水驅(qū)砂巖油藏優(yōu)勢(shì)滲流通道識(shí)別

劉薇薇，龔麗榮，羅福全，溫玉煥，王力那

（中國石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山063004）

優(yōu)勢(shì)滲流通道指因地質(zhì)及開發(fā)導(dǎo)致儲(chǔ)集層局部形成的低阻滲流通道。 注水開發(fā)后期，注入水沿此通道形成明顯的優(yōu)勢(shì)流動(dòng)而產(chǎn)生無效循環(huán)［1］。 在優(yōu)勢(shì)滲流通道發(fā)育的地層中，注入水在優(yōu)勢(shì)滲流通道中形成無效竄流，注入水效率降低，水驅(qū)波及體積減小，層內(nèi)、層間矛盾加劇，使得油井含水率快速上升，水驅(qū)動(dòng)用程度降低，油藏采收率及開發(fā)效益逐漸變差。 識(shí)別優(yōu)勢(shì)滲流通道是制定油藏挖潛對(duì)策的前提［2-5］。

南堡1-29斷塊屬于層狀背斜帶氣頂?shù)臉?gòu)造油氣藏，含油層位NgⅣ②，埋深-2 200～-2 310 m，為辮狀河高孔中高滲砂巖儲(chǔ)層，平均孔隙度25.57%，平均滲透率462.9×10-3μm2，為常規(guī)稀油油藏。 該斷塊在開發(fā)過程中，示蹤劑、產(chǎn)吸剖面及動(dòng)態(tài)資料表明油藏平面、層間及層內(nèi)三大矛盾日益加劇，油藏優(yōu)勢(shì)滲流通道普遍發(fā)育，油藏開發(fā)效果逐漸變差。為扭轉(zhuǎn)南堡1-29斷塊開發(fā)趨勢(shì)，必須先識(shí)別優(yōu)勢(shì)滲流通道，并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確描述。

1 水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道形成機(jī)理

油田在長(zhǎng)期注水開發(fā)過程中，一方面由于注入水浸泡、沖刷作用，儲(chǔ)集層微觀屬性發(fā)生物理、化學(xué)變化，致使儲(chǔ)集層參數(shù)也發(fā)生變化；另一方面受儲(chǔ)集層非均質(zhì)性、油水黏度比、注采強(qiáng)度等各種參數(shù)影響而產(chǎn)生的滲流差異導(dǎo)致流體趨向于某一局部區(qū)域流動(dòng)，最終在局部產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)滲流，形成優(yōu)勢(shì)滲流通道［6-7］。

1.1 達(dá)西定律

達(dá)西定律是滲流力學(xué)的基本定律，也稱為線性滲流定律，當(dāng)滲流速度在適當(dāng)范圍內(nèi)時(shí)成立。 達(dá)西公式如式（1）、式（2）所示，從達(dá)西公式入手，在不考慮油水黏度變化因素條件下，影響油水流速的因素包括三個(gè)：滲透率（K）、相對(duì)滲透率（Kr）和壓差（Δp）［8-10］。

式中：vo為油相滲流速度，m/s；K 為滲透率，μm2；Kro為油相相對(duì)滲透率，無量綱；A 為砂層的橫截面積，m2；μo為原油黏度，Pa·s；Δp為兩個(gè)滲流截面間的折算壓差，Pa。

式中：vw為水相滲流速度，m/s；Krw為水相相對(duì)滲透率，無量綱；μw為水的黏度，Pa·s。

因此，油藏水驅(qū)流場(chǎng)受K、Kr和Δp三個(gè)因素共同作用，根據(jù)儲(chǔ)層地質(zhì)條件可以大致分為兩種類型油藏：

（1）油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，高滲區(qū)域K 值極大，成為形成優(yōu)勢(shì)滲透通道的主因；該類油藏特征為具有極強(qiáng)平面非均質(zhì)、膠結(jié)差、存在原生或次生大孔道。

（2）油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，高滲區(qū)域K 值相對(duì)較大，但無法對(duì)優(yōu)勢(shì)通道形成起決定作用，水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道的形成受控于K、Kr和Δp三個(gè)因素的綜合作用。 該類油藏特征為常規(guī)砂巖儲(chǔ)層，膠結(jié)好，不存在大孔道。 南堡1-29 斷塊油藏屬于該類型。

