海上稠油油藏層間干擾系數確定新方法＊

王守磊 耿站立 安桂榮

（1．中國地質大學（北京） 北京 100083； 2．中海油研究總院 北京 100028）

海上稠油油藏層間干擾系數確定新方法＊

王守磊1，2耿站立2安桂榮2

（1．中國地質大學（北京） 北京 100083； 2．中海油研究總院 北京 100028）

海上油田開發(fā)一般采用多層合采方式，層間干擾嚴重，現有數值模擬軟件得到的層間干擾系數與礦場產能測試結果差別較大。提出了考慮擬啟動壓力梯度確定層間干擾系數的油藏數值模擬方法。以渤海SZ稠油油藏為例，利用束縛水下油相驅替實驗建立了SZ油藏擬啟動壓力梯度與儲層流度的關系式；數值模擬時根據油藏非均質性情況設置平衡分區(qū)，利用THPRES關鍵字將兩個不同平衡分區(qū)間的門限壓力設置成擬啟動壓力（擬啟動壓力梯度乘以網格尺寸），實現了考慮擬啟動壓力梯度的數值模擬過程。實例應用結果表明，利用本文方法模擬所得層間干擾系數與產能測試結果吻合程度提高。本文方法在海上稠油油藏合理劃分和調整開發(fā)層系中有較好的實用性。

海上油田；稠油油藏；層間干擾；干擾系數；擬啟動壓力梯度；油藏數值模擬

海上油田一般采用多層合采的開發(fā)方式，由于層間非均質性強，層間干擾現象嚴重［1－6］。一般采用層間干擾系數［4－5］來表征層間干擾程度，正確評價層間干擾系數是確定層系劃分和調整方案的關鍵［7－10］。目前，研究層間干擾系數主要方法有礦場產能測試和油藏數值模擬方法。礦場產能測試可以獲取油井合采和分采時第一手資料，但是產能測試成本高，并且需要油井投產后才能實施，限制了其在開發(fā)方案編制中的應用。油藏數值模擬方法具有可重復性和成本低的特點而被廣泛應用。然而，對于渤海SZ稠油油藏，數值模擬方法得到的層間干擾系數與礦場產能測試結果吻合程度不高。模擬過程中通過建立精細地質模型、設置多個相滲分區(qū)和設定多種生產井工作制度等方式來充分刻畫和反映層間非均質性及工作制度的影響，但是得到的層間干擾系數始終在0．35左右，而礦場產能測試得到的層間干擾系數在0．30～0．60范圍內，兩者相差較大。

越來越多的研究表明，稠油的流動為非線性滲流，存在擬啟動壓力梯度［11－14］。因此，本文在層間干擾系數的研究過程中引入擬啟動壓力梯度，建立了基于室內實驗和數值模擬方法的層間干擾系數確定方法。首先，通過室內實驗確定儲層和流體物性與擬啟動壓力梯度的關系式，然后通過對擬啟動壓力梯度的等效處理，實現考慮擬啟動壓力梯度的數值模擬，從而可以通過典型井模型確定層間干擾系數，為油藏層系劃分和調整提供指導。

1 層間干擾系數確定方法

1．1 擬啟動壓力梯度實驗測定

1．1．1 測定方法

本文通過恒流法測定巖心的擬啟動壓力梯度［15］，實驗流程如圖1所示。實驗采用的7塊巖心取自于渤海SZ稠油油藏，巖心參數見表1。實驗用油取自目標油田井口脫水原油，并與航空煤油混合配制到目標油田井區(qū)地下原油黏度。實驗用水為與地層水礦化度相同的模擬地層水。

圖1 驅替實驗流程圖Fig．1 Flow chart of displacement experiment

表1 實驗用巖心參數Table 1 Core parameters in the experiment

主要儀器：高壓驅替泵，排量范圍為0～50 cm3／min，壓力0～70 MPa；恒溫箱，溫度范圍為10～150℃，精度±0．1℃；精密壓力表，0．4級。

主要實驗步驟如下：

1）根據SY／T5336－2006［16］，進行巖樣的準備；

2）根據SY／T5345－2007［17］，采用油驅水法建立束縛水飽和度；

3）將建立了束縛水飽和度的巖心放入夾持器，并施加圍壓；

4）依次設定泵的流量為0．001、0．005、0．01、0．05、0．1、0．2和0．5 mL／min，泵入實驗用油對巖心進行驅替，待流動穩(wěn)定后記錄相應的壓力；

