油藏優(yōu)勢(shì)通道及井間連通性研究進(jìn)展

蔣茜，屈亞光，吳家坤，趙宇

油氣田開(kāi)發(fā)

油藏優(yōu)勢(shì)通道及井間連通性研究進(jìn)展

蔣茜1，屈亞光1，吳家坤2，趙宇3

（1. 長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2. 西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國(guó)石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

注水開(kāi)發(fā)的老油田在注水開(kāi)發(fā)的中后期會(huì)出現(xiàn)含水率高、產(chǎn)油量低等問(wèn)題，因此對(duì)于水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道的識(shí)別成為了中高含水階段主要的研究目標(biāo)。基于對(duì)前人文獻(xiàn)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)識(shí)別優(yōu)勢(shì)通道的方法主要運(yùn)用模糊綜合分析法，了解優(yōu)勢(shì)通道形成的原因以及影響因素，其包括儲(chǔ)層的強(qiáng)非均質(zhì)性、注水強(qiáng)度、原油黏度、巖石骨架結(jié)構(gòu)等因素。儲(chǔ)層連通性評(píng)價(jià)是油田開(kāi)發(fā)的重要研究?jī)?nèi)容，介紹了井間連通性的分析方法，并通過(guò)建立井間動(dòng)態(tài)反演模型定量分析油藏井間連通性，運(yùn)用Rdos模擬能夠更準(zhǔn)確地了解油藏井間連通性、識(shí)別優(yōu)勢(shì)通道，對(duì)油田開(kāi)發(fā)具有很好的指導(dǎo)作用。

水驅(qū)；優(yōu)勢(shì)通道；連通性；影響因素

目前，全國(guó)已開(kāi)發(fā)的油田主要以注水開(kāi)發(fā)為主，并且大部分已進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期[1-3]。經(jīng)過(guò)注水反復(fù)沖刷，儲(chǔ)層的骨架顆粒之間的接觸類型會(huì)發(fā)生很大變化，骨架中的細(xì)顆粒不斷被沖走，地層孔隙度、滲透率顯著增加，從而逐漸形成優(yōu)勢(shì)通道[4]，而優(yōu)勢(shì)滲流通道嚴(yán)重影響注水開(kāi)發(fā)效率，但對(duì)于如何治理優(yōu)勢(shì)通道，在這方面的研究還比較少。井間連通性是油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容，一般從靜態(tài)連通性和動(dòng)態(tài)連通性進(jìn)行考慮[5]，了解連通情況有助于提高水驅(qū)采收率，及時(shí)調(diào)整注水方案，避免盲目注水。近年來(lái)，基于動(dòng)態(tài)連通性研究較多，動(dòng)態(tài)連通性更能準(zhǔn)確反映油藏井間連通的實(shí)際情況，為注水開(kāi)發(fā)提供可靠的建議和方案。

1 優(yōu)勢(shì)通道的形成

1.1 優(yōu)勢(shì)通道識(shí)別

水流優(yōu)勢(shì)通道的發(fā)育情況不僅受儲(chǔ)層分布及物性特征的影響，還與開(kāi)發(fā)的方式有緊密的聯(lián)系，因此需要綜合運(yùn)用多種方法對(duì)水流優(yōu)勢(shì)通道的發(fā)育分布及位置進(jìn)行識(shí)別。識(shí)別優(yōu)勢(shì)通道的方法有多種，其中最常用的是模糊綜合分析法[4]，這是一種對(duì)受到多種因素影響的事物或者現(xiàn)象做出一個(gè)總體評(píng)價(jià)的方法，根據(jù)影響優(yōu)勢(shì)通道形成的靜態(tài)地層狀況和動(dòng)態(tài)生產(chǎn)表現(xiàn)特征，篩選出目標(biāo)井的滲透率、孔隙度、注水壓力等評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，識(shí)別出優(yōu)勢(shì)通道。對(duì)于選取的評(píng)判指標(biāo)一般考慮兩個(gè)方面：靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)。儲(chǔ)層非均質(zhì)性是形成優(yōu)勢(shì)通道的內(nèi)因，影響優(yōu)勢(shì)通道的靜態(tài)參數(shù)有滲透率、孔隙度、油層厚度等；注水開(kāi)發(fā)因素是優(yōu)勢(shì)通道形成的外因，則動(dòng)態(tài)影響參數(shù)有注水強(qiáng)度、注水壓力、注采比、剩余儲(chǔ)量等。