1.2 水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道形成機(jī)理

常規(guī)砂巖儲(chǔ)層水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道的形成受控于K、Kr和Δp三個(gè)因素綜合作用，水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道能否形成主要與儲(chǔ)層非均質(zhì)性有關(guān)。 下面從穩(wěn)定驅(qū)替和不穩(wěn)定驅(qū)替兩種油藏類型來分析水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道形成機(jī)理。 將穩(wěn)定驅(qū)替油藏定義為油藏規(guī)則井網(wǎng)+同步注采+穩(wěn)定工作制度；不穩(wěn)定驅(qū)替油藏定義為油藏不規(guī)則井網(wǎng)+注采不同步+不穩(wěn)定工作制度。 對(duì)穩(wěn)定驅(qū)替油藏來說，當(dāng)油藏生產(chǎn)條件為規(guī)則井網(wǎng)+同步注采+穩(wěn)定工作制度時(shí)，油藏壓力保持水平高，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)壓開采；對(duì)于不穩(wěn)定驅(qū)替油藏來說，當(dāng)生產(chǎn)條件為不規(guī)則井網(wǎng)+注采不同步+不穩(wěn)定工作制度時(shí)，油藏壓力保持水平差，油藏壓力波動(dòng)大。

因此，針對(duì)穩(wěn)定驅(qū)替油藏，生產(chǎn)壓差Δp對(duì)水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道形成影響小，可以忽略該因素的影響，滲透率成為水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道形成的主要因素，儲(chǔ)層非均質(zhì)性可導(dǎo)致注入水優(yōu)先沿高滲透層或高滲透條帶流動(dòng)，這種長(zhǎng)期不均衡流動(dòng)導(dǎo)致高滲透層水洗程度明顯比低滲透層高，而且這種差異隨著注入體積倍數(shù)增加逐步擴(kuò)大，當(dāng)注入體積倍數(shù)達(dá)到一定程度后，優(yōu)勢(shì)流動(dòng)部位就形成了優(yōu)勢(shì)滲流通道。 另外，儲(chǔ)集層內(nèi)韻律性導(dǎo)致流體縱向竄流，受油水黏度差異及強(qiáng)注強(qiáng)采的影響，隨注入體積倍數(shù)增加，高低滲透層差異變化更加明顯，高滲透層也容易形成優(yōu)勢(shì)滲流通道［10］。

針對(duì)不穩(wěn)定驅(qū)替油藏，油藏壓力大幅波動(dòng)形成復(fù)雜的壓力分布場(chǎng)，生產(chǎn)壓差成為優(yōu)勢(shì)滲流通道形成的關(guān)鍵因素，滲透率因素影響次之。

1.2.1 不穩(wěn)定驅(qū)替

南堡1-29 斷塊東部區(qū)域109 斷塊水淹嚴(yán)重，由于該斷塊生產(chǎn)井投產(chǎn)時(shí)間不同，為不規(guī)則三角形井網(wǎng)，工作制度不穩(wěn)定，具備典型的不穩(wěn)定驅(qū)替條件，生產(chǎn)壓差Δp為形成優(yōu)勢(shì)滲透通道的關(guān)鍵因素，從開發(fā)歷程中選取4 個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行壓力分布狀況分析，從油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果中提取了4 個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的壓力分布狀況圖，如圖1 所示。

從圖中可以看出，對(duì)于不穩(wěn)定驅(qū)替油藏，開采過程中會(huì)形成大的壓降漏斗，將直接影響水驅(qū)流向和流場(chǎng)分布；受壓力場(chǎng)變化影響，水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道的形成和發(fā)展受時(shí)間變化，具有時(shí)變性。

1.2.2 穩(wěn)定驅(qū)替

對(duì)于穩(wěn)定驅(qū)替油藏，生產(chǎn)壓差對(duì)水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道控制作用減弱，因此，優(yōu)勢(shì)滲流通道主要影響因素為K 和Kr。