5）逐漸增加泵的流量，并記錄不同流量下的壓力值；

6）更換巖心，重復以上步驟，得到7塊巖心的擬啟動壓力梯度（表1）。

1．1．2 實驗結果

根據上述7塊巖心的擬啟動壓力梯度與流度關系曲線（圖2），回歸建立目標油田擬啟動壓力梯度與流度的關系式為

式（1）中：Gp為巖心擬啟動壓力梯度，MPa／m；K 為巖心空氣滲透率，mD；μ為原油黏度，mPa·s。

圖2 渤海SZ稠油油藏流度與擬啟動壓力梯度關系曲線Fig．2 Relationship between mobility and pseudo startup pressure gradient of SZ heavy oil reservoir in Bohai oilfield

由式（1）可以看出，隨著流度的降低，擬啟動壓力梯度呈冪指數形式增大。與同類油藏相比［18－19］，相同流度下SZ油藏擬啟動壓力梯度更大，非線性滲流更強。

1．2 擬啟動壓力梯度等效模擬

利用商業(yè)數值模擬器Eclipse軟件進行模擬時，流體從一個網格流向另外一個網格，如果相鄰的兩個網格屬于不同的平衡分區(qū)，則需要克服門限壓力（最小壓力差）才能發(fā)生流動；軟件中THPRES關鍵字可以設置不同平衡分區(qū)之間的門限壓力。若將兩個平衡分區(qū)之間的門限壓力設置成擬啟動壓力（擬啟動壓力梯度與網格尺寸乘積），就可以實現對擬啟動壓力梯度的等效模擬［20］。利用THPRES關鍵字實現擬啟動壓力梯度的等效模擬主要分為兩步，首先設置網格的平衡分區(qū)，然后設置不同平衡分區(qū)之間的門限壓力。

1．2．1 平衡分區(qū)的設置

Eclipse軟件中通過EQLNUM關鍵字設置網格所屬平衡分區(qū)。對于平衡分區(qū)的設置，需要根據油藏非均質性情況確定。

1）假設油藏平面均質，如圖3a所示，平面滲透率為100 mD，最少需要設置2個平衡分區(qū)來實現擬啟動壓力梯度的模擬。平衡分區(qū)的設置采取以下方法：第1行的第1個網格設置為平衡分區(qū)1，第2個網格設置為平衡分區(qū)2，依次重復直至該行結束；第2行的第1個網格設置為平衡分區(qū)2，第2個網格設置為平衡分區(qū)1，依次重復直至該行結束；其他行按照第1行和第2行設置方式重復即可。這種設置方法稱之為“交替賦值法”。如圖3b所示，對于任一網格，其所屬平衡分區(qū)與相鄰的4個網格所屬平衡分區(qū)都不相同，流體從該網格流向任一網格都須克服2個平衡分區(qū)的門限壓力。

圖3 平面均質油藏平衡分區(qū)設置示意圖Fig．3 Schematic diagram of equilibrium region for homogeneous reservoir

2）若油藏平面非均質，設置平衡分區(qū)時，如果一個網格對應一個平衡分區(qū)，那么平衡分區(qū)的個數等于網格數，平衡分區(qū)數目過大會影響數值模擬運算速度。在此提出一種簡化方法，首先根據滲透率劃分為幾個不同的區(qū)間，同一滲透率區(qū)間可視為均質。由前述可知，每個均質區(qū)間最少需要設置2個平衡分區(qū)，則共需要設置2倍區(qū)間個數的平衡分區(qū)。如圖4a所示，根據滲透率劃分為3個區(qū)間，黃色區(qū)域為80～120 mD，淺綠色區(qū)域為300～400 mD，藍色區(qū)域為600～800 mD。如圖4b所示，在黃色區(qū)域內設置2個平衡分區(qū)，分別為1、2；在淺綠色區(qū)域內設置2個平衡分區(qū)，分別為3、4；在藍色區(qū)域內設置2個平衡分區(qū)，分別為5、6。每個均質區(qū)間內平衡分區(qū)設置按照前述“交替賦值法”進行設置。

圖4 平面非均質油藏平衡分區(qū)設置示意圖Fig．4 Schematic diagram of equilibrium region for heterogeneous reservoir

