鄭小冬，黃 鵬，潘 磊

（浙江煤炭地質(zhì)局勘探一隊(duì)，浙江湖州313000）

在油氣田開采過程中，為降低開采成本，提高儲層動用程度，經(jīng)常會采用合層開采的方式進(jìn)行開發(fā)，而多層非均質(zhì)油藏在開發(fā)生產(chǎn)過程中層間矛盾突出，層間干擾現(xiàn)象會嚴(yán)重影響最終采收率，所以準(zhǔn)確評價油井產(chǎn)能、合理劃分開發(fā)層系，采取相應(yīng)技術(shù)對策預(yù)測或降低層間干擾的影響是非均質(zhì)油藏多層高效開采的前提[1-3]。本文針對高滲透率油藏合層開采進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)，對注采過程中因?qū)娱g非均質(zhì)性產(chǎn)生的層間干擾現(xiàn)象進(jìn)行定量表征，建立注水與采出之間的關(guān)系及各地層生產(chǎn)過程中動用程度規(guī)律，對于高滲多層系油藏選擇合理開采方式、提高生產(chǎn)效率具有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

將不同滲透率級別的砂巖巖芯，裝入不同的巖芯夾持器，每個巖芯夾持器模擬一個滲透率級別的儲層，將巖芯夾持器并聯(lián)，如圖1所示，通過改變驅(qū)替壓差、流體粘度和滲透率組合方式等外部條件來觀察滲透率極差、生產(chǎn)壓差以及原油粘度對合層開采條件下產(chǎn)生的層間干擾現(xiàn)象的影響，計算層間干擾系數(shù)，建立注水與采出之間的關(guān)系。

圖1 層間干擾實(shí)驗(yàn)流程圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

將不同滲透率級差的巖芯進(jìn)行組合，巖芯數(shù)據(jù)如表1所示，以相同ΔP1的驅(qū)替壓差進(jìn)行驅(qū)替，研究滲透率級差對層間干擾的影響；選擇相同的巖芯組合，改變驅(qū)替壓差為ΔP2進(jìn)行水驅(qū)，研究驅(qū)替壓差對層間干擾的影響；選擇相同的巖芯組合，更改流體類型進(jìn)行驅(qū)替，流體粘度對層間干擾的影響，實(shí)驗(yàn)方案見表2。本次實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行四組實(shí)驗(yàn)，最終結(jié)果取實(shí)驗(yàn)平均值。

表1 實(shí)驗(yàn)用巖芯物性統(tǒng)計表

表2 層間干擾實(shí)驗(yàn)方案

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 層間干擾系數(shù)

多層合采的層間干擾系數(shù)是確定多層合采組合界限以及評價生產(chǎn)效果的一項(xiàng)重要參數(shù)，它能夠反映出合采過程中開發(fā)效果所受到層間干擾影響的嚴(yán)重程度。它的物理意義是多層油藏注水合采時，相同含水情況下，層間干擾導(dǎo)致多層合采油井整體產(chǎn)液能力、產(chǎn)油能力相對分層開采降低的程度[4-6]。

為了更加直觀地描述層間干擾對合采效果的影響，本次引入干擾系數(shù)的概念，便于分析各個因素對層間干擾嚴(yán)重程度影響的大小。

層間干擾系數(shù)通常用產(chǎn)量層間干擾來表達(dá)，即產(chǎn)量層間干擾系數(shù)，為單采產(chǎn)量和合采產(chǎn)量的差值與單釆產(chǎn)量的比值百分?jǐn)?shù)，其值越大，反映產(chǎn)量受到層間干擾的程度越大[7]。

本文主要采用產(chǎn)量層間干擾系數(shù)層間與單層產(chǎn)量層間干擾系數(shù)進(jìn)行分析，層間干擾系數(shù)確定主要通過油井測試的方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠得到層間干擾的第一手資料，結(jié)果準(zhǔn)確可信，缺點(diǎn)是長時間的測試影響油井生產(chǎn)時率，加之測試成本高，一般只在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時應(yīng)用[8]。

2.2 單層驅(qū)替分析

在每組實(shí)驗(yàn)開始時，首先進(jìn)行各巖芯單層驅(qū)替，以模擬在分層開采時各地層產(chǎn)量特征，了解各儲層物性特征，便于分析計算多層驅(qū)替層間干擾系數(shù)及其影響因素。

