利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)判斷優(yōu)勢(shì)滲流通道

張航,李治平(非常規(guī)天然氣能源地質(zhì)評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)工程) (北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (北京)),北京100083)

郝振憲 (中石化中原油田分公司第一采油廠(chǎng),河南濮陽(yáng)457001)

利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)判斷優(yōu)勢(shì)滲流通道

張航,李治平(非常規(guī)天然氣能源地質(zhì)評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)工程) (北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (北京)),北京100083)

郝振憲 (中石化中原油田分公司第一采油廠(chǎng),河南濮陽(yáng)457001)

目前我國(guó)大部分油田經(jīng)歷了數(shù)十年的生產(chǎn),現(xiàn)已進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)階段,該階段優(yōu)勢(shì)滲流通道普遍存在,導(dǎo)致油田的開(kāi)發(fā)投資、成本增加,經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益大大降低。優(yōu)勢(shì)滲流通道的識(shí)別是減小其對(duì)油田開(kāi)發(fā)不利影響的關(guān)鍵,是調(diào)堵改造技術(shù)應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。因此,對(duì)于優(yōu)勢(shì)滲流通道的快速準(zhǔn)確識(shí)別的研究是十分必要的。通過(guò)對(duì)優(yōu)勢(shì)滲流通道與油田動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性進(jìn)行研究,提出了一套全新的判別砂巖油藏水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道的思路方法,運(yùn)用通信信號(hào)模型通過(guò)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地判別優(yōu)勢(shì)滲流通道。將該方法應(yīng)用于中原油田某區(qū)塊,預(yù)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果基本相符。該方法與傳統(tǒng)識(shí)別優(yōu)勢(shì)滲流通道的方法相比,方便快捷,簡(jiǎn)單有效,具有較好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

優(yōu)勢(shì)滲流通道;井間連通性;動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù);相關(guān)性

在我國(guó)除了四川盆地等個(gè)別地區(qū)外,全國(guó)的各個(gè)油氣區(qū)基本都有砂巖油氣藏分布,疏松砂巖油藏是最重要的油藏類(lèi)型之一。砂巖油藏隨著多年的注水開(kāi)發(fā)后,優(yōu)勢(shì)滲流通道的出現(xiàn)導(dǎo)致注入水大量無(wú)效循環(huán),從而極大地減少了注入水的利用率,降低了水驅(qū)波及體積。隨著油藏含水率上升,水油比的急劇增加,采收率降低,同時(shí)帶來(lái)如污水處理等一系列的問(wèn)題。油田開(kāi)發(fā)投資、成本加大,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益逐漸變差。優(yōu)勢(shì)滲流通道的識(shí)別是減小其對(duì)油田開(kāi)發(fā)不利影響的關(guān)鍵,是調(diào)堵改造技術(shù)應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。因此,對(duì)于優(yōu)勢(shì)滲流通道的快速準(zhǔn)確識(shí)別的研究是十分必要的。

鑒于優(yōu)勢(shì)滲流通道識(shí)別的重要性,目前國(guó)內(nèi)外都做了大量的研究,取得了豐碩的成果,但也存在諸多問(wèn)題。國(guó)外對(duì)優(yōu)勢(shì)滲流通道的研究主要是根據(jù)油田實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的特征,構(gòu)造不同的數(shù)學(xué)模型,利用測(cè)井等方法得到實(shí)際數(shù)據(jù)回歸模型中的某幾個(gè)靜態(tài)參數(shù),來(lái)達(dá)到擬合和預(yù)測(cè)的目的[1],而有關(guān)優(yōu)勢(shì)滲流通道形成機(jī)理、識(shí)別方法方面的相關(guān)研究報(bào)道非常有限。國(guó)內(nèi)方面,常用的優(yōu)勢(shì)滲流通道識(shí)別和描述方法主要有:孟凡順等[2]利用試井方法識(shí)別儲(chǔ)層優(yōu)勢(shì)滲流通道;馮其紅等[3]運(yùn)用與現(xiàn)代數(shù)學(xué)相結(jié)合的油藏工程方法推導(dǎo)了大孔道的判斷標(biāo)準(zhǔn)。這些方法都未使用油田現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)資料且需要在油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的測(cè)試,影響油田正常生產(chǎn)?，F(xiàn)有結(jié)合運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)或是模糊數(shù)學(xué)技術(shù)的油藏工程方法雖然較為簡(jiǎn)便,但存在諸如方法計(jì)算復(fù)雜、主觀性較強(qiáng)、模型過(guò)于理想化等問(wèn)題。