圖1 不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)壓力分布狀況

穩(wěn)定驅(qū)替條件下，忽略壓差和黏度影響，可以得到［9-10］：

由于水相相對(duì)滲透率是含水飽和度的函數(shù)（Krw=f（Sw）），由此可以得到［9-10］：

式中：Sw為含水飽和度，小數(shù)。

因此，影響水驅(qū)速度vw的兩個(gè)關(guān)鍵因素為K 和Sw，其中，滲透率K 為靜態(tài)參數(shù)，含水飽和度Sw為動(dòng)態(tài)變化參數(shù)，具有時(shí)變性。

除了滲透率，含水飽和度Sw的分布狀況對(duì)水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道形成具有關(guān)鍵控制作用。 從油水相對(duì)滲透率曲線和油水相對(duì)滲透率比值隨含水飽和度變化曲線可以看出，含水飽和度對(duì)水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道的影響包括兩方面：（1）Sw越大，水相相對(duì)滲透率越大，水驅(qū)速度越大，容易形成水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道；（2）Sw越大，水油相對(duì)滲透率比值越大，水油流度比越大，越容易形成水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道（見圖2）。

另外，油水相對(duì)滲透率比值隨含水飽和度變化曲線存在明顯拐點(diǎn)，隨含水飽和度增加，水油流度比增大， 對(duì)水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道控制作用增強(qiáng)。 當(dāng)Sw＞0.6時(shí)，含水飽和度對(duì)水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道的控制作用尤為明顯。

圖2 油水相對(duì)滲透率比值隨含水飽和度變化曲線

1.2.3 水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道分布規(guī)律

由于含水飽和度Sw分布狀況受到儲(chǔ)層物性、重力作用等因素綜合影響［12-14］，因此，依據(jù)水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道兩個(gè)影響因素K 和Sw的變化規(guī)律，可以大致劃分出三類水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道模式，見表1。

表1 水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道成因分類

由于含水飽和度Sw是動(dòng)態(tài)變化參數(shù)，見水早的區(qū)域容易形成水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道［15-16］；油藏見水時(shí)間的早晚受壓力場(chǎng)、滲透率場(chǎng)和重力場(chǎng)的多重作用，因此，水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道主要依靠油藏?cái)?shù)值模擬方法研究。

結(jié)合油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果與儲(chǔ)層滲透率分布狀況，給出南堡109 斷塊三種類型水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道分布規(guī)律：

（1）K 值大，Sw大：以NgⅣ②6 小層中上部為例；

（2）K 值小，Sw大：以NgⅣ②6 小層底部為例；

（3）K 值大，Sw小：以NgⅣ②6 小層頂部為例。

2 水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道綜合識(shí)別

2.1 識(shí)別條件

優(yōu)勢(shì)滲流通道形成時(shí)，注水井的注入動(dòng)態(tài)、采油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)以及生產(chǎn)參數(shù)上都會(huì)發(fā)生明顯變化，主要表現(xiàn)在以下8 個(gè)方面：（1）注水井注水量變化對(duì)油井產(chǎn)液量影響明顯；（2）注水井吸水指數(shù)和油井采液指數(shù)變化明顯；（3）部分油井含水上升快，采出程度低，剩余油富集；（4）存水率低；（5）油井井底壓力上升，注水井井底壓力下降；（6）井組注采比變化明顯；（7）示蹤劑監(jiān)測(cè)結(jié)果表明部分井組井間滲透率是初期滲透率的2～3 倍，滲透率突進(jìn)系數(shù)大于3；（8）水淹非均質(zhì)嚴(yán)重，形成明顯底部水淹型。 通過以上參數(shù)對(duì)比，基本可以判定某井周圍是否有異常［17］。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，基本可以判斷異常是竄槽還是大孔道造成［17］。

