油藏優勢通道及井間連通性研究進展

蔣茜，屈亞光，吳家坤，趙宇

油氣田開發

油藏優勢通道及井間連通性研究進展

蔣茜1，屈亞光1，吳家坤2，趙宇3

（1. 長江大學 石油工程學院，湖北 武漢 430100； 2. 西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國石油新疆油田分公司工程技術研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

注水開發的老油田在注水開發的中后期會出現含水率高、產油量低等問題，因此對于水驅優勢通道的識別成為了中高含水階段主要的研究目標。基于對前人文獻的調研，發現識別優勢通道的方法主要運用模糊綜合分析法，了解優勢通道形成的原因以及影響因素，其包括儲層的強非均質性、注水強度、原油黏度、巖石骨架結構等因素。儲層連通性評價是油田開發的重要研究內容，介紹了井間連通性的分析方法，并通過建立井間動態反演模型定量分析油藏井間連通性，運用Rdos模擬能夠更準確地了解油藏井間連通性、識別優勢通道，對油田開發具有很好的指導作用。

水驅；優勢通道；連通性；影響因素

目前，全國已開發的油田主要以注水開發為主，并且大部分已進入開發中后期[1-3]。經過注水反復沖刷，儲層的骨架顆粒之間的接觸類型會發生很大變化，骨架中的細顆粒不斷被沖走，地層孔隙度、滲透率顯著增加，從而逐漸形成優勢通道[4]，而優勢滲流通道嚴重影響注水開發效率，但對于如何治理優勢通道，在這方面的研究還比較少。井間連通性是油藏開發過程中一項重要研究內容，一般從靜態連通性和動態連通性進行考慮[5]，了解連通情況有助于提高水驅采收率，及時調整注水方案，避免盲目注水。近年來，基于動態連通性研究較多，動態連通性更能準確反映油藏井間連通的實際情況，為注水開發提供可靠的建議和方案。

1 優勢通道的形成

1.1 優勢通道識別

水流優勢通道的發育情況不僅受儲層分布及物性特征的影響，還與開發的方式有緊密的聯系，因此需要綜合運用多種方法對水流優勢通道的發育分布及位置進行識別。識別優勢通道的方法有多種，其中最常用的是模糊綜合分析法[4]，這是一種對受到多種因素影響的事物或者現象做出一個總體評價的方法，根據影響優勢通道形成的靜態地層狀況和動態生產表現特征，篩選出目標井的滲透率、孔隙度、注水壓力等評價指標，通過計算各指標的權重，識別出優勢通道。對于選取的評判指標一般考慮兩個方面：靜態指標和動態指標。儲層非均質性是形成優勢通道的內因，影響優勢通道的靜態參數有滲透率、孔隙度、油層厚度等；注水開發因素是優勢通道形成的外因，則動態影響參數有注水強度、注水壓力、注采比、剩余儲量等。

1.2 優勢通道形成原因

在油藏水驅開采時，由于儲層各部分的滲透率大小不同，注入水會優先滲流阻力較小的高滲透層，長時間注水對儲層進行沖刷、浸泡，造成儲層骨架中的巖石顆粒發生掉落和運移，在水動力作用下，高滲透層的巖石骨架結構發生變化，使整個儲層的參數發生變化，導致滲流的差異性，長期以此，差異越來越大，流體只流向滲流阻力較小的主通道，水驅開采效果逐漸降低[5]。

1.2.1 儲層非均質性的影響

由于儲層本身的非均質性，在對油藏水驅開采中，注入水會優先流往高滲透部位，如若長時間這樣不均勻流動，會使高滲透層被沖刷程度遠遠高于低滲透層。隨著注入水體積的不斷增加，這種差異性變化會越來越明顯，注入的水沿著低阻力、高滲透率的區域漸漸形成優勢流動。當儲層非均質性和注入水體積達到一定程度后，在這種優勢流動的部位就形成了水流優勢通道，形成這種水流優勢通道完全是由于非均質性引起的滲流差異造成的。

1.2.2 原油黏度的影響

在注水開發過程中，除了對動力作用的影響，儲層中的原油在采出運移過程中，儲層巖石骨架顆粒也具有一定的沖刷和攜帶作用。將黏度不同的原油進行模擬沖刷實驗，經過相同時間、相同動力沖刷后，黏度較高的原油沖刷出的含沙量較高，因流體的黏度越高，在其流動的過程中骨架孔隙壁面的摩擦力越大，導致在高強度的反復沖刷過程中骨架間的顆粒在這種條件下更容易脫落。流體黏度越高，攜帶的砂體的能力也越強，促進了砂巖顆粒的運移，從而形成優勢通道。隨著注水強度的增加，高滲透層與低滲透層的差異將更加明顯，油水黏度差異越大，越容易形成優勢通道。

