李 威 李 偉 閆正和 谷 悅 張 琴

中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司, 廣東 深圳 518000

0 前言

南海東部海相砂巖油藏在長(zhǎng)期水驅(qū)沖刷下其油藏參數(shù)會(huì)逐漸發(fā)生變化[1-4],特別是相對(duì)滲透率曲線中殘余油飽和度端點(diǎn)的時(shí)變,對(duì)油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果、剩余油分布及采收率認(rèn)識(shí)的影響明顯。常規(guī)油藏?cái)?shù)值模擬方法中,相對(duì)滲透率曲線是“靜態(tài)”的,沒(méi)能反映高水驅(qū)環(huán)境下的相滲變化。目前許多學(xué)者從不同角度對(duì)儲(chǔ)層物性時(shí)變機(jī)理及數(shù)值模擬模型修改等進(jìn)行了闡述[5-13],主要集中在以陸上勝利油田為代表的長(zhǎng)期水驅(qū)儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律,以概念模型為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)。筆者以南海典型海相砂巖X油田為研究對(duì)象,從影響油田長(zhǎng)期水驅(qū)歷史擬合關(guān)鍵因素出發(fā),開(kāi)展實(shí)際油田殘余油飽和度端點(diǎn)時(shí)變精細(xì)表征和全過(guò)程時(shí)變模擬的實(shí)現(xiàn)；提出了基于物理模擬和實(shí)際過(guò)路井的長(zhǎng)期水驅(qū)殘余油飽和度端點(diǎn)標(biāo)定方法,改進(jìn)商業(yè)化數(shù)值模擬軟件,增加相滲分區(qū)隨過(guò)水倍數(shù)調(diào)用函數(shù),借助算法平臺(tái)將其嵌入歷史全過(guò)程迭代,實(shí)現(xiàn)了相滲時(shí)變效應(yīng)下數(shù)值模擬及歷史擬合,準(zhǔn)確表征了不同水驅(qū)環(huán)境下滲流特征變化,保證了數(shù)值模擬結(jié)果可靠性,有效指導(dǎo)了特高含水油田剩余油分布認(rèn)識(shí)及調(diào)整井精準(zhǔn)挖潛。

1 長(zhǎng)期水驅(qū)相滲端點(diǎn)時(shí)變表征

1.1 殘余油飽變化圖版

常規(guī)非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)通常要求注水30倍孔隙體積,來(lái)界定殘余油狀態(tài)[14]。為研究長(zhǎng)期水驅(qū)殘余油飽和度變化規(guī)律,對(duì)南海海域典型海相砂巖巖心開(kāi)展了一維驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。

選取X油田天然巖心共5塊,進(jìn)行高驅(qū)替倍數(shù)下殘余油飽和度變化規(guī)律研究。實(shí)驗(yàn)溫度為70 ℃,3組巖心驅(qū)替流速0.5 ml/min,2組巖心驅(qū)替流速2.5 ml/min,其他實(shí)驗(yàn)條件相同,持續(xù)驅(qū)替至高倍數(shù)2 000PV(孔隙體積),分別測(cè)定驅(qū)替30PV、100PV、500PV、2 000PV對(duì)殘余油飽和度的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

結(jié)果表明，隨著驅(qū)替倍數(shù)的增加，殘余油飽和度呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。長(zhǎng)期水驅(qū)對(duì)殘余油飽和度的影響主要表現(xiàn)在巖石本身的礦物成分、孔喉結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性等特性的變化。隨著驅(qū)替倍數(shù)的增加，儲(chǔ)層中黏土礦物逐漸脫落運(yùn)移，填隙物減少，巖石孔喉半徑中值增大，同時(shí)巖石潤(rùn)濕性也逐漸發(fā)生變化，油相潤(rùn)濕指數(shù)減弱，親水性增強(qiáng)，使得孔喉結(jié)構(gòu)中滯留的原油量減少[15-18]。通過(guò)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸，建立起高驅(qū)替倍數(shù)下殘余油飽和度變化圖版，見(jiàn)圖1。在30～2 000PV區(qū)間內(nèi)，殘余油飽和度與驅(qū)替倍數(shù)呈現(xiàn)出對(duì)數(shù)關(guān)系。

