基于層次分析的層狀油藏采收率敏感性研究

李玉紅，常毓文，吳向紅，馮 敏，馬 凱

(中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

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基于層次分析的層狀油藏采收率敏感性研究

李玉紅，常毓文，吳向紅，馮 敏，馬 凱

(中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

摘要：針對儲層和流體層間非均質(zhì)性強(qiáng)、層間矛盾嚴(yán)重、層系劃分、井網(wǎng)部署影響因素對層狀油藏開發(fā)效果影響程度不一的問題，結(jié)合實(shí)際層狀油藏的儲層特點(diǎn)和開發(fā)特征，基于油藏數(shù)值模擬方法和層次分析理論，對海外H層狀油藏采收率影響因素進(jìn)行研究，評價H油藏采收率對儲層滲透率級差、原油黏度級差、地層壓力級差、油層厚度及采油速度等影響因素的敏感性。結(jié)果表明：層狀油藏開發(fā)初期采油速度對采收率影響最為明顯，但從油藏儲層和流體特征出發(fā)，油藏采收率對流體黏度級差變化最為敏感，其次為滲透率級差和地層壓力級差，受儲層厚度級差的影響最小。

關(guān)鍵詞：層狀油藏；儲層非均質(zhì)性；流體非均質(zhì)性；層次分析；采收率

李玉紅,常毓文,吳向紅，等.基于層次分析的層狀油藏采收率敏感性研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，31(2)：50-56.

LI Yuhong,CHANG Yuwen,WU Xianghong，et al.Analysis of sensitivity of oil recovery of layered reservoir with AHP [J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(2):50-56.

引言

層狀油藏的開發(fā)效果受多種因素的綜合影響[1-3]，受沉積環(huán)境的影響，通常不同油層存在儲層和流體性質(zhì)復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重等問題[4-6]。國外目前鮮有關(guān)于層狀油藏開發(fā)模式的系統(tǒng)理論[7-9]。國內(nèi)關(guān)于層狀油藏的研究較多，并形成了“早期注水、分階段布井、分層調(diào)整、接替穩(wěn)產(chǎn)”等開發(fā)理論[10-12]，但研究目標(biāo)多為國內(nèi)油田，且缺少關(guān)于層狀油藏采收率影響因素的具體研究。因此，油藏采收率對各種影響因素的敏感性如何，怎樣合理利用這些影響因素，提高層狀油藏的開發(fā)效果，對于層狀油藏的開發(fā)具有重要意義。為此，筆者立足于海外H油田，針對其層狀油藏的特點(diǎn)，對影響采收率的因素進(jìn)行研究評價，確定油藏采收率對其影響因素的敏感性。

1油田開發(fā)概況

海外H油田屬于層狀砂巖油藏，為被斷層復(fù)雜化的背斜構(gòu)造，采出程度低。油藏分H1—H6共6個油層，23個小層，從上到下原油黏度逐漸增大，層間儲層和流體非均質(zhì)性嚴(yán)重。該油田與一般層狀砂巖油藏不同，具有活躍的邊底水，天然能量充足，但由于各油層開發(fā)程度不一，各層壓力保持水平差異較大。

受合同條款和期限的限制，該油田在開發(fā)初期為盡快收回成本，生產(chǎn)井多為大段合采直井，采油速度較高，導(dǎo)致油田很快就暴露出嚴(yán)重的開發(fā)矛盾，如含水上升加速、產(chǎn)量遞減快、油井暴性水淹等問題。目前油田綜合含水達(dá)76%，地質(zhì)儲量采出程度僅有13%，已進(jìn)入高含水開發(fā)階段。

為改善該油田開發(fā)效果，開展了層狀砂巖油藏采收率敏感性研究。通過分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)，影響層狀油藏開發(fā)效果的因素主要有兩方面：①影響層狀油藏開發(fā)效果的內(nèi)部因素，包括儲層非均質(zhì)性、流體黏度、油層天然能量等。這類影響因素主要是由層狀油藏的成藏特點(diǎn)引起，導(dǎo)致層狀油藏的儲層和流體特征異于普通塊狀油藏，受多層特征的影響，層間往往存在較大差異性，層間非均質(zhì)性嚴(yán)重。根據(jù)這類油藏特性，必須分層研究儲層和流體的層間差異性。②影響層狀油藏開發(fā)效果的外部因素，包括層系劃分、井網(wǎng)部署及采油速度等。這類影響因素屬于決策制定范疇，受人為控制，波動性比較大。油藏開發(fā)效果的優(yōu)劣與對油藏認(rèn)識程度的差異、生產(chǎn)目標(biāo)的不同有關(guān)。外因受內(nèi)因的影響和制約，因此關(guān)于影響層狀油藏開發(fā)效果內(nèi)部因素的敏感性研究對于層狀油藏的開發(fā)至關(guān)重要。

