高含水停采油藏剩余油再聚集敏感因素研究

張建寧，尤啟東，郭文敏

（1.中國(guó)石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都225265；2.常州大學(xué)石油工程學(xué)院，江蘇常州213016）

高含水停采油藏剩余油再聚集敏感因素研究

張建寧1，尤啟東1，郭文敏2

（1.中國(guó)石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都225265；2.常州大學(xué)石油工程學(xué)院，江蘇常州213016）

在剩余油再聚集數(shù)學(xué)模型建立的基礎(chǔ)上，運(yùn)用典型油藏地質(zhì)模型利用數(shù)值模擬方法，分析研究了剩余油再聚集敏感因素及再富集規(guī)律。結(jié)果表明剩余油再聚集過(guò)程中受油藏內(nèi)部驅(qū)動(dòng)壓力、重力、浮力及毛管力的力學(xué)再平衡作用控制。剩余油富集規(guī)模受停采時(shí)間、停采前含油飽和度、原油性質(zhì)、儲(chǔ)層非均質(zhì)和構(gòu)造等因素影響，油藏的微構(gòu)造高點(diǎn)、腰部、平面滲透率高及砂體頂部是剩余油重新運(yùn)移聚集的有利區(qū)帶。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)側(cè)鉆、零星調(diào)整井、回采和水淹層挖潛，取得了良好增油效果。

長(zhǎng)期停采油藏；剩余油再聚集；數(shù)學(xué)模型；敏感因素

礦場(chǎng)開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明高含水油藏長(zhǎng)期停采后，基于地下流場(chǎng)動(dòng)態(tài)條件的變化，剩余油會(huì)發(fā)生再聚集現(xiàn)象[1-2]。因此，分析研究停采油藏剩余油重新運(yùn)移聚集機(jī)理及敏感因素，尋找剩余油再聚集或再富集規(guī)律，是油田開(kāi)發(fā)后期挖潛與提高采收率的重要方向。通過(guò)開(kāi)展高含水停采油藏剩余油再聚集敏感因素分析，分析研究剩余油重新運(yùn)移的主控因素，在停產(chǎn)與半停產(chǎn)及廢棄油藏剩余油再富集區(qū)挖潛取得了較好的開(kāi)發(fā)效果。

1 剩余油再聚集數(shù)學(xué)模型建模思路

剩余油再聚集過(guò)程主要包括初次運(yùn)移和二次運(yùn)移兩個(gè)階段。根據(jù)流體勢(shì)原理，高含水油藏停采后形成的負(fù)壓區(qū)，是油、水運(yùn)移的主要通道。初次運(yùn)移以注采壓力場(chǎng)或油藏內(nèi)外邊底水能量差異形成的粘滯力為主，在油藏內(nèi)部驅(qū)動(dòng)壓差的作用下，可動(dòng)剩余油和地層水較快地向低壓區(qū)域運(yùn)移。當(dāng)達(dá)到油藏內(nèi)部的壓力平衡時(shí)，可動(dòng)剩余油會(huì)在內(nèi)部的重力、浮力和毛管力的作用下產(chǎn)生二次運(yùn)移，最終與油藏有利構(gòu)造、儲(chǔ)層變化帶匹配后聚集形成富集區(qū)帶。

1.1 初次運(yùn)移數(shù)學(xué)模型

初期運(yùn)移力學(xué)場(chǎng)平衡主要為停采后形成的殘余驅(qū)動(dòng)力、粘滯力為主的地下油水滲流過(guò)程，該階段重力、毛管力較弱，可以忽略。以圖1所示的網(wǎng)格模型為基礎(chǔ)，根據(jù)油水運(yùn)動(dòng)方程，計(jì)算網(wǎng)格單元內(nèi)X、Y、Z三個(gè)方向的油水流入、流出量，當(dāng)達(dá)到壓力平衡條件時(shí)，根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)油水質(zhì)量和體積的變化，可得到網(wǎng)格內(nèi)的含油飽和度和含水飽和度。因此，初次運(yùn)移數(shù)學(xué)模型可應(yīng)用Eclipse數(shù)值模擬軟件黑油模型解決。

