張 潔，石端勝，楊友國，袁偉杰，徐 浩，孟國平

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 ，天津 300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

優(yōu)勢通道特征參數(shù)計算新方法的研究與應用

張 潔1，石端勝2，楊友國1，袁偉杰2，徐 浩2，孟國平1

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 ，天津 300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

針對海上油田缺少測試資料,注水開發(fā)中后期優(yōu)勢水流通道普遍存在,注入水利用率低等問題，在充分利用油田生產(chǎn)動態(tài)資料的基礎上，結合數(shù)值模擬方法提出了計算優(yōu)勢水流通道參數(shù)的新方法，為缺乏生產(chǎn)測試資料時優(yōu)勢水流通道參數(shù)的計算提供一定指導。根據(jù)該方法編制了優(yōu)勢水流通道定量描述軟件，并利用該軟件對海上某油田井組內(nèi)的優(yōu)勢水流通道進行了定量計算，以驗證該方法的準確性。結果表明，該方法簡單實用、經(jīng)濟有效，可為調(diào)剖等工藝措施提供技術支持，具有較強的礦場應用價值。

優(yōu)勢水流通道 生產(chǎn)動態(tài)資料 特征參數(shù) 海上油田

由于油田天然的非均質(zhì)性及長期的注水開發(fā)，部分注采井間會形成優(yōu)勢水流通道。油藏出現(xiàn)優(yōu)勢水流通道后，儲層各方向的吸水能力嚴重不均，注水效率大大降低，油藏開發(fā)效果明顯變差[1-7]。優(yōu)勢水流通道特征參數(shù)的準確計算對注水井調(diào)剖調(diào)驅和油井堵水措施具有重要的作用，能夠為措施工藝方案設計和優(yōu)化提供技術支持，確保措施成功率和效果，對油田的持續(xù)開發(fā)意義重大。從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，關于優(yōu)勢水流通道定性描述的研究較多[8-13]，而對優(yōu)勢水流通道特征參數(shù)計算方法很少。竇之林等[14]通過灰色理論判斷優(yōu)勢水流通道，然后用概算法估算優(yōu)勢水流通道的滲透率和孔喉半徑，該方法只是從生產(chǎn)井上考慮，沒有考慮注入情況，并且只能用于一注一采的情況；馮其紅等[15]用過量水模糊評判識別法定量描述優(yōu)勢水流通道，用模糊數(shù)學的方法將過量水劈分到各注采井間，然后計算出大孔道滲透率和孔道半徑，該方法計算優(yōu)勢水流通道參數(shù)過程中，忽略了優(yōu)勢水流通道與非優(yōu)勢水流通道內(nèi)流體流速的差異，使優(yōu)勢水流通道孔徑與體積的計算結果可靠性低。因此筆者提出一種新的計算方法——生產(chǎn)動態(tài)資料法。結合油藏生產(chǎn)經(jīng)驗、國內(nèi)外研究認識、理論分析和數(shù)值模擬研究結果，利用生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)實現(xiàn)了生產(chǎn)測試資料缺乏時優(yōu)勢水流通道特征參數(shù)的計算。

1 計算方法

利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)計算優(yōu)勢水流通道參數(shù)的思路如下：首先引入2個無因次量——發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模表征優(yōu)勢水流通道的滲透率和發(fā)育體積，并定義相對產(chǎn)液能力作為優(yōu)勢水流通道發(fā)育程度的動態(tài)響應指標；再通過數(shù)值模擬得到相對產(chǎn)液能力與發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模的關系曲線；進一步由實際油藏數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到發(fā)育規(guī)模和發(fā)育強度之間的關系曲線；最后根據(jù)實際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用上述2個關系曲線求出優(yōu)勢水流通道的滲透率和體積，并利用Carman-Kozeny公式計算出優(yōu)勢水流通道的孔道半徑，具體思路如圖1所示。

圖1 優(yōu)勢水流通道參數(shù)計算思路示意

1.1 無因次量

為了利用數(shù)值模擬方法研究動態(tài)指標與優(yōu)勢水流通道特征參數(shù)之間的關系，將優(yōu)勢水流通道特征參數(shù)中的孔徑用等效滲透率來表征。孔隙滲流和洞流兩種流動類型中，等效滲透率與孔徑的轉化關系如下。

孔隙滲流：

(1)

洞流：

(2)

為了使計算方法具有普適性，引入2個無因次量表征優(yōu)勢水流通道滲透率及發(fā)育體積：優(yōu)勢水流通道發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模，2個參數(shù)的定義式如下：

KR=Kd/K

(3)

δv=Vd/V

(4)

