油藏流場的定量化描述方法及其應(yīng)用研究

陳付真，姜漢橋，李 杰（中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京102249）

白曉虎（中石油長慶油田公司第二采油廠，甘肅 慶陽745100）

油藏流場的定量化描述方法及其應(yīng)用研究

陳付真，姜漢橋，李 杰（中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京102249）

白曉虎（中石油長慶油田公司第二采油廠，甘肅 慶陽745100）

在油田開發(fā)過程中，由于竄流的影響，注入驅(qū)替劑的無效循環(huán)問題突出，極大降低了開發(fā)效果。針對這一問題，如何對油藏中流體流動和分布狀態(tài)進(jìn)行描述，直觀展現(xiàn)油藏流場分布，準(zhǔn)確描述大孔道的位置和發(fā)育狀況，對油氣田開發(fā)調(diào)整工作有著重要的意義。以油藏工程理論為基礎(chǔ)，結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論，建立了油藏流場的定量化描述方法，實(shí)現(xiàn)了對油藏流場的定量化描述。依據(jù)油藏流場定量化描述結(jié)果，指導(dǎo)了竄流通道封竄調(diào)整方案設(shè)計(jì)和實(shí)施工作。在某海上油田的應(yīng)用效果表明該方法具有一定的可靠性，能夠?yàn)橛蜌馓镩_發(fā)的動態(tài)調(diào)整工作提供相應(yīng)的依據(jù)。

流場；層次分析法；模糊數(shù)學(xué)；定量化描述

陳永生［1］在1998年首次將流場學(xué)引入到了石油工程領(lǐng)域，提出了油藏流場的概念。之后，李陽、鄧玉珍等［2，3］在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了油藏流場宏觀和微觀的描述以及動態(tài)模型建立等方面的研究工作。目前油藏流場的研究還處在起步階段，研究成果在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用程度較低。筆者通過對影響油藏流場各因素進(jìn)行優(yōu)選和多因素耦合，建立油藏流場定量化描述方法并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了油藏流場從理論研究到現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的過渡。

1 油藏流場的概念及其表征方法

要研究油藏流場，首先必須對其有一個相對明確的概念。不同學(xué)者對油藏流場的定義有所不同。通過相關(guān)調(diào)研并加以概括總結(jié)可以認(rèn)為：油藏中流體和流體存儲空間的靜態(tài)分布特征及其動態(tài)變化規(guī)律總稱為油藏流場。定量化描述油藏流場首先要確定油藏流場基本表征參數(shù)，從根本上來說油藏流場的表征參數(shù)可分為靜態(tài)參數(shù)與動態(tài)參數(shù)兩大類［4，5］。靜態(tài)參數(shù)主要有孔隙度、巖石壓縮系數(shù)、流體壓縮系數(shù)、有效厚度、油藏面積、孔喉連通性等。動態(tài)參數(shù)主要有油氣水的相對滲透率、含水率、飽和度、累積注水量、瞬時注水量、注采比等。油藏流場是一個多因素相互影響、相互作用的復(fù)雜體系，運(yùn)用單個動態(tài)參數(shù)描述油藏流場具有一定的局限性。因此，筆者運(yùn)用多因素耦合來實(shí)現(xiàn)對油藏流場的定量化描述。

2 油藏流場的定量化描述方法

油藏流場定量化描述方法的基本思路是：首先通過參數(shù)優(yōu)選得到影響程度較大的表征參數(shù)集，然后利用模糊數(shù)學(xué)和層次分析法確定各表征參數(shù)的隸屬度和權(quán)值，進(jìn)而進(jìn)行參數(shù)耦合形成一個統(tǒng)一的表征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)油藏流場的定量化描述。

根據(jù)前人的研究成果和各表征參數(shù)對油藏流場影響程度的不同，選取對油藏流場影響最大的驅(qū)替倍數(shù)、流體流速、含水飽和度等3個表征參數(shù)對油藏流場進(jìn)行定量化描述［6］。在這里，把由驅(qū)替倍數(shù)、流體流速、含水飽和度三者確定的油藏流場的強(qiáng)弱定義為油藏流場強(qiáng)度。

為研究需要，把油藏劃分為n個單元體，假設(shè)每一單元體內(nèi)各個部分物性參數(shù)完全相同，不同單元體之間物性參數(shù)有差異。以單元體為基本研究對象對油藏流場進(jìn)行研究。

2.1 驅(qū)替倍數(shù)

驅(qū)替倍數(shù)定義為單位孔隙體積內(nèi)累積通過注入水的體積倍數(shù)，反映的是累積注入量對油藏流場的影響。其表達(dá)式為：

式中，Rw（i）為驅(qū)替倍數(shù)；i為單元體編號，表示第i個單元體；t為注水時間；tD為研究時間點(diǎn)；Krw、Kro為地層水、原油的相對滲透率；μw、μo為地層水、原油的粘度，mPa·s；QIN為單元體注水速度，m3/s；Vi為單元體體積，m3；φi為孔隙度。