1.2 優(yōu)勢(shì)通道形成原因

在油藏水驅(qū)開(kāi)采時(shí)，由于儲(chǔ)層各部分的滲透率大小不同，注入水會(huì)優(yōu)先滲流阻力較小的高滲透層，長(zhǎng)時(shí)間注水對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行沖刷、浸泡，造成儲(chǔ)層骨架中的巖石顆粒發(fā)生掉落和運(yùn)移，在水動(dòng)力作用下，高滲透層的巖石骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使整個(gè)儲(chǔ)層的參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致滲流的差異性，長(zhǎng)期以此，差異越來(lái)越大，流體只流向滲流阻力較小的主通道，水驅(qū)開(kāi)采效果逐漸降低[5]。

1.2.1 儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響

由于儲(chǔ)層本身的非均質(zhì)性，在對(duì)油藏水驅(qū)開(kāi)采中，注入水會(huì)優(yōu)先流往高滲透部位，如若長(zhǎng)時(shí)間這樣不均勻流動(dòng)，會(huì)使高滲透層被沖刷程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低滲透層。隨著注入水體積的不斷增加，這種差異性變化會(huì)越來(lái)越明顯，注入的水沿著低阻力、高滲透率的區(qū)域漸漸形成優(yōu)勢(shì)流動(dòng)。當(dāng)儲(chǔ)層非均質(zhì)性和注入水體積達(dá)到一定程度后，在這種優(yōu)勢(shì)流動(dòng)的部位就形成了水流優(yōu)勢(shì)通道，形成這種水流優(yōu)勢(shì)通道完全是由于非均質(zhì)性引起的滲流差異造成的。

1.2.2 原油黏度的影響

在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，除了對(duì)動(dòng)力作用的影響，儲(chǔ)層中的原油在采出運(yùn)移過(guò)程中，儲(chǔ)層巖石骨架顆粒也具有一定的沖刷和攜帶作用。將黏度不同的原油進(jìn)行模擬沖刷實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間、相同動(dòng)力沖刷后，黏度較高的原油沖刷出的含沙量較高，因流體的黏度越高，在其流動(dòng)的過(guò)程中骨架孔隙壁面的摩擦力越大，導(dǎo)致在高強(qiáng)度的反復(fù)沖刷過(guò)程中骨架間的顆粒在這種條件下更容易脫落。流體黏度越高，攜帶的砂體的能力也越強(qiáng)，促進(jìn)了砂巖顆粒的運(yùn)移，從而形成優(yōu)勢(shì)通道。隨著注水強(qiáng)度的增加，高滲透層與低滲透層的差異將更加明顯，油水黏度差異越大，越容易形成優(yōu)勢(shì)通道。

1.2.3 注入速度的影響

我國(guó)對(duì)原油開(kāi)采方式大都為水驅(qū)開(kāi)采，但是每個(gè)地方每個(gè)階段的油藏都具有一定的差異性，注采強(qiáng)度的大小要根據(jù)油藏本身的性質(zhì)來(lái)決定，強(qiáng)注強(qiáng)采加速了優(yōu)勢(shì)通道的形成。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室做不同注入速度的水動(dòng)力沖刷實(shí)驗(yàn)，注入速度有5倍的差距時(shí)，在1天時(shí)間內(nèi)，攜帶出的砂粒量差距可高達(dá)十倍，隨著注采強(qiáng)度增大，注水速度越高，水動(dòng)力作用在巖石骨架顆粒上的壓力梯度就越大，越容易掉砂，導(dǎo)致出砂量急劇增加，這樣就越容易形成高滲透層，從而優(yōu)勢(shì)通道更容易形成[6]。