式中，Kl為等效滲透率，10-3μm2；φ為孔隙度；r為孔隙半徑，μm；τ為迂曲度，d為孔隙直徑，μm；δ為突出元突出高度；Kd為優(yōu)勢水流通道的滲透率；K為油藏平均滲透率；Vd為優(yōu)勢水流通道發(fā)育體積；為某注采方向的控制孔隙體積。

為了定量計算優(yōu)勢水流通道參數(shù)，需要建立開發(fā)動態(tài)指標與優(yōu)勢水流通道發(fā)育規(guī)模及發(fā)育強度的關系。油水井間若發(fā)育優(yōu)勢水流通道，油井的產(chǎn)液量及油水井注采壓差會有明顯的響應。優(yōu)勢水流通道的發(fā)育規(guī)模越大，強度越大，油井的產(chǎn)液量會越大，對應的注采壓差越小。

1.2 典型模型特征曲線的建立

下面引入相對產(chǎn)液能力作為優(yōu)勢水流通道發(fā)育程度的動態(tài)響應指標，為計算優(yōu)勢水流通道滲透率及體積做準備。

1.2.1 相對產(chǎn)液能力與優(yōu)勢通道特征參數(shù)關系理論分析

通過一注一采單相平行流模型分析相對產(chǎn)液能力與優(yōu)勢水流通道特征參數(shù)的關系。優(yōu)勢水流通道不存在時，油井的產(chǎn)液量為：

(5)

將壓力項移至左側得

(6)

則未發(fā)育優(yōu)勢水流通道時油井的產(chǎn)液能力表示為：

(7)

優(yōu)勢水流通道存在時，油井的產(chǎn)液量為：

(8)

同樣將壓力項移到左側得

(9)

則發(fā)育優(yōu)勢水流通道時油井的產(chǎn)液能力為：

(10)

計算相對產(chǎn)液能力：

(11)

式中：Q為無優(yōu)勢水流通道油井產(chǎn)液量，m3；Δp為注采壓差，MPa；Ko為滲透率，10-3μm2；A為滲流面積，m2；L為注采井間距離，m；μl為流體粘度，mPa·s；Jo為產(chǎn)液指數(shù)，m3/(m·d·MPa)；Qd為存在優(yōu)勢水流通道油井產(chǎn)液量，m3；Δpd為存在優(yōu)勢水流通道注采壓差，MPa；Jd為存在優(yōu)勢水流通道產(chǎn)液指數(shù)，m3/(m·d·MPa)；JR為比產(chǎn)液指數(shù)。

由上式可看出KR越大，發(fā)育規(guī)模δv越大，Jd/J。越大，即優(yōu)勢水流通道的滲透率越高，發(fā)育體積越大，油井的產(chǎn)液能力越強；當發(fā)育規(guī)模一定時，相對產(chǎn)液能力與發(fā)育強度成線性關系。

實際油藏中油井的相對產(chǎn)液能力與優(yōu)勢水流通道發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模的關系需要通過數(shù)值模擬做進一步研究。

1.2.2 數(shù)值模擬典型圖版的建立

根據(jù)海上某油田的靜動態(tài)資料，建立典型模型。油藏數(shù)值模型采用400 m井距五點井網(wǎng)。油層深度為1 500～1 700 m，油層平均孔隙度0.3，油層平均滲透率2 000×10-3μm2；平面網(wǎng)格數(shù)為81×81，步長10 m；縱向在優(yōu)勢水流通道區(qū)域分為3層網(wǎng)格，總厚度5 m。平面網(wǎng)格注入井按200 m3/d注水，4口生產(chǎn)井定壓生產(chǎn)至穩(wěn)定。在油水井I1與P4之間下部層位發(fā)育優(yōu)勢水流通道，如圖2所示。

圖2 注采井間發(fā)育優(yōu)勢水流通道數(shù)值模型

考慮優(yōu)勢水流通道的滲透率和發(fā)育范圍，模型中優(yōu)勢水流通道發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模設置值如下，并由設置值的兩兩組合構造數(shù)值模型。

KR：1，2，3，4，5，8，10，12，15，18，20

δv：0.000 1，0.000 5，0.001，0.002，0.003，0.004，0.006，0.008，0.01

計算繪制不同優(yōu)勢水流通道發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模下，發(fā)育優(yōu)勢水流通道的油井相對產(chǎn)液能力曲線，如圖3(左)所示。結合實際油田示蹤劑解釋結果，對圖版進行校正，擬合后關系曲線如圖3(右)所示。