1．2．2 門限壓力的設置

平衡分區(qū)設置完成后，需要給定任意2個平衡分區(qū)之間的門限壓力。首先確定2個平衡分區(qū)對應的滲透率區(qū)間的平均值，取兩者中較小者作為公式（1）中滲透率計算項，得到擬啟動壓力梯度，然后乘以網格尺寸就得到了2個平衡分區(qū)之間的門限壓力。例如，圖4b中平衡分區(qū)2、3對應的滲透率區(qū)間平均值分別是100、350 mD，選用滲透率為100 mD計算擬啟動壓力梯度，再乘以網格尺寸即可得到門限壓力。

2 實例應用

2．1 典型模型建立

建立渤海SZ稠油油藏B6井一注一采數模模型，如圖5所示。網格數為35×21×22，網格尺寸為20 m×20 m×3．5 m。縱向第1～5層為Iu油組（第1井段），第6～12層為Id油組（第2井段），第13～22層為II油組（第3井段），各小層為平面均質及層間非均質。

每一層設置2個平衡分區(qū)，相鄰分區(qū)間門限壓力通過式（1）計算。以第1層為例，該層滲透率為3 800 mD，原油黏度為202 mPa·s，計算得到擬啟動壓力梯度為0．026 7 MPa／m，網格尺寸為20 m，則相鄰分區(qū)之間的門限壓力為0．53 MPa。

圖5 渤海SZ稠油油藏B6井油藏數模模型示意圖Fig．5 Schematic diagram of reservoir simalation model of Well B6of SZ heavy oil reservoir in Bohai oilfield

數值模擬過程中井的生產完全按照礦場產能測試流程進行控制。首先全井段生產，然后依次是第1井段、第2井段、第3井段生產。采取定液量生產方式，全井段和各井段產液量以產能測試時液量為參考。

2．2 結果對比

SZ稠油油藏B6井礦場測試與數值模擬結果見表2。由表2可以看出，當在數模模型中考慮擬啟動壓力梯度時，計算所得的層間干擾系數與礦場測試結果更為吻合。

表2 渤海SZ稠油油藏B6井礦場測試與數值模擬結果表Table 2 Results of field test and numerical simulation for Well B6of SZ heavy oil reservoir in Bohai oilfield

依據本文方法，建立了其他測試井模型，得到SZ油藏不同油井層間干擾系數，見表3。由表3可以看出，考慮擬啟動壓力梯度所得到的層間干擾系數與礦場測試結果吻合程度更高，驗證了本文方法的正確性。

表3 渤海SZ稠油油藏不同油井層間干擾系數Table 3 Interference coefficients of different wells of SZ heavy oil reservoir in Bohai sea

3 結論

基于Eclipse軟件的THPRES關鍵字，通過設置平衡分區(qū)和平衡分區(qū)間門限壓力，可以實現擬啟動壓力梯度在商業(yè)數模軟件中的等效處理，從而獲得更為準確的層間干擾系數。實例應用表明，考慮擬啟動壓力梯度的數值模擬所得的層間干擾系數與礦場測試結果吻合程度較高，本文方法在海上稠油油藏合理劃分和調整開發(fā)層系中具有較好的實用性。

［1］ 郭太現，蘇彥春．渤海油田稠油油藏開發(fā)現狀和技術發(fā)展方向［J］．中國海上油氣，2013，25（4）：26－30．GUO Taixian，SU Yanchun．Current status and technical development direction in heavy oil reservoir development in Bohai oilfields［J］．China Offshore Oil and Gas，2013，25（4）：26－30．

［2］ 于會利，汪衛(wèi)國，榮娜，等．勝坨油田不同含水期層間干擾規(guī)律［J］．油氣地質與采收率，2006，13（4）：71－73．YU Huili，WANG Weiguo，RONG Na，et al．Rule of interlayer interference in various water cut periods of Shengtuo oilfield［J］．Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2006，13（4）：71－73．

［3］ 蘇彥春，賈曉飛，李云鵬，等．多層合采油藏層間動態(tài)干擾定量表征技術［J］．特種油氣藏，2015，22（6）：101－103．SU Yanchun，JIA Xiaofei，LI Yunpeng，et al．New technology for quantitative characterization of interlayer dynamic interference in commingled producing oil reservoir［J］．Special Oil and Gas Reservoir，2015，22（6）：101－103．

