海上稠油油田層間干擾變化研究

張浩，李廷禮，賈曉飛，季赟

（1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川　成都　610500；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津　300452；3.中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅　敦煌　736202）

海上稠油油田層間干擾變化研究

張浩1，李廷禮2，賈曉飛2，季赟3

（1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都610500；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；3.中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅敦煌736202）

X油田為海上多層稠油油田，為了保證單井的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，實(shí)行多層合注合采。但是隨著開采的進(jìn)行，層間差異增大，層間干擾變嚴(yán)重，一個顯著的特征就是高滲層的產(chǎn)液量和吸水量越來越多，低滲層的產(chǎn)液量和吸水量卻越來越少，導(dǎo)致高滲層大量產(chǎn)水，而低滲層的原油無法有效采出。如何預(yù)測層間干擾增大到一定程度時的層系細(xì)分時機(jī)，是X油田面臨的重要問題。文中推導(dǎo)了預(yù)測高滲層與低滲層產(chǎn)液干擾的公式，從機(jī)理上說明開采過程中層間干擾變大的原因是高滲層的含水飽和度上升速度大于低滲層。在此基礎(chǔ)上，定義了米產(chǎn)液指數(shù)比和米產(chǎn)液指數(shù)倍增比，定量描述層間干擾程度的變化情況，得到了預(yù)測分層開采時機(jī)的圖版，并與實(shí)際產(chǎn)液測試結(jié)果進(jìn)行了對比。該圖版具有較高的預(yù)測精度，可以避免X油田為了層系調(diào)整而做大量的產(chǎn)液測試工作，節(jié)約了大量開發(fā)成本，對稠油多層合注合采油田后期層系調(diào)整和層系細(xì)分具有指導(dǎo)意義。

層間干擾；合注合采；分層時機(jī)；層系調(diào)整；米產(chǎn)液指數(shù)比；稠油；海上油田

0　引言

海上油田受經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的限制，采用大井距和多層合注合采的開發(fā)方式，生產(chǎn)井段很長，儲層物性、流體性質(zhì)隨深度變化大，層間非均質(zhì)性嚴(yán)重［1-4］。隨著開發(fā)時間的延長，層間干擾會越來越嚴(yán)重［5］。對于多層合采的稠油油藏，由于油水黏度比大，油層見水后，流度比迅速上升，注水指進(jìn)、突進(jìn)和層間干擾現(xiàn)象會比稀油油藏更嚴(yán)重［6-7］。

針對多層合注合采油田的層間干擾規(guī)律及其對開發(fā)效果的影響，已有很多學(xué)者從數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)的角度進(jìn)行了研究。鮮波等人［8］研究了不同壓力系統(tǒng)和滲透率組合下的層間干擾規(guī)律；余華杰等人［9］針對具體油田得到了不同流度下的層間干擾規(guī)律；屈亞光等人［10］研究了不同合采層數(shù)、油層厚度、層間非均質(zhì)程度等因素組合下的層間干擾情況和開發(fā)效果；于會利等人［11］通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)研究了多層合采稠油油藏在不同含水時期的干擾規(guī)律；袁奕群等人［12-18］對層系劃分、層間干擾的礦場試驗(yàn)和減弱層間干擾的措施技術(shù)進(jìn)行了研究。但是，對于多層合注合采過程中層間干擾變化的規(guī)律以及層間干擾變化的機(jī)理，很少有人進(jìn)行研究。

筆者首先運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)，根據(jù)X油田的儲層和流體平均物性參數(shù)，建立了注采單元模型，得到了開采過程中高滲層對低滲層的產(chǎn)液和吸水干擾規(guī)律；然后從產(chǎn)量公式出發(fā)推導(dǎo)了產(chǎn)液干擾公式，從機(jī)理上說明了層間干擾現(xiàn)象，并通過數(shù)值模擬手段驗(yàn)證了產(chǎn)液干擾公式預(yù)測的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，定義了米產(chǎn)液指數(shù)倍增比，定量描述層間干擾程度的變化情況，得到了預(yù)測分層開采時機(jī)的圖版。