圖3 優(yōu)勢水流通道發(fā)育程度-油井相對產(chǎn)液能力關系曲線

由模型運行結果可以看出，發(fā)育規(guī)模一定時，發(fā)育強度越大，相對產(chǎn)液能力越大，發(fā)育強度一定時，隨著發(fā)育規(guī)模的增加，相對產(chǎn)液能力也是增大的。

對于每一發(fā)育規(guī)模，用(12)式擬合相對產(chǎn)液能力與發(fā)育強度的關系曲線：

(12)

式中，a、b為關系式系數(shù)。

不同發(fā)育規(guī)模對應的系數(shù)見表1。

表1 不同發(fā)育規(guī)模的擬合系數(shù)

通過擬合得到的典型曲線，給定油井的相對產(chǎn)液能力，則可以得到一系列的優(yōu)勢水流通道的孔徑和體積的組合。想要確定唯一的孔徑和體積，則還需要一個條件進行求解。

1.3 優(yōu)勢水流通道滲透率與發(fā)育體積關系式的建立

利用某海上油田3個區(qū)塊部分井組的示蹤劑資料計算的優(yōu)勢水流通道特征參數(shù)：優(yōu)勢水流通道孔徑(直徑)和體積，根據(jù)孔徑與滲透率的轉化關系及發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模的定義式，求出對應的發(fā)育強度及發(fā)育規(guī)模，并將計算結果繪成散點圖(見圖4)。將優(yōu)勢水流通道的發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模進行統(tǒng)計擬合，發(fā)現(xiàn)兩者滿足關系式：

KR=0.375 5δv-0.546 7-3.53

(13)

圖4 優(yōu)勢水流通道發(fā)育強度與發(fā)育規(guī)模關系曲線

由圖4可以發(fā)現(xiàn)：優(yōu)勢水流通道滲透率與發(fā)育體積是負相關的。滲透率越大，發(fā)育的體積越??；滲透率越小，發(fā)育的體積越大，這與現(xiàn)場經(jīng)驗相符。并且實際區(qū)塊的發(fā)育強度最大可達35，最小接近平均滲透率；發(fā)育規(guī)模從0.000 1到0.007不等，這個范圍與數(shù)值模型中發(fā)育強度和發(fā)育規(guī)模的取值范圍相符，從而也驗證了數(shù)值模型選取參數(shù)的合理性和有效性。

1.4 具體求解步驟

(1)通過定性判別確定井組內(nèi)優(yōu)勢水流通道發(fā)育的注采方向(確定油井pj)；

(2)由生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到油井pj的產(chǎn)液量Qj，厚度hj和注采壓差pj；

(3)由實際數(shù)據(jù)計算發(fā)育優(yōu)勢水流通道的油井的產(chǎn)液能力Jj；

(4)由實際數(shù)據(jù)計算正常油井的產(chǎn)液能力Jo；

(5)計算油井pj的相對產(chǎn)液能力Jj/Jo；

(6)由相對產(chǎn)液能力關系圖版得到該相對產(chǎn)液能力下的優(yōu)勢水流通道發(fā)育規(guī)模δv和發(fā)育強度KR之間的關系曲線f1，如圖5所示；

(7)結合統(tǒng)計分析得到的發(fā)育規(guī)模δv和發(fā)育強度KR之間的關系曲線f2，兩線的交點對應的發(fā)育規(guī)模δv和KR發(fā)育強度即所求的值，如圖5所示；

(8)優(yōu)勢水流通道發(fā)育體積Vd=δvV(V為注采方向控制孔隙體積)；

(9)優(yōu)勢水流通道的滲透率Kd=KRKo；

(10)將Kd代入孔隙滲流的滲透率和孔徑關系式[16]得到孔道半徑

(14)

式中，rd為孔道半徑，μm。

圖5 參數(shù)求解示意

1.5 優(yōu)勢水流通道軟件

基于上述理論公式，結合C++編譯優(yōu)勢水流通道軟件，其操作界面包括定性判別、識別窗口和定量計算三塊。

該軟件計算方法采用模糊綜合評判數(shù)學方法，將各靜態(tài)因素的指標值FJi與其權值ωJi相乘并累加，其累加值記作FJ，叫做優(yōu)勢水流通道的靜態(tài)判度；各動態(tài)因素的指標值FDi與其權值ωDi乘積的累加值記作FD，叫做優(yōu)勢水流通道的動態(tài)判度。

(15)

(16)

將靜態(tài)判度FJ和動態(tài)判度FD分別與其權值ωJ和ωD相乘再求和，得到優(yōu)勢水流通道的綜合判度FZ。

FZ=FJωJ+FDωD

(17)