1.2.4 儲(chǔ)層骨架結(jié)構(gòu)的影響

儲(chǔ)層中的巖石骨架顆粒之間的接觸關(guān)系主要以點(diǎn)接觸、線接觸和縫合接觸為主。注水初期和中期，儲(chǔ)層骨架顆粒之間的接觸關(guān)系變化不大，而在初期含水階段，注水對(duì)地層中巖石骨架結(jié)構(gòu)的影響不大。儲(chǔ)層巖體主要是由巖石骨架及骨架孔隙中的砂粒填充物所構(gòu)成，儲(chǔ)層巖石骨架顆粒之間的接觸方式是影響滲流阻力的重要因素，特別是點(diǎn)接觸最容易受到外力作用而產(chǎn)生物理變化。在高含水期，儲(chǔ)層在大量注水和沖洗后，儲(chǔ)層骨架顆粒支撐方式發(fā)生明顯改變，并破壞了點(diǎn)接觸和線接觸，原孔隙中和巖石骨架顆粒之間的膠結(jié)物被沖走運(yùn)移，導(dǎo)致原來(lái)的點(diǎn)接觸和線接觸處形成連通孔喉，連通孔喉的阻力小，滲透率高，形成滲流通道，因此長(zhǎng)期以來(lái)，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性增強(qiáng)，逐漸形成優(yōu)勢(shì)通道。

1.3 優(yōu)勢(shì)通道對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響

目前水流優(yōu)勢(shì)通道已經(jīng)成為制約水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的一大重要因素，優(yōu)勢(shì)通道形成后，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)會(huì)發(fā)生明顯變化，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1）含水快速上升，產(chǎn)油遞減快。由于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，大孔道導(dǎo)流能力強(qiáng)，流速快，注水容易水竄，導(dǎo)致油井含水快速上升，注水驅(qū)油效率低，產(chǎn)油遞減快。

2）存水率低，無(wú)效水循環(huán)嚴(yán)重。隨著注水開(kāi)發(fā)，水流優(yōu)勢(shì)通道在原始基礎(chǔ)上進(jìn)一步改造，水流多沿水流優(yōu)勢(shì)通道流走，驅(qū)油效率低，存水率下降[7]，注水開(kāi)發(fā)利用效果差。

3）小層舌進(jìn)[8]明顯，剖面動(dòng)用不均勻。由于儲(chǔ)層剖面物性非均質(zhì)性，高孔滲段的小層產(chǎn)液吸水能力強(qiáng)，導(dǎo)致在注采過(guò)程中出現(xiàn)小層舌進(jìn)現(xiàn)象，剖面動(dòng)用不均。

2 油藏井間連通性研究

優(yōu)勢(shì)通道的形成大大降低了生產(chǎn)效益，了解井間連通性，掌握注入水的流向，為后期注采方案的制定和堵水措施的優(yōu)化實(shí)施提供參考，甚至可以了解地層剩余油的分布情況，給后期采油提供更準(zhǔn)確的方向。

2.1 油藏連通性傳統(tǒng)分析方法

確定油藏連通性的方法很多，如表1所示。

表1 油藏連通性分析方法

油藏連通性傳統(tǒng)分析方法大體分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析方法[9-12]。油藏連通性靜態(tài)分析法主要通過(guò)儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)，研究地層靜態(tài)連通性，具體方法有電測(cè)井曲線對(duì)比法、油藏參數(shù)比較法等；研究油藏動(dòng)態(tài)連通性的方法有試井分析法、地球化學(xué)方法、示蹤劑測(cè)試、數(shù)值模擬方法等。

2.2 Rdos模擬軟件井間連通性分析

Rdos軟件[13]是在前人研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有的地質(zhì)建模和油藏?cái)?shù)值模擬軟件進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)建模數(shù)模一體化的軟件。使用Rdos軟件進(jìn)行模擬，可以更為準(zhǔn)確地了解油藏井間連通性、識(shí)別優(yōu)勢(shì)通道。軟件的計(jì)算過(guò)程如圖1所示。

圖1 Rdos軟件計(jì)算過(guò)程圖

利用Rdos軟件對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行流動(dòng)模擬和歷史擬合，得到不同時(shí)間段注采井之間的注采關(guān)系，定量計(jì)算注采井之間的注采量。根據(jù)區(qū)域和局部上抽水井與生產(chǎn)井的注采關(guān)系，找出連續(xù)周期內(nèi)流量管道相對(duì)較厚的井對(duì)。流線型管道越密越厚，該區(qū)域的流量就越大，流線管道越細(xì)，則流量越小，流量較大的通道確認(rèn)為優(yōu)勢(shì)滲流通道。