圖1 油水初次運(yùn)移網(wǎng)格模型示意圖Fig.1 Grid model of primary migration of oil and water

1.2 二次運(yùn)移數(shù)學(xué)模型

油水二次聚集后期運(yùn)移力學(xué)場(chǎng)以重力、毛管力的平衡作用為主，此階段為油水二次聚集主要過(guò)程，該階段產(chǎn)生的網(wǎng)格間的油水置換，本質(zhì)上為油水自發(fā)滲吸過(guò)程。建立以圖2所示網(wǎng)格模型，根據(jù)滲吸原理，油、水運(yùn)動(dòng)速度方向相反、大小相同，可得到在毛管力和重力平衡條件下，油水流入流出網(wǎng)格單元內(nèi)的質(zhì)量。

圖2 油水滲吸過(guò)程力學(xué)平衡示意圖Fig.2 Mechanical equilibrium of imbibitions of oil and water

當(dāng)達(dá)到壓力平衡后，網(wǎng)格間主要在毛管力、油水重力差的作用下產(chǎn)生滲吸交換過(guò)程。以X方向?yàn)槔W(wǎng)格間i與i-1、i+1網(wǎng)格間油水交換速度公式如下：

同理可得到Y(jié)、Z方向流體交換速度。根據(jù)滲吸質(zhì)量守恒方程，可得到任一網(wǎng)格內(nèi)含油飽和度的計(jì)算模型如下：

公式1～3中：k為滲透率；kro、krw分別為油水相對(duì)滲透率；vxo-、vxo+分別為X方向油的的流出、流入速度；vyo-、vyo+分別為Y方向水的流出、流入速度；vzo-、vzo+分別為Z方向水的流出、流入速度；θ為油藏傾角；ρo、ρw分別為油水密度；Vf為網(wǎng)格體積；Soijk為網(wǎng)格內(nèi)的初次運(yùn)移后的含油飽和度；A為不同方向網(wǎng)格截?cái)嗝娣e；t為達(dá)到壓力平衡所需時(shí)間。

其中模型中隱含毛管力的計(jì)算求取。毛管力的大小一般基于因次分析得出的半經(jīng)驗(yàn)無(wú)因次函數(shù)J（Sw）函數(shù)來(lái)表征，J函數(shù)和毛管力關(guān)系表達(dá)式如下：

對(duì)于具有不同K和φ巖樣的毛管力曲線，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)處理，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸，可得到一條能夠代表儲(chǔ)層特征的平均無(wú)因次J（SwD）曲線：

式中：PcHg為汞毛管壓力，MPa；σHg為汞界面張力，mN/m；θHg為汞潤(rùn)濕角；Sw為濕相飽和度，f；A、B為回歸系數(shù)。

將實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用壓汞法測(cè)得的毛管力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可得到實(shí)際模型毛管力的計(jì)算公式：

2 剩余油再聚集敏感因素分析

2.1 典型油藏地質(zhì)模型參數(shù)選取及建立

以江蘇油田ZW蘇62井區(qū)E2d2、Z44K2t1、C7E2s17三個(gè)高含水停采油藏儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)、流體參數(shù)和停采前殘余油飽和度平均參數(shù)，建立典型油藏地質(zhì)理論模型。模型中的滲透率為200×10-3μm2，孔隙度為0.222，地面原油密度為0.84g/cm3，體積系數(shù)為1.1，地下原油黏度為2.5 mPa·s,壓縮系數(shù)為11.06×10-4MPa-1，初始?xì)堄嘤惋柡投葹?.44，等效無(wú)因次含油飽和度為0.494。利用壓汞毛管力曲線，得到J函數(shù)擬合參數(shù)A=0.086 234，B=-1.926 37。

2.2 再聚集敏感參數(shù)分析

在建立典型油藏地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Eclipse數(shù)值模擬軟件2008.1版中的黑油模型模擬初次運(yùn)移過(guò)程。當(dāng)初次運(yùn)移達(dá)到壓力平衡時(shí)，將得到的剩余油飽和度及數(shù)據(jù)體導(dǎo)入自主開(kāi)發(fā)的二次運(yùn)移模型軟件中，繼續(xù)模擬滲吸交換過(guò)程。通過(guò)改變模型中的地質(zhì)及流體性質(zhì)參數(shù)，模擬各種因素對(duì)剩余油再聚集的影響。根據(jù)模擬結(jié)果，分析敏感因素如下。

