面吸水總量的百分比，反映優(yōu)勢(shì)水流方向在平面井組上的主導(dǎo)程度；注采方向吸水體積比為注采方向累計(jì)吸水量與注采方向孔隙體積之比。

利用油藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料建立上述3個(gè)參數(shù)的概率分布區(qū)間，由此得到各參數(shù)無(wú)效注水循環(huán)判別臨界值。為了避免依靠單一參數(shù)識(shí)別優(yōu)勢(shì)注采方向發(fā)生誤判，構(gòu)建了三參數(shù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，用于準(zhǔn)確識(shí)別優(yōu)勢(shì)注采方向，判別標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 優(yōu)勢(shì)注采方向判別標(biāo)準(zhǔn)

3 實(shí)例應(yīng)用及效果分析

S油田三間房組(J2s)低滲砂巖油藏構(gòu)造上位于吐哈盆地臺(tái)北凹陷丘陵構(gòu)造帶東端，為多層層狀砂巖油藏。儲(chǔ)集層平均孔隙度為12.5%，滲透率為6.2 mD，原油地層黏度為0.387 9 mPa·s，地層水黏度為0.342 6 mPa·s。油藏于1993年采用一套層系投入注水開發(fā)，一般單井射孔層數(shù)為6～8層，厚度為40～60 m。提高各油砂層注采量劈分精度既是剩余油分布認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，也是各類調(diào)整方案的重要依據(jù)。

首先結(jié)合前期精細(xì)油藏描述成果，建立S油田J2s油藏地質(zhì)油藏?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，包括井位坐標(biāo)、單井小層數(shù)據(jù)、月度注采數(shù)據(jù)，砂層平面展布、射孔數(shù)據(jù)等。其次，根據(jù)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)、不同注采方式，開展注采井組動(dòng)態(tài)劃分。在此基礎(chǔ)上，按照式(2)～(7)計(jì)算不同注水井各油砂層注水量劈分權(quán)重，開展注水量的劈分，按照式(9)～(11)計(jì)算不同注采方向注水量，進(jìn)而根據(jù)三參數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)，繪制不同油砂層優(yōu)勢(shì)注采方向量化表征成果圖(圖2)。

圖2 優(yōu)勢(shì)注采方向量化表征技術(shù)路線

根據(jù)油藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，通過(guò)概率分布進(jìn)行優(yōu)勢(shì)評(píng)價(jià)，確定優(yōu)勢(shì)注采方向單位油層厚度累計(jì)吸水量臨界值為0.7×104～0.9×104m3/m，注采方向累計(jì)吸水比臨界值為0.25～0.50，注采方向吸水體積比臨界值為0.7～1.0(圖3)。

圖3 注采方向三參數(shù)概率分布統(tǒng)計(jì)

在注采方向吸水量劈分基礎(chǔ)上，依據(jù)水驅(qū)流場(chǎng)中優(yōu)勢(shì)注采方向判別標(biāo)準(zhǔn)，利用計(jì)算機(jī)編程，可快速實(shí)現(xiàn)油藏各小層優(yōu)勢(shì)注采方向分布，繪制了S油田三間房組(J2s)油藏S24-2小層優(yōu)勢(shì)注采方向平面分布圖(圖4)。根據(jù)圖4得到的水驅(qū)砂巖油藏水驅(qū)強(qiáng)度量化表征成果，結(jié)合高含水階段礦場(chǎng)穩(wěn)油控水的需要，形成了S油田J2s油藏注水調(diào)控對(duì)策(表2)，在特高含水階段精細(xì)注水調(diào)控發(fā)揮了重要作用，在礦場(chǎng)應(yīng)用取得了較好效果，真正實(shí)現(xiàn)“精細(xì)注水、有效注水”。

圖4 S油田三間房組S24-2優(yōu)勢(shì)注采方向平面分布(局部)

表2 優(yōu)勢(shì)注采方向判別標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)控對(duì)策

以S3-201井組為例，井組內(nèi)采油井S3-201井對(duì)應(yīng)3口注水井，分別為S4-20、S3-20和S4-21。圖5為基于優(yōu)勢(shì)注采方向量化表征的剩余油分布圖，結(jié)果顯示，S3-201井對(duì)應(yīng)優(yōu)勢(shì)注采方向?yàn)镾4-20、S3-20井，潛力方向?yàn)镾4-21井。該井組通過(guò)實(shí)施停注S4-20和S3-20井、強(qiáng)化S4-21注水的調(diào)控措施，調(diào)控3個(gè)月后對(duì)應(yīng)采油井見到明顯調(diào)控效果，單井日增油為1.5 t/d，累計(jì)增油656 t。

圖5 S3-201井組優(yōu)勢(shì)注采方向判別結(jié)果

目前，S油田三間房組油藏先后實(shí)施精細(xì)注水調(diào)控177井次，優(yōu)勢(shì)注采方向注水量減少3 115 m3/d，弱吸水方向注水量增加5 376 m3/d，無(wú)效注水比例由之前的20%左右降至10%以內(nèi)，油田存水率下降速度明顯減緩，注水利用率明顯提高，開發(fā)效果得到一定程度的改善。

4 結(jié) 論

(1) 建立了一套綜合考慮砂體展布及連通性、斷層封閉性、注采井井別動(dòng)態(tài)變化和極限注采井距等影響因素的水驅(qū)開發(fā)油藏注水量劈分權(quán)重計(jì)算方法。該方法以注采井組為單元，按照由縱向到平面的順序，將合注井的累計(jì)注水量劈分至各注采方向上。

(2) 采用注采方向單位油層厚度累計(jì)吸水量、注采方向累計(jì)吸水比和注采方向吸水孔隙體積倍數(shù)3個(gè)參數(shù)約束，確定出優(yōu)勢(shì)注采方向在平面上的量化表征參數(shù)及其判別標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 優(yōu)勢(shì)注采方向量化研究成果在S油田三間房組油藏先后實(shí)施精細(xì)注水調(diào)控177井次，無(wú)效注水比例由之前的20%左右下降至10%以內(nèi)，開發(fā)效果得到一定程度的改善。