基于吸水剖面資料的油藏層間平均剩余油飽和度計算方法

張世明，吳曉東，李 坤，崔傳智

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京102249；2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015；3.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580）

基于吸水剖面資料的油藏層間平均剩余油飽和度計算方法

張世明1，2，吳曉東1，李 坤3，崔傳智3

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京102249；2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015；3.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580）

層間采出程度差異大是多層合采油藏在高含水期面臨的主要問題之一，正確認(rèn)識層間采出程度狀況對開發(fā)措施的制定具有重要的指導(dǎo)意義。吸水剖面資料是反映層間吸水狀況差異的重要信息，分層吸水量的差異主要受各小層的儲層物性和剩余油飽和度的差異影響。利用吸水剖面資料，以水電相似原理和非活塞式水驅(qū)油理論為基礎(chǔ)，建立了多層合采油藏各小層平均剩余油飽和度的計算方法，并將計算結(jié)果與油藏數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比，兩者的相對誤差小于5%。

多層油藏層間矛盾吸水剖面滲流阻力剩余油飽和度

陸相沉積油藏縱向?qū)酉刀?，儲層物性差異大，通常采用多個小層組合成一套層系進(jìn)行開發(fā)，層間采出程度差異較大。油田開發(fā)措施制定的重點之一就是正確認(rèn)識層間采出程度差異狀況，主要包括室內(nèi)物理實驗、油藏數(shù)值模擬和礦物監(jiān)測等方法。近年來中國學(xué)者先后開展了基于室內(nèi)物理實驗或礦場監(jiān)測方法獲取層間動用狀況的研究，馬圣賢等通過室內(nèi)實驗對橋口油田多層水驅(qū)油藏進(jìn)行研究，認(rèn)識到儲層物性差異致使層間具有不同的動用程度［1］；崔英琢等利用監(jiān)測資料，從平面、層間及儲層特征3個方面分析水驅(qū)油藏動用狀況變化規(guī)律及其原因［2］；馮其紅等以單層注采平衡為依據(jù)，綜合考慮地質(zhì)和開發(fā)條件，分階段預(yù)測單層剩余油飽和度［3］；李淑霞等研究了利用井間示蹤劑確定剩余油飽和度的方法［4］。

油藏數(shù)值模擬是非均質(zhì)油藏剩余油定量化研究的重要技術(shù)手段，中外學(xué)者多采用油藏數(shù)值模擬技術(shù)對剩余油分布特征進(jìn)行研究［5-8］。對比分析表明，利用飽和度測井、產(chǎn)液剖面和取心井資料等礦場測試資料分析縱向剩余油分布特征直觀準(zhǔn)確可靠，但取心井資料少，僅能分析井點縱向剩余油分布；采用油藏數(shù)值模擬求取剩余油飽和度能夠反映多種因素的影響，但由于該方法需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和專業(yè)的油藏動態(tài)歷史擬合技術(shù)，且研究周期長，礦場普及應(yīng)用難度較大。

吸水剖面測試工藝簡單易行，是反映層間吸水狀況以及調(diào)剖堵水措施效果而采取的常規(guī)監(jiān)測手段。分層的吸水狀況直接反映了層間的吸水能力，也間接反映了儲層物性及采出程度。目前利用吸水剖面資料確定縱向剩余油分布的研究較少，為此，筆者利用吸水剖面資料，建立了求取各小層平均剩余油飽和度的計算方法，以期為深化認(rèn)識水驅(qū)油藏剩余油分布及制定合理的開發(fā)調(diào)整措施提供依據(jù)。

1 分層平均剩余油飽和度計算方法

1.1 基本思路

以注水井為中心，并將注水井及其所對應(yīng)的油井視為一個注采井組，計算中將該井組作為一個整體來考慮，利用注水井的吸水剖面資料求取井組各層平均剩余油飽和度。為簡單起見，將注采井組等效為一注一采的注采單元，其注采井距為井組中各注采井距的平均值，按照注采單元的控制面積與井組的控制面積相等原則，得到該單元的寬度；根據(jù)井組中各油井產(chǎn)水量和產(chǎn)油量計算得到油井的含水率。