［4］ 張繼成，何曉茹，周文勝，等．大段合采油井層間干擾主控因素研究［J］．西南石油大學學報（自然科學版），2015，37（4）：101－106．ZHANG Jicheng，HE Xiaoru，ZHOU Wensheng，et al．Main controlling factors of interlayer interference in big intervals commin－gled production oil wells［J］．Journal of Southwest Petroleum University（Science ＆ Technology Edition），2015，37（4）：101－106．

［5］ 黃世軍，康博韜，程林松，等．海上普通稠油油藏多層合采層間干擾定量表征與定向井產能預測［J］．石油勘探與開發(fā)，2015，42（4）：488－495．HUANG Shijun，KANG Botao，CHENG Linsong，et al．Quantitative characterization of interlayer interference and productivity prediction of directional wells in the multilayer commingled production of ordinary offshore heavy oil reservoirs［J］．Petroleum Exploration and Development，2015，42（4）：488－495．

［6］ 許家峰，張金慶，程林松，等．多層合采砂巖稠油油藏層間干擾動態(tài)表征及應用［J］．中國海上油氣，2016，28（4）：48－54．DOI：10．11935／j．issn．1673－1506．2016．04．008．XU Jiafeng，ZHANG Jinqing，CHENG Linsong，et al．The dynamic characterization and application of interlayer interference for sandstone heavy oil multilayer commingled producing［J］．China Offshore Oil and Gas，2016，28（4）：48－54．DOI：10．11935／j．issn．1673－1506．2016．04．008．

［7］ 羅憲波，趙春明，武海燕，等．海上油田多層合采層間干擾系數確定［J］．大慶石油地質與開發(fā)，2012，31（5）：102－104．LUO Xianbo，ZHAO Chunming，WU Haiyan，et al．Determination of the interference coefficient among the commingled production layers in offshore oilfield［J］．Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing，2012，31（5）：102－104．

［8］ 劉洪杰．常規(guī)油藏多層合采層間干擾系數確定新方法［J］．石油地質與工程，2013，27（5）：80－82．LIU Hongjie．New determination method of interlayer interference coefficient among commingling production layers in conventional reservoirs［J］．Petroleum Geology and Engineering，2013，27（5）：80－82．

［9］ 余華杰，朱國金，譚先紅．砂巖油藏多層合采層間干擾及開發(fā)策略研究［J］．西南石油大學學報（自然科學版），2014，36（1）：101－106．YU Huajie，ZHU Guojin，TAN Xianhong．Study on interlayer interference caused by commingling productionand development strategy in sandstone reservoir［J］．Journal of Southwest Petroleum University （Science ＆ Technology Edition），2014，36（1）：101－106．

［10］ 王建俊，馬奎前，劉英憲，等．基于干擾系數的分層開采優(yōu)選新方法［J］．科學技術與工程，2015，15（25）：32－37．WANG Jianjun，MA Kuiqian，LIU Yingxian，et al．A new method to optimize the slicing production based on interference coefficient［J］．Science Technology and Engineering，2015，15（25）：32－37．

［11］ 姚同玉，黃延章，李繼山，等．孔隙介質中稠油流體非線性滲流方程［J］．力學學報，2012，44（1）：106－110．YAO Tongyu，HUANG Yanzhang，LI Jishan，et al．Nonlinear flow equations for heavy oil in porous media［J］．Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics，2012，44（1）：106－110．

［12］ 汪偉英，喻高明，柯文麗，等．稠油非線性滲流測定方法研究［J］．石油實驗地質，2013，35（4）：464－467．WANG Weiying，YU Gaoming，KE Wenli，et al．Experimental study of nonlinear seepage for heavy oil［J］．Petroleum Geology ＆ Experiment，2013，35（4）：464－467．

［13］ 許家峰，孫福街，田冀，等．考慮啟動壓力梯度時普通稠油非線性滲流模型解析求解方法［J］．中國海上油氣，2011，23（1）：32－35．XU Jiafeng，SUN Fujie，TIAN Ji，et al．An analytic solution method of nonlinear seepage models with ordinary heavy oil when taking threshold pressure gradient into consideration［J］．China Offshore Oil and Gas，2011，23（1）：32－35．

［14］ 張雷，劉超，陳建波，等．利用動態(tài)資料計算稠油油藏啟動壓力梯度［J］．中國海上油氣，2016，28（3）：101－105．DOI：10．11935／j．issn．1673－1506．2016．03．015．ZHANG Lei，LIU Chao，CHEN Jianbo，et al．Calculating threshold pressure gradient of heavy oil reservoir with the dynamic data［J］．China Offshore Oil and Gas，2016，28（3）：101－105．DOI：10．11935／j．issn．1673－1506．2016．03．015．

