利用無因次壓力指數(shù)定性識別優(yōu)勢通道

郝金克

(中石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

引 言

目前中國大多數(shù)油田已進(jìn)入高含水期，長期的注水開發(fā)使得儲層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化，儲層內(nèi)優(yōu)勢通道發(fā)育明顯。優(yōu)勢通道的存在造成大量注入水低效或無效循環(huán)，降低注入水的利用率，嚴(yán)重影響水驅(qū)開發(fā)效果[1－2]。因此，如何有效地對優(yōu)勢通道進(jìn)行識別和描述已經(jīng)成為高含水期油藏開發(fā)中亟需解決的重要課題。國內(nèi)常用的優(yōu)勢通道識別方法主要有:井間示蹤劑測試方法[3]、測井方法[4]、試井方法[5]和與現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論相結(jié)合的油藏工程方法[6－7]，國外則傾向于用先進(jìn)的測井儀器或數(shù)值模擬方法來識別優(yōu)勢通道[8]，這些方法雖能從一定程度上對優(yōu)勢通道進(jìn)行識別，但操作復(fù)雜、成本高、極大地限制了現(xiàn)場應(yīng)用。為更好地指導(dǎo)油田生產(chǎn)實(shí)踐，使用了定性識別優(yōu)勢通道的無因次壓力指數(shù)方法，并將該方法用于勝坨油田的實(shí)際資料分析，取得了較好的效果。

1 PI決策方法

注水井井口壓降曲線是指注水井關(guān)井后井口壓力隨時間變化的曲線。壓力指數(shù)(PI)是由注水井井口壓降曲線求出的用于調(diào)剖決策的重要參數(shù)，其定義為:

式中:PI為注水井的壓力指數(shù)，MPa;p為隨關(guān)井時間t變化的注水井井口壓力，MPa;t為關(guān)井時間，min，對于中高滲油藏，通常取關(guān)井時間為90 min。

由滲流力學(xué)原理可以推導(dǎo)得到PI值的物理意義為[9－10]:

式中:q為關(guān)井前注水井的注入量，m3/d;μ為注入液的黏度，mPa·s;K為儲層目前的滲透率，μm2;h為儲層有效厚度，m;re為注水井的控制半徑，m;φ為儲層的孔隙度;C為綜合壓縮系數(shù)，MPa－1。

由式(2)可知:PI值與地層流動系數(shù)Kh/μ成反比。儲層滲透率越高、厚度越大、流體黏度越小，則儲層內(nèi)流體的流動能力越強(qiáng)，吸水能力越強(qiáng)，PI值越小;反之，儲層的吸水能力越弱。因此PI值被廣泛應(yīng)用于調(diào)剖堵水(調(diào)驅(qū))決策和大孔道識別過程中[11]，但忽略了PI值的缺陷。

2 PI值的缺陷

對PI值進(jìn)行仔細(xì)分析，可以發(fā)現(xiàn)PI值具有以下缺點(diǎn):

(1)PI值無法消除儲層原始泄壓能力對井口壓降曲線的影響，無法體現(xiàn)優(yōu)勢通道形成前后儲層滲透率的動態(tài)變化。在水驅(qū)開發(fā)過程中，儲層參數(shù)是逐漸變化的，然而由PI值的定義可知，PI值僅代表測試時刻儲層滲流能力的強(qiáng)弱，無法體現(xiàn)出儲層滲流能力的變化程度。如果PI值比較小，那么可能是儲層中已經(jīng)形成了優(yōu)勢通道，也可能是儲層固有的滲流能力較強(qiáng)。

(2)雖然此前有很多研究者對PI值進(jìn)行了改進(jìn)[12－13]，但改進(jìn)以后得到的修正值仍代表儲層目前的滲流能力，僅能反映出該井與區(qū)塊中其他井相比儲層滲流能力的強(qiáng)弱，而不能反映出優(yōu)勢通道形成前后儲層滲透率的動態(tài)變化。對于具有優(yōu)勢通道的井，若該井射開的儲層原始滲透率較高，即使該井周圍沒有形成優(yōu)勢通道，利用式(1)計算出來的PI值可能同樣比較低，甚至可能低于某些儲層中已經(jīng)形成優(yōu)勢通道的井的PI值，導(dǎo)致定性判斷的錯誤。