1　模型建立

根據(jù)X油田的平均物性參數(shù)，建立了四分之一五點(diǎn)井網(wǎng)2層注采機(jī)理模型。基本參數(shù)為：油藏深度1450 m，孔隙度0.29，滲透率1 450×10-3μm2，地層原油黏度104 mPa·s，密度987 kg/m3，地層水黏度0.438 mPa·s，儲層有效厚度10 m，原始地層壓力15 MPa。模型分為上、下兩個目標(biāo)層，網(wǎng)格數(shù)為21×21×2，網(wǎng)格步長為10 m×10 m×2 m，垂向傳導(dǎo)率為0，年采液速度2.5%，設(shè)置了上、下層滲透率級差分別為20.0，10.0，3.0，2.0，1.5的方案。

2　產(chǎn)液差距增大分析

X油田在多層合注合采過程中，通過測試發(fā)現(xiàn)，隨著開采的進(jìn)行，高滲層產(chǎn)液量和吸水量所占的比例越來越大，而低滲層產(chǎn)液量和吸水量所占的比例越來越小。高滲層雖然產(chǎn)液量高，但含水率高，低滲層含水率低，但產(chǎn)液量卻越來越低，這是單井含水率上升、產(chǎn)油量下降的主要原因。當(dāng)高滲層與低滲層的產(chǎn)液差距增大到一定范圍時，就應(yīng)該進(jìn)行分采，消除產(chǎn)液差距增大的層間矛盾。

通過數(shù)值模擬方法，得到了高滲層與低滲層在開采過程中產(chǎn)液差距增大的層間干擾規(guī)律。

2.1米產(chǎn)液指數(shù)比增大

為了定量描述高滲層與低滲層的產(chǎn)液差距，定義了米產(chǎn)液指數(shù)比，即高滲層的米產(chǎn)液指數(shù)除以低滲層的米產(chǎn)液指數(shù)，其計(jì)算公式為

式中：JR為米產(chǎn)液指數(shù)比；JLm1，JLm2分別為高滲層、低滲層的米產(chǎn)液指數(shù)，m3/（d·MPa·m）。

將不同滲透率級差下的數(shù)值模擬結(jié)果，按式（1）進(jìn)行處理，即可得到米產(chǎn)液指數(shù)比的變化情況（見圖1，其中累計(jì)產(chǎn)液體積比為累計(jì)產(chǎn)液體積與油藏孔隙體積之比）。

圖1　數(shù)值模擬的米產(chǎn)液指數(shù)比

從圖1可以看出，米產(chǎn)液指數(shù)比隨著累計(jì)產(chǎn)液體積比的增加，呈現(xiàn)先增大后基本保持不變的趨勢，并且滲透率級差越大，米產(chǎn)液指數(shù)比開始保持穩(wěn)定時對應(yīng)的累計(jì)產(chǎn)液體積比越大。這說明，在同一累計(jì)產(chǎn)液體積比下，滲透率級差越大，高滲層與低滲層的產(chǎn)液差距越大，并且隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，高滲層對低滲層的產(chǎn)液干擾程度先增大后保持不變。

2.2產(chǎn)液干擾增大機(jī)理

為了說明高滲層對低滲層的產(chǎn)液干擾機(jī)理，從產(chǎn)量公式出發(fā)，可以得到各個時刻下高滲層與低滲層的米產(chǎn)液指數(shù)比，即

式中：qL為產(chǎn)液量，m3/d；Δp為生產(chǎn)壓差，MPa；h為有效厚度，m；Kw，Ko分別為水相、油相的滲透率，10-3μm2；μw，μo分別為地層水、原油的黏度，mPa·s；re為泄油半徑，m；rw為井半徑，m；下標(biāo)1，2分別代表高滲層、低滲層。

在2層合注合采油層中，認(rèn)為泄油半徑相等，即re1=re2，則式（2）化簡為

式中：K為絕對滲透率，10-3μm2；Krw，Kro分別為水相、油相的相對滲透率。

而油相和水相的相對滲透率均是與含水飽和度有關(guān)的函數(shù)，所以式（3）可以寫為

式中：Sw為含水飽和度。

從式（4）可以看出開采過程中高滲層與低滲層產(chǎn)液差距增大的原因。開采過程中，由于物性差異，高滲層的產(chǎn)液速度大于低滲層的產(chǎn)液速度，導(dǎo)致高滲層的含水飽和度上升速度大于低滲層，造成高滲層的總相對滲透率與低滲層的差距增大，進(jìn)而產(chǎn)液差距進(jìn)一步增大。