通過分析巖芯單巖芯水驅(qū)瞬時流速對比圖和單巖芯水驅(qū)流量圖以及單巖芯油驅(qū)瞬時流速對比圖和單巖芯油驅(qū)流量圖可以看出，在不同滲透率巖芯進(jìn)行單獨(dú)驅(qū)替時，滲透率最高的巖芯驅(qū)替速度總是最快的，而相對的滲透率最低的代表500mD的巖芯驅(qū)替速度是最慢的，而壓差對最終產(chǎn)量的影響比較直觀，相同巖芯相同流體，壓差越大，最終產(chǎn)量越大，以單巖芯水驅(qū)為例，1-3號巖芯作為滲透率1500mD級別的代表，其在20kPa的條件下驅(qū)替20min最終產(chǎn)水量為70.95mL，而將壓差提高到40kPa后，20min最終產(chǎn)水量提高到132.81mL，提升倍率接近一倍。

流體粘度對單巖芯驅(qū)替的影響則要綜合分析單巖芯水驅(qū)流量對比圖與單巖芯油區(qū)流量對比圖，如圖2和圖3所示，2-3號巖芯作為滲透率等級1500mD的巖芯，其在40kPa的條件下用水驅(qū)20min最終產(chǎn)量為90.28mL，將驅(qū)替流體由水換為粘度小于水的煤油后，20min之后的最終產(chǎn)量增長為191.14mL，可以大概得出結(jié)論，單獨(dú)分析各個變量對單巖芯驅(qū)替的影響時，巖芯單驅(qū)最終產(chǎn)量與滲透率、驅(qū)替壓力的變化成正比，與流體粘度的變化成反比。

圖2 單巖芯水驅(qū)流量對比圖

圖3 單巖芯油驅(qū)流量對比圖

2.3 雙層驅(qū)替分析

將各組三個滲透率級別的巖芯兩兩組合，分別進(jìn)行以壓差40kPa和20kPa的水驅(qū)和油驅(qū)實(shí)驗(yàn)，來實(shí)現(xiàn)對雙層驅(qū)替層間干擾現(xiàn)象規(guī)律的研究。

可以發(fā)現(xiàn)在雙層驅(qū)替時，各滲透率組合模式在不同壓差及驅(qū)替流體粘度時的特點(diǎn)，其中各滲透率級別的巖芯可以等效看作不同地層的非均質(zhì)性，在合采時會產(chǎn)生曾經(jīng)干擾現(xiàn)象，影響產(chǎn)液量，不同壓差可以看作生產(chǎn)壓差，而驅(qū)替流體的不同的影響也可以等效看作地層中不同粘度的原油對層間干擾現(xiàn)象影響的大小。

由表3和表4可得知，當(dāng)?shù)蜐B地層與中滲地層合采時，當(dāng)生產(chǎn)壓差降低時，中滲地層產(chǎn)量顯著降低，單層干擾系數(shù)由0.45提高到0.50，相反，低滲地層干擾系數(shù)降低，與單采時對比損失較中滲層小，說明在低中滲層雙層合采時，減低生產(chǎn)壓差有助于降低低滲層層間干擾現(xiàn)象，降低生產(chǎn)消耗，但總體干擾系數(shù)升高。

表3 雙層合采產(chǎn)液量統(tǒng)計表

表4 雙層合采干擾系數(shù)統(tǒng)計表

當(dāng)?shù)蜐B地層與高滲地層合采時，低滲地層產(chǎn)量較與中滲地層合采時變化不大，而高滲地層的產(chǎn)量與單采時對比有顯著降低，由于兩層滲透率極差增大，總體干擾系數(shù)升高，所以不建議將低滲地層與高滲地層組合開采。

當(dāng)中滲地層與高滲地層合采時，由于均為偏高滲透率地層，中滲地層與高滲地層的層間干擾系數(shù)與組合低滲地層合層開采時相較都有所增長，原因?yàn)閮傻貙踊ハ喔蓴_，形成竄流無法達(dá)成最有效率開采。

