水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)效果評價(jià)新方法及其礦場應(yīng)用

翟上奇，孫廣義，常會(huì)江，陳曉明，張言輝

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

自2002年起，化學(xué)驅(qū)已在國內(nèi)外多個(gè)油田開展了大規(guī)模應(yīng)用，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。定向井相對于其他井型而言成本較低，且便于油藏后期開發(fā)調(diào)整，目前的化學(xué)驅(qū)礦場實(shí)施以定向井開發(fā)為主[1-7]。Batonyi等[8]研究發(fā)現(xiàn)，定向井開展化學(xué)驅(qū)過程中，較高的注入速度會(huì)導(dǎo)致機(jī)械降解，從而影響化學(xué)驅(qū)實(shí)施效果。Beliveau等[9]研究表明，水平井相較于定向井具有更高的注入能力、更大的波及面積。

水平井與化學(xué)驅(qū)結(jié)合有助提高化學(xué)驅(qū)采收率，是抑制含水上升、提高采收率的有效手段。曹緒龍等[10]從室內(nèi)研究、機(jī)理探討方面分析了國外稠油化學(xué)驅(qū)研究與應(yīng)用進(jìn)展，于天忠[11]通過開展水平井化學(xué)驅(qū)室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，初步分析了水平井化學(xué)驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)；張立輝[12]、劉平等[13]開展了水平井聚合物驅(qū)后剩余油室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選了適合于水平井的注采井網(wǎng)模式，水平井最佳井網(wǎng)模式為一注一采井網(wǎng)。由于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)受所用巖心限制，儲層物性及布井模式單一，與礦場生產(chǎn)實(shí)際有較大差距。礦場實(shí)踐應(yīng)用中，對于已實(shí)施化學(xué)驅(qū)礦場試驗(yàn)區(qū)域效果分析及未來有利區(qū)篩選鮮有學(xué)者研究。

1 化學(xué)調(diào)驅(qū)效果評價(jià)方法優(yōu)選

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，化學(xué)驅(qū)效果評價(jià)一般采用累積增油量(或噸聚合物增油量)及含水下降幅度2個(gè)參數(shù)，該參數(shù)能夠簡單評價(jià)化學(xué)驅(qū)應(yīng)用效果，但無法反映化學(xué)驅(qū)效果差異出現(xiàn)的根本原因。部分學(xué)者引入了如含水下降速度、日產(chǎn)油上升速度、單位含水增油率等參數(shù)完善化學(xué)驅(qū)評價(jià)體系[14-15]，但未能將評價(jià)參數(shù)與油田的地質(zhì)油藏因素建立聯(lián)系，無法反映化學(xué)驅(qū)應(yīng)用區(qū)塊的主要開發(fā)矛盾，不能為后續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用提供依據(jù)。

筆者選用圖版形式評價(jià)[16-18]，通過確定合適的橫、縱坐標(biāo)代表化學(xué)驅(qū)的應(yīng)用效果，并建立橫、縱坐標(biāo)與地質(zhì)油藏關(guān)鍵參數(shù)的聯(lián)系，然后根據(jù)實(shí)際區(qū)塊化學(xué)驅(qū)應(yīng)用效果，使不同評價(jià)單元落在圖版的不同區(qū)域，以此確定效果評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)。圖版評價(jià)方法的優(yōu)勢在于可直觀形象地評價(jià)各類型區(qū)塊水平井化學(xué)驅(qū)的開發(fā)效果，便于明確效果差異的地質(zhì)或油藏原因，分類結(jié)果與評價(jià)單元或區(qū)塊主要開發(fā)矛盾相匹配。

2 圖版評價(jià)方法

橫、縱坐標(biāo)參數(shù)的選擇依據(jù)已實(shí)施水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)井組的生產(chǎn)特征，確定表征調(diào)驅(qū)效果的特征參數(shù)，該參數(shù)既能體現(xiàn)油田區(qū)塊地質(zhì)油藏條件，又能反映后期人為開發(fā)因素對化學(xué)驅(qū)效果的影響。

2.1 坐標(biāo)參數(shù)優(yōu)選

圖1 生產(chǎn)井含水變化曲線模式圖

圖中1代表含水下降幅度；2代表有效期；3代表含水低值期時(shí)間。含水率變化曲線與時(shí)間軸圍成的面積大小可代表水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)效果，根據(jù)三角形與梯形的面積確定方法可知：1代表三角形與梯形的高；2、3分別代表三角形與梯形的下底、上底。以上3個(gè)特征參數(shù)可大致確定水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)效果優(yōu)劣。將含水下降幅度及有效期分別定義為水平井化學(xué)驅(qū)效果評價(jià)圖版的橫、主縱坐標(biāo)，將含水低值期時(shí)間定義為圖版的次縱坐標(biāo)。以上橫縱坐標(biāo)大小皆為地質(zhì)油藏特征的綜合反映。

