牛圈湖区块西山窑组油藏含水上升规律及控水对策研究

潘有军，徐赢，吴美娥，张中劲

牛圈湖区块西山窑组油藏含水上升规律及控水对策研究

潘有军，徐赢，吴美娥，张中劲

（中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院，新疆哈密839009）

针对牛圈湖区块西山窑组油藏含水上升过快已严重制约油田稳产的问题，通过相渗曲线法、模型预测法、图版法和水驱特征曲线法分区进行含水上升规律研究，得出了各区块含水率随采出程度的变化规律及含水率预测模型，并分别与实际含水上升规律进行了对比与分析，优选出了适合各区块的含水率预测方法。分析了单井的含水上升规律，并依据见水井含水变化特征，划分出5种含水上升类型，剖析了不同含水上升类型的开发特征及产生机理，并提出了相应的治理技术对策，为牛圈湖区块有效开发提供了依据。

：含水上升类型；含水上升规律；含水率预测；治理对策；牛圈湖区块

0 引言

牛圈湖区块西山窑组油藏（J2χ）构造为近东西向展布的宽缓背斜，南北两翼受逆断层夹持。储层为低孔、特低渗型，地温梯度为2.09℃/100 m，压力系数为0.750～0.865，属于低温异常低压油藏［1］。依据储层物性特征，将研究区划分为南区、东区和北区3个区块（图1）。其中南区储层物性和含油性最好，平均有效厚度8 m，孔隙度15.3%，渗透率4.83 mD，含油饱和度57%，地层原油黏度13.9 mPa·s；东区次之，储层平均有效厚度11.3 m，孔隙度13.7%，渗透率3.38 mD，含油饱和度52%，地层原油黏度20 mPa·s；北区储层条件差，平均有效厚度6.8 m，孔隙度12.1%，渗透率1.12 mD，含油饱和度49%，地层原油黏度26.6 mPa·s。

图1 牛圈湖区块西山窑组油藏渗透率平面分布图Fig.1Pemeability distribution of reservoir of Xishanyao Formation in Niuquanhu block

牛圈湖区块为超前注水开发，由于初期高强度注水，导致部分井水淹（尤其北区水淹严重），初期含水上升速度快，严重影响了开发效果，而且各区呈现不同的含水上升特征（北区出现了特有的“Γ”型特征）。我国在50年代着手对水驱开发油田含水上升规律进行研究，提出了许多含水率预测方法，依据其特性可大致分为4种：相渗曲线法、模型预测法、图版法和水驱特征曲线法［2-4］。笔者首先剖析单井的含水变化规律，然后分别利用上述4种方法分区进行含水上升规律的研究和对比，得出适合各区的含水预测方法，最后提出对各种含水上升类型的井进行分类治理的技术对策，为油田开发调整、控水稳油以及减缓产量递减提供科学依据。

1 含水特征分析

1.1 含水现状

截至2013年12月底，牛圈湖区块共开井298口，其中油井175口，注水井123口，综合含水率49%，采油速度1.21%，采出程度3.27%。

目前牛圈湖区块中、高含水井比例大，含水率大于60%的井占43.1%。其中北区中、高含水井比例大，含水率大于60%的井占57.4%，含水率大于90%的井占48.1%。

1.2 含水上升特征

根据万吉业驱替系列［5］，含水率与采出程度关系曲线基本上可采用5种形式表示，即“凸”型、“凹”型、“S”型、“凸-S”型和“S-凹”型。

牛圈湖区块含水率与采出程度关系理论曲线呈典型的“凸-S”型特征，而实际含水上升曲线则呈现“Γ”型特征（图2），初期含水上升过快，目前含水处于稳定阶段，开发效果逐渐转好。

图2 牛圈湖区块含水率与采出程度关系曲线Fig.2Relationship between water cut and degree of reserve recovery in Niuquanhu block