1）停采時(shí)間。隨著停采時(shí)間的增加（圖3），砂體重力分異作用開(kāi)始出現(xiàn)，由于毛管力小于油水密度差引起的重力作用，下部剩余油開(kāi)始向上漂移，最終形成上部含油飽和度高，下部含油飽和度低的剩余油二次聚集特征；從含水率變化可以看出隨著時(shí)間的增加，含水率開(kāi)始下降，當(dāng)時(shí)間達(dá)到36個(gè)月時(shí)，含水下降速度明顯降低，到78個(gè)月時(shí)趨于穩(wěn)定。

2）地層傾角。隨著構(gòu)造傾角的增加（圖4），垂向上停采砂體上部剩余油飽和度明顯高于下部；平面上，上部剩余油飽和度頂部高于腰部，下部剩余飽和度頂部略低于腰部；從含水率變化來(lái)看，頂部含水率隨著停采時(shí)間增加，含水率降低，而腰部隨著停采時(shí)間的增加，含水率開(kāi)始上升，從構(gòu)造傾角影響程度來(lái)看，當(dāng)構(gòu)造幅度小于15度時(shí)，變化不明顯，當(dāng)大于15°時(shí)，具有明顯變化特征。

圖3 停采時(shí)間與含水率關(guān)系曲線Fig.3 Relation curve of stop production time and water content

圖4 構(gòu)造傾角與含水率關(guān)系曲線Fig.4 Relation curve of structure dip and water content

3）砂體厚度。隨著砂體厚度的增加（圖5），垂向上停采砂體上部剩余油飽和度明顯高于下部；從含水率變化來(lái)看，在停采時(shí)間一定的情況下，隨著砂體厚度的增加，含水率略有降低趨勢(shì)，當(dāng)厚度達(dá)到8 m時(shí)，含水率基本保持穩(wěn)定。

圖5 砂體厚度與含水率關(guān)系Fig.5 Relation curve of sandstone thickness and water content

4）平面非均質(zhì)性。平面上剩余油的二次聚集總是向著滲透率高的位置運(yùn)移（圖6），最終平面平衡后，低滲部位剩余油飽和度略低于高滲部位；隨著平面滲透率級(jí)差的增加，含水率呈降低的趨勢(shì)，從降低幅度來(lái)看，滲透率相差兩倍為一界限值。

圖6 平面非均質(zhì)與含水率關(guān)系Fig.6 Relation curve of areal heterogeneity and water content

5）垂向非均質(zhì)性。受重力作用影響，垂向上，上部滲透率越低，垂向上部剩余油飽和度與下部越接近；上部滲透相對(duì)下部越高，上部剩余油飽和度越高，上下剩余油飽和度差別越大；隨著垂向滲透率級(jí)差的增加，含水率呈降低趨勢(shì)，從降低幅度來(lái)看，滲透率相差4倍為一界限值（圖7）。

圖7 垂向非均質(zhì)與含水率關(guān)系Fig.7 Relation curve of vertical heterogeneity and water content

6）剩余油飽和度。受重力作用影響，垂向上，平均含油飽和度越高，上部剩余油飽和度與下部差別越大；隨著無(wú)因次含油飽和度的增加，含水率呈明顯降低的趨勢(shì)。從降低幅度來(lái)看，無(wú)因次油飽和度大于0.3時(shí)，含水率快速降低，可見(jiàn)無(wú)因次飽和度0.3為一界限值（圖8）。

圖8 無(wú)因次含油飽和度與含水率關(guān)系曲線Fig.8 Relation curve of dimensionless oil saturation and water content