2.3 井間動(dòng)態(tài)連通性反演模型分析

2.3.1 多元線性回歸模型

ALBERTONI[14]等提出了以注采井注采數(shù)據(jù)為根據(jù)，找到方法解決水驅(qū)過(guò)程中井間連通性問(wèn)題，其為注采平衡的多元線性回歸模型（BMLR）和注采不平衡的多元線性回歸模型（MLR）。當(dāng)油田在水驅(qū)不平衡時(shí)，采用MLR，在模型中，第口正產(chǎn)井的近似產(chǎn)液量表示為：

式中：—生產(chǎn)井總數(shù)；

—注水井總數(shù)。

2.3.2 容阻模型（CRM）

CRM模型[15]是研究井間連通性的重要數(shù)學(xué)模型之一，相比MLR更為復(fù)雜，其基本思想是：以每一注采井所控制的領(lǐng)域?yàn)橐粋€(gè)基本單元，可以測(cè)得兩個(gè)系數(shù)：權(quán)重系數(shù)和時(shí)間常量，為確定連通程度和井間流體儲(chǔ)量，來(lái)反映該單元的電容性。通常用不平衡電容模型和平衡電容模型來(lái)確定井間連通性。

容阻模型是考慮壓縮性的物質(zhì)平衡方程[20]。考慮一采一注兩口井，根據(jù)物質(zhì)平衡原理，可以得到油藏條件下物質(zhì)平衡方程：

上式說(shuō)明在任何時(shí)刻，驅(qū)油體積中的總能量的損耗是由平均壓力的變化引起的。由YOUSEF提出的基本的容阻模式，將生產(chǎn)井的產(chǎn)液量分為3部分，第一部分為初始產(chǎn)液量，第二部分為注入井注入量，第三部分為生產(chǎn)井井底壓力變化引起的生產(chǎn)量信號(hào)。

YOUSEF[16]等在提出容阻模型的同時(shí)，用2個(gè)實(shí)際油田的數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。NEUYEN[17]等將該模型應(yīng)用于德克薩斯州西部二疊紀(jì)盆地的一個(gè)水驅(qū)油田。油田運(yùn)營(yíng)商首次將該模型應(yīng)用于實(shí)際的水驅(qū)油田，取得了較好的效果。容阻模型的應(yīng)用分為3個(gè)部分：調(diào)整阻力容量模型參數(shù)；確定最佳注水方案；根據(jù)最優(yōu)注水方案調(diào)整實(shí)際注水量，分析新注水方案實(shí)施后的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)。分析認(rèn)為，基于容阻模型的注水方案變更后第一年效果良好。

2.3.3 基于INSIM方法的井間連通性分析

趙輝教授首次提出INSIM方法[18]，其原理是將儲(chǔ)層劃分為由井間傳導(dǎo)率和連通體積組成的一系列連通單元，建立物質(zhì)平衡方程，求出井點(diǎn)油水動(dòng)態(tài)指標(biāo)，通過(guò)歷史動(dòng)態(tài)擬合反求連通參數(shù)?？紤]油、水、巖石壓縮性，忽略毛細(xì)管力、重力作用，以第口井為對(duì)象，其油藏條件下物質(zhì)平衡方程為：

—生產(chǎn)時(shí)間；

—單井泄油區(qū)的平均壓力；

—單井產(chǎn)液量或注入量；

將平衡方程經(jīng)過(guò)一系列整理計(jì)算，可以得到時(shí)刻與-1時(shí)刻的壓力關(guān)系，從而求得時(shí)刻各單井泄油區(qū)的平均壓力，進(jìn)而可以得出各井間連通單元內(nèi)流體流動(dòng)方向及流量：

得到連通性模型壓力分布和井間流量分布后，以井點(diǎn)為計(jì)算對(duì)象，就可以基于貝克萊前緣理論進(jìn)行飽和度追蹤，進(jìn)而可以預(yù)測(cè)井點(diǎn)油水產(chǎn)出動(dòng)態(tài)?；谟筒鼐g動(dòng)態(tài)連通性模型[19]，以含水率、日產(chǎn)油量、累產(chǎn)油等作為擬合動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以各連通單元的模型參數(shù)作為自變量，利用貝葉斯等反問(wèn)題理論，考慮模型參數(shù)實(shí)際約束問(wèn)題，建立歷史擬合數(shù)學(xué)模型[20]，對(duì)歷史擬合數(shù)學(xué)模型求解，通過(guò)反演得到井間動(dòng)態(tài)連通特征。

