吳曉慧 王 雨 楊 明 周鳳軍 陳存良

中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300459

0 前言

渤海南部油田主要為中輕質(zhì)油藏,儲層展布復(fù)雜且平面非均質(zhì)性強(qiáng),油田水平井含水變化規(guī)律復(fù)雜多樣,很多井均會出現(xiàn)含水臺階躍升的現(xiàn)象,造成開采效果變差。目前國內(nèi)外學(xué)者針對水平井水淹動態(tài)及含水率變化規(guī)律的研究取得了很多認(rèn)識,但主要集中在底水油藏的水平井水脊脊進(jìn)規(guī)律[1-4]和整體水淹模式[5-11]的研究上,關(guān)于注水油藏水平井的水淹規(guī)律研究較少。并且目前關(guān)于水平井含水率變化規(guī)律的研究,多集中在見水時(shí)間[12-17]以及幾種典型的含水上升類型[18-20]的研究上,關(guān)于水平井含水臺階躍升的原因及預(yù)測方面的研究極少。針對上述問題,建立注水油藏?cái)?shù)值模擬機(jī)理模型,分析水平井含水變化規(guī)律的影響因素,進(jìn)一步研究水平井含水臺階躍升的原因及水淹狀態(tài)。同時(shí),為了定量預(yù)測含水率臺階躍升的時(shí)間,提出一種新的物理表征參數(shù)——無因次含水率臺階躍升時(shí)間,并建立相應(yīng)的理論圖版來指導(dǎo)水平井含水變化趨勢的預(yù)測及水平井水淹動態(tài)認(rèn)識,指導(dǎo)后續(xù)剩余油挖潛。

1 水平井含水變化主控因素分析

統(tǒng)計(jì)分析BZ油田水平井的地質(zhì)油藏參數(shù)與含水率變化的對應(yīng)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)儲層非均質(zhì)性強(qiáng)的水平井在開采過程中更易出現(xiàn)含水率的臺階躍升,部分水平井還會出現(xiàn)多次含水率的臺階躍升。而儲層的非均質(zhì)程度不僅與滲透率級差有關(guān),還與不同滲透率段的儲量占比有著直接的關(guān)系。

1.1 理論模型建立

為研究儲層非均質(zhì)性對水平井含水率變化的影響,在BZ油田精細(xì)地質(zhì)油藏描述的基礎(chǔ)上,建立相應(yīng)的數(shù)值模擬機(jī)理模型。模型設(shè)置條件:1)油藏為封閉油藏,油層厚度4 m;2)儲層平均滲透率 1 000×10-3μm2,孔隙度0.3;3)原油黏度6.0 mPa.s;4)油藏注采井距300 m,水平井長度為270 m;5)采用1注1采水平井注采井網(wǎng)開發(fā),注采比1.0。

1.2 滲透率級差對含水率影響

為研究儲層滲透率級差對含水率變化的影響,在上述機(jī)理模型的基礎(chǔ)上,將注采井間儲層分為高滲段與低滲段兩段,高低滲儲量比例為1∶1,通過改變滲透率級差設(shè)計(jì)了14個方案。為了更敏感地、定量化衡量含水率變化,引入含水率導(dǎo)數(shù)來評價(jià)。為放大信號,將含水率導(dǎo)數(shù)與時(shí)間曲線繪制在單對數(shù)坐標(biāo)下。各方案的含水率及含水率導(dǎo)數(shù)曲線對比見圖1。

a)不同滲透率級差下的含水率圖 a)Water cut under different permeability ratios

b)不同滲透率級差下的含水率導(dǎo)數(shù)圖 b)Water cut derivative under different permeability ratios

綜合分析圖1可知以下三點(diǎn)：1)在高低滲儲量比例一定的條件下,滲透率級差越大,見水越早；2)滲透率級差越大,見水后含水躍升臺階出現(xiàn)越晚；3)在高低滲儲量比例為1∶1的條件下,只有當(dāng)1.5≤滲透率級差≤9的范圍內(nèi),含水率導(dǎo)數(shù)才會出現(xiàn)2個明顯的駝峰,即可觀測到見水后含水率有明顯的臺階躍升。

