特高含水期厚油層動用狀況及注水無效循環(huán)對開發(fā)效果影響分析

管錯，石成方，王繼強(qiáng)，胡水清

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

王鳴川

(中國石化勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

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特高含水期厚油層動用狀況及注水無效循環(huán)對開發(fā)效果影響分析

管錯，石成方，王繼強(qiáng)，胡水清

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

王鳴川

(中國石化勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

利用有效介質(zhì)電阻率模型求取的含水飽和度以及儲層參數(shù)解釋模型求取的束縛水飽和度，確定出細(xì)分儲層驅(qū)替狀況的依據(jù)——驅(qū)油效率，并給出厚油層內(nèi)部劃分出4個不同驅(qū)替效率分區(qū)的驅(qū)替效率界限?；诒比鲄^(qū)塊某油田正韻律厚油層物性特征建立油藏地質(zhì)概念模型，利用數(shù)值模擬方法研究厚油層整個開發(fā)過程中的驅(qū)替狀況，精細(xì)化分析了整個開發(fā)過程中特別是進(jìn)入特高含水期后，厚油層內(nèi)部驅(qū)替狀況的差異性。通過利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，得出開發(fā)過程中各個驅(qū)替分區(qū)的區(qū)域范圍、過水量以及產(chǎn)油量隨含水率上升的變化狀況，判斷無效注水循環(huán)出現(xiàn)的時機(jī)?；跀?shù)值模擬結(jié)果和實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，針對無效水循環(huán)對儲層開發(fā)效果的影響進(jìn)行了分析，得出無效水循環(huán)對油田開發(fā)效果的影響主要體現(xiàn)在抑制低滲透層、稀釋有效產(chǎn)出層以及油田開發(fā)成本巨大3個方面。

特高含水；正韻律厚油層；注水開發(fā)；無效循環(huán)；驅(qū)替分區(qū)

油田開發(fā)的目標(biāo)是在經(jīng)濟(jì)界限允許的范圍之內(nèi)，最大限度地提高目的層的采出程度，而油田開發(fā)后期隨著注入水無效循環(huán)狀況的出現(xiàn)，制約了油層采出程度的進(jìn)一步提高[1]，因此，無效水循環(huán)是特高含水期油田開發(fā)的主要矛盾。前人對特高含水期無效水循環(huán)進(jìn)行了大量研究，針對優(yōu)勢通道發(fā)育及無效水循環(huán)狀況研究取得了很多有意義的成果[2～5]，但對優(yōu)勢通道規(guī)模以及注入水無效循環(huán)研究的定量化程度不夠，因而有必要對特高含水期厚油層內(nèi)部的無效水循環(huán)狀況及其對剩余油動用狀況的影響進(jìn)行定量化精細(xì)研究。筆者以北三西區(qū)塊某油田正韻律厚油層地質(zhì)特征及開發(fā)特點(diǎn)為原型，建立了非均質(zhì)油藏地質(zhì)概念模型，并用數(shù)值模擬技術(shù)結(jié)合該文所制定的驅(qū)替效率[6～8]界限，分析了厚油層內(nèi)部驅(qū)替狀況。通過數(shù)值模擬與實(shí)際測試資料的相互印證，探索了無效水循環(huán)對油田開發(fā)的不利影響。筆者的研究為特高含水期厚油層無效水循環(huán)治理及剩余油挖潛提供了依據(jù)。

1　厚油層內(nèi)部驅(qū)替狀況分析

1.1無效循環(huán)時的含水率及驅(qū)替效率界限

利用有效介質(zhì)電阻率模型[9，10]求取的含水飽和度以及儲層參數(shù)解釋模型求取的束縛水飽和度，可以確定細(xì)分儲層的驅(qū)油效率。驅(qū)油效率的定義式為：

(1)

式中：η為驅(qū)油效率，1；Sw為含水飽和度，1；Swi為原始含水飽和度，1。

應(yīng)用大慶長垣喇薩杏油田的檢331井、中丁3-檢09井、中檢4-24井、中檢4-8井、中檢7-3井、南2-丁1-檢430井、杏5-丁2-檢P928井、北2-350-檢45井等8口檢查井的15個具有單層試油資料的厚層數(shù)據(jù)計(jì)算出厚層總驅(qū)油效率，與單層試油數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸(見圖1)。