根據(jù)各小層儲層物性和吸水剖面求取其平均剩余油飽和度的主要步驟包括：①將n個合采小層作為一個整體，根據(jù)油井含水率求得地層中的平均剩余油飽和度，結(jié)合相對滲透率曲線求得地層的總滲流阻力；②應(yīng)用水電相似原理和水井的總注水量得到單元的等效生產(chǎn)壓差；③再根據(jù)等效生產(chǎn)壓差和每個小層的吸水量求得每個小層的滲流阻力，繼而求得各小層油水相的視粘度；④根據(jù)建立的視粘度與平均含水飽和度的關(guān)系曲線，即可求得各小層的平均剩余油飽和度。

1.2 注采單元相關(guān)數(shù)據(jù)的求取

1.2.1 儲層參數(shù)平均值

多層合采時的單元總流量等于各小層流量之和，按照等效滲流的原理，其注采單元的平均有效厚度、平均滲透率和平均孔隙度計算式分別為

式中：-h為注采單元的平均有效厚度，cm；i為小層序號；n為總層數(shù)；hi為第i小層的有效厚度，cm；-K為注采單元的平均滲透率，μm2；Ki為第i小層的滲透率，μm2；-φ為注采單元的平均孔隙度；φi為第i小層的孔隙度。

1.2.2 平均含水飽和度

根據(jù)已知相對滲透率曲線建立注采單元儲層含水率與含水飽和度的關(guān)系曲線，并由油井含水率可得到油井處的含水飽和度。根據(jù)水驅(qū)油時巖心平均含水飽和度和巖心出口端含水飽和度之間的關(guān)系［9-11］可求得注采單元中平均含水飽和度為

中華民族“站起來”“富起來”“強(qiáng)起來”的奮斗目標(biāo)和民族偉大復(fù)興的共同理想，把愛國主義和擁護(hù)中國共產(chǎn)黨的領(lǐng)導(dǎo)、堅持和發(fā)展中國特色社會主義內(nèi)在地統(tǒng)一起來。正如習(xí)近平總書記所指出的那樣：“我國愛國主義始終圍繞著實現(xiàn)民族富強(qiáng)、人民幸福而發(fā)展，最終匯流于中國特色社會主義。祖國的命運(yùn)和黨的命運(yùn)、社會主義的命運(yùn)是密不可分的?！盵注]習(xí)近平：《習(xí)近平在中共中央政治局第二十九次集體學(xué)習(xí)時強(qiáng)調(diào)：大力弘揚(yáng)愛國主義精神 為實現(xiàn)中國夢提供精神支柱》，《人民日報》2015年12月31日，第1版。

在已知油井含水飽和度的條件下，利用注采單元儲層含水率與含水飽和度的關(guān)系曲線，通過作圖法或者迭代法求得該飽和度下的含水率。根據(jù)式（4）可得到地層的平均含水飽和度。

1.2.3 等效生產(chǎn)壓差

注采單元等效生產(chǎn)壓差并不是井組的實際生產(chǎn)壓差，而是依據(jù)注采單元的滲流阻力和注水量計算得到的生產(chǎn)壓差。

根據(jù)油水相對滲透率曲線，可得到平均含水飽和度下相應(yīng)的相對滲透率，進(jìn)而求取注采單元的總滲流阻力為

式中：Rt為注采單元總滲流阻力，MPa/（cm3· s-1）；L為注采單元的長度，cm；B為注采單元的寬度，cm；Kro為油相相對滲透率；μo為地層原油粘度，mPa·s；Krw為水相相對滲透率；μw為地層水粘度，mPa·s。

根據(jù)水電相似原理，由注水井總注水量可得到注采單元的等效生產(chǎn)壓差為

式中：Δp為等效生產(chǎn)壓差，10-1MPa；Qt為總注水量，cm3/s。

1.2.4 分層平均含水飽和度

根據(jù)水電相似原理，多層合采時各小層的生產(chǎn)壓差相同，皆等于注采單元的等效生產(chǎn)壓差，由此求出各小層的滲流阻力為

式中：Ri為第i小層的滲流阻力，MPa/（cm3· s-1）；Qi為第i小層的吸水量，cm3/s。

根據(jù)達(dá)西定律，各小層的滲流阻力表達(dá)式為

式中：μa為油水相的視粘度，mPa·s。

式（8）和式（9）整理后得到各小層視粘度為

式中：μai為注采單元第i小層的視粘度，mPa·s。

由式（10）可以看出，當(dāng)油水粘度一定時，各小層的視粘度是其含水飽和度的函數(shù)。為此，可先建立注采單元油水相對滲透率曲線，且各小層采用相同的相對滲透率曲線（圖1），再根據(jù)油水相對滲透率曲線建立各小層在油、水粘度分別為40和0.45 mPa·s時的視粘度與含水飽和度的關(guān)系曲線（圖2）。

