李 育，馬煥煥，張永飛，張金元，楊文博，李衛(wèi)東，韓龍飛，呂 棟

(延長(zhǎng)油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術(shù)研究中心 工藝技術(shù)研究所，陜西 延安 716001)

延長(zhǎng)油區(qū)內(nèi)各類壓裂水平井的規(guī)?；瘧?yīng)用，為延長(zhǎng)千萬噸穩(wěn)產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)。由于儲(chǔ)層地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)層常常伴有復(fù)雜多變的顯性及隱性天然裂縫，同時(shí)，水平井普遍采用體積壓裂開發(fā)模式，在儲(chǔ)層中形成體積縫網(wǎng)，導(dǎo)致在注水的過程中極易形成竄流通道，造成注水開發(fā)中后期水平井普遍水竄水淹，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)能力。因此，在水平井注水開發(fā)的生產(chǎn)過程中，明確水平注采井網(wǎng)井間竄流通道及來水方向是生產(chǎn)制度制定、增產(chǎn)措施布置等穩(wěn)油控水工作不可缺少的基礎(chǔ)。井間示蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)在直井井網(wǎng)的應(yīng)用已十分廣泛，但在水平井注采井間的應(yīng)用還缺乏相應(yīng)理論與工程技術(shù)。井間示蹤劑主要分為三種類型：水溶性化學(xué)示蹤劑、醇類示蹤劑、染料類示蹤劑。由于醇類示蹤劑易受到細(xì)菌降解的影響，染料類易被儲(chǔ)層巖石吸附并分配到油相中，只能進(jìn)行定性解釋判斷，難以實(shí)現(xiàn)定量解釋，因此油田上常用的示蹤劑主要屬于水溶性化學(xué)示蹤劑的溴化鈉、碘化鉀。宋岱鋒等學(xué)者通過示蹤劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了井間聯(lián)通性及竄流方向[1-11]，但無法對(duì)具體情況進(jìn)行定量分析；楊建敏[12-20]等人建立的解釋模型無法對(duì)竄流通道情況進(jìn)行定量表征，也無法為后期堵住提供依據(jù)。同時(shí)，前人對(duì)于示蹤劑的使用僅限于直井井網(wǎng)，且只能定性分析哪口井發(fā)生竄流，但對(duì)于水平井網(wǎng)存在多條竄流通道的定量表征研究很少見到。

通過對(duì)YP2區(qū)塊長(zhǎng)6巖心分析及觀察，結(jié)合區(qū)域沉積背景、砂體展布、沉積體系、物源方向特點(diǎn)及各種相標(biāo)志的綜合分析表明，區(qū)塊長(zhǎng)61期為三角洲平原亞相沉積，主要沉積微相有分流河道、分流河道側(cè)翼及分流間灣。分析測(cè)試資料顯示，長(zhǎng)61油藏儲(chǔ)層致密，平均有效孔隙度為5.6%～10.8%，空氣滲透率為0.25×10-3～3.17×10-3μm3，原始地層壓力為 5.8 MPa，壓力系數(shù)介于0.5～0.7，為典型低孔、特低滲、低壓的油藏，平均日產(chǎn)油 4 t/d、日產(chǎn)液 8.14 m3/d。該區(qū)塊水平井部署于直井井區(qū)，形成了不規(guī)則的水-直聯(lián)合井網(wǎng)。由于水平井都是采用體積壓裂開發(fā)，極易與周圍常規(guī)井形成多條竄流通道，導(dǎo)致水平井快速出現(xiàn)水竄水淹現(xiàn)象，但對(duì)于來水方向、竄流通道展布形態(tài)等參數(shù)都不明確，且采用的示蹤劑監(jiān)測(cè)方法僅能定性分析無法定量。針對(duì)上述水平注采井網(wǎng)竄流通道識(shí)別與表征的工程難題，本文提出采用數(shù)值模擬手段分析水平井網(wǎng)井間示蹤劑產(chǎn)出影響因素，并對(duì)示蹤劑的產(chǎn)出濃度曲線進(jìn)行分析，揭示井間竄流通道對(duì)示蹤劑產(chǎn)出濃度的影響規(guī)律?；谟绊懸?guī)律分析結(jié)果，采用B-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立井間示蹤劑解釋模型，為定量識(shí)別竄流通道方向及封堵劑用量提供依據(jù)，同時(shí)為水平井網(wǎng)注水開發(fā)發(fā)生水淹水竄提供解決方法。

