鄭憲寶，王宏偉，苗志國，李美芳

(1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163712；2.黑龍江省油層物理與滲流力學(xué)重點實驗室，黑龍江 大慶 163712)

0 引 言

朝5區(qū)塊位于松遼盆地中央坳陷區(qū)東部朝陽溝階地朝陽溝背斜構(gòu)造軸部，區(qū)塊構(gòu)造平緩，構(gòu)造內(nèi)斷層發(fā)育，均為正斷層。儲層孔隙度為8%～20%，滲透率為0.05～50.00 mD，屬低孔低滲儲層[1-3]。區(qū)塊于1988年8月投入開發(fā)，初期采用反九點井網(wǎng)，平均單井日產(chǎn)油為6.0 t/d。1989年4月轉(zhuǎn)注水開發(fā)，1993年8月開始調(diào)整注采系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)線性注水，2007年采用“對角線交點”方式進行加密，多年的高強度注水使得區(qū)塊注采比普遍較高(在1.2以上)，部分井區(qū)達到3.0左右。在如此高強度的注水下，產(chǎn)油量并未得到有效的提升，嚴重影響油田下一步開發(fā)[4-6]。困惑研究人員的主要問題在于注入水去向和無效注水的定量表征。需要找到一個合適有效的方法來量化注入水構(gòu)成。

國內(nèi)學(xué)者在無效注水領(lǐng)域進行了大量的研究工作，研究方向主要為無效注水的識別和調(diào)控[7-9]。前者研究主要集中在優(yōu)勢滲流通道的識別，常用的方法有試井法、測井法、油水監(jiān)測法等。郝金克[10]利用無因次壓力指數(shù)識別優(yōu)勢滲流通道，并且認為無因次壓力指數(shù)越小，地層無效注水的可能性越大。徐志濤等[11]利用物質(zhì)平衡原理與Logistic旋回理論推導(dǎo)了無效注水比例的理論計算方法。鐘睿鴻[12]在油水兩相滲流規(guī)律實驗基礎(chǔ)上，利用油水井注采動態(tài)特征，劃分油藏?zé)o效注水區(qū)域。由文獻調(diào)研情況可知，目前還沒有一套成熟的理論和方法對注水構(gòu)成進行定量化評價[13-20]。常規(guī)數(shù)值模擬評價方法存在計算求解過程復(fù)雜和擬合難度大的問題，為了實現(xiàn)水驅(qū)開發(fā)油田的有效注水，提高油田的注水開發(fā)水平，通過嶺回歸方法建立高注采比區(qū)塊注水構(gòu)成量化評價模型來代替數(shù)值模擬，進而量化油田注水構(gòu)成。研究成果能夠為油田注水開發(fā)技術(shù)提供有力支撐。

1 注入水構(gòu)成分析

朝5區(qū)塊低滲透油藏累計注采比為1.5～2.0，往往存在“注不進、采不出”的問題。水注入地層后主要有4個去向(圖1)：①油藏天然能量枯竭，注入的水進入儲層孔隙，對孔隙中的剩余油進行驅(qū)替，從而提高油井產(chǎn)量和采收率，這部分水為二次采油過程中的有效注水，也稱儲層吸水；②低滲透油藏縱向儲層非均質(zhì)性強，在儲層附近存在大段的泥質(zhì)粉砂巖，其地層滲透率低，地層厚度大，吸水能力強。這部分地層最開始并未被劃分為儲層，但后來由于開發(fā)技術(shù)的提高，其中的油也能夠采出，被稱為未劃儲層段。部分注入水進入未劃儲層段，在長期高注采比注水過程中存在未劃儲層段吸水現(xiàn)象。③地層砂巖泥巖交互，厚度較大的泥巖也吸收了大量的注入水。④由于低滲透油藏一般采用接近地層破裂壓力注水，隔夾層在長期水化過程中，存在抗張強度下降趨勢，因此，注入水沿隔夾層外溢，進入上部或下部地層。此外，低滲透油藏天然裂縫發(fā)育，局部存在一定規(guī)模的斷層，長期注水過程中，天然裂縫和斷層開啟，存在注入水外溢。這4部分構(gòu)成了高注采比區(qū)塊的注水去向，后續(xù)將對這4種情況開展定量化表征。