圖1 不同驅(qū)替倍數(shù)下殘余油飽和度變化圖版Fig.1 Residual oil saturation change chart under different water-drive multiples

1.2 過(guò)路井殘余油飽標(biāo)定

油田歷史擬合準(zhǔn)確度的評(píng)判,除參照生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線擬合率外,很重要的是對(duì)實(shí)鉆過(guò)路井飽和度的擬合及檢驗(yàn),對(duì)此抽取部分過(guò)路井殘余油飽和度開(kāi)展端點(diǎn)時(shí)變標(biāo)定。

以南海X油田C油藏為例,在經(jīng)歷26年大液量底水驅(qū)替后,過(guò)路井顯示剩余油飽和度已明顯低于傳統(tǒng)相滲實(shí)驗(yàn)條件下(驅(qū)替30倍孔隙體積)殘余油飽和度。統(tǒng)計(jì)不同時(shí)間過(guò)路井對(duì)應(yīng)動(dòng)油水界面以下平均含油飽和度,即定義相應(yīng)驅(qū)替倍數(shù)下殘余油飽和度,殘余油飽和度平均從相滲實(shí)驗(yàn)的24%降至實(shí)際過(guò)路井的18.3%，見(jiàn)表2。借用實(shí)驗(yàn)圖版規(guī)律,標(biāo)定C油藏殘余油飽和度端點(diǎn)隨過(guò)水倍數(shù)的函數(shù)關(guān)系式:

表2 抽取的C油藏過(guò)路井殘余油飽和度統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Residual oil saturation statistics of extracted crossing well of C reservoir

S=-0.02×LN(R)+0.308

(1)

利用上述函數(shù)關(guān)系式,得到不同驅(qū)替倍數(shù)下殘余油飽和度端點(diǎn),帶入相對(duì)滲透率計(jì)算模型[19],可得到隨過(guò)水倍數(shù)變化的相對(duì)滲透率曲線系列。

2 相滲時(shí)變數(shù)值模擬方法

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

常規(guī)數(shù)值模擬軟件無(wú)法考慮相滲曲線時(shí)變現(xiàn)象,故將傳統(tǒng)黑油模型連續(xù)性方程[20]進(jìn)行了改進(jìn),使之表征為相對(duì)滲透率隨過(guò)水倍數(shù)變化的函數(shù):

(2)

(3)

(4)

2.2 全過(guò)程迭代求解

上述滲流模型可以完整表征由長(zhǎng)期水驅(qū)帶來(lái)的相滲變化情況。為更好實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際油田的模擬計(jì)算,筆者以傳統(tǒng)Eclipse模擬器為依托,提出利用Python自定義算法平臺(tái),寫(xiě)入隨過(guò)水倍數(shù)變化的相滲分區(qū)調(diào)用函數(shù),嵌入改進(jìn)后的連續(xù)性方程,實(shí)現(xiàn)相滲時(shí)變歷史全過(guò)程迭代。主要過(guò)程如下。

3)迭代求解下一時(shí)間步過(guò)水倍數(shù)場(chǎng),更新相滲分區(qū)表,調(diào)用新的相對(duì)滲透率曲線,按同樣流程循環(huán)下一時(shí)間步。

