基于驅替定量表征的高含水油田注水井分層配注量確定方法

孫召勃， 李云鵬， 賈曉飛， 李彥來， 張國浩

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

多層合采油藏在注水開發(fā)過程中，隨著含水率升高，層間驅替程度差異加大，層間干擾現(xiàn)象嚴重，表現(xiàn)為無效水循環(huán)加劇、驅替效率降低、剩余油分布不均等[1-6]。分層注水技術能夠有效改善層間驅替不均的狀況，而分層注水的關鍵是注水井各層配注量的優(yōu)化調整。

目前常用的分層配注方法主要有靜態(tài)法和動態(tài)法2類。靜態(tài)法主要有厚度法和地層系數(shù)法[7-8]，但這些方法沒有考慮不同開發(fā)階段油水關系的動態(tài)變化。動態(tài)法有剩余油法、剩余油飽和度法、滲流阻力系數(shù)法以及綜合劈分系數(shù)法等[9-15]，這些方法有的考慮參數(shù)太多,部分參數(shù)難以獲取或難以量化，有的只適用于中低含水階段或高含水前期，對高含水后期適應性差。因此，針對處于高含水后期的多層合采油藏，研究一種充分考慮層間儲層物性和驅替程度差異的分層配注方法意義重大。

為此，筆者在分析多層合采油藏長期注水開發(fā)特點的基礎上，提出了采用驅替通量定量表征各層驅替程度差異的方法，并以實現(xiàn)層間均衡驅替、減緩層間干擾為目的，建立了基于驅替通量均衡化思想的注水井分層配注量確定方法(簡稱均衡驅替法)。同時，論證了不同配注量確定方法在各含水階段的適應性。先導試驗表明，利用均衡驅替法對處于高含水后期的多層合采油藏進行分層配注，降水增油效果顯著。

1 基于驅替通量的驅替定量表征方法

常用驅替倍數(shù)[16]，即累計驅替流體的體積與孔隙體積之比表征驅替強度,表達式為：

(1)

式中：PV為驅替倍數(shù)；Q為累計驅替流體的體積，m3；Vφ為孔隙體積，m3。

國內外眾多學者基于驅替倍數(shù)進行了大量的驅替試驗和油藏驅替狀況定量分析[17-19]，但是驅替倍數(shù)受孔隙體積的影響，相同驅替量下，孔隙體積越小(或劃分網(wǎng)格越小)驅替倍數(shù)越大。因此，不同尺度級別的驅替狀況難以對比，例如，巖心尺度級別的驅替規(guī)律難以指導井組、油藏尺度級別的驅替。為此，提出了一種不受孔隙體積影響的驅替定量表征新方法，即驅替通量法。驅替通量定義為累計驅替流體的體積與驅替斷面的孔隙面積之比，表達式為：

(2)

式中：PA為驅替通量，m；Aφ為驅替斷面的孔隙面積，m2。

驅替通量物理意義明確。首先，驅替通量和驅替倍數(shù)一樣可以表征長期累計驅替沖刷強度；其次，利用驅替斷面處的水相通量和油相通量可以計算含水率；最后，驅替通量的導數(shù)即為真實驅替速度，可以表征瞬時驅替沖刷強度：

(3)

式中：t為驅替時間，d；q為驅替流量，m3/d；v為真實驅替速度，m/d。

同時，驅替通量克服了驅替倍數(shù)受孔隙體積(或劃分網(wǎng)格)影響的問題，更加客觀唯一。將一維驅替巖心均等劃分網(wǎng)格(見圖1)，分別計算不同網(wǎng)格大小條件下的驅替通量和驅替倍數(shù)(見表1)，結果表明驅替通量不受網(wǎng)格劃分影響。

圖1 一維驅替巖心均等劃分網(wǎng)格示意Fig.1 Diagram of the equally divided grids of one dimensional flooding cores

表1 不同網(wǎng)格數(shù)下的驅替通量和驅替倍數(shù)

2 基于驅替通量均衡化的分層配注量確定方法

2.1 方法的建立

多層合采油藏進入高含水后期之后，由于縱向各層的儲層物性存在差異，各層的吸水能力不同，導致驅替不均衡，注入水利用率低。驅替通量均衡化思想是指通過調配分層注水井各小層的注入量，使各層的驅替通量相同，實現(xiàn)各層均衡開發(fā)，最大限度地降低層間干擾，提高注水利用率及油藏采收率。

圖2為多層合采油藏示意圖，縱向共有n個小層，其中各層累計注水量可由分層配注歷史和吸水剖面測試資料計算得到。

圖2 多層合采油藏示意Fig.2 Diagram of reservoir with multi-layer commingled production

(4)

(5)

(6)

各層配注量之和等于該井總注水量:

(7)

式中：q為注水井總注水量，m3/d。

由式(4)—式(7)可得分層配注模型為：

(8)

求解上述模型，可得各層配注量為：

(9)

第i小層的驅替斷面孔隙面積為：

Aφi=2πRhiφi

(10)

式中：R為注水驅替半徑，m；hi為第i層厚度，m；φi為第i層孔隙度。

將式(10)代入式(9)，化簡為：

(11)

因此縱向各層的分層配注系數(shù)ηk為：

(12)