2.2 分類原則

橫、縱坐標(biāo)參數(shù)確定后，需合理劃分圖版各區(qū)域類別。分類原則有兩個(gè)方面：一是根據(jù)橫、縱坐標(biāo)參數(shù)范圍，在最大和最小范圍內(nèi)盡可能均分；二是根據(jù)評價(jià)單元數(shù)量進(jìn)行均分，避免某一類別過多或過少。

2.3 圖版建立

根據(jù)分類原則，將評價(jià)單元分成3類，采用三分法，即分為好、中、差3類評價(jià)水平井化學(xué)驅(qū)開發(fā)效果。越靠近評價(jià)圖版右上方，代表該單元內(nèi)水平井化學(xué)驅(qū)開發(fā)效果越好；越靠近圖版左下方，代表該單元內(nèi)水平井化學(xué)驅(qū)開發(fā)效果越差。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 油田概況

A油田是渤海首個(gè)依托單砂體采用水平井開發(fā)的河流相油田，平均孔隙度為31.8%，平均滲透率為1 857×10-3m2，整體上屬于高孔高滲儲層，地層原油黏度為2.22～22.80 mPa·s。A油田主力砂體采用水平井不規(guī)則井網(wǎng)注水開發(fā)，油水井井距300～400 m，油田目前采出程度為24.6%，平均含水率為83%，已進(jìn)入高含水開發(fā)階段。

3.2 開發(fā)效果分類

A油田在2015～2018年陸續(xù)實(shí)施了10井組27口水平井聚合物微球調(diào)驅(qū)措施，井組設(shè)計(jì)注入量0.02 PV，不同井組調(diào)驅(qū)效果存在差異，但整體上水平井微球調(diào)驅(qū)措施在A油田取得了較高的增油量及經(jīng)濟(jì)效益。其中，不同井組地質(zhì)油藏基本參數(shù)及效果評價(jià)特征參數(shù)分別見表1、表2。

表1 A油田水平井調(diào)驅(qū)井組地質(zhì)油藏基本參數(shù)

表2 A油田水平井調(diào)驅(qū)井組效果評價(jià)特征參數(shù)

數(shù)值模擬方法采用CMG油藏?cái)?shù)值模擬軟件，地質(zhì)油藏參數(shù)設(shè)計(jì)均參照油田實(shí)際，變化范圍如表3所示。

表3 A油田水平井調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬地質(zhì)油藏參數(shù)設(shè)計(jì)范圍

在橫、縱(主、次)坐標(biāo)計(jì)算及水平井調(diào)驅(qū)效果評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)圖版建立方法，建立A油田水平井調(diào)驅(qū)效果評價(jià)圖版，如圖2所示，將不同井組調(diào)驅(qū)效果劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類，位于圖版右上部的井組為Ⅰ類區(qū)塊，調(diào)驅(qū)效果最好；位于圖版中部的井組為Ⅱ類區(qū)塊，調(diào)驅(qū)效果中等；位于圖版左下部的井組為Ⅲ類區(qū)塊，調(diào)驅(qū)效果較差。

圖2 A油田水平井調(diào)驅(qū)效果評價(jià)圖版

3.3 水平井調(diào)驅(qū)效果主控因素

為分析不同井組水平井調(diào)驅(qū)效果差異原因，為后續(xù)調(diào)驅(qū)井組篩選提供依據(jù)，采用灰色系統(tǒng)理論法[19-24]對水平井調(diào)驅(qū)地質(zhì)油藏影響因素與效果評價(jià)特征參數(shù)關(guān)聯(lián)性進(jìn)行計(jì)算，灰色系統(tǒng)理論法源數(shù)據(jù)采用油田實(shí)際調(diào)驅(qū)井組與油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果，具體步驟如下：

第1步：確定分析序列，確定因變量及自變量因素。各因變量數(shù)據(jù)構(gòu)成參考序列，各自變量數(shù)據(jù)構(gòu)成比較序列，分別表示為：

XO=(XO(1)，XO(2)，…，XO(M))

Xi=(Xi(1)，Xi(2)，…，Xi(M))

調(diào)驅(qū)效果評價(jià)中自變量Xi包括地質(zhì)因素：滲透率級差、滲透率變異系數(shù)、地層系數(shù)；油藏因素：井控程度、非潤濕相流度、含油飽和度、采出程度、壓力保持水平、含水率、存水率。

調(diào)驅(qū)效果評價(jià)中因變量XO包括含水最大下降幅度、有效期、含水低值期時(shí)間。

第2步：初始序列的無量綱化；

第3步：求參考序列XO與各比較序列Xi的關(guān)聯(lián)序列：

(1)

式中：ρ為分辨系數(shù)，0<ρ<1，一般取ρ=0.5。

第4步：求關(guān)聯(lián)度：

(2)