油田的开发效果集中反映在对单井开采有效控制等方面，为此，重点分析了单井的含水上升规律。通过对牛圈湖区块107口油井进行综合分析，将该区含水上升划分为“直线”型［6］、“凸”型、“凸-S”型、“S”型和“S-凹”型共5种类型（表1），比万吉业驱替系列多了一种“直线”型，因开发时间较短，尚未发现含水上升呈“凹”型的井。从表1可看出，含水上升以“直线”型居多（46口），占分析井的43%，其次为“凸”型（23口），占分析井的21.5%；在牛圈湖北区“直线”型和“凸”型这2种含水上升类型的井均最多，分别占84.8%和73.9%。

表1 牛圈湖各区块含水上升类型统计Table 1Statistics of water cut rising types in Niuquanhu block

2 含水上升规律研究

2.1 相渗曲线法

文献［7］根据油水两相渗透率Corey表达式，推导出了含水率与可采储量采出程度的关系式，即

式中：fw为含水率，%；M为水油流度比；nw为水相指数；no为油相指数；ρw为地层水密度，g/cm3；Rf为可采储量采出程度，%；ρo为地层原油密度，g/cm3。

通过转化，可得出含水率与地质储量采出程度的关系式，即

式中：R为地质储量采出程度，%；ER为最终采收率，%。

牛圈湖北区、南区、东区以及全区的水相指数分别为1.849 6，1.133 1，1.476 1和1.483 0，油相指数分别为1.989 6，1.759 0，1.540 9和1.738 2。将以上值带入式（2），得出南区和东区含水率与地质储量采出程度的关系曲线（图3）。

图3牛圈湖南区与东区含水率与采出程度关系曲线Fig.3Relationship between water cut and degree of reserve recovery in the southern district and eastern district of Niuquanhu block

2.2 模型预测法

2.2.1 Logistic模型

Logistic回归模型主要是用来对多因素影响的事件进行概率预测，它是普通多元线性回归模型的进一步扩展，是非线性模型，其表达式［8］为

式中：t为开发时间，mon或a；A2为极限含水率，%；A1，X0和p均为拟合参数。

通过与实际含水上升进行拟合，分别得出牛圈湖南区和东区Logistic模型的表达式分别为

根据式（4），对牛圈湖南区含水率进行了预测（图4）。

图4 牛圈湖南区含水率预测Fig.4Water cut prediction in the southern district of Niuquanhu block

2.2.2 万吉业模型

万吉业［5］从油层物理相对渗透率概念引导出驱替系列概念以及5种类型的驱替特征曲线，其表达式分别为

式（6）～（10）中：a和b分别为各类驱替特征曲线在线性坐标图上的直线段截点和斜率。

通过对上述5种驱替系列公式的拟合对比，牛圈湖南区含水上升符合“凸-S”型特征，东区含水上升符合“凸”型特征，拟合得到的关系式分别为

2.3 图版法

对于任何一个油藏，在注水开发的过程中，油水黏度比会影响阶段含水率和含水上升率，而含水率与采出程度之间存在一定的内在联系［5-7］。按照童宪章推导出的水驱曲线关系［9］，含水率与采出程度的关系大致呈一条“S”型曲线，该关系式为

文献［9］将上述童氏标准曲线公式修改为

其中

因此，对于不同的ER值，可根据式（15）和式（16）求出c与a的值，再按照式（14）得出含水率与采出程度的关系图版（图5）。

图5 牛圈湖各区块含水率与采出程度理论与实际关系曲线Fig.5Theoretical and actual curves of relation between water cut and degree of reserve recovery in Niuquanhu block

从图5可看出：牛圈湖北区投产初期即高含水，开发效果较差，目前含水处于稳定阶段；南区初期含水上升快，沿着理论采收率18%这条曲线上升，通过调剖、井网完善及注水调控等措施，后期含水沿着理论采收率24%这条曲线上升，开发效果逐渐变好；东区开发效果较好，含水上升比较平缓，沿着理论采收率24%这条曲线上升。

2.4 水驱特征曲线法

通过文献［10］近20种水驱特征曲线方程与生产实际拟合，发现牛圈湖南区采用乙型校正水驱特征曲线拟合程度高，北区采用双对数水驱特征曲线拟合程度高，由此得出的含水率与采出程度关系曲线如图6所示。

