牛圈湖區(qū)塊西山窯組油藏含水上升規(guī)律及控水對策研究

潘有軍，徐贏，吳美娥，張中勁

牛圈湖區(qū)塊西山窯組油藏含水上升規(guī)律及控水對策研究

潘有軍，徐贏，吳美娥，張中勁

（中國石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆哈密839009）

針對牛圈湖區(qū)塊西山窯組油藏含水上升過快已嚴重制約油田穩(wěn)產(chǎn)的問題，通過相滲曲線法、模型預(yù)測法、圖版法和水驅(qū)特征曲線法分區(qū)進行含水上升規(guī)律研究，得出了各區(qū)塊含水率隨采出程度的變化規(guī)律及含水率預(yù)測模型，并分別與實際含水上升規(guī)律進行了對比與分析，優(yōu)選出了適合各區(qū)塊的含水率預(yù)測方法。分析了單井的含水上升規(guī)律，并依據(jù)見水井含水變化特征，劃分出5種含水上升類型，剖析了不同含水上升類型的開發(fā)特征及產(chǎn)生機理，并提出了相應(yīng)的治理技術(shù)對策，為牛圈湖區(qū)塊有效開發(fā)提供了依據(jù)。

：含水上升類型；含水上升規(guī)律；含水率預(yù)測；治理對策；牛圈湖區(qū)塊

0 引言

牛圈湖區(qū)塊西山窯組油藏（J2χ）構(gòu)造為近東西向展布的寬緩背斜，南北兩翼受逆斷層夾持。儲層為低孔、特低滲型，地溫梯度為2.09℃/100 m，壓力系數(shù)為0.750～0.865，屬于低溫異常低壓油藏［1］。依據(jù)儲層物性特征，將研究區(qū)劃分為南區(qū)、東區(qū)和北區(qū)3個區(qū)塊（圖1）。其中南區(qū)儲層物性和含油性最好，平均有效厚度8 m，孔隙度15.3%，滲透率4.83 mD，含油飽和度57%，地層原油黏度13.9 mPa·s；東區(qū)次之，儲層平均有效厚度11.3 m，孔隙度13.7%，滲透率3.38 mD，含油飽和度52%，地層原油黏度20 mPa·s；北區(qū)儲層條件差，平均有效厚度6.8 m，孔隙度12.1%，滲透率1.12 mD，含油飽和度49%，地層原油黏度26.6 mPa·s。

圖1 牛圈湖區(qū)塊西山窯組油藏滲透率平面分布圖Fig.1Pemeability distribution of reservoir of Xishanyao Formation in Niuquanhu block

牛圈湖區(qū)塊為超前注水開發(fā)，由于初期高強度注水，導(dǎo)致部分井水淹（尤其北區(qū)水淹嚴重），初期含水上升速度快，嚴重影響了開發(fā)效果，而且各區(qū)呈現(xiàn)不同的含水上升特征（北區(qū)出現(xiàn)了特有的“Γ”型特征）。我國在50年代著手對水驅(qū)開發(fā)油田含水上升規(guī)律進行研究，提出了許多含水率預(yù)測方法，依據(jù)其特性可大致分為4種：相滲曲線法、模型預(yù)測法、圖版法和水驅(qū)特征曲線法［2-4］。筆者首先剖析單井的含水變化規(guī)律，然后分別利用上述4種方法分區(qū)進行含水上升規(guī)律的研究和對比，得出適合各區(qū)的含水預(yù)測方法，最后提出對各種含水上升類型的井進行分類治理的技術(shù)對策，為油田開發(fā)調(diào)整、控水穩(wěn)油以及減緩產(chǎn)量遞減提供科學(xué)依據(jù)。

1 含水特征分析

1.1 含水現(xiàn)狀

截至2013年12月底，牛圈湖區(qū)塊共開井298口，其中油井175口，注水井123口，綜合含水率49%，采油速度1.21%，采出程度3.27%。

目前牛圈湖區(qū)塊中、高含水井比例大，含水率大于60%的井占43.1%。其中北區(qū)中、高含水井比例大，含水率大于60%的井占57.4%，含水率大于90%的井占48.1%。