7）原油性質(zhì)。隨原油密度和油水黏度比的增加，無(wú)論是油藏頂部還是腰部，含水都呈增加趨勢(shì)。油水黏度比高于20后，油藏頂部及腰部含水差異變化不大。主要原因?yàn)樵托再|(zhì)變差，油藏中剩余油運(yùn)移、滲吸速度降低，在相同停采時(shí)間下，再聚集富集后的剩余油飽和度增加幅度小。分析數(shù)模結(jié)果，油水黏度比20為一界限值（圖9）。

8）滲透率。滲透率越高，油水初次運(yùn)移的速度和二次運(yùn)移的滲吸速度越快。根據(jù)數(shù)模結(jié)果，隨著滲透率的增加，油藏構(gòu)造高部位和腰部含水均呈下降趨勢(shì)，油藏高部位的含水下降幅度要大于腰部。從下降幅度看，滲透率大于50×10-3μm2含水下降幅度明顯加快（圖10）。

圖9 油水黏度比與含水率關(guān)系Fig.9 Relation curve of viscosity of oil and water and water content

圖10 滲透率大小與含水率關(guān)系Fig.10 Relation curve of permeability and water content

根據(jù)上述單因素敏感性研究結(jié)果，高含水長(zhǎng)期停采油藏剩余油再富集受停采時(shí)間、停采前含油飽和度、地層傾角、原油性質(zhì)、儲(chǔ)層厚度、非均質(zhì)性及滲透率等因素控制。

3 長(zhǎng)期停采油藏剩余油再聚集富集規(guī)律

對(duì)比高含水油藏停采前后含油飽和度變化表明，平面上單砂體上部剩余油飽和度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，油水過(guò)渡帶范圍擴(kuò)大，而靠近斷層附近由于毛管力作用，含油飽和度略有降低；下部剩余油飽和度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，油水過(guò)渡帶范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，下部剩余油飽和度從靠近斷層附近及油水過(guò)渡帶內(nèi)，含油飽和度均有所下降。平面上滲透率高值區(qū)域，后期含油飽和度增加幅度較大，低滲區(qū)帶含油飽和度呈現(xiàn)明顯下降，表明高滲區(qū)帶的油水交換、滲吸作用大于低滲區(qū)帶。隨著地層傾角的增加，單砂體上部剩余油飽和度增加較明顯，下部剩余油飽和度下降幅度變大，表明重力分異作用大于毛管力作用，使下部原油上漂能力增強(qiáng)。

總之，高含水油藏長(zhǎng)期停采后，剩余油飽和度變化與構(gòu)造深度具有一定規(guī)律[3]。即構(gòu)造低部位整體上含油飽和度進(jìn)一步降低，腰部由于本身含油飽和度不高，經(jīng)歷停采平衡后，飽和度增幅較大，而構(gòu)造高部位及斷層附近剩余油飽和度本身較高，經(jīng)歷長(zhǎng)期停采后，含油飽和度會(huì)有所降低。因此，長(zhǎng)期停采油藏剩余油再聚集后，剩余油相對(duì)富集區(qū)主要集中在停采砂體腰部以上區(qū)域及平面上滲透率高值區(qū)的頂部。

4 長(zhǎng)期停采油藏挖潛實(shí)踐

在分析研究剩余油重新聚集敏感因素和再富集規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合油藏地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)Z41K2t1、Z44K2t1、C7E2s17等高含水長(zhǎng)期停采油藏開(kāi)展了側(cè)鉆、零星調(diào)整井、回采和水淹層挖潛工作。2013年以來(lái)，實(shí)施側(cè)鉆井及零星調(diào)整井7口，措施回采原高含水層及鄰井高含水后長(zhǎng)關(guān)停采的水淹層5井次，均獲得了成功，累計(jì)增油1.4836×103t。以下是兩口挖潛成功井的實(shí)例。

4.1 利用老井挖潛高含水停采后再聚集形成的剩余油

C7E2s17高部位的油井在2003年12月因高含水關(guān)井，關(guān)井前日產(chǎn)油0.2 t，含水96.7%。2012年12月對(duì)長(zhǎng)期停采的構(gòu)造腰部的老井C58井水淹層頂部補(bǔ)孔，初期日產(chǎn)油29 t，含水8.5%；至2014年10月日產(chǎn)油6.6 t，含水87.5%，累增油6 635 t。