2采收率影響因素分析

2.1滲透率非均質(zhì)性

多層砂巖油藏往往層間非均質(zhì)性嚴(yán)重，主力層和非主力層儲量動用差異大，水沿主力層突進(jìn)，造成主力層水淹，非主力層得不到動用或動用很差，從而形成大量剩余油[13-14]。H油藏主力油層內(nèi)部非均質(zhì)性中等，其層內(nèi)滲透率變異系數(shù)、滲透率級差見表1，但層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，滲透率級差為2.3。從表中可以看出，H3層滲透率變異系數(shù)和滲透率級差最小，儲層較均質(zhì)，但平均滲透率較其他油層低，而與之相鄰的H2和H4油層的滲透率變異系數(shù)和滲透率級差較大，如果三層合采，則容易造成水沿H4層的高滲通道竄流，H3被干擾，產(chǎn)生大量剩余油；H6層滲透率變異系數(shù)和滲透率級差最大，平均滲透率最小，水易沿高滲通道竄流，形成剩余油。

表1　主力油層層內(nèi)非均質(zhì)性特征

注：K為滲透率值。

為研究層間滲透率非均質(zhì)性對油藏采收率的影響，建立網(wǎng)格數(shù)50×100×11的數(shù)值模型，縱向網(wǎng)格長度為2 m，設(shè)置上下2個油層，模型具體參數(shù)見表2。

表2　模型參數(shù)

模型保持定液生產(chǎn)，日注水為2 000 m3，不同滲透率下兩油層的采收率如圖1所示。從圖中可以看出，隨滲透率級差逐漸增大，滲透率較低的1號層采收率逐漸降低，而2號層的采收率逐漸增大，但增加幅度隨滲透率的增加減小?？梢姖B透率級差越大，層間干擾越嚴(yán)重，且當(dāng)滲透率級差增加到一定程度后，低滲層被高滲層完全干擾，基本不出油或出油很少。

圖1　滲透率非均質(zhì)性對采收率的影響Fig.1　Influence of permeability heterogeneity on oil recovery factor

2.2原油黏度非均質(zhì)性

流體黏度非均質(zhì)性是導(dǎo)致層間矛盾的另一主要因素，滲透率相同的情況下，流體黏度越大，滲流阻力越大。不同油層流體黏度級差越大，層間矛盾越嚴(yán)重，合層開采導(dǎo)致高黏度原油滯留形成剩余油。根據(jù)H油田礦場測試和實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果，設(shè)置不同的原油黏度進(jìn)行數(shù)值模擬，建立一個包含上下2個油層的油藏模型，網(wǎng)格數(shù)50×100×11，兩油層厚度相同，均為10 m，且滲透率均為1 000×10-3μm2。其中1號油層原油黏度保持10 mPa·s不變，2號油層為變原油黏度，研究不同黏度級差油層合采對油藏采收率的影響。油井定液生產(chǎn)，且保持注水量2 000 m3/d。圖2為兩油層采收率隨黏度的變化情況。從圖中可以看出，隨黏度級差增大，油藏采收率降低，且1號層采收率稍有增加，而2號層采收率則明顯降低。開發(fā)初期，黏度級差對油層采收率影響較大，隨黏度級差增大，低黏層采收率稍有增加，而高黏層采收率降幅較大，但隨著黏度級差逐漸增大，高黏層采收率降幅逐漸減小，整個油藏采收率受黏度級差的影響程度降低?？梢娺_(dá)到一定黏度級差界限后，層間黏度級差對油藏采收率的影響程度減弱。

圖2　黏度級差對采收率的影響Fig.2　Influence of viscosity difference on oil recovery factor

2.3油層厚度

油層厚度是保證開發(fā)層系具有一定儲量的前提條件。但同一開發(fā)層系內(nèi)，油層滲透率、流體黏度相同的情況下，油層厚度越大，流動系數(shù)越大，滲流速度越高。因此不同油層厚度差別過大，也會對薄油層的采收率產(chǎn)生影響。為研究油層合采對薄油層采收率的影響，利用數(shù)值模擬技術(shù)，建立包含2個油層的油藏模型，網(wǎng)格數(shù)50×100×11，兩油層滲透率均為1 000×10-3μm2，原油黏度為20 mPa·s，保持注水量2 000 m3/d，油井定液生產(chǎn)，通過設(shè)置縱向上兩油層的網(wǎng)格數(shù)模擬不同油層厚度比對薄油層采收率的影響。圖3為不同油層厚度比下薄油層采收率。隨油層厚度比逐漸增大，厚油層對薄油層的干擾作用逐漸增大，薄油層采收率明顯降低。