就X稠油油田而言，因?yàn)樵宛ざ群芨?，?dāng)水相相對滲透率為油相相對滲透率的1/237時，通過產(chǎn)量公式計(jì)算得出產(chǎn)水量和產(chǎn)油量相等，這時的含水飽和度雖然很低，但產(chǎn)液量卻開始以產(chǎn)水量為主導(dǎo)。在X油田多層合采過程中，開發(fā)初期高滲層單位厚度的含油飽和度下降速度大于低滲層、含水飽和度上升速度大于低滲層，高滲層的水相滲透率大于低滲層，導(dǎo)致高滲層的米產(chǎn)液指數(shù)與低滲層的差距進(jìn)一步增大，在很低的含水飽和度下，產(chǎn)液量就變?yōu)橐援a(chǎn)水量為主導(dǎo)，這樣高滲層與低滲層的米產(chǎn)液指數(shù)差距就進(jìn)一步增大，即高滲層對低滲層的干擾進(jìn)一步增大。

根據(jù)相滲曲線擬合公式和不同時刻的平均含水飽和度，利用式（4）可以計(jì)算出不同階段的米產(chǎn)液指數(shù)比（見圖2）。

對比圖1和圖2可以看出，式（4）的計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬的趨勢一致。在滲透率級差較小時，式（4）與數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果基本相同，從而驗(yàn)證了產(chǎn)液差距機(jī)理公式的正確性。

圖2　式（4）計(jì)算的米產(chǎn)液指數(shù)比

3　分層開采時機(jī)分析

在多層合采過程中，希望高滲層與低滲層按照初始時刻的米產(chǎn)液指數(shù)比進(jìn)行開采，不希望高滲層與低滲層的產(chǎn)液差距增大，導(dǎo)致低滲層出油受到限制。但是在開采過程中，高滲層對低滲層的產(chǎn)液干擾程度卻逐漸增大，并且滲透率級差越大，高滲層對低滲層的產(chǎn)液干擾越嚴(yán)重。當(dāng)高滲層與低滲層的米產(chǎn)液指數(shù)比與初始時刻相比達(dá)到較高值時，說明高滲層已經(jīng)嚴(yán)重干擾了低滲層的產(chǎn)液，這時應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分層開采，以維持低滲層有足夠的產(chǎn)液量來保證低滲層的產(chǎn)油量。

為了表示高滲層與低滲層產(chǎn)液差距偏離初始時刻的情況，定義了米產(chǎn)液指數(shù)倍增比，即某時刻的米產(chǎn)液指數(shù)比除以初始時刻的米產(chǎn)液指數(shù)比，其公式為

式中：M為米產(chǎn)液指數(shù)倍增比；JRt，JRi分別為某時刻和初始時刻的米產(chǎn)液指數(shù)比。

根據(jù)X油田目前層系的調(diào)整情況，當(dāng)M達(dá)到2.5時，高滲層和低滲層的產(chǎn)液差距較大。很多低滲層幾乎不產(chǎn)液，高滲層對低滲層產(chǎn)液量已經(jīng)嚴(yán)重抑制，需進(jìn)行分層開采，消除層間矛盾。分層開采時機(jī)圖版見圖3。

圖3　分層開采時機(jī)圖版

圖3中的紅虛線表示分層開采的界限（M=2.5），可根據(jù)油田具體情況設(shè)定。根據(jù)紅虛線與米產(chǎn)液指數(shù)倍增比曲線交點(diǎn)對應(yīng)的橫坐標(biāo)，可以得到分層開采時的累計(jì)產(chǎn)液體積比，從而計(jì)算出分層開采的時間。如圖3所示，滲透率級差越小，進(jìn)行分采時對應(yīng)的累計(jì)產(chǎn)液體積比越大。但是，當(dāng)滲透率級差較大時（如10.0和20.0），進(jìn)行分層時對應(yīng)的時間很短，所以沒有必要進(jìn)行合采，應(yīng)當(dāng)一開始就進(jìn)行分采。