1 基礎(chǔ)模型建立

利用數(shù)值模擬軟件建立水平井網(wǎng)的井間多向示蹤劑產(chǎn)出濃度數(shù)值模型，見圖1。模擬區(qū)塊油藏參數(shù)采用XX長(zhǎng)6區(qū)塊平均值，具體如下：油藏滲透率為 0.95 mD、孔隙度為0.0847、含油飽和度為0.491、泥質(zhì)含量24.3%、儲(chǔ)層厚度為 13.8 m、油藏頂部深度 550 m。

圖1 水平井網(wǎng)基礎(chǔ)模型

模擬基于水平井采油和直井注水的5點(diǎn)組合井網(wǎng)，水平段長(zhǎng)度為 400 m。選取網(wǎng)格步長(zhǎng) 2 m×2 m，縱向上分為1個(gè)網(wǎng)格，形成650×350×1的網(wǎng)格體系，X網(wǎng)格方向與最大主應(yīng)力方向平行。水平井分4段壓裂，每段壓2簇，簇間距 12 m，人工裂縫半長(zhǎng)為 100 m。采用EQ-LGR和等效裂縫導(dǎo)流能力的方法對(duì)基質(zhì)-裂縫系統(tǒng)進(jìn)行處理。本次模擬主要以I1井(左上角)作為示蹤劑的注入井進(jìn)行數(shù)值模型，其具體注入?yún)?shù)見表1所示。

表1 示蹤劑注入?yún)?shù)設(shè)計(jì)表

2 井間示蹤產(chǎn)出影響因素及規(guī)律分析

影響井間示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線的因素主要包括：示蹤劑注入濃度、竄流通道導(dǎo)流能力、后期注水速度、竄流通道厚度及儲(chǔ)層滲透率等10個(gè)因素。采用控制變量方法分別分析這10個(gè)因素對(duì)產(chǎn)出濃度曲線的影響。為方便表征對(duì)產(chǎn)出示蹤劑產(chǎn)出曲線的影響，采用示蹤劑曲線中的見劑時(shí)間、峰值大小、峰值時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行刻畫。

2.1 竄流通道突進(jìn)系數(shù)

在其他參數(shù)保持不變的情況下，分別設(shè)置竄流通道導(dǎo)流能力為：2、4、8、12、16 D·cm，進(jìn)而得到同一時(shí)刻不同導(dǎo)流能力竄流通道的示蹤劑運(yùn)移云圖和產(chǎn)出濃度曲線(圖2)。由圖2看出，不同的突進(jìn)系數(shù)主要導(dǎo)致示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線的見劑時(shí)間、峰值大小、峰值時(shí)間及曲線斜率存在規(guī)律性的差異。隨著突進(jìn)系數(shù)的增大，見劑時(shí)間變短、峰值增大、峰值時(shí)間變短、曲線斜率增大，具體參數(shù)如表2所示。

圖2 不同突進(jìn)系數(shù)下的示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線

2.2 竄流通道厚度

在注入示蹤劑后，不同的竄流通道厚度將嚴(yán)重影響注入水的流動(dòng)速度與流量，對(duì)示蹤劑曲線的見劑時(shí)間與曲線峰值大小具有重大影響。因此分別模擬了通道厚度為8、11、14、17、20 m，模擬結(jié)果表明，由于竄流通道儲(chǔ)集空間的原因，可以明顯看出大厚度下示蹤劑在平面上的運(yùn)移速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于小厚度，且隨著通道厚度的增加，見劑時(shí)間變長(zhǎng)、峰值減小、峰值時(shí)間變長(zhǎng)、曲線斜率減小。