1.2 含水上升特征

根據(jù)萬吉業(yè)驅(qū)替系列［5］，含水率與采出程度關(guān)系曲線基本上可采用5種形式表示，即“凸”型、“凹”型、“S”型、“凸-S”型和“S-凹”型。

牛圈湖區(qū)塊含水率與采出程度關(guān)系理論曲線呈典型的“凸-S”型特征，而實際含水上升曲線則呈現(xiàn)“?！毙吞卣鳎▓D2），初期含水上升過快，目前含水處于穩(wěn)定階段，開發(fā)效果逐漸轉(zhuǎn)好。

圖2 牛圈湖區(qū)塊含水率與采出程度關(guān)系曲線Fig.2Relationship between water cut and degree of reserve recovery in Niuquanhu block

油田的開發(fā)效果集中反映在對單井開采有效控制等方面，為此，重點分析了單井的含水上升規(guī)律。通過對牛圈湖區(qū)塊107口油井進行綜合分析，將該區(qū)含水上升劃分為“直線”型［6］、“凸”型、“凸-S”型、“S”型和“S-凹”型共5種類型（表1），比萬吉業(yè)驅(qū)替系列多了一種“直線”型，因開發(fā)時間較短，尚未發(fā)現(xiàn)含水上升呈“凹”型的井。從表1可看出，含水上升以“直線”型居多（46口），占分析井的43%，其次為“凸”型（23口），占分析井的21.5%；在牛圈湖北區(qū)“直線”型和“凸”型這2種含水上升類型的井均最多，分別占84.8%和73.9%。

表1 牛圈湖各區(qū)塊含水上升類型統(tǒng)計Table 1Statistics of water cut rising types in Niuquanhu block

2 含水上升規(guī)律研究

2.1 相滲曲線法

文獻［7］根據(jù)油水兩相滲透率Corey表達式，推導(dǎo)出了含水率與可采儲量采出程度的關(guān)系式，即

式中：fw為含水率，%；M為水油流度比；nw為水相指數(shù)；no為油相指數(shù)；ρw為地層水密度，g/cm3；Rf為可采儲量采出程度，%；ρo為地層原油密度，g/cm3。

通過轉(zhuǎn)化，可得出含水率與地質(zhì)儲量采出程度的關(guān)系式，即

式中：R為地質(zhì)儲量采出程度，%；ER為最終采收率，%。

牛圈湖北區(qū)、南區(qū)、東區(qū)以及全區(qū)的水相指數(shù)分別為1.849 6，1.133 1，1.476 1和1.483 0，油相指數(shù)分別為1.989 6，1.759 0，1.540 9和1.738 2。將以上值帶入式（2），得出南區(qū)和東區(qū)含水率與地質(zhì)儲量采出程度的關(guān)系曲線（圖3）。

圖3牛圈湖南區(qū)與東區(qū)含水率與采出程度關(guān)系曲線Fig.3Relationship between water cut and degree of reserve recovery in the southern district and eastern district of Niuquanhu block

2.2 模型預(yù)測法

2.2.1 Logistic模型

Logistic回歸模型主要是用來對多因素影響的事件進行概率預(yù)測，它是普通多元線性回歸模型的進一步擴展，是非線性模型，其表達式［8］為

式中：t為開發(fā)時間，mon或a；A2為極限含水率，%；A1，X0和p均為擬合參數(shù)。

通過與實際含水上升進行擬合，分別得出牛圈湖南區(qū)和東區(qū)Logistic模型的表達式分別為

根據(jù)式（4），對牛圈湖南區(qū)含水率進行了預(yù)測（圖4）。

圖4 牛圈湖南區(qū)含水率預(yù)測Fig.4Water cut prediction in the southern district of Niuquanhu block

2.2.2 萬吉業(yè)模型

萬吉業(yè)［5］從油層物理相對滲透率概念引導(dǎo)出驅(qū)替系列概念以及5種類型的驅(qū)替特征曲線，其表達式分別為

式（6）～（10）中：a和b分別為各類驅(qū)替特征曲線在線性坐標圖上的直線段截點和斜率。

通過對上述5種驅(qū)替系列公式的擬合對比，牛圈湖南區(qū)含水上升符合“凸-S”型特征，東區(qū)含水上升符合“凸”型特征，擬合得到的關(guān)系式分別為