3 無因次壓力指數(shù)的提出

為了能夠反映出優(yōu)勢通道形成前后儲層滲透率所發(fā)生的變化，消除儲層原始滲透率、有效厚度和注入量等參數(shù)對PI值的影響，提出無因次壓力指數(shù)(DPI):

式中:DPI為無因次壓力指數(shù);ki為儲層原始滲透率，μm2;hi為射孔厚度，m;

將式(2)代入式(3)中，可得無因次壓力指數(shù)的物理意義為:

即DPI的物理意義近似為儲層原始地層系數(shù)和目前地層系數(shù)之比與常數(shù)的乘積。該值越小，開發(fā)過程中注水井周圍地層滲流能力增大的越多，存在優(yōu)勢通道的可能性越大，越需要調(diào)剖。

由式(4)可知，無因次壓力指數(shù)具有以下特點(diǎn)。

(1)DPI與儲層滲流能力的增大倍數(shù)(Kh/Kihi)成反比，消除了儲層原始物性對判別結(jié)果的影響。

(2)DPI的大小與注水井關(guān)井前的工作制度等無關(guān)，因此不同井之間可以直接進(jìn)行相互比較。此外，由于DPI考慮了儲層物性的變化過程，如果將同一口井不同時刻的無因次壓力指數(shù)進(jìn)行比較，可推測出這口井優(yōu)勢通道的演化過程。

(3)計算簡單。實(shí)際應(yīng)用時，須保證同一區(qū)塊內(nèi)選取用來計算PI值的時間相同。

4 應(yīng)用實(shí)例

勝坨油田某斷塊目前已處于高含水期。經(jīng)過長期的注水開發(fā)，儲層中已形成大量的優(yōu)勢通道，對該油田開發(fā)后期的剩余油挖潛造成了嚴(yán)重影響。為了對優(yōu)勢通道進(jìn)行識別，近期測試了23xnb266、21x302、11n85等注水井的井口壓力降落曲線(圖1)，并分別計算出這3口井的壓力指數(shù)值和無因次壓力指數(shù)值(表1)。

圖1 23xnb266、21x302和11n85井關(guān)井后的井口壓降曲線

表1 23xnb266、21x302和11n85井壓降分析結(jié)果

3口井的PI值大小關(guān)系為23xnb266、21x302、11n85，因此各口井附近儲層滲流能力的強(qiáng)弱大小關(guān) 系 為 23xnb266、21x302、11n85。但 是 由 于21x302井所對應(yīng)的儲層原始滲透率和有效厚度遠(yuǎn)大于其他2口井，這使得21x302井的儲層滲流能力本身就很強(qiáng)，因此根據(jù)PI值無法直接判斷出這3口井是否已經(jīng)形成了優(yōu)勢通道。

從無因次壓力指數(shù)來看，這3口井無因次壓力指數(shù)的大小關(guān)系為23xnb266、11n85、21x302。由于23xnb266井和11n85井的無因次壓力指數(shù)都比較小，因此23xnb266井和11n85井之間存在優(yōu)勢通道的可能性較大，且23xnb266井優(yōu)勢通道發(fā)育程度高于11n85井;由于21x302井的無因次壓力指數(shù)遠(yuǎn)高于23xnb266井和11n85井，因此21x302井存在優(yōu)勢通道的可能性較小。由此可知，在利用無因次壓力指數(shù)消除了儲層本身泄壓能力對壓降曲線的影響后，儲層中優(yōu)勢通道的發(fā)育狀況可以很明顯地表現(xiàn)出來。