圖3　合采對薄油層采收率的影響Fig.3　Influence of double layer combining production on oil recovery factor of thin oil layer

2.4地層壓力保持水平

層狀油藏層間壓力差異是影響油藏采收率的重要因素。H油藏具有豐富的邊底水，在開發(fā)初期利用天然能量高速開發(fā)。由于儲層物性的差異，導(dǎo)致各油層壓力下降程度不均，地層壓力保持水平差異較大(圖4)。H1—H3層地層壓力下降幅度較大，H4、H5次之，H6層由于底水能量充足，壓力保持水平最高。地層壓力差異較大的油層合采必然導(dǎo)致儲量動用不均，若要保持穩(wěn)產(chǎn)，需通過注水等方式補(bǔ)充能量不足油層的地層能量，平衡地層壓力保持水平。鑒于此，對油層壓力與采收率的相關(guān)性進(jìn)行研究。

圖4　各油層壓力保持水平Fig.4　Pressure maintenance levels of different oil layers

為研究地層壓力保持水平對采收率的影響，建立一注一采模型，逐漸增大兩油層注水量差距，研究油層壓力差與層間干擾水平的相關(guān)程度。兩油層滲透率均為1 000×10-3μm2，原油黏度為20 mPa·s，且保持2號油層注水量不變，1號油層變注水量(表3)，逐漸增大兩油層地層壓力差，觀察兩油層采收率差異水平。

表3　模型注水量

圖5即為不同注水量下油層采收率變化曲線。從圖中可以看出，在開發(fā)初期，1號油層注水量較小，其原油采出量主要依靠天然能量，2號油層注水量與1號油層相比，地層能量充足，采收率明顯大于1號油層，對1號油層造成明顯的干擾；逐漸增加1號油層注水量，1號層采收率明顯增大，當(dāng)兩油層注水量相當(dāng)時，油藏采收率達(dá)最大值；繼續(xù)增大1號層注水量，2號油層采收率明顯降低，且降低幅度較大，可見1號油層對2號油層產(chǎn)生明顯干擾。由此可知，當(dāng)兩油層注水量基本相同，地層壓力保持水平一致時，層間干擾最小，油藏整體采收率最高；兩油層地層壓力保持水平差異越大，高壓層對低壓層干擾越明顯，整體采收率越低。因此，對于有明顯隔夾層且天然能量差異較大的層狀油藏宜分層開采。

圖5　注水量對采收率的影響Fig.5　Influence of water injection amount to oil recovery factor

2.5采油速度

建立包含2個油層的數(shù)值模型，網(wǎng)格數(shù)50×100×11，網(wǎng)格縱向長度為2 m，油層厚度為10 m。上下2個油層滲透率分別為200×10-3μm2、600×10-3μm2，原油黏度為20 mPa·s，設(shè)置不同采油速度，分別為6%、12%、18%、24%、30%，模擬不同采油速度下油藏采收率變化情況(圖6)。模擬結(jié)果表明：采油速度越大，油藏開發(fā)初期采出程度越高，但開發(fā)后期增加幅度明顯變小，說明地層能量不足以保證高速開發(fā)，且高速開發(fā)導(dǎo)致水線不均勻推進(jìn)，水竄嚴(yán)重，油井見水時間短，含水上升快。

圖6　采油速度對采收率的影響Fig.6　Influence of oil production rate to oil recovery factor

3采收率敏感性評價

選取H油田一口典型直井W1，該井射孔H1—H6層，各生產(chǎn)層段及厚度見表4。記錄W1井各油層產(chǎn)量分配(圖7)。

結(jié)合第2部分采收率影響因素分析中采收率與各影響因素的變化曲線及數(shù)據(jù)(表5)，進(jìn)行層狀油藏采收率與采收率影響因素的敏感性分析。為避免各影響因素之間的差異對敏感性的影響，通過將各組數(shù)據(jù)除以該組數(shù)據(jù)最大值，對影響因素及采收率數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)見表6。

表4　W1井生產(chǎn)層段的厚度

圖7　W1井各層累產(chǎn)油Fig.7　Cumulative oil production amount of production intervals of W1 well