筆者在前人工作的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)與優(yōu)勢(shì)滲流通道同油田動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性進(jìn)行研究,提出了一套全新的判別砂巖油藏水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道的思路方法,利用動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)中所反映的注入水變化來(lái)表征優(yōu)勢(shì)滲流通道的無(wú)效水循環(huán),通過(guò)井間連通性快速、準(zhǔn)確的判別,為油田現(xiàn)場(chǎng)快速、便捷地識(shí)別優(yōu)勢(shì)滲流通道提供一種新的簡(jiǎn)單、可靠的方法。

1 模型分析

疏松砂巖油藏巖石膠結(jié)程度低、泥質(zhì)含量高。該種油藏在長(zhǎng)期注水后,在孔隙表面吸附的黏土顆粒遇水膨脹、水化、分散、運(yùn)移,從而減弱了油藏巖石的膠結(jié)作用,出砂現(xiàn)象頻現(xiàn)。因此,在經(jīng)過(guò)多年的注水開(kāi)發(fā)后,注入水對(duì)儲(chǔ)層孔隙、骨架顆粒、膠結(jié)物和油藏流體的作用,以及對(duì)油層溫度和壓力的變化使得儲(chǔ)層滲透率增大、孔喉半徑增大,從而在儲(chǔ)層中形成高滲帶及特高滲透帶,即優(yōu)勢(shì)滲流通道。優(yōu)勢(shì)滲流通道加劇了層間矛盾,使強(qiáng)水洗段滲流阻力越來(lái)越小而成為注入水的暢流通道。井組內(nèi)注水井的注入水大部分沿著存在優(yōu)勢(shì)滲流通道的方向竄流到生產(chǎn)井流出,該過(guò)程的表征在動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)上有直接反映。如果以注入水?dāng)?shù)據(jù)作為研究對(duì)象,會(huì)發(fā)現(xiàn)在一個(gè)井組之中,存在優(yōu)勢(shì)滲流通道的井之間的注入水見(jiàn)效快,且注入水在生產(chǎn)井中產(chǎn)出量高。在數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為,注入水?dāng)?shù)據(jù)與存在優(yōu)勢(shì)滲流通道的生產(chǎn)井產(chǎn)水的數(shù)據(jù)相關(guān)性延遲低,相關(guān)性高。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于信號(hào)通訊學(xué)科中波信號(hào)的傳播規(guī)律。因此,可以用通信學(xué)的相關(guān)數(shù)學(xué)原理來(lái)進(jìn)行井間連通性的判斷。

把所研究的油藏當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng),則注水井注入液是信號(hào)的輸入 (即激勵(lì)),生產(chǎn)井的產(chǎn)出水是信號(hào)的輸出 (即響應(yīng)),輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相關(guān)性則直接反映出井間的關(guān)聯(lián)性。通過(guò)油田現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù),可以直接得到井組內(nèi)注水井注入量和生產(chǎn)井產(chǎn)水量。開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中注水量和產(chǎn)水量表現(xiàn)為兩組等間距隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)組,而在統(tǒng)計(jì)學(xué)中對(duì)于這種兩組等間距點(diǎn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性判斷最常用的方法就是利用皮爾遜矩陣相關(guān)系數(shù)[4](Pearson's product-moment correlation coefficient)。

1.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

首先,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)采用z-score(standard score)標(biāo)準(zhǔn)化方法。標(biāo)準(zhǔn)化公式如下[5]:

式中:Ii(t)為在t時(shí)刻注水井i的注水量,m3;為注水井i的平均注水量,m3;Pj(t+τ)為在(t+τ )時(shí)刻生產(chǎn)井j的產(chǎn)水量,m3為生產(chǎn)井j的平均產(chǎn)水量,m3;n為選取數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍;(t)為在t時(shí)刻注水井i的注水量標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù);(t+τ)為在(t+τ)時(shí)刻生產(chǎn)井j的產(chǎn)水量標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù);τ為注水見(jiàn)效時(shí)間延遲因子,d(月)。

由式(1)、(2)可以看出,z-score方法是將每一變量值與其平均值之差再除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差。經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理后實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)變量轉(zhuǎn)化成平均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為1的標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)幅度數(shù)據(jù),該方法是目前多變量綜合分析中使用最多的一種方法。利用該方法處理可以使有量綱的生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成無(wú)量綱的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù),并且消除了不同組數(shù)據(jù)大小與數(shù)量級(jí)的影響,同時(shí)也可以最大限度地消除個(gè)別錯(cuò)誤數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)性判斷的干擾。