驅(qū)替倍數(shù)越大，由于時間的累積作用，流體對儲層的沖刷程度越大，油藏流場強(qiáng)度越大。因此采用升梯形法來確定驅(qū)替倍數(shù)對油藏流場強(qiáng)度的隸屬函數(shù)為：

式中，F(xiàn)Rw為驅(qū)替倍數(shù)的隸屬函數(shù)，Rwmax、Rwmin分別為最大、最小驅(qū)替倍數(shù)。

2.2 流體流速

流體流速定義為單位時間內(nèi)通過單位儲層截面積的流體流量。流體流速反映了儲層中流體瞬時的流動狀態(tài)。流體流速的表達(dá)式為：

式中，Ql（i）為流體流速，m/s；為單元體在tD時刻的注水速度，m3/s；Z為單元體瞬時注采比；hi為有效厚度，m；Di為過流斷面長度，m。

流體流速Q(mào)l越大，說明當(dāng)前流體在儲層中的流動狀態(tài)越活躍，油藏流場強(qiáng)度就越大。因此采用升梯形法來確定流體速度對油藏流場強(qiáng)度的隸屬函數(shù)FQl為：

式中，F(xiàn)Ql為流體流速的隸屬函數(shù)；Qlmax、Qlmin分別為最大、最小流體流速，m/s。

2.3 含水飽和度

含水飽和度反映了油藏中流體的分布狀態(tài)。油藏中含水飽和度越高，越有利于注入水的流動，因此采用升梯形法來確定含水飽和度對油藏流場強(qiáng)度的隸屬函數(shù)為：

式中，F(xiàn)w為含水飽和度；FFw為含水飽和度的隸屬函數(shù)；Fwmax、Fwmin分別為最大、最小含水飽和度。

2.4 表征參數(shù)耦合計(jì)算

分別求取驅(qū)替倍數(shù)、流體流速、含水飽和度等3個影響油藏流場的主控因素的隸屬度，組成隸屬度矩陣為：

根據(jù)層次分析法，建立表征參數(shù)的評判矩陣如表1所示，各因素依次為驅(qū)替倍數(shù)、流體流速、含水飽和度［7］。

表1 表征參數(shù)評判矩陣

通過層次分析法可以求得以上3個因素的權(quán)重向量為：

將驅(qū)替倍數(shù)、流體流速、含水飽和度這3個影響油藏流場的主控因素的隸屬度及其權(quán)重進(jìn)行耦合計(jì)算，即得到了定量化描述油藏流場的指標(biāo)：油藏流場強(qiáng)度W。油藏流場強(qiáng)度的表達(dá)式如下：

油藏流場強(qiáng)度包含了注入水對油藏在時間上的累積作用、油藏瞬時的流體流動狀態(tài)和油藏中的油水分布狀態(tài)3個方面的內(nèi)容。油藏流場強(qiáng)度反映了油藏中的注入水在油藏中的分布狀態(tài)和流動狀態(tài)，是油藏流場強(qiáng)度強(qiáng)弱的定量化描述指標(biāo)。

3 油藏流場在某海上油田動態(tài)調(diào)整中的應(yīng)用

某海上油田從2002年開始投入開發(fā)，2004年開始注水開發(fā)。以該油田典型井組A7井組為例，運(yùn)用油藏流場的定量化描述方法，構(gòu)建油藏流場模型并計(jì)算油藏流場強(qiáng)度。

3.1 油藏流場強(qiáng)度分析與對比

A7井組由A7井1口注水井和A2井、A8井、A13井、J3井4口采油井共5口井組成。注水開發(fā)從2004年開始至2009年結(jié)束。選取注水開發(fā)2年（2006年）后和注水開發(fā)5年（2009年）后2個時間點(diǎn)的油藏流場進(jìn)行對比研究，其油藏流場強(qiáng)度如圖1和圖2所示。

圖1 2006年6月油藏流場強(qiáng)度圖

圖2 2009年6月油藏流場強(qiáng)度圖

圖1和圖2分別為A7井組在2006年和2009年的油藏流場強(qiáng)度圖。從圖中可以看出，隨著注水開發(fā)的深入，油藏流場強(qiáng)度也逐漸增大。同時，受長時間注水開發(fā)的影響，注采井之間優(yōu)勢滲流通道也逐漸形成，如圖2中A7井和A8井之間油藏流場強(qiáng)度值很高，說明2口井之間的流體流動十分活躍，而這2口井之間的波及面積較小，所以這一區(qū)域可能存在竄流。同時也可以看出，A7井和J3井之間油藏流場強(qiáng)度較高，表明2口井之間連通程度較好，流體流動較為活躍。A7井和A2井之間油藏流場強(qiáng)度最低，2口井之間流體流動活躍程度較低。

