淺水三角洲儲(chǔ)層水驅(qū)波及系數(shù)定量評(píng)價(jià)

劉 超，侯亞偉，李 林，許萬(wàn)坤，李媛婷

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

波及系數(shù)是影響水驅(qū)油田開發(fā)效果的重要因素，儲(chǔ)層分布特征、滲透率變異系數(shù)、水油流度比、地層原油黏度等是影響波及系數(shù)的重要因素。在油田開發(fā)方案和綜合調(diào)整方案的研究過(guò)程中，根據(jù)油田儲(chǔ)層特點(diǎn)，定量化研究水驅(qū)波及系數(shù)可以為劃分開發(fā)層系和優(yōu)選注采井網(wǎng)提供有力支持，但是由于河流相儲(chǔ)層的復(fù)雜性，使得波及系數(shù)的計(jì)算非常困難。例如，渤海灣淺水三角洲沉積的薄互層油藏具有橫向變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)、縱向上多層疊置的特征，一次井網(wǎng)難以建立高效的注采關(guān)系，有必要開展薄互層油藏沉積儲(chǔ)層的水驅(qū)開發(fā)規(guī)律定量化研究，以指導(dǎo)注采井網(wǎng)部署和層系劃分。但是前人［1-3］對(duì)該類油藏波及系數(shù)的研究中，缺乏對(duì)此類儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性變化和縱向分布特征對(duì)波及系數(shù)影響的考慮。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)也罕有專門針對(duì)復(fù)雜河流相儲(chǔ)層水驅(qū)開發(fā)波及系數(shù)的深入研究。

1 淺水三角洲儲(chǔ)層沉積特征及調(diào)整前的開發(fā)狀況

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，渤海灣盆地勘探開發(fā)的步伐逐步加快，在渤海灣渤東區(qū)域的明化鎮(zhèn)組下段和館陶組發(fā)現(xiàn)了相當(dāng)規(guī)模的淺水湖盆沉積。淺水三角洲作為重要的儲(chǔ)油地質(zhì)體就發(fā)育在渤海灣淺水湖盆的大型河流入湖處。根據(jù)渤海灣已有的資料統(tǒng)計(jì)，目前渤海灣已發(fā)現(xiàn)的新近系油田中，以河流相為主的油田有8 個(gè)，以淺水三角洲為主的油田有13 個(gè)。這些油田絕大部分采用的是水驅(qū)保壓開采的方式，而且很多油田已經(jīng)到了第一次綜合調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)期，搞清楚水驅(qū)波及情況對(duì)指導(dǎo)剩余油分布的研究意義重大。由此可見(jiàn)，基于淺水三角洲儲(chǔ)層特征定量化研究其水驅(qū)波及系數(shù)和分層系開發(fā)技術(shù)界限，對(duì)渤海灣油氣田的開發(fā)調(diào)整具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義［4］。

渤海灣發(fā)育的淺水三角洲前緣沉積微相包括河口壩、水下分流河道、前緣席狀砂、分流間灣等。受河流的控制作用，砂體往往順流向呈枝狀展布，平面形態(tài)呈現(xiàn)出坨狀、網(wǎng)狀、枝狀分布，砂體寬度不等，寬厚比在100 左右，具有較好的延伸性和連通性［5］。

受上升型中期基準(zhǔn)面旋回的控制，淺水三角洲沉積垂向?qū)有虺尸F(xiàn)退積型序列，即自下而上單層砂巖厚度減薄、泥巖加厚、砂泥比降低的特征，代表了可容納空間增加、水體面積不斷變大、三角洲逐漸向陸地遷移的過(guò)程。自下而上，單砂體厚度規(guī)模和展布范圍逐漸變小，連續(xù)性變差。

例如渤海灣PL 油田［6］主力儲(chǔ)層發(fā)育退積型沉積序列，自下而上，按照砂體平面分布形態(tài)分為辮狀河道型（I 類）、辮狀河與曲流河共生/轉(zhuǎn)換型（Ⅱ類）、枝狀三角洲型（Ⅲ類）三種沉積樣式。