2.3 儲(chǔ)層滲透率

在注入示蹤劑后，不同儲(chǔ)層滲透率將嚴(yán)重影響注入水的波及體積，進(jìn)而影響示蹤劑的擴(kuò)散運(yùn)移范圍，對(duì)見劑時(shí)間與曲線峰值大小具有重大影響。分別設(shè)置儲(chǔ)層滲透率分別為：0.55、0.75、0.95、1.15、1.35 mD，示蹤劑云圖顯示，由于儲(chǔ)層的高滲透率，造成示蹤劑向周圍擴(kuò)散強(qiáng)度更大；因此，可以明顯看出儲(chǔ)層高滲透率下示蹤劑向水平井井底的運(yùn)移速度略高于低滲透率。且隨著儲(chǔ)層滲透率的增加，見劑時(shí)間變長(zhǎng)、峰值減小、峰值時(shí)間變長(zhǎng)、曲線斜率減小。

2.4 后期注水速度

在注入示蹤劑后，后期注入水的速度決定著示蹤劑在竄流通道中的運(yùn)移速度，對(duì)見劑時(shí)間與曲線峰值大小具有重大影響。分別設(shè)置后期注水速度分別為：5、10、15、20、25、30 m3/d。示蹤劑云圖顯示，隨著后期注水速度的加強(qiáng)，加速推進(jìn)了示蹤劑的運(yùn)移速度，并擴(kuò)展了示蹤劑的波及面積，將會(huì)使得示蹤劑的累積產(chǎn)出量降低。且隨著儲(chǔ)層滲透率的增加，見劑時(shí)間變長(zhǎng)、峰值減小、峰值時(shí)間變長(zhǎng)、曲線斜率減小。

2.5 示蹤劑注入初始濃度

分別設(shè)置示蹤劑注入初始質(zhì)量濃度為分別為：31.58、41.58、51.58、61.58、71.58 g/L。在保持示蹤劑注入總量不變的情況下，改變注入示蹤劑的初始濃度對(duì)后期示蹤劑的產(chǎn)出曲線影響很小，基本可以忽略，因此示蹤劑注入初始濃度對(duì)示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線沒有影響，同樣各情況下的動(dòng)態(tài)參數(shù)也基本保持不變。

2.6 竄流通道長(zhǎng)度

設(shè)置其他參數(shù)保持不變，分別設(shè)置不同的竄流通道長(zhǎng)度為：200、300、400、500、600 m。竄流通道越近，示蹤劑見劑時(shí)間越早，擴(kuò)散范圍越大，并隨著竄流通道長(zhǎng)度的增加，示蹤劑見劑時(shí)間越晚、峰值時(shí)間越晚、峰值大小越小(擴(kuò)散與吸附越小)。

2.7 示蹤劑注入總量

設(shè)置其他參數(shù)與示蹤劑注入體積保持不變的情況下，分別設(shè)置不同的示蹤劑注入質(zhì)量濃度為：31.58、41.58、51.58、61.58、71.58 g/L。結(jié)果顯示，隨著示蹤劑注入量越大，運(yùn)移濃度增加，運(yùn)移速度并沒有變化，示蹤劑見劑時(shí)間與峰值時(shí)間都沒有發(fā)生變化，只是增加了示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線的峰值大小。

2.8 儲(chǔ)層孔隙度

在其他參數(shù)保持不變的情況下，分別設(shè)置不同的儲(chǔ)層孔隙度為：6.47%、8.47%、10.47%、12.47%、14.47%。模擬結(jié)果表明，儲(chǔ)層孔隙度越大，示蹤劑與含油飽和度的運(yùn)移速度越低，同時(shí)造成示蹤劑的濃度降低，示蹤劑見劑時(shí)間變晚、示蹤劑濃度峰值變小，同時(shí)峰值時(shí)間也變晚。

2.9 儲(chǔ)層含油飽和度

在其他參數(shù)保持不變的情況下，分別設(shè)置不同的儲(chǔ)層含油飽和度為：52.1%、49.1%、46.1%、43.1%、40.1%。模擬結(jié)果表明，儲(chǔ)層含油飽和度越大，注入水在竄流通道的竄流量減少，造成示蹤劑的運(yùn)移濃度越高，示蹤劑見劑時(shí)間與峰值時(shí)間都基本不變，只是峰值大小隨著含油飽和度的增加而增加。