4.2 利用側(cè)鉆挖潛高含水停采砂體聚集形成的剩余油

Z41K2t1地層傾角13.9°，油藏自2010年因高含水停采，停采前采出程度20.89%，綜合含水98.8%。2013年，在油藏構(gòu)造高部位距離老井50m實(shí)施了1口側(cè)鉆井CZ41-8。CZ41-8井鉆遇油水同層6層31.4 m，2013年7月投產(chǎn)下部同層1層7.8 m的頂部3 m，初期日產(chǎn)油10.8 t，含水50%，后提液生產(chǎn)，2014年10月日產(chǎn)油5.9 t，含水97.5%，已累產(chǎn)油2 920 t。

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

1）高含水停采油藏再聚集過(guò)程可分為初次運(yùn)移和二次運(yùn)移兩個(gè)階段。前者以油藏內(nèi)部驅(qū)動(dòng)壓差、粘滯力為主，運(yùn)移速度較快；后者主要以毛管力、重力（浮力）為主，運(yùn)移速度較慢，滲吸機(jī)理以油水滲吸交換作用形式剩余油再聚集。

2）高含水停采油藏剩余油再聚集主要受油藏地質(zhì)和動(dòng)態(tài)控制因素影響。儲(chǔ)層非均質(zhì)、構(gòu)造自然特征等決定了后期再聚集的場(chǎng)所，停采前的剩余油飽和度、停采時(shí)間及原油性質(zhì)對(duì)剩余油再聚集的過(guò)程控制具有重要影響。

3）高含水停采油藏挖潛的篩選需要滿足一定條件。理論上最佳政策界限為：停采時(shí)間超過(guò)36個(gè)月，地層傾角大于15°，地層厚度超過(guò)8 m，平面滲透率級(jí)差大于2，垂向非均質(zhì)系數(shù)大于4，無(wú)因次含油飽和度大于0.3，油水黏度比低于20，滲透率大于50× 10-3μm2。

4）高含水停采油藏再聚集開(kāi)發(fā)挖潛要綜合考慮各種敏感因素的影響。長(zhǎng)期停采井的挖潛需要綜合考慮儲(chǔ)層的非均質(zhì)性、微構(gòu)造和停采時(shí)間等因素，才能取得較好的挖潛效果。

[1]蒲玉國(guó)，吳時(shí)國(guó)，馮延狀，等.剩余油“勢(shì)控論”的初步構(gòu)建及再生潛力模式[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，20（6）：7-11.

[2]王建，胡罡.強(qiáng)化開(kāi)采及油氣重新運(yùn)移聚集形成剩余油機(jī)理研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（5）：3744-3746.

[3]王慶，賈東，馮品剛，等.微構(gòu)造識(shí)別方法及利用浮力開(kāi)發(fā)油田[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2003，30（1）：65-67.

（編輯：楊友勝）

Study on the sensitive factors of the residual oil reaccumulation of high water cut non-mining reservoir

Zhang Jianning1,You Qidong1and Guo Wenmin2
(1.No.1 Oil Plant of Jiangsu Oilfield,SINOPEC,Jiangdu,Jiangsu 225265,China; 2.School of Petroleum Engineering,Changzhou University,Changzhou,Jiangsu 213016,China)

∶On the base of the mathematical model of the residual oil reaccumulation,the sensitive factors and its law have been ana?lyzed and studied through typical reservoir geological model with numerical simulation.The research results show that residual oil distribution and accumulation law are controlled by the hydrodynamics,gravity,buoyancy and capillary pressure.The accumula?tion scale is affected by the stoptage time,the oil saturation,crude property,the formation heterogeneity and geological structure. The high microstructure,the waist,the high permeability in the flat surface and the top of the formation in a reservoir are good area to the residual migration and accumulation.The field results have obtained good stimulation effects with the technology that using sidertracking wells,a few adjustment wells,restoring the production of high water cut formation and tapping the potential in waterflooded zone.

∶non-mining reservoir,residual oil reaccumulation,mathematical model,sensitive factors

2015-01-12。

張建寧（1971—），男，高級(jí)工程師，油田開(kāi)發(fā)研究和生產(chǎn)管理。