2.3 圖版法

對于任何一個油藏，在注水開發(fā)的過程中，油水黏度比會影響階段含水率和含水上升率，而含水率與采出程度之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系［5-7］。按照童憲章推導(dǎo)出的水驅(qū)曲線關(guān)系［9］，含水率與采出程度的關(guān)系大致呈一條“S”型曲線，該關(guān)系式為

文獻［9］將上述童氏標準曲線公式修改為

其中

因此，對于不同的ER值，可根據(jù)式（15）和式（16）求出c與a的值，再按照式（14）得出含水率與采出程度的關(guān)系圖版（圖5）。

圖5 牛圈湖各區(qū)塊含水率與采出程度理論與實際關(guān)系曲線Fig.5Theoretical and actual curves of relation between water cut and degree of reserve recovery in Niuquanhu block

從圖5可看出：牛圈湖北區(qū)投產(chǎn)初期即高含水，開發(fā)效果較差，目前含水處于穩(wěn)定階段；南區(qū)初期含水上升快，沿著理論采收率18%這條曲線上升，通過調(diào)剖、井網(wǎng)完善及注水調(diào)控等措施，后期含水沿著理論采收率24%這條曲線上升，開發(fā)效果逐漸變好；東區(qū)開發(fā)效果較好，含水上升比較平緩，沿著理論采收率24%這條曲線上升。

2.4 水驅(qū)特征曲線法

通過文獻［10］近20種水驅(qū)特征曲線方程與生產(chǎn)實際擬合，發(fā)現(xiàn)牛圈湖南區(qū)采用乙型校正水驅(qū)特征曲線擬合程度高，北區(qū)采用雙對數(shù)水驅(qū)特征曲線擬合程度高，由此得出的含水率與采出程度關(guān)系曲線如圖6所示。

乙型校正水驅(qū)特征曲線為

其R-fw關(guān)系式為

利用乙型校正水驅(qū)特征曲線對牛圈湖南區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行擬合，得到該區(qū)R-fw關(guān)系式為

圖6 牛圈湖南區(qū)與北區(qū)含水率與采出程度關(guān)系曲線Fig.6Relationship between water cut and degree of reserve recovery in the southern district and northern district of Niuquanhu block

雙對數(shù)水驅(qū)特征曲線為

其R-fw關(guān)系式為

利用雙對數(shù)水驅(qū)特征曲線對牛圈湖北區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行擬合，得到該區(qū)R-fw關(guān)系式為

式（17）～（22）中：N為地質(zhì)儲量，104m3；Lp為累積產(chǎn)液量，104m3；Np為累積產(chǎn)油量，104m3；Wp為累積產(chǎn)水量，104m3；a，b，C均為待定參數(shù)。

2.5 含水率預(yù)測對比與分析

從上述分析研究可以得出：牛圈湖南區(qū)利用上述幾種方法預(yù)測的含水率總體比較一致，通過對比，并結(jié)合目前含水率變化趨勢來看，推薦使用童氏校正圖版法預(yù)測含水率（表2）；北區(qū)含水上升呈現(xiàn)“?！毙吞卣?，無論是運用圖版法還是模型預(yù)測法均無法進行擬合，目前只能運用雙對數(shù)水驅(qū)特征曲線法并結(jié)合產(chǎn)量遞減進行含水率預(yù)測（參見圖6）；東區(qū)雖然通過萬吉業(yè)模型和童氏校正圖版法得出的含水率和采出程度關(guān)系與實際擬合較好，但由于該區(qū)產(chǎn)量處于上升階段，產(chǎn)量預(yù)測困難，目前只能運用Logistic模型進行含水率預(yù)測（參見圖4）。

綜上所述，相滲曲線法其準確性與所選的相滲曲線是否能夠代表整個區(qū)塊有關(guān)，因為它沒有考慮到油藏的實際生產(chǎn)動態(tài)，因此一般只作為理論分析；水驅(qū)特征曲線法一般用于含水達到一定階段，出現(xiàn)直線段后的分析，常用于油田開發(fā)中、后期；圖版法和模型預(yù)測法主要用于初期投入開發(fā)的油藏。

表2 牛圈湖南區(qū)含水率預(yù)測對比Table 2The contrast of water cut prediction in the southern district of Niuquanhu block