根據(jù)機(jī)理模型水淹動態(tài)分析,水平井段高滲帶最先水淹,然后低滲帶會隨著水驅(qū)的不斷推進(jìn)逐步水淹。在高低滲儲量比例一定的條件下,滲透率級差越大,高滲帶注水推進(jìn)越快,因此見水時(shí)間會越早。而在水平井見水后,滲透率級差越大,低滲帶水淹越慢,相應(yīng)的含水臺階躍升時(shí)間越晚。當(dāng)滲透率級差太小時(shí),高滲帶和低滲帶先后水淹時(shí)間間隔太短,含水率曲線不會出現(xiàn)明顯的變化響應(yīng),故含水率曲線不會出現(xiàn)臺階變化。而當(dāng)滲透率級差太大時(shí),全井達(dá)到極限含水率(98%)的時(shí)候,低滲段仍未水淹,故含水率曲線也不會出現(xiàn)臺階變化。

1.3 儲量比例對含水率影響

在上述機(jī)理模型的基礎(chǔ)上,將注采井間儲層分為高滲段與低滲段兩段,滲透率級差設(shè)置為4,通過改變低滲(相對)段儲量占比設(shè)計(jì)了9個方案。各方案的含水率及含水率導(dǎo)數(shù)曲線對比見圖2。

a)不同儲量占比下的含水率圖 a)Water cut under different reserve ratios

b)不同儲量占比下的含水率導(dǎo)數(shù)圖 b)Water cut derivative under different reserve ratios

綜合分析圖2可知以下三點(diǎn)。

1)在級差一定的條件下,低滲儲量占比越小,見水越晚。

2)低滲儲量占比越小,見水后含水躍升臺階出現(xiàn)越晚。

3)在級差為4的條件下,當(dāng)?shù)蜐B儲量占比大于三分之一(33%)時(shí),含水率導(dǎo)數(shù)才會出現(xiàn)2個明顯的駝峰,即可觀測到見水后含水率有明顯的臺階躍升。根據(jù)機(jī)理模型水淹動態(tài)分析,而當(dāng)水平井低滲帶儲量占比太小時(shí),高滲帶為水平井的主要產(chǎn)液段,當(dāng)?shù)蜐B帶開始水淹時(shí)對整井的含水率不會有明顯的影響,故含水率曲線不會出現(xiàn)臺階躍升。

1.4 水平井含水臺階躍升原因分析

根據(jù)上述兩組實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可知,水平井段儲層滲透率級差和不同滲透率帶儲量比例均會對含水率曲線形態(tài)有直接的影響,造成水平井含水率的臺階躍升。在油田實(shí)際生產(chǎn)過程中,部分水平井含水率會出現(xiàn)多次臺階躍升,為了進(jìn)一步研究含水率臺階躍升次數(shù)的影響因素,在上述機(jī)理模型的基礎(chǔ)上,通過改變高滲(相對)條帶數(shù)設(shè)計(jì)3個方案,不同方案的含水率和含水率導(dǎo)數(shù)的變化曲線見圖3，其參數(shù)見表1。

a)不同方案的含水率圖 a)Water cut under different schemes

b)不同方案的含水率導(dǎo)數(shù)圖 b)Water cut derivative under different schemes

表1 不同方案參數(shù)表

從圖3可知如果水平井有n條高滲帶,那么會出現(xiàn)n個臺階,相應(yīng)的含水率導(dǎo)數(shù)曲線形態(tài)上會出現(xiàn)n+1個駝峰,其中第一個駝峰代表水平井初始見水。

2 水平井含水率臺階躍升預(yù)測

2.1 無因次含水率臺階躍升時(shí)間

由上述研究可知,滲透率級差和高低滲儲量占比的不同均會對含水率的變化規(guī)律產(chǎn)生影響。而水平井的見水時(shí)間不僅與儲層物性有關(guān),還與注采井距等參數(shù)有關(guān)。為消掉其他參數(shù)的影響,更準(zhǔn)確地預(yù)測含水率出現(xiàn)臺階的時(shí)間,本次研究引入無因次含水率臺階躍升時(shí)間(ΔDt)概念,定義其等于含水率臺階躍升時(shí)間(t臺階跳)與見水時(shí)間(t見水)的差值除以見水時(shí)間。

根據(jù)上述定義可知,無因次含水率臺階躍升時(shí)間值越大,即水平井見水后,含水率出現(xiàn)臺階躍升的時(shí)間越晚;無因次含水率臺階躍升時(shí)間值越小,即水平井見水后,含水率出現(xiàn)臺階躍升的時(shí)間越早。