圖1 注入水去向構(gòu)成分析

2 全地層地質(zhì)模型建立及數(shù)值模擬研究

2.1 地質(zhì)模型的建立

根據(jù)上文分析，對測井資料進行二次解釋，根據(jù)儲層測井巖性-物性交會圖(圖2)，劃分了泥巖段、未劃儲層段、儲層的范圍。儲層段孔隙度大于10%，滲透率大于0.20 mD。未劃儲層孔隙度為4%～10%，滲透率為0.04～0.20 mD。泥巖段孔隙度低于4%，滲透率低于0.04 mD。朝5區(qū)塊地層厚度約為50 m，平均儲層厚度約為10 m，以劃定的儲層、未劃儲層和泥巖段的界限，建立考慮3種不同地層的全地層地質(zhì)模型，模型連井剖面如圖3所示。

圖2 測井巖性-物性交會圖

圖3 朝5區(qū)塊全地層連井剖面

建立的模型中，新增未劃儲層段厚度約為7 m，泥巖段約為30 m。

2.2 數(shù)值模擬量化研究

基于上述地質(zhì)模型，網(wǎng)格粗化建立數(shù)值模型。平面上，采取非均勻網(wǎng)格，井間網(wǎng)格數(shù)在5個以上；縱向上，根據(jù)朝5區(qū)塊的地層對比、儲層劃分及物性解釋，將油藏細分為46個單層，各層縱向采用不等距網(wǎng)格。將油藏參數(shù)、流體參數(shù)輸入油藏數(shù)值模擬器Eclipse中，建立全地層注水?dāng)?shù)值模擬模型，如圖4所示。為了驗證模型的可靠性，采用定日產(chǎn)液量方式進行歷史擬合(表1)。由表1可知，儲量擬合誤差為0.36%，日產(chǎn)油量擬合誤差為0.59%，含水率擬合誤差為1.28%，擬合效果好，說明數(shù)值模擬模型較為可靠。

表1 數(shù)值模擬擬合結(jié)果

圖4 朝5井區(qū)全地層數(shù)值模擬模型

simulation model of Block Chao 5

根據(jù)模型中儲層、未劃儲層和泥巖的地層的厚度情況，分別對3種地層吸水的比例進行劈分。各歷史生產(chǎn)時間的劈分結(jié)果如圖5所示。根據(jù)劈分結(jié)果可知，2019年朝5區(qū)塊儲層吸水比例為52%，未劃儲層段吸水比例為28%，泥頁巖吸水比例為8%，外溢水量比例為12%。利用這種方法，對每口注水井在不同層位的注水量進行劈分，得到每口井的注水量化構(gòu)成，再結(jié)合每口井的其他參數(shù)，就構(gòu)成了注水量化評價模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖5 朝5區(qū)塊不同類型地層吸水比例變化曲線

3 嶺回歸模型量化研究

影響注入水去向的因素眾多，且多因素之間存在相互影響，不能以簡單的線性函數(shù)來擬合注水量和各因素之間的關(guān)系，采用常規(guī)油藏工程方法也無法定量評價注入水量。針對上述問題，采用機器學(xué)習(xí)的方法進行評價。機器學(xué)習(xí)中的嶺回歸分析是一種專用于共線性數(shù)據(jù)分析的有偏估計回歸方法，放棄最小二乘法的無偏性，以損失部分信息、降低精度為代價，最大程度找到因變量與非線性自變量之間的關(guān)系。因此，嶺回歸分析方法更符合實際、更可靠。將朝5區(qū)塊注水的影響因素作為嶺回歸模型的輸入變量，通過回歸學(xué)習(xí)訓(xùn)練嶺回歸模型，從而獲得適用于朝5區(qū)塊的嶺回歸注水量化分析模型，指導(dǎo)后期注水構(gòu)成評價過程。

ratio of different types of formations in Block Chao 5

3.1 嶺回歸分析數(shù)學(xué)模型

嶺回歸是為了約束自變量來解決數(shù)據(jù)集之間具有的多重共線性的問題，即預(yù)測變量之間具有相關(guān)性的問題。其通過在損失函數(shù)中引入正則化項來達到目的。一般的線性回歸方程如下：