從建立的分層配注量計算模型可以看出，分層配注量主要與儲層厚度、孔隙度、注水歷史、調控周期以及注水量有關。若各層處于均衡驅替狀態(tài)，則各層所需的配注量與其孔隙度、厚度成正比；若各層驅替不均，但各層孔隙度、厚度相同，則各層配注量差別與層間驅替強度差異正相關，同時與調控周期呈負相關，調控周期越短，則各小層為了達到均衡驅替狀態(tài)所需調配的水量差別越大。

式(12)所表達的分層配注系數(shù)確定方法簡單實用，利用油田基礎資料、吸水剖面、注水歷史及調控周期和注水量即可確定配注系數(shù)。

2.2 適應性分析

根據(jù)渤海SZ油田D區(qū)塊地質油藏特征，建立了反九點井網(wǎng)的精細概念數(shù)值模型，分析各分層配注方法的適應性。其中，Nx=Ny=51，Nz=12，平面上x，y方向的網(wǎng)格步長均為14.00 m。原始地層壓力為14.28 MPa，油藏溫度為65 ℃，地面原油密度為970 kg/m3，地下原油黏度為70.00 mPa·s，原油壓縮系數(shù)為1.30×10-3MPa-1，原油體積系數(shù)為1.08，地層水黏度為0.49 mPa·s，垂向滲透率與水平滲透率比為0.10，原始含水飽和度為0.36，油水相滲曲線如圖3所示。

圖3 渤海SZ油田油水相對滲透率曲線Fig.3 Curves of oil-water relative permeability in Bohai SZ Oilfield

縱向厚度為40 m,分4個防砂段，各防砂段厚度分別為6.65，8.90，19.70和4.75 m，滲透率分別為2 698.57，1 325.66，2 370.45和605.31 mD,孔隙度分別為0.28，0.29，0.31和0.32。

假設投產(chǎn)時便開始注水，采用籠統(tǒng)注水方案，調控周期為6個月。采用數(shù)值模擬方法計算該油田在中(含水率20%～60%)、高(含水率60%～90%)、特高(含水率大于90%)含水階段按照不同分層配注方法配注時的累計增油量，分析各種配注方法對該油田不同開發(fā)階段的適應性。模擬結果如圖4所示。

圖4 不同分層配注方法累計增油量對比結果Fig.4 Contrast of accumulated oil increment with different methods of layered injection allocations

由圖4可以看出：1)剩余油法與均衡驅替法的累計增油量隨含水率增大先增大后減小，厚度法與地層系數(shù)法的累計增油量隨含水率增大而減??；2)在相同含水率條件下，均衡驅替法的累計增油量最大，剩余油法次之，厚度法更小，地層系數(shù)法最?。?)含水率小于50%時，均衡驅替法略好于剩余油法和厚度法，遠好于地層系數(shù)法，由于厚度法計算簡便，推薦使用厚度法；含水率為50%～80%時，均衡驅替法略好于剩余油法，遠好于厚度法和地層系數(shù)法，推薦使用剩余油法；含水率為80%～90%時，均衡驅替法遠好于其他3種配注方法，此時，推薦使用均衡驅替法。

厚度法未考慮注水過程中各層驅替程度、剩余油和水淹程度的差異，導致水驅效果逐漸變差；地層系數(shù)法容易導致注入水沿著高滲層突破，造成無效水循環(huán)和縱向驅替不均加劇；剩余油法沒有考慮各層驅替不均衡造成的水淹差異，尤其在高含水后期，無法區(qū)分水淹強的厚層和水淹弱的薄層，注入水利用率降低、無效水循環(huán)加劇。因此，在高含水階段，尤其是高含水后期，采用均衡驅替法分層配注的效果明顯好于其他方法。

3 現(xiàn)場應用

渤海SZ油田X1井縱向上分13個小層、4個防砂段。該井于2005年4月轉注，2008年11月開始采用厚度法進行分層配注，2011年采用剩余油法進行分層配注，截至目前配注效果逐漸變差，2016年10月，該井組平均含水率達到86%。為優(yōu)化X1井的分層配注量進行了均衡驅替法分層配注先導試驗。

根據(jù)各小層的注入情況，利用上文建立的分層配注量確定方法，以2年為調控周期，計算各小層及防砂段配注量，結果見表2。

表2 采用均衡驅替方法計算的X1井各小層配注量

X1井于2016年11月開始采用均衡驅替法調整分層配注量，截至2017年4月1日，該井組含水率由86%降至82%，產(chǎn)油量由358 m3/d升至475 m3/d，凈增油12 241 m3，平均日凈增油80.5 m3。X1井組開采曲線如圖5所示。

圖5 X1井組開采曲線Fig.5 Production curve of well group X1

從圖5可以看出，在高含水后期，基于驅替定量表征的均衡驅替分層配注方法能夠有針對性地增加累計驅替強度較弱層的注水量，能夠更好地動用剩余油，降低無效水循環(huán)，提高注入水利用率。

4 結 論

1) 提出采用驅替通量定量表征驅替程度。驅替能量不受孔隙體積及網(wǎng)格劃分的影響，物理意義更加明確和客觀。

2) 以均衡驅替為目標，建立了基于驅替通量表征的均衡驅替分層配注量確定方法，該方法綜合考慮了儲層厚度、孔隙度、注水歷史、調控周期等因素的影響。

3) 均衡驅替分層配注量確定方法在高含水后期比其他常用方法調控效果更好，礦場先導試驗也表明，該配注量確定方法科學合理、簡單實用，對于多層合采油田高含水后期具有很好的推廣應用價值。

參 考 文 獻

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