2.10 注示蹤劑前儲(chǔ)層壓力

在其他參數(shù)保持不變的情況下，分別設(shè)置不同的儲(chǔ)層壓力為：3.39、4.39、5.39、6.39、7.39 MPa。模擬結(jié)果表明，儲(chǔ)層壓力對(duì)示蹤劑含油飽和度的運(yùn)移基本沒有影響。

各因素對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的影響規(guī)律如表3所示。儲(chǔ)層壓力與示蹤劑注入初始濃度對(duì)示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線的形態(tài)完全不影響，因此后面建立示蹤劑解釋模型時(shí)不考慮這兩個(gè)因素。對(duì)于示蹤劑注入總量與儲(chǔ)層含油飽和度只是影響示蹤劑的產(chǎn)出濃度曲線峰值大小，因此確定影響示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線形態(tài)的主要因素是：竄流通道突進(jìn)系數(shù)、竄流通道厚度、儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層孔隙度、后期注水速度以及竄流通道長(zhǎng)度。

表3 各因素影響規(guī)律統(tǒng)計(jì)表

3 水平井網(wǎng)井間多向示蹤監(jiān)測(cè)解釋模型建立

3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化

利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，建立各影響因素取值、示蹤劑曲線關(guān)鍵值與儲(chǔ)層相關(guān)參數(shù)的預(yù)測(cè)模型，最終得到示蹤劑監(jiān)測(cè)解釋模型。通過數(shù)值模擬軟件分別模擬不同的注入總量、注水速度、儲(chǔ)層含油飽和度、儲(chǔ)層孔隙度、儲(chǔ)層滲透率、通道厚度共計(jì)88組算例。通過B-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)88組樣本數(shù)據(jù)開展模型訓(xùn)練與學(xué)習(xí)。

網(wǎng)絡(luò)模型(見圖3)需要依據(jù)儲(chǔ)層的可視參數(shù)、施工參數(shù)與示蹤劑產(chǎn)出曲線綜合分析，進(jìn)而對(duì)井間的竄流通道參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。因此，確定模型的輸入?yún)?shù)主要由儲(chǔ)層可視參數(shù)：儲(chǔ)層厚度、儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層孔隙度以及儲(chǔ)層含油飽和度；施工參數(shù)：后期注水速度、示蹤劑注入總量；示蹤劑產(chǎn)出曲線相關(guān)參數(shù)：見劑時(shí)間、峰值時(shí)間、峰值大小以及產(chǎn)出濃度上升速度等組成。相對(duì)應(yīng)其輸出參數(shù)主要由竄流通道突進(jìn)系數(shù)、波及體積以及竄流速度(竄流通道長(zhǎng)度)組成。

圖3 網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)圖

該模型將基于儲(chǔ)層相關(guān)參數(shù)、施工相關(guān)參數(shù)以及示蹤劑產(chǎn)出曲線對(duì)井間的竄流通道突進(jìn)系數(shù)、波及體積以及竄流速度進(jìn)行預(yù)測(cè)模擬，構(gòu)成10個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，3個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)模型。分別對(duì)激活函數(shù)、訓(xùn)練函數(shù)以及學(xué)習(xí)率的調(diào)研和分析，對(duì)三個(gè)因素進(jìn)行全因素設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的相關(guān)度作為指標(biāo)，分別繪制不同激活函數(shù)下，不同學(xué)習(xí)率與訓(xùn)練函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)誤差圖，最終優(yōu)化結(jié)果為：激活函數(shù)為tan-sigmoid，學(xué)習(xí)率為0.4，訓(xùn)練函數(shù)為traingd。

3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立

根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代次數(shù)與均方誤差的關(guān)系，隨著迭代次數(shù)的增加，模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)的均方誤差越小，最終達(dá)到1.1×10-3，具有較好的預(yù)測(cè)精度；由目標(biāo)值與模型輸出值的回歸關(guān)系看出，擬合數(shù)據(jù)基本呈現(xiàn)一個(gè)沿45°角，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)基本相等。同時(shí)，相關(guān)系數(shù)為0.99354，表明擬合效果較佳。利用26個(gè)樣本數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行仿真測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