擬合出如下的η-Fw關(guān)系式：

(2)

圖1　驅(qū)油效率與試油含水率統(tǒng)計(jì)關(guān)系圖

式中：Fw為含水率，1。

式(2)定量描述了驅(qū)油效率η和含水率Fw間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，適用于厚油層及內(nèi)部細(xì)分層的水淹層測井解釋要求，從而進(jìn)一步完善了水淹層測井解釋方法。由于模型的建立是在檢查井和油藏實(shí)際單層試油資料及室內(nèi)巖石滲流試驗(yàn)基礎(chǔ)上，所以具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

以含水率98%為界限，確定無效循環(huán)層的驅(qū)替效率為66%。在此界限的基礎(chǔ)上，將儲層按照驅(qū)替效率的不同劃分為不同的驅(qū)替分區(qū)，稱驅(qū)替效率大于66%的區(qū)域?yàn)闊o效

表1　驅(qū)替程度分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

循環(huán)區(qū)，由于該區(qū)域的含水率大于了經(jīng)濟(jì)極限含水率，可認(rèn)為區(qū)域中注入水處于無效循環(huán)狀態(tài)。

為了便于詳細(xì)地對儲層中不同驅(qū)替狀態(tài)的差異性進(jìn)行精細(xì)化描述，以驅(qū)替效率30%為界限，將驅(qū)替效率低于66%的動用部分劃為2個區(qū)間，分別稱驅(qū)替效率在0～30%與30%～66%之間的區(qū)域?yàn)榈万?qū)替效率區(qū)與中驅(qū)替效率區(qū)，未動用區(qū)域即驅(qū)油效率為0的區(qū)域?yàn)樗烙蛥^(qū)。作出驅(qū)替程度分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果見表1。

圖2　相對滲透率曲線

1.2油藏地質(zhì)概念模型的建立

為了研究無效水循環(huán)對油田開發(fā)狀況的影響，以北三西區(qū)塊實(shí)際物性為依據(jù)，建立正韻律均質(zhì)地質(zhì)模型，模型大小為500m×500m×6m，平面與縱向網(wǎng)格尺寸分布為5、0.6m。模型中平面為均質(zhì)，縱向上為正韻律；滲透率100～1500mD，孔隙度0.21～0.30。

流體高壓物性采用北三西區(qū)塊數(shù)據(jù)，相對滲透率曲線如圖2，儲層及流體物性見表2。

表2　油層物性表

圖3　驅(qū)替效率累積分布圖

采用一注四采五點(diǎn)井網(wǎng)，用數(shù)值模擬軟件Eclipse進(jìn)行生產(chǎn)模擬，至生產(chǎn)井含水率到達(dá)98%時，分析注采井井間各參數(shù)分布與變化狀況。

1.3油層中驅(qū)替效率累積分布狀況

利用數(shù)值模擬軟件后處理功能計(jì)算出各個網(wǎng)格塊的驅(qū)替效率，統(tǒng)計(jì)分析生產(chǎn)井生產(chǎn)過程中在不同含水率時模型內(nèi)部的驅(qū)油效率累積分布狀況(圖3)。

由圖3可知，同一含水階段油層各個部位的驅(qū)替效率是不同的，不同含水階段同一部位的驅(qū)替效率分布也不同。在整個開發(fā)過程中，油層各個部位驅(qū)替程度的差別始終存在。實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中油田開發(fā)進(jìn)入特高含水期之后，特別是隨著水流優(yōu)勢通道中無效水循環(huán)的出現(xiàn)，雖然注入水波及程度已經(jīng)達(dá)到較高水平，但是由于受開發(fā)和地質(zhì)等多個方面的限制，儲層中不同部位的驅(qū)替效率分布狀況的差異性更為明顯，至生產(chǎn)井含水率達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限時，驅(qū)替效率分布狀況的差異性使得注入水波及范圍內(nèi)區(qū)域的驅(qū)油效率并不能都達(dá)到給定的常數(shù)值。而對于采收率的計(jì)算，應(yīng)該用儲層中的平均驅(qū)替效率來代替驅(qū)油效率。這就說明，不但擴(kuò)大波及體積可以提高采收率，而且縮小驅(qū)替效率的差異、使無效循環(huán)層和部位不斷退出，同樣可以提高采收率。