辮狀河道型砂體分布最廣，平面呈現(xiàn)寬條帶狀，剖面中間厚，向兩側(cè)逐漸或突然尖滅，寬厚比100～120左右（見(jiàn)圖1a）；辮狀河與曲流河共生型砂體分布較廣，平面呈現(xiàn)寬條帶狀與窄條帶狀共生，剖面中間厚，向兩側(cè)逐漸或突然尖滅，寬厚比大約100 左右（見(jiàn)圖1b）；枝狀三角洲型砂體平面多呈窄條帶狀，剖面具有中間厚，兩側(cè)均勻減薄的特點(diǎn)，其寬厚比通常約80（見(jiàn)圖1c）。

圖1 淺水三角洲沉積相

淺水三角洲沉積的薄互層砂體主要發(fā)育在分流河道中，層數(shù)多，儲(chǔ)層薄，泥質(zhì)隔層厚，顯示出“泥包砂”的總體形態(tài)。分流河道砂體物性分布規(guī)律受砂巖厚度、微相單元的分布影響，儲(chǔ)層物性平面變化劇烈［7］。實(shí)鉆井資料充分表明了淺水三角洲儲(chǔ)層分布具有平面變化大、縱向差異大和砂泥互層的特征。

由于淺水三角洲油藏縱向砂泥薄互層分布多和平面砂體展布變化大，該油田一次井網(wǎng)注采連通率僅61%，開發(fā)中面臨注采受效差、層間矛盾加劇、水驅(qū)動(dòng)用程度低等問(wèn)題，在調(diào)整前油田綜合含水率85%，采出程度17.8%，預(yù)期最終采收率僅26%。因此，亟待對(duì)水驅(qū)波及系數(shù)進(jìn)行深入分析，量化砂泥薄互層分布和平面砂體展布變化對(duì)波及系數(shù)的影響，并通過(guò)優(yōu)化調(diào)整油田開發(fā)策略，改善油田開發(fā)效果。

2 考慮砂泥互層特征和幾何形狀的波及系數(shù)校正

淺水三角洲儲(chǔ)層受沉積微相控制，儲(chǔ)層呈現(xiàn)砂泥薄互層分布狀態(tài)，以及砂體的平面分布形態(tài)、規(guī)模、連續(xù)性的變化非常劇烈，直接影響水驅(qū)波及系數(shù)的提高，進(jìn)而對(duì)油藏的水驅(qū)開發(fā)效果影響較大。

前人對(duì)波及系數(shù)的研究通常以流度比、滲透率變異系數(shù)和水油比為主要影響因子［9-11］，而沒(méi)有考慮淺水三角洲儲(chǔ)層在縱向上的厚薄儲(chǔ)層間互分布特征和儲(chǔ)層平面上的變化特征。

謝爾卡喬夫公式是普遍應(yīng)用于井網(wǎng)密度和采收率關(guān)系的成熟公式，陳元千等人［12-15］將其進(jìn)行推導(dǎo)得到平均井控面積與波及系數(shù)之間的關(guān)系：

式中：Ev為水驅(qū)體積波及系數(shù)，f；K為儲(chǔ)集層空氣滲透率，10-3μm2；μo為地層原油黏度，mPa·s；WS為平均井控面積，hm2·口-1。

針對(duì)薄互層油藏，在陳元千基于謝爾卡喬夫推導(dǎo)的水驅(qū)波及系數(shù)公式基礎(chǔ)上，開展水驅(qū)波及系數(shù)校正研究，并首次提出水驅(qū)波及系數(shù)的薄層比例校正因子z。該因子基于淺水三角洲沉積儲(chǔ)層的砂泥互層分布特征得來(lái)，是薄層所占儲(chǔ)層總厚度的比例對(duì)水驅(qū)開發(fā)效果的影響因子（見(jiàn)圖2）。利用一系列油藏?cái)?shù)值模擬和油藏物理模型，采用統(tǒng)計(jì)法得出不同薄層比例對(duì)應(yīng)的校正因子。薄層在整個(gè)井段中占的比例越大，校正因子就越小，進(jìn)而使得波及系數(shù)越小。