圖4 模型仿真測(cè)試結(jié)果

根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果，3個(gè)輸出參數(shù)的預(yù)測(cè)相關(guān)度都保持在80%以上，表明該模型具有較高的預(yù)測(cè)精度。同時(shí)對(duì)該模型進(jìn)行公式化，如式(1)所示。

(1)

式中，i代表隱含層輸出層節(jié)點(diǎn)序號(hào)；f(x)代表隱含層的激活函數(shù)tan-sigmoid函數(shù)；w1jl代表輸入層到隱含層節(jié)點(diǎn)的權(quán)值；w2ij代表隱含層到每個(gè)輸出層節(jié)點(diǎn)的權(quán)值；θi代表隱含層到輸出層每個(gè)節(jié)點(diǎn)的閾值；g(x)函數(shù)為輸出層神經(jīng)元的激活函數(shù)purlin，xl代表輸入矩陣，yi代表輸出矩陣，具體如下。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

YP2區(qū)塊周圍共有油井?dāng)?shù)為52口，通過示蹤劑監(jiān)測(cè)表明，主要有7口井見劑，說明竄流通道主要分布于這7口井之間。結(jié)合7口井示蹤劑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果及該區(qū)塊物性數(shù)據(jù)，應(yīng)用B-P神經(jīng)建立的示蹤劑解釋模型對(duì)這7口井的竄流通道參數(shù)計(jì)算如表4所示。竄流通道的突進(jìn)系數(shù)與流動(dòng)速度主要表征注入流體在通道內(nèi)流動(dòng)的能力，突進(jìn)系數(shù)越大，流動(dòng)能力越強(qiáng)。因此，當(dāng)注入井周圍存在多條竄流通道時(shí)，進(jìn)行單段塞的注入調(diào)堵劑難以封堵所有竄流通道。因?yàn)楦魍ǖ劳贿M(jìn)系數(shù)不一，調(diào)堵劑總是會(huì)沿著突進(jìn)系數(shù)較大的方向進(jìn)行快速竄流，而對(duì)于突進(jìn)系數(shù)相對(duì)較小的通道，一直得不到封堵?；诖耍谑┕ぶ?，應(yīng)該根據(jù)注水井周圍竄流通道的個(gè)數(shù)與突進(jìn)系數(shù)大小，進(jìn)行分級(jí)、多段塞的注入。在分級(jí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合總波及體積，計(jì)算封堵劑用量如表5所示。通過對(duì)YP2注入封堵劑，姚平2井的壓降曲線從封堵前的零壓狀態(tài)先抬升到 5.2 MPa，再繼續(xù)抬升到穩(wěn)定后 6.5 MPa，表明該封堵有效，如圖5所示。之后，繼續(xù)采用注水開發(fā)，該井區(qū)受益油井?dāng)?shù)22口，均日產(chǎn)液 18.77 m3，日產(chǎn)油 8.48 t，含水46.83%，增油幅度達(dá)到110%。

表4 竄流通道參數(shù)解釋結(jié)果

表5 姚平2井組突進(jìn)分級(jí)表

圖5 不同封堵階段YP2壓降曲線

5 結(jié)論

1)通過對(duì)各影響因素的分析，得出儲(chǔ)層壓力與示蹤劑注入初始濃度對(duì)示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線的形態(tài)完全不影響，對(duì)于示蹤劑注入總量與儲(chǔ)層含油飽和度只是影響示蹤劑的產(chǎn)出濃度曲線峰值大小，而影響示蹤劑產(chǎn)出濃度曲線形態(tài)的因素主要有：竄流通道突進(jìn)系數(shù)、竄流通道厚度、儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層孔隙度、后期注水速度以及竄流通道長(zhǎng)度。

2)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出參數(shù)確定與網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)，建立了示蹤劑監(jiān)測(cè)解釋模型；根據(jù)模型測(cè)試預(yù)測(cè)結(jié)果，3個(gè)輸出參數(shù)的預(yù)測(cè)相關(guān)度都保持在80%以上，表明該模型具有較高的預(yù)測(cè)精度。