綜上所述，這3個井組內(nèi)優(yōu)勢通道發(fā)育情況的定性識別結(jié)果為:23xnb266井周圍已經(jīng)形成優(yōu)勢通道，且優(yōu)勢通道發(fā)育級別較高;11n85井組很可能已經(jīng)形成優(yōu)勢通道，但級別較低;21x302井還未形成優(yōu)勢通道。將該結(jié)果與動態(tài)分析和干擾試井解釋結(jié)果進(jìn)行比較，二者完全相符，說明無因次壓力指數(shù)方法可以較為準(zhǔn)確有效地對優(yōu)勢通道進(jìn)行識別。

5 結(jié)論

(1)PI值僅代表儲層目前滲流能力的強(qiáng)弱，無法消除儲層原始滲流能力對井口壓降曲線的影響，無法考慮優(yōu)勢通道形成前后儲層滲透率的動態(tài)變化，因此用PI值進(jìn)行優(yōu)勢通道識別可能導(dǎo)致定性判斷的錯誤。

(2)無因次壓力指數(shù)是對儲層滲流能力增強(qiáng)程度的度量，它近似為儲層原始地層系數(shù)和目前地層系數(shù)之比與常數(shù)的乘積，它的大小與注水井關(guān)井前的工作制度無關(guān)。無因次壓力指數(shù)越小，開發(fā)過程中注水井周圍地層滲流能力增大的越多，存在優(yōu)勢通道的可能性越大，越需要調(diào)剖。

(3)利用本文的方法對勝坨油田的壓力降落曲線進(jìn)行了分析，識別結(jié)果與油田現(xiàn)場動態(tài)分析和生產(chǎn)測試結(jié)果相一致，驗證了該方法的有效性。

(4)無因次壓力指數(shù)方法簡捷實(shí)用，能準(zhǔn)確有效地對優(yōu)勢通道進(jìn)行識別，對現(xiàn)場的優(yōu)勢通道識別以及綜合治理工作具有重要的指導(dǎo)意義，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

[1]胡書勇，張烈輝，羅建新，等.砂巖油藏大孔道的研究——回顧與展望[J].特種油氣藏，2006，13(6):10－14.

[2]王學(xué)忠.探討簡單直接法在油田開發(fā)中的應(yīng)用[J].特種油氣藏，2010，17(1):68 －70.

[3]謝曉慶，劉同敬，張賢松.基于流線的多孔介質(zhì)中示蹤劑運(yùn)移數(shù)學(xué)模型求解方法[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2012，31(1):85 －89.

[4]王森，馮其紅，宋玉龍，等.基于吸水剖面資料的優(yōu)勢通道分類方法——以孤東油田為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2013，20(5):99 －102.

[5]尹文軍，陳永生，王華，等.水力探測大孔道和剩余油飽和度解釋模型的建立[J].油氣地質(zhì)與采收率，2005，12(1):63 －65.

[6]馮其紅，史樹彬，王森，等.利用動態(tài)資料計算大孔道參數(shù)的方法[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(1):74－76.

[7]竇之琳，曾流芳，張志海，等.大孔道診斷與描述技術(shù)研究[J].石油勘探與開發(fā)，2001，28(1):75－77.

[8]Li Bingjian，Najeh Hamad，Lantz Jim，et al.Detecting thief zones in carbonate reservoirs by integrating borehole images with dynamic measurements:case study from the Mauddud reservoir，North Kuwait[J].SPE Reservoir E-valuation＆ Engineering，2010，13(2):193－202.

[9]趙福麟.壓力指數(shù)決策技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展[J].中國石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2011，35(1):82－88.

[10]廖新武，劉超，張運(yùn)來，等.新型納米微球調(diào)驅(qū)技術(shù)在海上稠油油田的應(yīng)用[J].特種油氣藏，2013，20(5):129－132.

[11]劉淑芬，梁繼德.試井技術(shù)識別無效注采水循環(huán)通道方法探討[J].油氣井測試，2004，13(1):27－30.

[12]趙福麟.EOR原理[M].東營:中國石油大學(xué)出版社，2006:56－64.

[13]張奇斌，李進(jìn)旺，王曉冬，等.水驅(qū)油藏大孔道綜合識別[M].北京:石油工業(yè)出版社，2009:61－65.