1.2.3 注入速度的影響

我國對原油開采方式大都為水驅開采，但是每個地方每個階段的油藏都具有一定的差異性，注采強度的大小要根據油藏本身的性質來決定，強注強采加速了優勢通道的形成。根據實驗室做不同注入速度的水動力沖刷實驗，注入速度有5倍的差距時，在1天時間內，攜帶出的砂粒量差距可高達十倍，隨著注采強度增大，注水速度越高，水動力作用在巖石骨架顆粒上的壓力梯度就越大，越容易掉砂，導致出砂量急劇增加，這樣就越容易形成高滲透層，從而優勢通道更容易形成[6]。

1.2.4 儲層骨架結構的影響

儲層中的巖石骨架顆粒之間的接觸關系主要以點接觸、線接觸和縫合接觸為主。注水初期和中期，儲層骨架顆粒之間的接觸關系變化不大，而在初期含水階段，注水對地層中巖石骨架結構的影響不大。儲層巖體主要是由巖石骨架及骨架孔隙中的砂粒填充物所構成，儲層巖石骨架顆粒之間的接觸方式是影響滲流阻力的重要因素，特別是點接觸最容易受到外力作用而產生物理變化。在高含水期，儲層在大量注水和沖洗后，儲層骨架顆粒支撐方式發生明顯改變，并破壞了點接觸和線接觸，原孔隙中和巖石骨架顆粒之間的膠結物被沖走運移，導致原來的點接觸和線接觸處形成連通孔喉，連通孔喉的阻力小，滲透率高，形成滲流通道，因此長期以來，儲層的非均質性增強，逐漸形成優勢通道。

1.3 優勢通道對開發效果的影響

目前水流優勢通道已經成為制約水驅開發效果的一大重要因素，優勢通道形成后，生產動態會發生明顯變化，主要表現為以下幾個方面：

1）含水快速上升，產油遞減快。由于儲層的非均質性，大孔道導流能力強，流速快，注水容易水竄，導致油井含水快速上升，注水驅油效率低，產油遞減快。

2）存水率低，無效水循環嚴重。隨著注水開發，水流優勢通道在原始基礎上進一步改造，水流多沿水流優勢通道流走，驅油效率低，存水率下降[7]，注水開發利用效果差。

3）小層舌進[8]明顯，剖面動用不均勻。由于儲層剖面物性非均質性，高孔滲段的小層產液吸水能力強，導致在注采過程中出現小層舌進現象，剖面動用不均。

2 油藏井間連通性研究

優勢通道的形成大大降低了生產效益，了解井間連通性，掌握注入水的流向，為后期注采方案的制定和堵水措施的優化實施提供參考，甚至可以了解地層剩余油的分布情況，給后期采油提供更準確的方向。

2.1 油藏連通性傳統分析方法

確定油藏連通性的方法很多，如表1所示。

表1 油藏連通性分析方法

油藏連通性傳統分析方法大體分為靜態和動態分析方法[9-12]。油藏連通性靜態分析法主要通過儲層地質參數，研究地層靜態連通性，具體方法有電測井曲線對比法、油藏參數比較法等；研究油藏動態連通性的方法有試井分析法、地球化學方法、示蹤劑測試、數值模擬方法等。

2.2 Rdos模擬軟件井間連通性分析

Rdos軟件[13]是在前人研究成果基礎上，對現有的地質建模和油藏數值模擬軟件進行改造，實現建模數模一體化的軟件。使用Rdos軟件進行模擬，可以更為準確地了解油藏井間連通性、識別優勢通道。軟件的計算過程如圖1所示。

圖1 Rdos軟件計算過程圖

利用Rdos軟件對試驗區進行流動模擬和歷史擬合，得到不同時間段注采井之間的注采關系，定量計算注采井之間的注采量。根據區域和局部上抽水井與生產井的注采關系，找出連續周期內流量管道相對較厚的井對。流線型管道越密越厚，該區域的流量就越大，流線管道越細，則流量越小，流量較大的通道確認為優勢滲流通道。

2.3 井間動態連通性反演模型分析

2.3.1 多元線性回歸模型

ALBERTONI[14]等提出了以注采井注采數據為根據，找到方法解決水驅過程中井間連通性問題，其為注采平衡的多元線性回歸模型（BMLR）和注采不平衡的多元線性回歸模型（MLR）。當油田在水驅不平衡時，采用MLR，在模型中，第口正產井的近似產液量表示為：

式中：—生產井總數；

—注水井總數。

2.3.2 容阻模型（CRM）

CRM模型[15]是研究井間連通性的重要數學模型之一，相比MLR更為復雜，其基本思想是：以每一注采井所控制的領域為一個基本單元，可以測得兩個系數：權重系數和時間常量，為確定連通程度和井間流體儲量，來反映該單元的電容性。通常用不平衡電容模型和平衡電容模型來確定井間連通性。

容阻模型是考慮壓縮性的物質平衡方程[20]?？紤]一采一注兩口井，根據物質平衡原理，可以得到油藏條件下物質平衡方程：

上式說明在任何時刻，驅油體積中的總能量的損耗是由平均壓力的變化引起的。由YOUSEF提出的基本的容阻模式，將生產井的產液量分為3部分，第一部分為初始產液量，第二部分為注入井注入量，第三部分為生產井井底壓力變化引起的生產量信號。