圖4　各個驅(qū)替分區(qū)大小隨含水率變化曲線

1.4不同驅(qū)替效率分區(qū)的變化狀況

利用筆者所定的出現(xiàn)注入水無效循環(huán)時的含水飽和度及驅(qū)油效率界限，選取五點(diǎn)井網(wǎng)其中的一個注采單元，統(tǒng)計(jì)該單元內(nèi)部各個驅(qū)替分區(qū)范圍隨著生產(chǎn)井含水率上升的變化狀況。

從圖4可以看出，在生產(chǎn)井含水率到達(dá)90%之前，隨著含水率上升，儲層中未動用的部位即死油區(qū)部分逐漸減少，中驅(qū)替效率區(qū)逐漸增大，并且成為儲層中主要的驅(qū)替狀態(tài)。當(dāng)含水率在90%左右時候，中驅(qū)替效率區(qū)達(dá)到最大，與此同時，無效循環(huán)區(qū)開始出現(xiàn)。此后，中驅(qū)替效率區(qū)開始減小，而無效循環(huán)區(qū)范圍迅速增加，當(dāng)生產(chǎn)井含水率到達(dá)98%時，未動用的死油區(qū)和低驅(qū)替效率區(qū)的范圍之和在20%，而無效循環(huán)區(qū)范圍可達(dá)30%左右。即厚油層內(nèi)部有將近30%的區(qū)域存在無效循環(huán)。一旦出現(xiàn)無效循環(huán)，無效循環(huán)區(qū)范圍迅速增大

1.5不同驅(qū)替效率分區(qū)內(nèi)過水量及過油量變化狀況

隨著注水開發(fā)的進(jìn)行，注采井間靠近注水井井底的區(qū)域驅(qū)替效率首先達(dá)到66%以上，采油井井底附近驅(qū)替效率生產(chǎn)井含水率的上升逐漸增大，在該次模擬中，當(dāng)采油井井底最下層網(wǎng)格的驅(qū)油效率達(dá)到66%時，即認(rèn)為注采井間形成了注入水無效循環(huán)。利用數(shù)值模擬軟件Eclipse中關(guān)鍵字CWFR和COFR分別統(tǒng)計(jì)不同含水率下經(jīng)由無效循環(huán)區(qū)、中驅(qū)替效率區(qū)和低驅(qū)替效率區(qū)的網(wǎng)格流入井底的水量和油量占油井總產(chǎn)水量及總產(chǎn)油量的比例。

表3　各區(qū)域過水量所占比例隨含水率上升變化

表4　各區(qū)域過油量所占比例隨含水率上升變化

由表3、表4可以看出，隨著含水率上升，低驅(qū)替效率區(qū)的過水量逐漸減少，而中驅(qū)替效率區(qū)過水量則對應(yīng)增加，當(dāng)油井含水率上升到90%左右時，此時注入水無效循環(huán)開始出現(xiàn)，中驅(qū)替效率區(qū)的過水量迅速減少，無效循環(huán)區(qū)過水量超過20%且開始迅速增加。但與此同時，從無效循環(huán)區(qū)所過的油量卻不足1%，大量的注入水處于無效循環(huán)狀態(tài)。到生產(chǎn)井含水率到達(dá)98%時，無效注水循環(huán)量可占總水量的78%左右。

總體上來說，特高含水期之后隨著無效循環(huán)區(qū)的出現(xiàn)，大量的注入水在無效循環(huán)區(qū)進(jìn)行無效循環(huán)，并且由于無效循環(huán)的存在，使得低驅(qū)替效率區(qū)的產(chǎn)液量大大減少，最終將會有將近20%左右的剩余油難以得到有效動用。