3 含水控制方法及對策

為了加快油井見效速度，牛圈湖區(qū)塊開發(fā)初期注水井采用微超破壓注水，且油井采用壓裂投產(chǎn)，加劇了平面矛盾，造成地層壓力恢復(fù)平面不均衡，導(dǎo)致投產(chǎn)后見水井比例大，含水上升速度快。根據(jù)統(tǒng)計，牛圈湖區(qū)塊目前含水上升呈“直線”型、“凸”型和“凸-S”型的井產(chǎn)水量占總產(chǎn)水量的60.2%，而產(chǎn)油量僅占總產(chǎn)油量的8.1%，致使區(qū)塊含水上升過快，因此，治理這3種類型高含水井是該區(qū)控水穩(wěn)油的關(guān)鍵。

牛圈湖南區(qū)通過執(zhí)行溫和注水政策、持續(xù)有效的注水調(diào)控及多輪次化學(xué)調(diào)剖等手段，改善了注水開發(fā)效果，控制了自然遞減。為此，對牛圈湖區(qū)塊制定了“控壓力、小水量、低強度、短周期”的溫和注水技術(shù)政策，具體為［1，11］：①避射油干層，水井分段注水；②吸水強度控制在1.5～3.0 m3/d·m，單井配注15～25m3/d；③建產(chǎn)區(qū)實施控制超破壓及小水量超前注水技術(shù)，初期單井配注30 m3/d；④新井地層壓力系數(shù)提高到1.0（原始壓力的130%）進行壓裂投產(chǎn)。

油田開發(fā)到現(xiàn)階段，制定一個總的控水對策固然很重要，但更為關(guān)鍵的是，要結(jié)合地質(zhì)與生產(chǎn)動態(tài)特征，制定出單井的分類治理技術(shù)對策。通過對牛圈湖區(qū)塊5種含水上升類型的井進行具體分析，結(jié)合區(qū)塊含水現(xiàn)狀，提出了對各種含水上升類型的井實施如下分類控水的具體對策［6，12-13］。

（1）“直線”型。其特征為：投產(chǎn)即高含水，含水率與采出程度關(guān)系曲線呈直線。這類井主要是由于周圍水井超前高強度注水導(dǎo)致水淹造成。采取的對策主要為：①繼續(xù)實施“排、關(guān)、間”開發(fā)對策，即對高產(chǎn)液高含水井排采，對應(yīng)注水井關(guān)井和間注，充分發(fā)揮毛管壓力作用，促使地下油水關(guān)系和壓力場重新分布；②化學(xué)降黏，尋找合適驅(qū)替介質(zhì)。

（2）“凸”和“凸-S”型。其產(chǎn)生機理為［4，13-14］：①儲層物性差，非均質(zhì)性強，平、剖面矛盾突出，注水突進造成水淹；②存在優(yōu)勢滲流通道，水驅(qū)狀況差，單向水淹；③注水強度大，水線突進造成水淹。采取的對策為：①周期注水、調(diào)剖；②完善注采井網(wǎng)；③分層注水，調(diào)控、強化其他方向；④化學(xué)降黏，尋找合適驅(qū)替介質(zhì)。

（3）“S”型。其產(chǎn)生機理為：①油井處于良好的水驅(qū)狀態(tài)，可能有見水方向，但該見水方向液量不占主導(dǎo)地位（一般小于30%）；②多為單向見水，但周圍水井驅(qū)替強度控制比較合理，油層平面受效相對均衡，未產(chǎn)生大的方向性驅(qū)替差異。采取的對策為：①及時分析，預(yù)先調(diào)控；②完善注采井網(wǎng)，增加水驅(qū)方向。

（4）“S-凹”型。其產(chǎn)生機理為：①和“S”型相似，前期控制較好，含水上升慢；②見水方向為主力產(chǎn)液受效方向，水驅(qū)前緣突破后，含水大幅度上升。采取的對策主要是及時分析，預(yù)先調(diào)控。

4 結(jié)論

（1）牛圈湖南區(qū)通過幾種方法預(yù)測的含水率總體比較一致，從目前含水變化趨勢來看，推薦使用童氏校正圖版法預(yù)測含水率；東區(qū)目前只能使用Logistic模型進行分年含水率預(yù)測；北區(qū)則運用雙對數(shù)水驅(qū)特征曲線并結(jié)合產(chǎn)量遞減進行預(yù)測。