本模型中取ωJ= 0.33，ωD= 0.67。

經(jīng)全面分析研究，將不同地質(zhì)和開發(fā)條件下油藏內(nèi)的優(yōu)勢水流通道存在和發(fā)育程度分為4種類型，分別是：地層情況無異常、天然型優(yōu)勢水流通道、發(fā)展型優(yōu)勢水流通道和完全型優(yōu)勢水流通道。各類型優(yōu)勢水流通道特征見表2。

表2 不同類型優(yōu)勢水流通道特征

各類型判別標準見表3。

表3 各類型優(yōu)勢水流通道界限

2 應用實例

海上某油田為斷裂背斜構造，屬于淺水三角洲相沉積，河道規(guī)模小，平面上呈條帶狀分布。儲集層平均孔隙度31%，平均滲透率2 715.5×10-3μm2，地下原油粘度為51～233 mPa·s，屬特高孔高滲稠油油藏。E7井組2005年8月實施注水，注水后部分井表現(xiàn)出“見效快、見水快、見水后含水上升快、產(chǎn)量遞減快”的特征，初步判定該井組存在優(yōu)勢水流通道。利用油田E7井組示蹤劑測試前后(測試時間為2014年9月13日)的生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)前面介紹的判別方法，進行優(yōu)勢水流通道判別，并對該井組優(yōu)勢水流通道的體積和孔道半徑進行計算，結果見表4～5。

表4 E7井組優(yōu)勢水流通道判別結論

表5 E7井組優(yōu)勢水流通道孔徑和體積計算結果

由表4可知，利用優(yōu)勢水流通道軟件判別結果與示蹤劑測試解釋結果相比，基本符合，表明生產(chǎn)資料法評判法得到的優(yōu)勢水流通道判別結果較為可靠。

由表5可知，兩種計算方法的孔徑和體積結果比較相近，且E7井與E4、E12和E18之間均形成了優(yōu)勢水流通道，其中E7與E4之間優(yōu)勢水流通道體積最大，E7與E18之間優(yōu)勢水流通道的孔道半徑最大，急需治理。這點可由示蹤劑測試E7～E18方向速度最快得到驗證，計算結果與現(xiàn)場認識吻合，充分證明了該方法的合理性和有效性。因此本研究提出的計算方法能夠比較可靠地計算注采井之間優(yōu)勢通道的特征參數(shù)，為調(diào)剖/調(diào)堵措施的實施提供指導。

3 結束語

(1)針對海上油田示蹤劑、產(chǎn)吸剖面等測試資料缺失現(xiàn)狀，在充分利用生產(chǎn)動態(tài)資料的基礎上，結合數(shù)值模擬技術提出了優(yōu)勢水流通道參數(shù)的計算方法，建立了相關參數(shù)計算圖版，在海上油田尚屬首次。

(2)對海上某油田井組內(nèi)優(yōu)勢水流通道的參數(shù)進行了定量計算，計算結果與現(xiàn)場認識吻合，驗證了該方法的有效性和準確性。

(3)該方法充分利用了油田開發(fā)過程中的動態(tài)資料，并結合了現(xiàn)場實際的數(shù)據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，簡單實用、經(jīng)濟有效，能夠為措施工藝方案的設計和優(yōu)化提供技術支持，具有較強的礦場實用價值。

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Anewmethodforcalculatingcharacteristicparametersofwaterdominantchannels

ZHANG Jie1，SHI Duansheng2，YANG Youguo1，YUAN Weijie2，XU Hao2,MENG Guoping1

(1.TianjinBranchofCNOOC(China)ltd．，Tianjin300452，China;2.CNOOCEngineeringTechnologyDrilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Aiming at the problems of lack of testing data, prevalent water dominant channels, and lower utilization of injection water in middle and later state of water flooding of offshore oilfield, a new method for calculating characteristic parameters of water dominant channels was proposed based on the production performance data and the numerical simulation technology. The method can provide references for calculating characteristic parameters of water dominant channels without enough testing data. According to the method, a set of software was developed, which can quantitatively describe the water dominant channels. To verify the accuracy of the method, the water dominant channels of one well group in a certain offshore oilfield was quantitatively described by the software. The calculation results indicated that the method is simple and useful and can provide a technical support for profile control having a strong actual application value.

water channel; production dynamic data; characteristic parameters of water channel; offshore oilfield

TE343

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.04.009

2017-03-06；改回日期2017-06-21。

張潔(1972—)，女，碩士，工程師，主要從事油藏動態(tài)研究與生產(chǎn)管理工作。E-mail：zhangjie10@cnooc.com.cn。

中海油總公司“海上聚合物驅增效工藝技術研究”(編號：CNOOC-KJ135KJXM NFGJ2016-04)。

(編輯 謝 葵)