1.2 基本相關(guān)性模型建立

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后,基于Pearson相關(guān)系數(shù)建立了理想化理論井間相關(guān)性模型[6]:

式中:ρijτ為油水井間相關(guān)系數(shù)。

將式(1)、(2)代入式(3)整理優(yōu)化得:

由式 (4)可以發(fā)現(xiàn),井間相關(guān)性模型所表達(dá)的幾何意義是:兩組波形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)向量夾角的余弦值。因此,相關(guān)系數(shù)越大,對(duì)應(yīng)點(diǎn)向量夾角越小,代表這兩組波形數(shù)據(jù)變化程度和變化時(shí)機(jī)具有更好的近似性,說(shuō)明這兩口井之間的連通性好,存在優(yōu)勢(shì)滲流通道的幾率越大;反之亦然。

1.3 注水見(jiàn)效延遲分析

實(shí)際生產(chǎn)中,注水井的井底壓力變化經(jīng)過(guò)一段時(shí)間傳到采油井井底時(shí),注水才開(kāi)始見(jiàn)效,這一過(guò)程在井距較大的低滲高黏度油藏更為明顯[7,8]。這段傳播延遲時(shí)間成為注水見(jiàn)效延遲,即對(duì)應(yīng)式中的注水見(jiàn)效延遲因子τ。不同注采井距其延遲時(shí)間不盡相同,在式 (4)中可以改變延遲因子τ大小來(lái)求取不同井之間的最大相關(guān)系數(shù),即通過(guò)平移一個(gè)波形數(shù)據(jù)來(lái)尋求這兩列數(shù)據(jù)最相似處的相關(guān)系數(shù)。雖然通過(guò)延遲因子τ可以消除注水見(jiàn)效對(duì)相似性判斷的影響,但是延遲因子τ同時(shí)也是井間相關(guān)性判斷的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)不同時(shí)期延遲因子τ的大小的變化來(lái)反映地層中井間關(guān)聯(lián)性的變化,據(jù)此可以判斷出優(yōu)勢(shì)滲流通道的發(fā)育過(guò)程以及封堵調(diào)剖后的變化情況。

1.4 模型計(jì)算流程

在實(shí)際應(yīng)用該方法時(shí),操作步驟如下:首先,將所需測(cè)試井組的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后將井組內(nèi)每一口油井和水井的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)代入所建立的井間相關(guān)性模型中進(jìn)行計(jì)算。而在計(jì)算每口注水井和生產(chǎn)井之間的相關(guān)系數(shù)時(shí),通過(guò)在允許范圍內(nèi)改變延遲因子τ的數(shù)值求出最大的相關(guān)系數(shù)(ρijτ)max作為這兩口井之間的井間相關(guān)系數(shù)。另外,在實(shí)際分析時(shí)不可能都是一注一采或者一注多采的簡(jiǎn)單情況,若某口油井周?chē)卸嗫谒畷r(shí),則用該油井分別與這幾口水井進(jìn)行關(guān)聯(lián),分別計(jì)算它與這幾口水井水量數(shù)據(jù)間的相關(guān)系數(shù),再以所有相關(guān)系數(shù)之和作為分母,用其單個(gè)相關(guān)系數(shù)作為分子,這樣計(jì)算的比值分別作為多口水井對(duì)該生產(chǎn)井貢獻(xiàn)的劈分系數(shù)。劈分后的井間關(guān)聯(lián)性相關(guān)系數(shù)為:

式中:(ρijτ)為劈分后的最優(yōu)相關(guān)系數(shù);M為井組內(nèi)的注水井?dāng)?shù)。

2 實(shí)際應(yīng)用

以中原油田某區(qū)塊XW10-35井組為實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。該塊主要發(fā)育三角洲前緣沉積體系,儲(chǔ)層沉積微相類(lèi)型主要為水下分流河道、河口壩和遠(yuǎn)砂壩等微相,部分砂組發(fā)育濁積砂。

XW10-35井組位于該塊中部,砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都很高,含油面積0.17km2,井區(qū)平均有效厚度14.5m,對(duì)應(yīng)油井4口(W10-36井、W10-49井、W10-101井、N10-2井),主要的注采層位為沙河街組三段中亞段7～10砂組,儲(chǔ)層為中孔、中滲,平均孔隙度為22.8%,平均空氣滲透率為216m D,控制地質(zhì)儲(chǔ)量36.9×104t,可采儲(chǔ)量15.4×104t。日產(chǎn)液量131.6t,日產(chǎn)油量2.1t,含水率98.4%。地面原油密度0.84g/cm3,地面原油黏度8.62mPa·s,原始飽和壓力11.88MPa,原始地飽壓差16.03MPa,巖石潤(rùn)濕性為親水性。該井組自1994年以來(lái)一直注水開(kāi)發(fā),因?yàn)閷酉祮我?且沒(méi)有進(jìn)行井網(wǎng)調(diào)整,目前已經(jīng)進(jìn)入特高含水開(kāi)發(fā)階段。XW10-35井組的井位構(gòu)造圖見(jiàn)圖1。