目前南堡1-29 斷塊注采井網(wǎng)完善，砂體連通性好，能夠形成有效驅(qū)替，但非均質(zhì)性強(qiáng)，平面、層內(nèi)及層間三大矛盾突出；區(qū)塊高含水低采出，注水低效、無效循環(huán)嚴(yán)重，存水率下降，開發(fā)效果差。 大量水井吸水剖面資料表明，縱向上，層內(nèi)底部?jī)?chǔ)層滲透率要好，吸水強(qiáng)度大；層間動(dòng)用程度差異較大，儲(chǔ)層中下部吸水強(qiáng)度大，主要吸水產(chǎn)液層為NgⅣ②6，形成水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道的可能性最大；平面上，水驅(qū)矛盾突出，注水井指進(jìn)嚴(yán)重，滲透率相對(duì)較高的區(qū)域，注采強(qiáng)度大，是水驅(qū)形成優(yōu)勢(shì)通道的區(qū)域。示蹤劑監(jiān)測(cè)表明，部分井組井間滲透率是初期滲透率的2～3 倍，滲透率突進(jìn)系數(shù)大于3，已形成優(yōu)勢(shì)滲流通道，主體斷塊水淹嚴(yán)重，穩(wěn)產(chǎn)難度大。

從生產(chǎn)動(dòng)態(tài)上還可以看出，累積產(chǎn)液量與累積注水量具有很好的相關(guān)性，累積注水量大小是形成水流優(yōu)勢(shì)通道最根本、最直接的原因之一。NgⅣ②6小層注入量大，累產(chǎn)液量就大，形成水流優(yōu)勢(shì)通道的井就越多。

2.2 研究思路

以南堡1-29 斷塊為例，以注采井組為單元，以Rdos 柵狀數(shù)值模擬方法為主，計(jì)算注采井組間的水驅(qū)流場(chǎng)，以地質(zhì)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、產(chǎn)吸剖面、試井等識(shí)別方法為輔，用其定性識(shí)別結(jié)果校正Rdos 模擬，綜合識(shí)別研究區(qū)水流優(yōu)勢(shì)通道。 水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道綜合判別思路和方法如圖3 所示。

動(dòng)態(tài)識(shí)別主要根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，Rdos 柵狀數(shù)值模擬通過結(jié)合地質(zhì)模型，在模擬中加入產(chǎn)液、吸水剖面數(shù)據(jù)和早期認(rèn)識(shí)，可以實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)優(yōu)勢(shì)通道識(shí)別。

2.3 歷史擬合

在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充流體性質(zhì)與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，根據(jù)滲流力學(xué)原理自適應(yīng)地模擬生產(chǎn)過程中油水流動(dòng)，對(duì)比計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)資料，自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)修正與歷史擬合，最終得到當(dāng)前的剩余油分布。 在模擬過程中，注采單元按小層劃分，并隨著生產(chǎn)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。 嚴(yán)格限定水井的注水量和油井的產(chǎn)液量，自動(dòng)擬合油井含水。 另外，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料的應(yīng)用修正了地質(zhì)模型不足，模擬過程中水量劈分更準(zhǔn)確。 油藏指標(biāo)重點(diǎn)擬合油藏含水和壓力變化規(guī)律。 此次生產(chǎn)歷史擬合時(shí)間從2007 年6 月至2017年8 月， 通過模型調(diào)整后的擬合精度滿足模擬要求，區(qū)塊及單井?dāng)M合率均達(dá)95%以上。 圖4 為南堡1-29 全區(qū)含水率、累產(chǎn)油歷史擬合結(jié)果。

圖3 水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道綜合判別思路和方法

圖4 含水率與累產(chǎn)油歷史擬合結(jié)果

2.4 水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道分布

Rdos 數(shù)值模擬得到的NgⅣ②3，5，6 小層和疊合后的流管分布結(jié)果如圖5～8 所示， 圖中流管顏色、粗細(xì)分別表示含水率及累產(chǎn)注量大小，藍(lán)色代表含水100%，紅色代表含水50%。 從圖中可以看出，全區(qū)主力斷塊1-29 和109 斷塊注采相對(duì)比較完善，階段累計(jì)注入量比較高，流量較大；油層中上部NgⅣ②3，5 小層流管分布和流量相對(duì)底部流管均勻，油層底部NgⅣ②6 小層存在高滲通道和大孔道。 綜合來看，南堡109 斷塊NgⅣ②6 小層優(yōu)勢(shì)滲流通道最為發(fā)育。

將校正后的Rdos 模擬流管圖與示蹤劑監(jiān)測(cè)結(jié)果和油藏?cái)?shù)值模擬剩余油分布研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，強(qiáng)優(yōu)勢(shì)滲流通道的符合率較高，模擬結(jié)果可靠，可用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