4　實(shí)例分析

A04井是X油田在2001年投產(chǎn)的一口多層合采井。選取典型小層Nm32和Nm41的產(chǎn)液測試結(jié)果與圖版計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，小層初期測試物性參數(shù)見表1，結(jié)果對比見表2。

表1　Nm32和Nm41小層物性參數(shù)

表2　小層產(chǎn)液測試與圖版結(jié)果對比

從表2可以看出，圖版計(jì)算值與分層產(chǎn)液測試結(jié)果接近，誤差較小?，F(xiàn)場測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了圖版預(yù)測的準(zhǔn)確性，可以避免海上油田為層系調(diào)整而做大量的產(chǎn)液測試工作。

5　結(jié)論

1）多層合注合采過程中，層間干擾增大的實(shí)質(zhì)是高滲層產(chǎn)液量和吸水量所占的比例越來越大，而低滲層所占的比例越來越小。

2）推導(dǎo)了米產(chǎn)液指數(shù)比的預(yù)測公式，從機(jī)理上說明了開采過程中高滲層對低滲層產(chǎn)液干擾增大的原因是，高滲層的含水飽和度上升速度大于低滲層，導(dǎo)致高滲層的平均總相對滲透率大于低滲層；并通過數(shù)值模擬方法，驗(yàn)證了米產(chǎn)液指數(shù)比公式在滲透率級差較小情況下的準(zhǔn)確性。

3）定義了米產(chǎn)液指數(shù)倍增比，定量描述了生產(chǎn)過程中高滲層與低滲層的產(chǎn)液能力和吸水能力差距偏離初始時刻的情況，并給出了預(yù)測分層開采時機(jī)的圖版。

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（編輯趙衛(wèi)紅）

Study on interlayer interference changes in offshore heavy oil reservoirs

Zhang Hao1，Li Tingli2，Jia Xiaofei2，Ji Yun3
（1.School of Petroleum and Nature Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 300452，China；3.Research Institute of Exploration and Development，Qinghai Oilfield Company，PetroChina，Dunhuang 736202，China）

In order to guarantee economic production，commingled injection and production are applied in X Oilfield for offshore heavy oil reservoirs.However，interlayer difference and interference are increasing in the oilfield development.The problem is that the high permeable layers have more and more liquid production and water absorption but the low permeable layers have less and less，which causes high permeable layers produce water seriously and low permeable layers can't produce oil effectively.How to forecast the time when interlayer interference surpasses some extent is very critical.In this paper，liquid interference formula was deduced，which indicates that interlayer interference increasing is caused by the faster water saturation of high permeable layers. And the forcastion precision was proved by numerical simulation.Based on this，liquid productive index per meter ration and liquid productive index per meter increasing ration were defined for describing quantitatively degree of interlayer interference change.And the diagrams for forecasting time of zonal production and injection were acquired for guiding X Oilfield development scientifically，avoiding mountains of zonal test work and saving much development cost.It is significant for guiding layer adjustment and subdivision when commingled injection and production is in the late development period in heavy oil oilfield.

interlayer interference；commingled injection and production；time of subdivision layers；layer adjustment；liquid productive index per meter ratio；heavy oil；offshore oilfield

國家科技重大專項(xiàng)課題“海上油田叢式井網(wǎng)整體加密及綜合調(diào)整技術(shù)”（2011ZX05024-002）

TE345

A

10.6056/dkyqt201505024

2015-03-18；改回日期：2015-07-14。

張浩，男，1990年生，在讀碩士研究生，2013年本科畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_發(fā)理論與方法。E-mail：775204523@qq.com。

引用格式：張浩，李廷禮，賈曉飛，等.海上稠油油田層間干擾變化研究［J］.斷塊油氣田，2015，22（5）：656-659.

Zhang Hao，Li Tingli，Jia Xiaofei，et al.Study on interlayer interference changes in offshore heavy oil reservoirs［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（5）：656-659.