(1)

式中：Y為因變量，是訓(xùn)練集中的樣本；p為樣本點總數(shù)；βi為待求系數(shù)；Xi為自變量；β0為偏差；i為樣本點編號。

(2)

(3)

βmin=(XTX+λI)-1XTY

(4)

3.2 注水量化模型

選擇注水含水率、產(chǎn)液強度、油水井?dāng)?shù)比、注水強度、平均單井年產(chǎn)液量、平均單井年注水量、年注采比、年平均壓力、累計虧空量這些影響地層吸水的參數(shù)作為分析的基礎(chǔ)參數(shù)。從數(shù)據(jù)分析角度上講，上述參數(shù)存在一些的問題：同一工區(qū)內(nèi)同一口井不同年份的儲層厚度、滲透率是相同的，這些高度一致的變量，會降低注水量量化模型的預(yù)測精度。為了消除這種不利影響，重新定義參數(shù)：產(chǎn)液強度為產(chǎn)液量和地層系數(shù)(地層厚度和地層滲透率的乘積)的比值、注水強度為注水量和地層系數(shù)的比值。將地層壓力(A1)、含水率(A2)、注采比(A3)、孔隙度(A4)，滲透率(A5)、儲層產(chǎn)液強度(A6)、未劃儲層產(chǎn)液強度(A7)，平均產(chǎn)液強度(A8)、泥巖產(chǎn)液強度(A9)、儲層注入強度(A10)、未劃儲層注入強度(A11)、泥巖注入強度(A12)以及平均注入強度(A13)作為模型輸入的自變量，以數(shù)值模擬中劈分所得到的儲層吸水比例(B1)、未劃儲層吸水比例(B2)、泥巖吸水比例(B3)、外溢水量(B4)作為模型的因變量，來擬合嶺回歸模型，各參數(shù)值如表2所示。

表2 注水量化構(gòu)成嶺回歸分析模型學(xué)習(xí)參數(shù)

通過嶺回歸模型最終得到的外溢水量評價模型的矩陣形式如式(5)所示，泥巖吸水評價模型的矩陣形式如式(6)所示，未劃儲層砂巖段吸水評價模型的矩陣形式如式(7)所示，儲層段吸水評價模型的矩陣形式如式(8)所示。

(5)

(6)

(7)

(8)

3.3 注水量化模型檢驗

輸入?yún)?shù)計算所得的外溢水量比例、泥頁巖吸水比例、儲層吸水比例、未劃儲層吸水比例4個參數(shù)的計算值與通過數(shù)值模擬得到真實值對比(圖6)。由圖6可知，除泥頁巖吸水占比外，其他3個變量的平均相對誤差均小于10%，說明注水量化構(gòu)成模型對累計外溢水量占比、未劃儲層段砂巖吸水占比以及儲層吸水占比解釋良好。對泥巖吸水量預(yù)測效果較差，說明輸入?yún)?shù)對泥巖吸水影響較小，這與實際認識也是相符的，泥巖吸水主要與泥巖中的黏土含量有關(guān)，黏土含量越多，泥巖吸水越多，而儲層和未劃儲層中黏土含量極少，因此，輸入?yún)?shù)中并沒有黏土含量這個參數(shù)。

圖6 模型驗證散點圖

4 結(jié) 論

(1) 根據(jù)儲層物性將朝5區(qū)塊注水類型劃分為儲層吸水和無效注水，無效注水分為未劃儲層吸水、泥巖吸水以及外溢水量。

(2) 根據(jù)全地層數(shù)值模擬模型獲得了不同類型無效注水量，利用嶺回歸方法建立外溢水量比例評價模型、泥巖吸水比例評價模型、未劃儲層砂巖段吸水比例評價模型、儲層段吸水比例評價模型。

(3) 注入水量化構(gòu)成嶺回歸分析模型對累計外溢水量占比、未劃儲層段砂巖吸水占比以及儲層吸水占比解釋良好，可用于其他類似油田的注入水量化構(gòu)成評價。