2.4 三層驅(qū)替分析

通過將各組巖芯三個滲透率級別的巖芯并聯(lián)，模擬不同滲透率的地層，進(jìn)行以壓差40kPa和20kPa的水驅(qū)和油驅(qū)實(shí)驗(yàn)，觀察各巖芯驅(qū)替程度，來實(shí)現(xiàn)對三層驅(qū)替層間干擾現(xiàn)象規(guī)律的研究。

通過分析四組巖芯單巖芯水驅(qū)瞬時流速對比圖和單巖芯水驅(qū)流量圖以及單巖芯油驅(qū)瞬時流速對比圖和單巖芯油驅(qū)流量圖可以看出，圖4和圖5為滲透率分別為475mD、1019mD和1468mD的三塊同一組巖芯分別用蒸餾水和煤油按照ΔP1ΔP2壓差進(jìn)行合采的瞬時流速對比圖，其中ΔP1=20kPa，ΔP2=40kPa，通過對比可知，在合采時各滲透率等級巖芯產(chǎn)液量無論在任何壓差下，都出現(xiàn)了不同程度的下降，由此可以得出，在多層驅(qū)替的情況下確實(shí)會出現(xiàn)嚴(yán)重的層間干擾現(xiàn)象。

圖4 三巖芯水驅(qū)瞬時流速對比圖

圖5 三巖芯油驅(qū)瞬時流速對比圖

在三層驅(qū)替的情況下，通過計算，得知ΔP1壓差下其干擾系數(shù)為0.16，ΔP2干擾系數(shù)為0.09，由前方公式可知干擾系數(shù)越大，其層間干擾現(xiàn)象越嚴(yán)重，綜合分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，壓差越小，多層驅(qū)替過程中層間干擾越嚴(yán)重。

通過對比圖可以看出，再將注入流體更改為煤油后，煤油粘度小于水，所以在相同壓差情況下，用煤油驅(qū)替流速更快，計算在ΔP1壓差下水驅(qū)干擾系數(shù)為0.16，而油驅(qū)干擾系數(shù)為0.01，得知其他條件相同的情況下，注入流體粘度越大，層間干擾現(xiàn)象越嚴(yán)重，油驅(qū)的各個滲透率地層動用程度更大，產(chǎn)量分配更合理，所以層間干擾現(xiàn)象更小。

2.5 合層開采干擾系數(shù)期望

針對上述若干種合層開采情況以相同設(shè)備及條件，進(jìn)行額外三組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，通過注入產(chǎn)出關(guān)系計算每組實(shí)驗(yàn)的層間干擾系數(shù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值剔除處理，將最終結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均，得出并繪制垂向不同滲透率并聯(lián)驅(qū)替干擾系數(shù)期望表（表5）。

表5 垂向不同滲透率并聯(lián)驅(qū)替干擾系數(shù)期望表

3 結(jié)論

通過對上述實(shí)驗(yàn)中不同滲透率構(gòu)型單元并聯(lián)開采干擾單因素、多因素影響規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）對于多層不同滲透率構(gòu)型單元合采條件下，在恒壓方式下建立各層產(chǎn)量隨時間變化關(guān)系，通過對各個影響因素的分析發(fā)現(xiàn)：各層滲透率、粘度、壓力存在差異的多層油藏合采過程中由于平衡井底流壓會帶來各層之間的干擾，降低各層產(chǎn)量，在開采過程中的層間干擾會對開發(fā)產(chǎn)生不利影響。

（2）在并聯(lián)驅(qū)替過程中，在其他變量相同的情況下，滲透率極差、生產(chǎn)壓力和流體粘度會對層間干擾現(xiàn)象產(chǎn)生影響，其中隨著壓力升高或流體粘度的減小或者滲透率極差的減小，層間干擾現(xiàn)象減輕，有助于提高各產(chǎn)層的動用率，提高生產(chǎn)效率。

（3）對于多層并聯(lián)開采油井進(jìn)行層間干擾分析時，可以通過分析油井合采產(chǎn)量與單采產(chǎn)量的損失程度，即層間干擾系數(shù)定性判斷油井層間干擾程度。如果層間干擾程度較低，可采用合采方式進(jìn)行開發(fā)；如果層間干擾程度較大，可考慮采用多層分采的方式進(jìn)行開發(fā)。