圖2 注采單元小層含水飽和度與視粘度的關(guān)系

當(dāng)小層的視粘度一定時，其對應(yīng)的平均含水飽和度是一定的，所以根據(jù)式（10）確定的各小層的視粘度，結(jié)合小層視粘度與含水飽和度關(guān)系曲線可以得到各小層的平均剩余油飽和度。

2 應(yīng)用實例

在實際礦場應(yīng)用過程中，分層平均剩余油飽和度無法直接通過檢測手段獲取，需要采用油藏數(shù)值模擬技術(shù)對所建方法進(jìn)行驗證。建立了一注四采五點法井組模型，模型規(guī)模為300m×300m。縱向上分為5個小層，小層厚度分別為1，2，3，4和5m；滲透率分別為100×10-3，200×10-3，500×10-3，800×10-3和1000×10-3μm2；孔隙度均為0.2。各小層之間不連通，沒有油水串流。5個小層合采合注，油井采用定液量方式生產(chǎn)。當(dāng)油藏含水率達(dá)到90%時，根據(jù)油藏模擬中各小層的吸水量，采用新建方法計算得到各小層的平均剩余油飽和度，并與油藏數(shù)值模擬計算得到的各小層的平均剩余油飽和度進(jìn)行對比（表1）。從表1中可以看出，兩者的相對誤差在5%以內(nèi)，表明新建方法計算結(jié)果準(zhǔn)確，可以快速準(zhǔn)確地對層間剩余油飽和度進(jìn)行預(yù)測。

表1 各小層平均剩余油飽和度計算結(jié)果對比

3 結(jié)束語

分層吸水量的差異主要是由各小層滲流阻力的差異決定的，而各小層的滲流阻力受小層儲層物性和剩余油飽和度的綜合影響，在儲層物性一定的情況下滲流阻力隨剩余油飽和度的變化而變化。因此基于小層吸水量得到的滲流阻力，建立小層平均剩余油飽和度的預(yù)測方法是可行的。吸水剖面測試是評價油藏層間采出程度差異的重要方法。利用吸水剖面資料建立了層間平均剩余油飽和度的快速計算方法，經(jīng)油藏數(shù)值模擬驗證，方法準(zhǔn)確可靠，為油田制定合理的開發(fā)措施提供了依據(jù)。

［1］ 馬圣賢，呼舜興，耿師江，等.多層水驅(qū)油實驗在橋口油田開發(fā)中的應(yīng)用［J］.西安石油學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2003，18（6）：48-50.

［2］ 崔英琢，馮佩真，陳代秀，等.胡12塊水驅(qū)油藏儲層動用狀況變化分析［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報，2000，22（4）：66-68.

［3］ 馮其紅，隋園園，陳先超，等.單層剩余油飽和度定量預(yù)測研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，33（6）：117-120.

［4］ 李淑霞，陳月明.利用井間示蹤劑確定剩余油飽和度的方法［J］.石油勘探與開發(fā)，2001，28（2）：73-75.

［5］ 俞啟泰.關(guān)于剩余油研究的探討［J］.石油勘探與開發(fā)，1997，24 （2）：46-50.

［6］ 陳岑，胡望水，徐博，等.高集油田高6塊阜寧組剩余油分布規(guī)律［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（4）：88-90，93.

［7］ 張少波.特高含水期剩余油分布的油藏數(shù)值模擬研究［J］.長江大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，7（3）：218-220.

［8］ 馮其紅，王守磊，白軍偉，等.層間非均質(zhì)油藏提液效果數(shù)值模擬［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（3）：49-52.

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［11］張建國，杜殿發(fā)，侯建，等.油氣層滲流力學(xué)［M］.2版.東營：中國石油大學(xué)出版社，2010.

編輯王 星

TE319

：A

：1009-9603（2014）05-0098-03

2014-07-08。

張世明，男，高級工程師，博士，從事油田開發(fā)研究及油藏數(shù)值模擬工作。聯(lián)系電話：（0546）8715085，E-mail:zhang?shm855.slyt@sinopec.com。

國家科技重大專項“整裝油田特高含水期提高水驅(qū)采收率技術(shù)”（2011ZX05011-002）。