［15］ 柯文麗．稠油非線性滲流規(guī)律研究［D］．荊州：長江大學，2013．

［16］ 國家發(fā)展和改革委員會．SY／T5336—2006巖心分析方法［S］．北京：石油工業(yè)出版社，2007．National Development and Reform Commission of the PRC．SY／T5336—2006 Practices for core analysis［S］．Beijing：Petroleum Industry Press，2007．

［17］ 國家發(fā)展和改革委員會．SY／T5345—2007巖石中兩相流體相對滲透率測定方法［S］．北京：石油工業(yè)出版社，2008．National Development and Reform Commission of the PRC．SY／T5345—2007 Test method for two phase relative permeability in rock［S］．Beijing：Petroleum Industry Press，2008．

［18］ 許家峰，程林松，李春蘭，等．普通稠油油藏啟動壓力梯度求解方法與應用［J］．特種油氣藏，2006，13（4）：53－57．XU Jiafeng，CHENG Linsong，LI Chunlan，et al．Starting pressure gradient calculation and its application in conventional heavy oil reservoir［J］．Special Oil and Gas Reservoir，2006，13（4）：53－57．

［19］ 田冀，許家峰，程林松．普通稠油啟動壓力梯度表征及物理模擬方法［J］．西南石油大學學報（自然科學版），2009，31（3）：158－162．TIAN Ji，XU Jiafeng，CHENG Linsong．The method of characterization and physical simulation of starting pressure gradient for ordinary heavy oil［J］．Journal of Southwest Petroleum University （Science ＆ Technology Edition），2009，31（3）：158－162．

［20］ 王公昌，李林凱，王平，等．啟動壓力在數值模擬軟件中等效模擬的新方法［J］．科學技術與工程，2012，12（1）：165－167．WANG Gongchang，LI Linkai，WANG Ping，et al．One new method of equivalent simulation of start－up pressure in numerical simulation software［J］．Science Technology and Engineering，2012，12（1）：165－167．

A new method of determining the interlayer interference coefficient in offshore heavy oil reservoir

WANG Shoulei1，2GENG Zhanli2AN Guirong2
（1．China University of Geosciences，Beijing100083，China；2．CNOOC Research Institute，Beijing100028，China）

Multilayer commingled production is generally applied to develop offshore oilfield，which causes serious interlayer interference．The interlayer interference coefficient obtained by current reservoir simulation software is different from field productivity test．A new method to determine interlayer interference coefficient is proposed by considering pseudo startup pressure gradient in reservoir simulation．Taking SZ heavy oil reservoir in Bohai oilfield as an example，the relationship between pseudo startup pressure gradient and mobility is established by oil－water displacement experiment．The reservoir simulation considering pseudo startup pressure gradient is realized by firstly determining the equilibrium region of each grid according to the heterogeneity，and then setting the threshold pressure between two different equilibrium regions（the product of pseudo startup pressure gradient and grid size）．Field application shows that interlayer interference coefficient obtained by the method agrees with field productivity test．The method can be applied to the development layer division and adjustment．

offshore oilfield；heavy oil reservoir；interlayer interference；interference coefficient；pseudo startup pressure gradient；reservoir simulation

TE323

A

王守磊，耿站立，安桂榮．海上稠油油藏層間干擾系數確定新方法［J］．中國海上油氣，2017，29（5）：90－95．

WANG Shoulei，GENG Zhanli，AN Guirong．A new method of determining the interlayer interference coefficient in offshore heavy oil reservoir［J］．China Offshore Oil and Gas，2017，29（5）：90－95．

1673－1506（2017）05－0090－06

10．11935／j．issn．1673－1506．2017．05．012

＊“十三五”國家科技重大專項“中海油油氣開發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略研究（編號：2016ZX05016－006－006）”部分研究成果。

王守磊，男，2013年畢業(yè)于中國石油大學（華東），獲碩士學位，現主要從事海上油田油藏工程和滲流理論方面的工作。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院 A座（郵編：100028）。E－mail：wangshl53＠cnooc．com．cn。

2016－12－02 改回日期：2017－03－31

（編輯：楊 濱）