乙型校正水驱特征曲线为

其R-fw关系式为

利用乙型校正水驱特征曲线对牛圈湖南区生产数据进行拟合，得到该区R-fw关系式为

图6 牛圈湖南区与北区含水率与采出程度关系曲线Fig.6Relationship between water cut and degree of reserve recovery in the southern district and northern district of Niuquanhu block

双对数水驱特征曲线为

其R-fw关系式为

利用双对数水驱特征曲线对牛圈湖北区生产数据进行拟合，得到该区R-fw关系式为

式（17）～（22）中：N为地质储量，104m3；Lp为累积产液量，104m3；Np为累积产油量，104m3；Wp为累积产水量，104m3；a，b，C均为待定参数。

2.5 含水率预测对比与分析

从上述分析研究可以得出：牛圈湖南区利用上述几种方法预测的含水率总体比较一致，通过对比，并结合目前含水率变化趋势来看，推荐使用童氏校正图版法预测含水率（表2）；北区含水上升呈现“Γ”型特征，无论是运用图版法还是模型预测法均无法进行拟合，目前只能运用双对数水驱特征曲线法并结合产量递减进行含水率预测（参见图6）；东区虽然通过万吉业模型和童氏校正图版法得出的含水率和采出程度关系与实际拟合较好，但由于该区产量处于上升阶段，产量预测困难，目前只能运用Logistic模型进行含水率预测（参见图4）。

综上所述，相渗曲线法其准确性与所选的相渗曲线是否能够代表整个区块有关，因为它没有考虑到油藏的实际生产动态，因此一般只作为理论分析；水驱特征曲线法一般用于含水达到一定阶段，出现直线段后的分析，常用于油田开发中、后期；图版法和模型预测法主要用于初期投入开发的油藏。

表2 牛圈湖南区含水率预测对比Table 2The contrast of water cut prediction in the southern district of Niuquanhu block

3 含水控制方法及对策

为了加快油井见效速度，牛圈湖区块开发初期注水井采用微超破压注水，且油井采用压裂投产，加剧了平面矛盾，造成地层压力恢复平面不均衡，导致投产后见水井比例大，含水上升速度快。根据统计，牛圈湖区块目前含水上升呈“直线”型、“凸”型和“凸-S”型的井产水量占总产水量的60.2%，而产油量仅占总产油量的8.1%，致使区块含水上升过快，因此，治理这3种类型高含水井是该区控水稳油的关键。

牛圈湖南区通过执行温和注水政策、持续有效的注水调控及多轮次化学调剖等手段，改善了注水开发效果，控制了自然递减。为此，对牛圈湖区块制定了“控压力、小水量、低强度、短周期”的温和注水技术政策，具体为［1，11］：①避射油干层，水井分段注水；②吸水强度控制在1.5～3.0 m3/d·m，单井配注15～25m3/d；③建产区实施控制超破压及小水量超前注水技术，初期单井配注30 m3/d；④新井地层压力系数提高到1.0（原始压力的130%）进行压裂投产。

油田开发到现阶段，制定一个总的控水对策固然很重要，但更为关键的是，要结合地质与生产动态特征，制定出单井的分类治理技术对策。通过对牛圈湖区块5种含水上升类型的井进行具体分析，结合区块含水现状，提出了对各种含水上升类型的井实施如下分类控水的具体对策［6，12-13］。

（1）“直线”型。其特征为：投产即高含水，含水率与采出程度关系曲线呈直线。这类井主要是由于周围水井超前高强度注水导致水淹造成。采取的对策主要为：①继续实施“排、关、间”开发对策，即对高产液高含水井排采，对应注水井关井和间注，充分发挥毛管压力作用，促使地下油水关系和压力场重新分布；②化学降黏，寻找合适驱替介质。

（2）“凸”和“凸-S”型。其产生机理为［4，13-14］：①储层物性差，非均质性强，平、剖面矛盾突出，注水突进造成水淹；②存在优势渗流通道，水驱状况差，单向水淹；③注水强度大，水线突进造成水淹。采取的对策为：①周期注水、调剖；②完善注采井网；③分层注水，调控、强化其他方向；④化学降黏，寻找合适驱替介质。