2　無效水循環(huán)的影響

2.1無效水循環(huán)抑制低滲儲層

由喇嘛甸油田基礎(chǔ)井網(wǎng)厚油層層內(nèi)吸水狀況變化表(表5)可知，喇嘛甸油田厚油層主要吸水段占吸水層厚度比例由1983年的75%，下降到2009年的25.4%，吸水量占到層吸水量的80%，與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果基本一致。由于大量之前吸水的層段停止吸水或吸水量減少(大量低滲儲層吸水量減少)，使得這部分層段內(nèi)的剩余油難以采出。相對于形成優(yōu)勢滲流通道的高滲區(qū)來說，使得低滲儲層的產(chǎn)出狀況被抑制了。

表5　喇嘛甸油田基礎(chǔ)井網(wǎng)厚油層層內(nèi)吸水狀況變化(有效厚度≥2m)

2.2無效水循環(huán)稀釋有效產(chǎn)出

所謂有效產(chǎn)出被稀釋是指油田開發(fā)在符合遞減規(guī)律的前提下，受注入水無效循環(huán)的影響，單位采出液中的油量明顯減少。部分本可動用的油量由于無效水循環(huán)的存在而無法采出。根據(jù)喇薩杏油田取心井資料，得出大慶油田剩余可動油計(jì)算表(表6)。由表6可知，注水開發(fā)油田水驅(qū)剩余可動油由4大部分構(gòu)成：水淹層內(nèi)注水未波及到的部分為4.6×108t，未水淹層的表外可動油2.6×108t，可經(jīng)濟(jì)有效采出部分(剩余可采儲量)2.1×108t，注入已波及但不能有效產(chǎn)出的部分達(dá)到2.2×108t。由于無效循環(huán)造成注入水已波及但不能有效產(chǎn)出的這部分油量甚至超過了剩余可采儲量。

表6　大慶油田剩余可動油計(jì)算表

2.3無效循環(huán)導(dǎo)致油田開發(fā)成本巨大

根據(jù)大慶油田注水操作成本26.2元/t水計(jì)算，一到六廠每年無效注水量(25%的總注入量)為1.5×108t，成本40億元人民幣。隨著油田含水率的上升，水油比上升很快，水處理成本會成倍數(shù)的增加。

3　結(jié)論

1)利用有效介質(zhì)電阻率模型求取的含水飽和度以及儲層參數(shù)解釋模型求取的束縛水飽和度，確定細(xì)分儲層的驅(qū)油效率。結(jié)合單層試油資料的厚層數(shù)據(jù)計(jì)算出厚層總驅(qū)油效率。將厚油層內(nèi)部劃分出4個不同驅(qū)替效率分區(qū): 無效循環(huán)區(qū)、中驅(qū)替效率區(qū)、低驅(qū)替效率區(qū)和死油區(qū)。

2)油田在開發(fā)過程當(dāng)中，同一含水階段油層各個部位的驅(qū)替效率是不同的，不同含水階段驅(qū)替效率分布也不同。隨著開發(fā)的進(jìn)行，這種差異性會逐漸增大?？s小驅(qū)替效率的差異有利于采收率的提高。

3)無效注水循環(huán)的存在會稀釋有效產(chǎn)出，抑制低滲層產(chǎn)出，加大油田開發(fā)成本。當(dāng)油田開發(fā)結(jié)束時，油層內(nèi)部有30%左右的區(qū)域存在注入水的無效循環(huán)。且在特高含水期，無效循環(huán)區(qū)的無效循環(huán)水量可占總注入水量的80%左右，這部分水幾乎對驅(qū)油沒有任何貢獻(xiàn)。而由于注入水無效循環(huán)的影響，油田最終將會有將近20%左右的剩余油難以得到有效動用。

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[編輯]黃鸝

2015-09-08

國家科技重大專項(xiàng) (2011ZX05010-002)。

管錯(1989-)，男，碩士生，現(xiàn)從事油藏?cái)?shù)值模擬工作，guancuo@163.com。

TE331.3

A

1673-1409(2016)14-0054-05

[引著格式]管錯，石成方，王繼強(qiáng)，等.特高含水期厚油層動用狀況及注水無效循環(huán)對開發(fā)效果影響分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2016,13(14):54～58.