各地質(zhì)油藏主控因素與水平井調(diào)驅(qū)效果評價(jià)特征參數(shù)的關(guān)聯(lián)度如表4所示。

表4 地質(zhì)油藏主控因素與效果評價(jià)特征參數(shù)關(guān)聯(lián)程度

研究表明，該類油田開展水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)可取得顯著效果。其中，非潤濕相流度及調(diào)驅(qū)前井組含水率對含水下降幅度及有效期的影響較大，直接決定了化學(xué)調(diào)驅(qū)最終增油量，其次是滲透率級差及含油飽和度。壓力保持水平及井控程度對含水下降幅度及有效期影響相對較小，但對含水低值期作用較大。

3.4 不同類別水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)開發(fā)特征

Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類井組調(diào)驅(qū)效果主控因素及特征參數(shù)分布范圍如表5所示。Ⅰ類井組儲層物性較好，局部存在優(yōu)勢滲流通道，滲透率級差較大，整體注采狀況良好，區(qū)域井網(wǎng)控制程度較高，壓力保持水平較好，含水率較高。但受儲層非均質(zhì)性影響，局部存在儲量動(dòng)用程度較差現(xiàn)象，造成剩余油富集。該類井組開展化學(xué)調(diào)驅(qū)可以有效改善儲層非均質(zhì)性，抑制含水上升，提高區(qū)域采收率。

表5 A油田水平井調(diào)驅(qū)井組篩選標(biāo)準(zhǔn)

Ⅱ類井組儲層非均質(zhì)性一般，井控程度有限，壓力保持水平一般，進(jìn)入高含水期及特高含水期后，含油飽和度較小，可動(dòng)油儲量較低。該類井組開展化學(xué)調(diào)驅(qū)后，含水下降幅度較小，有效期與含水低值期中等，提高采收率幅度有限。

Ⅲ類井組儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)，滲透率級差大，該類井組以單向水驅(qū)為主，注水方向單一，井網(wǎng)控制程度較低，一般由于強(qiáng)注強(qiáng)采造成局部水淹，無效水循環(huán)現(xiàn)象嚴(yán)重，井組壓力保持水平較低。該類井組開展化學(xué)調(diào)驅(qū)儲層非均質(zhì)性沒有明顯改善，含水下降幅度及有效期短，含水回升速度快，化學(xué)調(diào)驅(qū)可作用范圍有限。

表5為不同級別水平井調(diào)驅(qū)效果地質(zhì)油藏參數(shù)及特征參數(shù)分布范圍，對調(diào)驅(qū)效果評價(jià)結(jié)果的區(qū)分度較高，從Ⅰ類到Ⅲ類井組，壓力保持水平、含油飽和度、井網(wǎng)控制程度規(guī)律性減小，滲透率級差、含水率在變化中存在拐點(diǎn)，過低或過高均不易取得最佳調(diào)驅(qū)效果，可見該方法能夠合理區(qū)分各類井組，評價(jià)結(jié)果也符合地質(zhì)油藏認(rèn)識。

3.5 調(diào)整措施制定

Ⅰ類井組是未來開展水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)篩選目標(biāo)區(qū)域；Ⅱ類井組可通過將調(diào)驅(qū)時(shí)機(jī)提前、提升地層壓力水平等方式改善調(diào)驅(qū)效果；Ⅲ類井組可通過井網(wǎng)調(diào)整，提高井控程度，減少無效注水，提升壓力保持水平等方式改善調(diào)驅(qū)效果。

2018年，A油田進(jìn)行調(diào)驅(qū)井組篩選，9月開始實(shí)施調(diào)驅(qū)，調(diào)驅(qū)井組A53H、A59H井組地質(zhì)油藏參數(shù)如下：滲透率級差為8；井網(wǎng)控制程度為66%；含油飽和度為54%；壓力保持水平為97%；含水率為84%。兩水平井組實(shí)施化學(xué)調(diào)驅(qū)后，單井含水下降幅度達(dá)14%，有效期為0.024PV，含水低值期時(shí)間為0.069PV，提高階段采收率2.9%，實(shí)施效果達(dá)到Ⅰ類水平。

提出的開發(fā)效果評價(jià)圖版主要用于中輕質(zhì)注水開發(fā)油田，尤其適用于開發(fā)單元多、地質(zhì)油藏參數(shù)復(fù)雜、開發(fā)效果差別較大的斷塊油藏。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)井組含水變化規(guī)律曲線獲得表征調(diào)驅(qū)效果的特征參數(shù)，依此建立了一種水平井調(diào)驅(qū)開發(fā)效果評價(jià)圖版，具有應(yīng)用簡單、評價(jià)結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)。

(2)越靠近圖版右上方，評價(jià)單元的調(diào)驅(qū)效果越好；越接近圖版左下方，評價(jià)單元的調(diào)驅(qū)效果越差。該方法的評價(jià)結(jié)果與實(shí)際井組調(diào)驅(qū)效果相匹配，符合對油田地質(zhì)油藏特征的認(rèn)識。

(3)中輕質(zhì)油田開展水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)可取得顯著效果。其中，選取合適的調(diào)驅(qū)時(shí)機(jī)、滲透率級差，提高井網(wǎng)控制程度、含油飽和度、壓力保持水平，可最大程度提升水平井化學(xué)調(diào)驅(qū)效果。