目前西部區(qū)域1-29 斷塊導(dǎo)管架多數(shù)井關(guān)井，東部區(qū)域109 斷塊水淹嚴(yán)重，水流優(yōu)勢(shì)通道發(fā)育，平面上主要分布于東北方向。

圖5 NgⅣ②3 流管分布

圖6 NgⅣ②5 流管分布

圖7 NgⅣ②6 流管分布

圖8 疊合后流管分布

結(jié)合Rdos 柵狀數(shù)值模擬結(jié)果，通過分析本層滲透率、滲透率級(jí)差、累計(jì)注水量、注水強(qiáng)度、產(chǎn)液量、吸水強(qiáng)度等相關(guān)因素的權(quán)重比例，繪制了NgⅣ②6-1 小層優(yōu)勢(shì)滲流通道分布圖（見圖9）。 結(jié)合各小層及疊合流管分布結(jié)果， 可以看出南堡1-29 斷塊優(yōu)勢(shì)滲流通道比較發(fā)育。

圖9 優(yōu)勢(shì)滲流通道分布

3 實(shí)際應(yīng)用及效果

數(shù)值模擬及研究結(jié)果表明，在109 井區(qū)內(nèi)大范圍水淹，該井區(qū)內(nèi)有很多對(duì)注采井對(duì)間存在優(yōu)勢(shì)滲流通道（見圖10）。 針對(duì)研究井區(qū)，開展了以挖潛剩余油為主的深部調(diào)驅(qū)措施，調(diào)驅(qū)體系為高強(qiáng)度交聯(lián)聚合物調(diào)剖體系+水驅(qū)流向改變劑調(diào)剖體系+復(fù)合絮凝調(diào)剖體系，取得了較好的增油效果。

圖10 南堡109 斷塊平面含油飽和度分布（NgⅣ②6）

如注水井NP12-X77 井采取深部調(diào)驅(qū)措施后，對(duì)應(yīng)油井NP12-86 井的含水率從97.3%降為86.4%，產(chǎn)油量從0.9 t/d 上升到4.6 t/d，日增油3.7 t。 實(shí)施深部調(diào)驅(qū)后，剖面吸水狀況變好，緩解了平面、層內(nèi)矛盾，整個(gè)斷塊控水穩(wěn)油效果明顯，但老井產(chǎn)量遞減依然較大，穩(wěn)產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻。

鑒于各小層層間差異和注采不均衡狀況，采取一套井網(wǎng)，分層開發(fā)方式。 針對(duì)NgⅣ②3 小層目前壓力低狀況， 實(shí)施注水恢復(fù)壓力； 針對(duì)NgⅣ②5，6小層整體實(shí)施多段塞深部調(diào)剖調(diào)驅(qū)方案，待NgⅣ②3 小層壓力恢復(fù)后，再針對(duì)NgⅣ②3 實(shí)施調(diào)剖調(diào)驅(qū)。

4 結(jié)論及建議

（1）平面水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道受儲(chǔ)層滲透率、油水相對(duì)滲透率和壓力場(chǎng)變化共同影響，不穩(wěn)定驅(qū)替條件下，油藏壓力場(chǎng)變化是優(yōu)勢(shì)滲流通道形成的主要因素；穩(wěn)定驅(qū)替條件下，水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道受含水飽和度和儲(chǔ)層滲透率雙重作用的影響。

（2）依據(jù)滲透率和含水飽和度，劃分出三類水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道模式；南堡109 斷塊NgⅣ②6 小層優(yōu)勢(shì)滲流通道最為發(fā)育； 繪制了南堡1-29 斷塊NgⅣ②6-1 小層優(yōu)勢(shì)滲流通道分布圖； 在南堡109 斷塊實(shí)施了深部調(diào)驅(qū)措施，見到了明顯增油降水效果。

（3）在動(dòng)靜結(jié)合基礎(chǔ)上，充分利用示蹤劑、相滲曲線和數(shù)模結(jié)果，實(shí)現(xiàn)定量刻畫優(yōu)勢(shì)通道及多因素綜合分析，逐層刻畫水驅(qū)優(yōu)勢(shì)滲流通道分布特征是下步主要研究方向。