（3）“S”型。其产生机理为：①油井处于良好的水驱状态，可能有见水方向，但该见水方向液量不占主导地位（一般小于30%）；②多为单向见水，但周围水井驱替强度控制比较合理，油层平面受效相对均衡，未产生大的方向性驱替差异。采取的对策为：①及时分析，预先调控；②完善注采井网，增加水驱方向。

（4）“S-凹”型。其产生机理为：①和“S”型相似，前期控制较好，含水上升慢；②见水方向为主力产液受效方向，水驱前缘突破后，含水大幅度上升。采取的对策主要是及时分析，预先调控。

4 结论

（1）牛圈湖南区通过几种方法预测的含水率总体比较一致，从目前含水变化趋势来看，推荐使用童氏校正图版法预测含水率；东区目前只能使用Logistic模型进行分年含水率预测；北区则运用双对数水驱特征曲线并结合产量递减进行预测。

（2）相渗曲线法没有考虑到油藏的实际生产动态，一般只作为理论分析；水驱特征曲线法一般用于含水达到一定阶段，出现直线段后的分析，常用于油田开发中、后期；图版法、模型预测法主要用于初期投入开发的油藏。

（3）牛圈湖区块含水上升呈“直线”型、“凸”型和“凸-S”型井产水量占总产水量的60.2%，而产油量仅占总产油量的8.1%，致使该区含水上升过快，因此对这3种类型高含水井进行分类治理是该区控水稳油的关键。

（4）牛圈湖区块含水上升过快是强注所致，因此，低渗透低压油藏实施超前注水必须克服前期强注行为，严格控制超破压注水，对于非均质性强的油藏更是如此。正确处理好短期效果与长期效果的矛盾，才能真正实现控水稳油的目标。

（5）牛圈湖区块通过制定“控压力、小水量、低强度、短周期”的温和注水技术政策，并结合化学调剖和井网完善等治理技术对策，使含水上升得到了控制，开发形势逐渐转好，为同类油藏开发提供了借鉴。

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（本文编辑：王会玲）

图版Ⅰ说明：1.白云石主要呈暗红色—橘红色，少量白云石内生长环带呈橘红色，菱形状外生长环带呈橘黄色，单偏光，40倍；2.嵌晶状晶粒结构微晶白云岩内发育2期裂隙，方解石充填裂隙，单偏光，40倍；3.视域同（2），方解石充填裂隙呈橘黄色，裂缝边缘半自形白云石呈棕褐色；4.白云岩不等粒结构及白云石的雾心亮边结构，单偏光，40倍；5.残余粒屑结构及晶粒结构，残余粒屑由藻屑、内碎屑、生屑等构成，均由白云石充填，单偏光，40倍；6.粒屑边缘泥晶白云岩和少许重结晶白云岩呈暗红色，残余粒屑以橘红色为主，单偏光，40倍

（本文编辑：杨琦）

Water cut rising rules and water control countermeasures of reservoir of Xishanyao Formation in Niuquanhu block

PAN Youjun，XU Ying，WU Mei’e，ZHANG Zhongjin
（Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Tuha Oilfield Company，Hami 839009，Xinjiang，China）

Too rapid rising of water cut in Niuquanhu block has seriously restricted the stable oil production.Based on relative permeability curves,model prediction,plate method,water drive curve method,this paper studied water cut rising rule,obtained the recovery of each block changes with water cut and the water cut forecasting model,and compared with the actual water cut rising,finally optimized suitable method for the prediction of water cut in each block.The water cut rising rule of single well was analyzed.According to water cut change characteristics,we divided water cut rising into 5 types,analyzed the development features and formation mechanism of each type of water cur rising,and proposed corresponding technical countermeasures,which provides references for the effective development in Niuquanhu block.

water cut risingtypes；water cut risingrules；water cut prediction；control countermeasures；Niuquanhu block

TE341

：A

2014-03-09；

2014-04-18

中国石油天然气股份有限公司项目“牛圈湖特低渗低流度复杂油藏有效开发配套技术研究与试验”（编号：2009D-1503-08）资助

潘有军（1984-），男，工程师，从事油气田开发方面的研究工作。地址：（839009）新疆哈密石油基地勘探开发研究院。电话：（0902）2770404。E-mail：yjypyj@petrochina.com.cn。

1673-8926（2014）05-0113-06