YOUSEF[16]等在提出容阻模型的同時，用2個實際油田的數據對模型進行了驗證。NEUYEN[17]等將該模型應用于德克薩斯州西部二疊紀盆地的一個水驅油田。油田運營商首次將該模型應用于實際的水驅油田，取得了較好的效果。容阻模型的應用分為3個部分：調整阻力容量模型參數；確定最佳注水方案；根據最優注水方案調整實際注水量，分析新注水方案實施后的實際生產數據。分析認為，基于容阻模型的注水方案變更后第一年效果良好。

2.3.3 基于INSIM方法的井間連通性分析

趙輝教授首次提出INSIM方法[18]，其原理是將儲層劃分為由井間傳導率和連通體積組成的一系列連通單元，建立物質平衡方程，求出井點油水動態指標，通過歷史動態擬合反求連通參數。考慮油、水、巖石壓縮性，忽略毛細管力、重力作用，以第口井為對象，其油藏條件下物質平衡方程為：

—生產時間；

—單井泄油區的平均壓力；

—單井產液量或注入量；

將平衡方程經過一系列整理計算，可以得到時刻與-1時刻的壓力關系，從而求得時刻各單井泄油區的平均壓力，進而可以得出各井間連通單元內流體流動方向及流量：

得到連通性模型壓力分布和井間流量分布后，以井點為計算對象，就可以基于貝克萊前緣理論進行飽和度追蹤，進而可以預測井點油水產出動態。基于油藏井間動態連通性模型[19]，以含水率、日產油量、累產油等作為擬合動態數據，以各連通單元的模型參數作為自變量，利用貝葉斯等反問題理論，考慮模型參數實際約束問題，建立歷史擬合數學模型[20]，對歷史擬合數學模型求解，通過反演得到井間動態連通特征。

3 認識與建議

本文對優勢通道形成的原因進行了分析，主要原因為油藏地層的非均質性強，加上長期注水開發，儲層含水率高，巖石骨架長期浸泡在水中導致骨架脫落產生物理變化，從而形成優勢通道。而通過優勢通道對開采效果的影響分析可以看出，目前優勢通道是對水驅開采方式的最大的阻礙，其解決方法可以采用CO2泡沫驅技術，來封堵滲透率較強的優勢通道。

油藏是一個動力學平衡系統，注采井連通性的特征表現為，注水井的注入量的改變引起生產井的產液量改變，由此來判斷井間連通性，但由于油藏連通性分析的各種方法實施起來都較為困難，則判斷結果主觀性較強。對于井間連通性分析模型，一般采用多元線性回歸模型、容阻模型、多井注采模型等。其中多元線性回歸模型所反演的井間連通性與實際油藏相差較大，根據在油藏中的實際情況，信號在傳播過程具有時滯性和衰減性，則這種反演模型結果并不準確；而對于容阻模型，可以對注入信號進行過濾，再通過數值模擬驗證，則該模型反演結果比較可靠。

在實際注水采油過程中，優勢通道的形成在所難免，通過注水井和采油井之間的動態變化關系，根據優勢通道的識別方法，實時觀察注采動態，對優勢通道進行封堵，進一步優化注水方案，調整注水量，提高采油效率。由于地層中滲流的通道較為復雜，建議更多的研究人員可以將堵塞區域更加準確的定位，既保證井間連通性，又能有效阻止優勢通道的滲流。

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Research Progress of Superior Reservoir Channels and Interwell Connectivity

11,2,3

（1. College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China;2. Western Drilling Karamay Drilling Company, Karamay Xinjiang 834000, China;3.Engineering Technology Research Institute of PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay Xinjiang 834000, China）

The old oil fields developed by water injection are in the middle and late stage of water injection development, which will have the problems of high water cut and low oil production. Therefore, the identification of water drive dominant channels has become the main research goal at this stage. According to the previous literature research, main identifying method of dominant channels is the fuzzy comprehensive analysis method to analyzethe dominant channel formation reasons and influencing factors, mainly including the strong heterogeneity of reservoir, water injection strength and viscosity of crude oil and rock skeleton structure and other factors. The reservoir connectivity evaluation is an important research content in oilfield development, some methods of interwell connectivity analysis were introduced, and through the establishment of interwell dynamic inversion model, quantitative analysis was carried out on the reservoir connectivity between wells, and Rdos simulation was used to more accurately understand the reservoir interwell connectivity, identify channel advantages, which has a good guiding role for oilfield development.

Water flooding; Dominant channel; Interwell connectivity; Influencing factor

TE349

A

1004-0935（2022）02-0261-05

中國石油科技創新基金項目，致密砂巖氣藏多尺度流動規律及流場耦合研究（項目編號：2016D-5007-0208）。

2021-08-05

蔣茜（1996-），女，四川省廣安市人，碩士研究生在讀，研究方向：油氣田開發技術。

屈亞光（1984-），男，湖北省荊州市人，高級工程師，博士，2011年畢業于中國石油大學（北京）油氣田開發專業，研究方向：油氣田開發工程方面的教學和科研。