3.2 油藏流場強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

A7井組從2008年5月至2009年1月進(jìn)行了示蹤劑施工作業(yè)，井組各采油井A2井、A8井、A13井、J3井的示蹤劑回采率分別是：1.59%、7.83%、2.11%、3.53%。由此可見，A8井的回采率最高、J3井次之、A2井最低，表明A7井和A8井之間的連通程度最高、J3井次之、A7井和A2井之間連通程度最低，這和油藏流場強(qiáng)度分析結(jié)果基本相符。

3.3 動態(tài)調(diào)整結(jié)果分析

根據(jù)油藏流場研究結(jié)果和示蹤劑施工結(jié)果，針對A8井含水率過高的問題，于2009年8月對注水井A7井進(jìn)行了調(diào)剖堵水作業(yè)。調(diào)剖堵水前后該井含水率曲線如圖3所示。

圖3 A8井含水率圖

圖3顯示，A8井在投產(chǎn)前中期含水率上升速度很快，含水率很快達(dá)到95%以上，在2009年8月實(shí)施調(diào)剖堵水后含水率迅速下降至50%左右，措施效果較好。這說明A8井和A7井之間的大孔道已經(jīng)形成，經(jīng)過調(diào)剖堵水作業(yè)抑制了注入水在大孔道中的竄流。

綜上所述，通過油藏流場定量化描述方法，實(shí)現(xiàn)了對A7井組油藏流場強(qiáng)度的定量化描述，并根據(jù)油藏流場強(qiáng)度的強(qiáng)弱對油藏中大孔道的發(fā)育進(jìn)行了分析和預(yù)測。示蹤劑測試結(jié)果和后續(xù)的調(diào)剖堵水作業(yè)效果都驗(yàn)證了上述分析和預(yù)測的準(zhǔn)確性。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該方法能夠?qū)τ筒刂写罂椎腊l(fā)育情況進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測，具有一定的實(shí)用性。

4 結(jié) 論

1）以油藏工程方法為基礎(chǔ)，結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論建立了以驅(qū)替倍數(shù)、流體流速、含水飽和度三者為基礎(chǔ)的油藏流場定量化描述方法，實(shí)現(xiàn)了對油藏流場的定量化描述。

2）建立的油藏流場定量化描述方法在某海上油田應(yīng)用結(jié)果表明該方法在評價和預(yù)測大孔道發(fā)育情況等方面具有一定的實(shí)用性和可靠性。

［1］陳永生.油藏流場 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1998.

［2］李陽.陸相斷陷湖盆油藏流場宏觀參數(shù)變化規(guī)律及動態(tài)模型 ［J］.石油學(xué)報(bào)，2005，26（2）：65～68.

［3］李陽.陸相斷陷湖盆油藏微觀流場演化規(guī)律及演變機(jī)理 ［J］.石油學(xué)報(bào)，2005，26（6）：60～65.

［4］徐守余，李紅南.儲集層孔喉網(wǎng)絡(luò)場演化規(guī)律和剩余油分布 ［J］.石油學(xué)報(bào)，2003，24（4）：48～53.

［5］宋萬超，孫煥泉，孫國.油藏開發(fā)流體動力地質(zhì)作用 ［J］.石油學(xué)報(bào)，2002，23（3）：52～55.

［6］孫煥泉，孫國，程會明，等.勝坨油田特高含水期剩余油分布仿真模型 ［J］.石油勘探與開發(fā)，2002，29（3）：66～68.

［7］趙傳峰，姜漢橋，張賢松.竄流通道分級模糊評判方法及其在綏中36-1油田的應(yīng)用 ［J］.中國海上油氣，2010，22（6）：387～390.

Quantitative Liquid Field Description Method and Its Application

CHEN Fu－zhen，JIANG Han－qiao，LI Jie，BAI Xiao－h(huán)u（First Authors'Address：Faculty of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

The invalid cyclic flooding was mainly caused by channeling in oilfield development.It greatly reduced the effect of oil and gas recovery.In order to solve the problem，how to describe reservoir fluid flow and its distribution state，intuitively present the distribution of liquid flow field，accurate denote the position and development situation of the big pore path was of great significance for the adjustment in oil and gas field development process.Based on reservoir engineering theory and in combination with the hierarchy analysis process and fuzzy mathematic theory，the flow field of the quantitative reservoir flow field description method was establish，it can be used for quantitative reservoir description.The result shows that it is used for guiding the design and implementation of channeling blocking and the application in an offshore oil field shows that this method is reliable.It provides a basis for dynamic adjustment of oil and gas development.

flow field；analytic hierarchy process；fuzzy math；quantification description

TE319

A

1000－9752（2011）12－0111－04

2011－06－27

國家科技重大專項(xiàng)（2008ZX05024-02-012）。

陳付真（1984－），男，2007年中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)，博士生，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。

［編輯］ 蕭 雨