3 認(rèn)識(shí)與建議

本文對(duì)優(yōu)勢(shì)通道形成的原因進(jìn)行了分析，主要原因?yàn)橛筒氐貙拥姆蔷|(zhì)性強(qiáng)，加上長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)層含水率高，巖石骨架長(zhǎng)期浸泡在水中導(dǎo)致骨架脫落產(chǎn)生物理變化，從而形成優(yōu)勢(shì)通道。而通過(guò)優(yōu)勢(shì)通道對(duì)開(kāi)采效果的影響分析可以看出，目前優(yōu)勢(shì)通道是對(duì)水驅(qū)開(kāi)采方式的最大的阻礙，其解決方法可以采用CO2泡沫驅(qū)技術(shù)，來(lái)封堵滲透率較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)通道。

油藏是一個(gè)動(dòng)力學(xué)平衡系統(tǒng)，注采井連通性的特征表現(xiàn)為，注水井的注入量的改變引起生產(chǎn)井的產(chǎn)液量改變，由此來(lái)判斷井間連通性，但由于油藏連通性分析的各種方法實(shí)施起來(lái)都較為困難，則判斷結(jié)果主觀性較強(qiáng)。對(duì)于井間連通性分析模型，一般采用多元線性回歸模型、容阻模型、多井注采模型等。其中多元線性回歸模型所反演的井間連通性與實(shí)際油藏相差較大，根據(jù)在油藏中的實(shí)際情況，信號(hào)在傳播過(guò)程具有時(shí)滯性和衰減性，則這種反演模型結(jié)果并不準(zhǔn)確；而對(duì)于容阻模型，可以對(duì)注入信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，再通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證，則該模型反演結(jié)果比較可靠。

在實(shí)際注水采油過(guò)程中，優(yōu)勢(shì)通道的形成在所難免，通過(guò)注水井和采油井之間的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，根據(jù)優(yōu)勢(shì)通道的識(shí)別方法，實(shí)時(shí)觀察注采動(dòng)態(tài)，對(duì)優(yōu)勢(shì)通道進(jìn)行封堵，進(jìn)一步優(yōu)化注水方案，調(diào)整注水量，提高采油效率。由于地層中滲流的通道較為復(fù)雜，建議更多的研究人員可以將堵塞區(qū)域更加準(zhǔn)確的定位，既保證井間連通性，又能有效阻止優(yōu)勢(shì)通道的滲流。

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[18]趙輝，康志江，張?jiān)剩?表征井間地層參數(shù)及油水動(dòng)態(tài)的連通性計(jì)算方法[J].石油學(xué)報(bào)，2014，35（5）：922-927.

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Research Progress of Superior Reservoir Channels and Interwell Connectivity

11,2,3

（1. College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China;2. Western Drilling Karamay Drilling Company, Karamay Xinjiang 834000, China;3.Engineering Technology Research Institute of PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay Xinjiang 834000, China）

The old oil fields developed by water injection are in the middle and late stage of water injection development, which will have the problems of high water cut and low oil production. Therefore, the identification of water drive dominant channels has become the main research goal at this stage. According to the previous literature research, main identifying method of dominant channels is the fuzzy comprehensive analysis method to analyzethe dominant channel formation reasons and influencing factors, mainly including the strong heterogeneity of reservoir, water injection strength and viscosity of crude oil and rock skeleton structure and other factors. The reservoir connectivity evaluation is an important research content in oilfield development, some methods of interwell connectivity analysis were introduced, and through the establishment of interwell dynamic inversion model, quantitative analysis was carried out on the reservoir connectivity between wells, and Rdos simulation was used to more accurately understand the reservoir interwell connectivity, identify channel advantages, which has a good guiding role for oilfield development.

Water flooding; Dominant channel; Interwell connectivity; Influencing factor

TE349

A

1004-0935（2022）02-0261-05

中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目，致密砂巖氣藏多尺度流動(dòng)規(guī)律及流場(chǎng)耦合研究（項(xiàng)目編號(hào)：2016D-5007-0208）。

2021-08-05

蔣茜（1996-），女，四川省廣安市人，碩士研究生在讀，研究方向：油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)。

屈亞光（1984-），男，湖北省荊州市人，高級(jí)工程師，博士，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)，研究方向：油氣田開(kāi)發(fā)工程方面的教學(xué)和科研。