根據(jù)示蹤劑監(jiān)測(cè)資料得到的水驅(qū)速度以及示蹤劑響應(yīng)情況分析,優(yōu)勢(shì)滲流通道為W10-49井方向,見(jiàn)表1。

將XW10-35井組的動(dòng)態(tài)資料標(biāo)準(zhǔn)化,將標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)代入前面建立的井間相關(guān)性模型(式(4))中,通過(guò)改變延遲因子,計(jì)算得到每?jī)煽诰g的最大關(guān)聯(lián)系數(shù),結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出,生產(chǎn)井W10-49與注水井XW10-35之間的最佳關(guān)聯(lián)系數(shù)最大且注水見(jiàn)效時(shí)間為零,表明兩井之間的關(guān)聯(lián)性很好,可以判斷為優(yōu)勢(shì)滲流通道方向,需進(jìn)行相應(yīng)治理。這與示蹤劑監(jiān)測(cè)資料分析結(jié)果相符,表明該方法切實(shí)有效、可行。

表1 XW10-35井組示蹤劑響應(yīng)基本情況

表2 井間相關(guān)性模型在XW10-35井組的應(yīng)用計(jì)算結(jié)果

圖1 中原油田XW10-35井組井位構(gòu)造圖

3 結(jié)論

1)根據(jù)分析優(yōu)勢(shì)滲流通道在生產(chǎn)數(shù)據(jù)上的反應(yīng)變化,提出了一套運(yùn)用井間連通性模型判斷優(yōu)勢(shì)滲流通道的簡(jiǎn)易方法,該方法基于Pearson相關(guān)系數(shù),只利用動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)即可快速有效地判別優(yōu)勢(shì)滲流通道。

2)該模型加入注水延遲因子這一概念,消除注水見(jiàn)效對(duì)判別優(yōu)勢(shì)滲流通道產(chǎn)生的干擾影響。運(yùn)用劈分方法,使得該模型不僅局限于一采一注模型,更加具有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值;

3)將該方法應(yīng)用于中原油田XW10-35井組效果較好,與示蹤劑解釋結(jié)果基本一致,有較好的實(shí)用性和推廣性,是一種新的快速識(shí)別優(yōu)勢(shì)滲流通道的簡(jiǎn)易辦法。

[1]Yousef A A,Gentil P,Jensen J L,et al.A capacitance model to infer interwell connectivity from production and injection rate fluctuations[J].SPE Reservoir Evaluation&Engineering,2006,9(6):630～646.

[2]盂凡順,孫鐵軍,朱炎.利用常規(guī)測(cè)井資料識(shí)別砂巖儲(chǔ)層大孔道方法研究[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2007,37(3):463～468.

[3]馮其紅,李淑霞.井間示蹤劑產(chǎn)出曲線(xiàn)自動(dòng)擬合方法[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2005,32(5):121～124.

[4]Unegbu A,Adefila J.Efficacy assessments of Z-score and operating cash flow insolvency predictive models insolvency predictive models.[J].Open Journal of Accounting,2013,2(3):53～78.

[5]Nahid-Al-Masood,Ahsan Q.A methodology for identification of weather sensitive component of electrical load using empirical mode decomposition technique[J].Energy and Power Engineering,2013,5(4):293～300.

[6]Chien M C,Lee S T.A new equilibrium coefficient correlation method for compositional simulators[J].SPE11243,1982.

[7]廖紅偉,王鳳琴,薛中天,等.基于大系統(tǒng)方法的油藏動(dòng)態(tài)分析[J].石油學(xué)報(bào),2002,23(6):45～49.

[8]修乃嶺,熊偉,高樹(shù)生,等.低滲透油藏不穩(wěn)定滲流注水見(jiàn)效時(shí)間與井距的關(guān)系[J].石油地質(zhì)與工程,2008,22(1):55～57.

[編輯] 黃鸝

TE33

A

1000-9752(2014)12-0158-04

2014-10-15

張航(1990-),男,2013年中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (北京)畢業(yè),碩士生,現(xiàn)主要從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的研究和學(xué)習(xí)。