圖2 PL油田薄互層油藏注采對(duì)應(yīng)率校正因子應(yīng)用圖版

式中，z為水驅(qū)波及系數(shù)的薄層比例校正因子；R為薄層厚度占儲(chǔ)層總厚度的比例，%。

受沉積條件的影響，PL油田儲(chǔ)層分布形態(tài)不規(guī)則，儲(chǔ)層在連通的情況下形態(tài)各異，一套儲(chǔ)層可以由單個(gè)或多個(gè)砂體組成，均影響井網(wǎng)控制程度和儲(chǔ)量動(dòng)用。

目前沒(méi)有定量的表征儲(chǔ)層發(fā)育形態(tài)與儲(chǔ)量動(dòng)用程度的計(jì)算方法和技術(shù)，因此基于油田儲(chǔ)層實(shí)際展布形態(tài)、提出了定量描述儲(chǔ)層形態(tài)的綜合幾何形狀因子CTM。創(chuàng)新建立了基于綜合幾何形狀因子的儲(chǔ)量動(dòng)用表征方法（見(jiàn)圖3）。形狀因子越大，儲(chǔ)量動(dòng)用程度越高，近似線性關(guān)系，表明綜合幾何形狀因子可作為影響動(dòng)用程度的關(guān)鍵因素（指標(biāo)）。

圖3 綜合幾何形狀因子對(duì)動(dòng)用程度的影響

式中，CTM為儲(chǔ)層綜合幾何形狀因子；Ai為砂體的面積，km2；Pi為砂體的周長(zhǎng)，km。

把公式（2）和公式（3）代入公式（1），并考慮滲透率非均質(zhì)性，經(jīng)過(guò)公式變換，得出薄互層分布和砂體形態(tài)校正后的體積波及系數(shù)計(jì)算公式（4）。

式中，Vk為縱向滲透率變異系數(shù)；n為砂體個(gè)數(shù)。

3 利用波及系數(shù)公式優(yōu)化井網(wǎng)井距和層系劃分

利用上述波及系數(shù)定量表征計(jì)算式，結(jié)合本文第1 章對(duì)淺水三角洲儲(chǔ)層特點(diǎn)的分析，將儲(chǔ)層參數(shù)代入波及系數(shù)計(jì)算公式，形成了渤海灣PL油田不同注采井距和滲透率變異系數(shù)下的波及系數(shù)評(píng)價(jià)圖版，從圖4可以看出：1）I類儲(chǔ)層對(duì)井距敏感性較弱，Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層對(duì)井距敏感性強(qiáng)；2）受薄互層油藏儲(chǔ)層特征的影響，注采對(duì)應(yīng)率和滲透率變異系數(shù)對(duì)平面波及系數(shù)影響較大［16-18］。平面滲透率變異系數(shù)越大，波及系數(shù)越小；注采對(duì)應(yīng)率越低，波及系數(shù)越小。推薦Ⅰ類儲(chǔ)層注采井距250～300 m；Ⅱ類儲(chǔ)層注采井距150～200 m；Ⅲ類儲(chǔ)層注采井距100～150 m。

圖4 渤海灣PL油田薄互層油藏平面波及系數(shù)應(yīng)用圖版

渤海灣PL 油田縱向上發(fā)育47 個(gè)小層，跨度達(dá)到500 m，小層數(shù)量多，油層跨度大，儲(chǔ)量規(guī)模大，是典型的薄互層油藏，各層之間儲(chǔ)層類型和流體性質(zhì)差異大，早期采用一套層系大井距多層合采的開發(fā)方式［19-20］，開發(fā)過(guò)程中層間干擾嚴(yán)重，僅依靠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料已無(wú)法滿足開發(fā)調(diào)整層系劃分的需求，利用本文計(jì)算公式，對(duì)薄層比例、滲透率級(jí)差、黏度級(jí)差、壓力級(jí)差進(jìn)行敏感性分析，對(duì)不同的層系劃分方案進(jìn)行對(duì)比，提出渤海灣PL油田層系劃分的技術(shù)界限（見(jiàn)圖5）：即薄層與厚層的厚度級(jí)差小于0.6 左右、滲透率級(jí)差小于5 左右、黏度級(jí)差小于3 左右和層間壓力級(jí)差小于1.2 左右（為便于開展剩余油研究，采用波及系數(shù)差異來(lái)表達(dá)與完全均質(zhì)的理想情況下波及系數(shù)的減少量）。