2.2 含水率臺階躍升時(shí)間預(yù)測

根據(jù)機(jī)理研究,計(jì)算各參數(shù)條件下的無因次含水率臺階躍升時(shí)間,并繪制成理論圖版,見圖4。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,當(dāng)一口水平井見水后,已知水平井周邊的滲透率級差和高低滲儲量比例,就可根據(jù)理論圖版預(yù)測該井是否會出現(xiàn)含水率臺階躍升并預(yù)測無因次含水率臺階躍升時(shí)間,從而更好地指導(dǎo)水平井水淹動態(tài)認(rèn)識以及后續(xù)的剩余油挖潛。

圖4 無因次含水率臺階躍升時(shí)間圖版Fig.4 Theoretical chart of dimensionless occurrence time of water cut step rise

由圖4可知,低滲儲量比例越大,無因次含水率臺階躍升時(shí)間值越大;滲透率級差越大,無因次含水率臺階躍升時(shí)間值越大;當(dāng)級差≤1.5或低滲儲量比例≤33%時(shí),含水率不會出現(xiàn)明顯的臺階躍升。

3 礦場應(yīng)用

統(tǒng)計(jì)BZ油田水平井含水變化規(guī)律,與上述研究結(jié)論基本一致。以A 15 H井為例,該井含水率變化曲線圖見圖5,目前A 15 H井的累產(chǎn)油僅3.2×104m3,含水率已達(dá)到90%,在生產(chǎn)過程中共出現(xiàn)1個臺階。計(jì)算A 15 H井無因次含水率臺階躍升時(shí)間是0.68,根據(jù)理論圖版預(yù)測該井無因次含水率臺階躍升時(shí)間是0.72,誤差僅5.9%,驗(yàn)證了理論圖版的準(zhǔn)確性。

圖5 A 15 H井含水率變化曲線圖Fig.5 Water cut change curve of well A 15 H

表2為A 15 H井水平段參數(shù)表,從表2可知水平段滲透率共分為三段,第二段由于滲透率最高會最早水淹,而第一段和第二段的滲透率級差僅為1.2,根據(jù)上述研究可知當(dāng)級差≤1.5時(shí),含水不會出現(xiàn)明顯的臺階躍升,因此認(rèn)為第一段水平段水淹時(shí)含水率不會出現(xiàn)明顯的臺階躍升,而在第三段水平段全面水淹時(shí)會出現(xiàn)一次含水率臺階躍升。故A 15 H井在實(shí)際生產(chǎn)過程中的含水臺階躍升反映的是第三段水平段的全面水淹。

表2 A 15 H井水平段參數(shù)表

雖然A 15 H井累產(chǎn)油量僅3.2×104m3,但是根據(jù)上述分析可知,該井水平井段已全面水淹,井周圍潛力不大。為進(jìn)一步動用相對低滲段的剩余油,抑制相對高滲段的低效水循環(huán),建議對A 15 H井對應(yīng)注水井實(shí)施調(diào)剖措施,措施見效后A 15 H井日增油12 m3/d,含水率下降9%,措施效果明顯。

4 結(jié)論

1)水平井周邊的儲層非均質(zhì)性是含水率臺階躍升的主要影響因素。在高低滲儲量比例一定的條件下,滲透率級差越大,見水越早,見水后含水臺階躍升出現(xiàn)越晚;在級差一定的條件下,低滲儲量占比越小,見水越晚,見水后含水臺階躍升出現(xiàn)越晚。

2)引入無因次含水率臺階躍升時(shí)間并編制理論圖版,指導(dǎo)水平井水淹動態(tài)認(rèn)識和含水率變化預(yù)測。根據(jù)理論圖版可知,當(dāng)滲透率級差≤1.5或低滲儲量比例≤33%時(shí),含水率不會出現(xiàn)明顯的臺階躍升。

3)BZ油田水平井實(shí)際含水率變化與理論研究基本一致,含水臺階躍升出現(xiàn)時(shí)間預(yù)測精度高。研究成果可用來預(yù)測注水油藏水平井含水變化趨勢,并指導(dǎo)水平井水淹動態(tài)認(rèn)識及剩余油挖潛。