據(jù)此得到采收率對影響因素的敏感性，如圖8所示。從圖中可以看出，采收率與采油速度為正相關(guān)；與滲透率級差、黏度級差及地層壓力級差為負(fù)相關(guān)，即層間級差越大，油藏整體采收率越??；而油層厚度級差對整體采收率的影響很小。因此，當(dāng)油層厚度較小，儲量較小，不足以單獨(dú)開發(fā)時，可將其與其他油層組合進(jìn)行開發(fā)。

表5　采收率與影響因素數(shù)據(jù)

表6　無因次采收率影響因素數(shù)據(jù)

圖8　采收率對影響因素的敏感性Fig.8　Sensitivity of oil recovery factor to its influence factors

根據(jù)圖8各因素與采收率的相關(guān)程度確定滲透率、黏度、油層厚度、地層壓力、采油速度為準(zhǔn)則層因素，利用層次分析法，得到判斷矩陣及權(quán)重向量(表7)。從表7可以看出，采油速度對采收率影響最大。鑒于H油田為海外油田，在油田開發(fā)初期，往往采取高采油速度盡快收回成本，后期通過對油田的認(rèn)識和開發(fā)目標(biāo)的要求逐漸調(diào)整，且前期高采油速度易導(dǎo)致油田提前見水，層間矛盾加劇，因此油田高效開發(fā)不能一味追求高采油速度。除采油速度外，黏度級差對采收率影響權(quán)重最大，其次為地層壓力級差和滲透率級差，油層厚度對采收率影響最小。

表7　影響采收率各因素判斷矩陣及其權(quán)重向量

4結(jié)論

(1)影響層狀砂巖油藏采收率的主要因素有滲透率、黏度、地層壓力、油層厚度及采油速度等。各影響因素級差越大，即儲層和流體的物性差異越大，層間矛盾越嚴(yán)重，油藏采收率受儲層和流體影響越明顯。

(2)采油速度對油藏初期采收率的影響最為明顯，到油藏開發(fā)后期逐漸減弱，且高采油速度易導(dǎo)致水竄、底水錐進(jìn)等開發(fā)矛盾。油田高效開發(fā)不能一味追求高采油速度。

(3)通過對各影響因素的敏感性分析及權(quán)重計算，從油藏本身儲層和流體特點(diǎn)出發(fā)，采收率對流體黏度級差變化最為敏感，其次為滲透率級差和地層壓力級差，受儲層厚度級差影響最小。

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責(zé)任編輯：賀元旦

Analysis of Sensitivity of Oil Recovery of Layered Reservoir with AHP

LI Yuhong,CHANG Yuwen,WU Xianghong,FENG Min,MA Kai

(Research Institute of Petroleum Exploration and Development,CNPC,Beijing 100083,China)

Abstract:Layered reservoir has the strong reservoir and fluid heterogeneity,therefore the influence factors of layer division and well pattern arrangement are many and complex,and the influence degree of the factors on the development effect of the layered reservoir is different.For this reason,taking overseas H reservoir as an example,the influence factors of the oil recovery of the reservoir are studied using oil reservoir numerical simulation and analytical hierarchy process based on the reservoir characteristics and the development characteristics of the H layered reservoir,and the sensitivity of the oil recovery of H reservoir to reservoir permeability difference,crude oil viscosity difference,formation pressure difference,oil layer thickness and oil production rate is evaluated.It is shown that:the effect of oil production rate on oil recovery is the most obvious in the early stage of the layered reservoir development;but in terms of reservoir and fluid characteristics,the oil recovery is the most sensitive to crude oil viscosity difference,the secondary sensitive factors are the reservoir permeability difference and the formation pressure difference are,and the oil layer thickness difference has minimum effect on the oil recovery of layered reservoir.

Key words:layered reservoir;reservoir heterogeneity;fluid heterogeneity;analytic hierarchy process;oil recovery

文章編號：1673-064X(2016)02-0050-07

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.02.008

中圖分類號：TE341

作者簡介：李玉紅(1989-)，女，博士，主要從事油氣田開發(fā)方案調(diào)整與開發(fā)規(guī)劃。E-mail：liyuhong6@petrochina.com.cn

基金項(xiàng)目：國家科技重大專項(xiàng)“蘇丹3/7區(qū)高凝油高效開發(fā)技術(shù)”(編號：2011ZX05032-002)；國家科技重大專項(xiàng)“蘇丹3/7區(qū)塊Palogue油田大型高凝油油藏經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)技術(shù)示范工程”(編號：2011ZX-050508)

收稿日期：2015-12-20