圖5 渤海灣PL油田薄互層油藏分層系開發(fā)技術(shù)界限圖版

4 應(yīng)用效果

在淺水三角洲儲(chǔ)層精細(xì)刻畫的基礎(chǔ)上，充分運(yùn)用本研究成果，采取了一系列調(diào)整措施：

（1）縱向合理劃分開發(fā)層系。利用本文研究成果對(duì)47 個(gè)小層進(jìn)行技術(shù)界限論證，劃分了3～5 個(gè)開發(fā)層系，層間壓力差異從調(diào)整前的1～3 MPa減緩為調(diào)整后的小于1 MPa，縱向波及系數(shù)明顯提高。

（2）平面上優(yōu)化注采井距和注采井網(wǎng)。一方面針對(duì)不同的儲(chǔ)層類型制定不同的注采井距，Ⅰ類儲(chǔ)層注采井距250～300 m；Ⅱ類儲(chǔ)層注采井距150～200 m；Ⅲ類儲(chǔ)層注采井距100～150 m。另一方面，在儲(chǔ)層沉積微相認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，利用本研究成果優(yōu)化部署注采井網(wǎng)，增加必要的注水井點(diǎn)。從早期的九點(diǎn)井網(wǎng)逐步轉(zhuǎn)化為排狀注水與五點(diǎn)井網(wǎng)相結(jié)合。如圖6 所示，為提高水驅(qū)波及系數(shù)，優(yōu)化調(diào)整井V61H 井的位置，將其部署在心灘有利部位，同時(shí)增加C07ST01注水井點(diǎn)，并轉(zhuǎn)注D17井，利用穩(wěn)定河道控制D05和D17注水推進(jìn)，實(shí)際投產(chǎn)后效果很好，調(diào)整井日產(chǎn)油80 t，含水率長(zhǎng)期穩(wěn)定在70%左右。

圖6 渤海灣PL油田注采井網(wǎng)調(diào)整提高波及系數(shù)

（3）該油田采用本研究成果分三次逐個(gè)區(qū)塊進(jìn)行了綜合調(diào)整，先后部署調(diào)整井150余口，注采連通率從61%提高到79%，水驅(qū)體積波及系數(shù)從65%提高到80%，預(yù)期采收率從26%提高到31%。

5 結(jié)論

（1）淺水三角洲儲(chǔ)層具有砂泥互層、橫向變化快的特征，在開發(fā)過(guò)程中水驅(qū)波及系數(shù)較低。

（2）基于淺水三角洲儲(chǔ)層特點(diǎn)，充分考慮儲(chǔ)層砂泥互層和平面展布變化快的特征，利用謝爾卡喬夫公式，加入平面滲透率變異系數(shù)和縱向薄互層比例因子，實(shí)現(xiàn)了對(duì)淺水三角洲儲(chǔ)層波及系數(shù)的定量化分析。

（3）利用本文推導(dǎo)的波及系數(shù)計(jì)算公式，結(jié)合淺水三角洲的儲(chǔ)層特點(diǎn)，形成了不同注采井距和滲透率變異系數(shù)下的波及系數(shù)評(píng)價(jià)圖版，對(duì)注采井網(wǎng)優(yōu)化和開發(fā)層系劃分具有指導(dǎo)意義。

（4）本技術(shù)對(duì)于具有淺水三角洲儲(chǔ)層沉積特征的油藏具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，有效指導(dǎo)了該類油藏的調(diào)整，對(duì)其他類似油藏具有較強(qiáng)的參考意義。