（2）相滲曲線法沒有考慮到油藏的實際生產(chǎn)動態(tài)，一般只作為理論分析；水驅(qū)特征曲線法一般用于含水達到一定階段，出現(xiàn)直線段后的分析，常用于油田開發(fā)中、后期；圖版法、模型預(yù)測法主要用于初期投入開發(fā)的油藏。

（3）牛圈湖區(qū)塊含水上升呈“直線”型、“凸”型和“凸-S”型井產(chǎn)水量占總產(chǎn)水量的60.2%，而產(chǎn)油量僅占總產(chǎn)油量的8.1%，致使該區(qū)含水上升過快，因此對這3種類型高含水井進行分類治理是該區(qū)控水穩(wěn)油的關(guān)鍵。

（4）牛圈湖區(qū)塊含水上升過快是強注所致，因此，低滲透低壓油藏實施超前注水必須克服前期強注行為，嚴格控制超破壓注水，對于非均質(zhì)性強的油藏更是如此。正確處理好短期效果與長期效果的矛盾，才能真正實現(xiàn)控水穩(wěn)油的目標。

（5）牛圈湖區(qū)塊通過制定“控壓力、小水量、低強度、短周期”的溫和注水技術(shù)政策，并結(jié)合化學(xué)調(diào)剖和井網(wǎng)完善等治理技術(shù)對策，使含水上升得到了控制，開發(fā)形勢逐漸轉(zhuǎn)好，為同類油藏開發(fā)提供了借鑒。

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（本文編輯：王會玲）

圖版Ⅰ說明：1.白云石主要呈暗紅色—橘紅色，少量白云石內(nèi)生長環(huán)帶呈橘紅色，菱形狀外生長環(huán)帶呈橘黃色，單偏光，40倍；2.嵌晶狀晶粒結(jié)構(gòu)微晶白云巖內(nèi)發(fā)育2期裂隙，方解石充填裂隙，單偏光，40倍；3.視域同（2），方解石充填裂隙呈橘黃色，裂縫邊緣半自形白云石呈棕褐色；4.白云巖不等粒結(jié)構(gòu)及白云石的霧心亮邊結(jié)構(gòu)，單偏光，40倍；5.殘余粒屑結(jié)構(gòu)及晶粒結(jié)構(gòu)，殘余粒屑由藻屑、內(nèi)碎屑、生屑等構(gòu)成，均由白云石充填，單偏光，40倍；6.粒屑邊緣泥晶白云巖和少許重結(jié)晶白云巖呈暗紅色，殘余粒屑以橘紅色為主，單偏光，40倍

（本文編輯：楊琦）

Water cut rising rules and water control countermeasures of reservoir of Xishanyao Formation in Niuquanhu block

PAN Youjun，XU Ying，WU Mei’e，ZHANG Zhongjin
（Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Tuha Oilfield Company，Hami 839009，Xinjiang，China）

Too rapid rising of water cut in Niuquanhu block has seriously restricted the stable oil production.Based on relative permeability curves,model prediction,plate method,water drive curve method,this paper studied water cut rising rule,obtained the recovery of each block changes with water cut and the water cut forecasting model,and compared with the actual water cut rising,finally optimized suitable method for the prediction of water cut in each block.The water cut rising rule of single well was analyzed.According to water cut change characteristics,we divided water cut rising into 5 types,analyzed the development features and formation mechanism of each type of water cur rising,and proposed corresponding technical countermeasures,which provides references for the effective development in Niuquanhu block.

water cut risingtypes；water cut risingrules；water cut prediction；control countermeasures；Niuquanhu block

TE341

：A

2014-03-09；

2014-04-18

中國石油天然氣股份有限公司項目“牛圈湖特低滲低流度復(fù)雜油藏有效開發(fā)配套技術(shù)研究與試驗”（編號：2009D-1503-08）資助

潘有軍（1984-），男，工程師，從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。地址：（839009）新疆哈密石油基地勘探開發(fā)研究院。電話：（0902）2770404。E-mail：yjypyj@petrochina.com.cn。

1673-8926（2014）05-0113-06