3 相滲時(shí)變下歷史擬合應(yīng)用

2017年開(kāi)展了X油田C油藏時(shí)變歷史擬合及挖潛研究。該油藏自1993年天然底水能量投入開(kāi)發(fā),經(jīng)歷26年大液量開(kāi)發(fā)后,目前處于高含水高采出階段,大部分過(guò)路井剩余油飽和度已低于相滲殘余油飽和度端點(diǎn)值,對(duì)此,依據(jù)前文長(zhǎng)期水驅(qū)相滲時(shí)變表征方法,計(jì)算得到不同驅(qū)替倍數(shù)下相對(duì)滲透率系列,利用改進(jìn)后數(shù)值模擬器進(jìn)行相滲時(shí)移下歷史擬合及剩余油挖潛研究，見(jiàn)圖2。

圖2 過(guò)水倍數(shù)變化下相對(duì)滲透率曲線Fig.2 Relative permeability curve under changes of water-drive multiples

3.1 相滲時(shí)變歷史擬合

時(shí)移模擬結(jié)果顯示,大液量長(zhǎng)期水驅(qū)沖刷下,過(guò)水倍數(shù)逐漸增加,相對(duì)滲透率殘余油飽和度端點(diǎn)發(fā)生時(shí)移，見(jiàn)圖3。早期水驅(qū)沖刷區(qū)域主要集中在油藏中下部,隨著井網(wǎng)逐步外擴(kuò)和上移,構(gòu)造邊部和上部水驅(qū)擴(kuò)展,殘余油飽和度逐漸降低。油藏上部物性相對(duì)差、開(kāi)采年限有限,目前該區(qū)域殘余油飽和度暫未發(fā)生大范圍時(shí)變現(xiàn)象。

a)1993年過(guò)水倍數(shù)場(chǎng)a)Water-drive multiples field in 1993

殘余油飽和度時(shí)變效應(yīng)的考慮,很大程度是為了解決過(guò)路井無(wú)法精準(zhǔn)擬合的問(wèn)題。以2010年C-A9井飽和度擬合為例,對(duì)比考慮和不考慮時(shí)變效應(yīng)下飽和度擬合效果，見(jiàn)圖4。實(shí)際測(cè)井解釋動(dòng)油水界面(實(shí)鉆深度2 780 m)以下含油飽和度低于0.2,如采用傳統(tǒng)不時(shí)變模型,因原始?xì)堄嘤惋柡投榷它c(diǎn)的限制,模型無(wú)論如何驅(qū)替,該井下部剩余油飽和度最低達(dá)0.24,整體較實(shí)鉆測(cè)井剩余油飽和度偏高,擬合效果較差;而考慮端點(diǎn)時(shí)移模擬后,動(dòng)油水界面以下殘余油飽和度與實(shí)際測(cè)井剩余油飽和度吻合程度較好,擬合更符合實(shí)際認(rèn)識(shí)。

在小幅調(diào)整模型井間傳導(dǎo)率及隔夾層封堵性后,考慮相滲端點(diǎn)時(shí)變效應(yīng)和不考慮時(shí)變效應(yīng),對(duì)比油藏歷史擬合效果，見(jiàn)圖5。開(kāi)發(fā)處于中低含水階段時(shí),水驅(qū)沖刷強(qiáng)度有限,時(shí)變效應(yīng)不明顯,兩者擬合效果差異不大;當(dāng)開(kāi)發(fā)進(jìn)入高含水期,傳統(tǒng)不考慮相滲時(shí)變效應(yīng)模型明顯出現(xiàn)定油不足,含水上升加劇;而考慮相滲時(shí)變效應(yīng)后擬合效果改善凸顯,日產(chǎn)油及含水率擬合大幅改善,單井?dāng)M合率達(dá)93%。這主要是由于在長(zhǎng)期水驅(qū)沖刷下,殘余油飽和度端點(diǎn)值逐漸降低,相對(duì)滲透率可動(dòng)油區(qū)間擴(kuò)大,可動(dòng)用儲(chǔ)量基礎(chǔ)逐漸增大,高含水后期部分井周邊開(kāi)采物質(zhì)基礎(chǔ)釋放,定油擬合含水率最終得到很好的解決,且過(guò)路井驗(yàn)證吻合率也更符合實(shí)鉆。

a)不時(shí)變模型殘余油端點(diǎn)a)Residual oil saturation field under no time-dependent model

圖5 考慮相滲端點(diǎn)時(shí)變效應(yīng)下歷史擬合曲線對(duì)比圖Fig.5 Comparisons of history fitting curve considering the relative permeability endpoint under time-dependent model

3.2 剩余油潛力及挖潛

從油藏東北至東南切面(切面網(wǎng)格順序從小至大),利用沿程平均飽和度分布曲線,開(kāi)展時(shí)變效應(yīng)下剩余油認(rèn)識(shí)，見(jiàn)圖6。受殘余油端點(diǎn)時(shí)變影響,剩余油分布呈現(xiàn)“馬太效應(yīng)”,飽和度分區(qū)差異顯著。這主要是由于密井網(wǎng)強(qiáng)水淹區(qū),水錐形態(tài)受時(shí)變效應(yīng)影響后,水線沿主軸線方向優(yōu)先突進(jìn),水淹漏斗逐漸收縮“變窄、變尖”,部分強(qiáng)水淹區(qū)含油飽和度甚至低于了傳統(tǒng)殘余油飽和度端點(diǎn)值24%;位于弱水淹區(qū)或局部井網(wǎng)不完善區(qū)域,水淹程度逐漸減弱,剩余油滯留范圍逐步增大。C油藏高部位弱水淹區(qū)剩余油分布模式以零星狀(網(wǎng)格編號(hào)55～62)為主,適宜最大接觸位移井(MRC)改造挖潛;邊部井網(wǎng)未完善區(qū)域受滯留效應(yīng)影響,以簇狀分布(網(wǎng)格編號(hào)8～20、80～105)為主,適宜調(diào)整井挖潛。

圖6 C油藏東北—東南切面沿程飽和度分布圖Fig.6 Distribution of the saturation along the northeast-southeast section of the C reservoir

2018年基于時(shí)變模擬潛力認(rèn)識(shí),分別在油藏東北及東南邊部部署了兩口水平調(diào)整井A10M、A11H,實(shí)鉆含油飽和度分別為55%、41%,與考慮時(shí)變擬合后模型預(yù)測(cè)基本一致。投產(chǎn)后初期日產(chǎn)油分別為312 m3/d、127 m3/d,含水率分別為15%、53%,截止2020年3月,兩口井已累積產(chǎn)油量達(dá)9.48×104m3,提高采收率0.7%。

4 結(jié)論

1)通過(guò)巖心實(shí)驗(yàn),得到長(zhǎng)期水驅(qū)沖刷后殘余油飽和度變化圖版,抽取不同時(shí)期過(guò)路井剩余油飽和度開(kāi)展標(biāo)定,結(jié)合相對(duì)滲透率計(jì)算模型,得到隨過(guò)水倍數(shù)變化的歷史擬合相對(duì)滲透率曲線系列。

2)通過(guò)增加相滲分區(qū)隨過(guò)水倍數(shù)調(diào)用函數(shù),利用Python自定義算法平臺(tái)將其嵌入歷史全過(guò)程迭代,可在傳統(tǒng)商業(yè)化數(shù)值模擬軟件基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)實(shí)際模型相滲時(shí)變的數(shù)值模擬及歷史擬合研究。

3)時(shí)變效應(yīng)下數(shù)值模擬歷史擬合方法在實(shí)際油藏的應(yīng)用,使?jié)B流場(chǎng)變化表征更精細(xì),過(guò)路井沿程含油飽和度擬合更精準(zhǔn),高含水期油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)擬合率大幅提升,飽和度分布顯現(xiàn)“馬太效應(yīng)”,指導(dǎo)了調(diào)整井挖潛效果較好,且實(shí)鉆飽和度與時(shí)變模型吻合,為類似高含水期油田改善擬合效果、提高剩余油預(yù)測(cè)及挖潛精度提供指導(dǎo)。