优势渗流通道的试井解释方法研究

刘 洪

(中国石油冀东油田分公司，河北唐山 063004)

优势渗流通道的试井解释方法研究

刘 洪

(中国石油冀东油田分公司，河北唐山 063004)

复杂断块油藏水驱开发极易形成优势渗流通道，造成油井很快见水。识别优势渗流通道主要手段是测井对比、岩心分析、压降测试等，目前的优势渗流通道识别试井解释模型无法适应现场需求。通过分析优势渗流通道基本形态，建立了优势渗流通道试井模型；通过有限差分法对模型进行离散求解，绘制了井底压力及压力导数双对数曲线试井解释图版。优势渗流通道试井响应主要有通道径向流和线性流两段，分析了通道渗透率、储容比、宽度等参数对优势渗流通道试井响应的影响，最后利用建立的双对数曲线图版对高尚堡油田一口井压降测试资料进行了解释，曲线吻合效果较好，该方法可以作为优势渗流通道试井识别方法进行推广应用。

优势渗流通道；大孔道；试井解释；复杂断块油藏

1 研究背景

优势渗流通道是指河道砂岩储层由于渗透率的差异性，加上油水的重力分异作用，造成油田开发注入水优先沿河道砂岩主体带底部向油井突进，并且在长期注水冲刷条件下，逐渐形成油水井间相互连通的高渗透强水洗通道[1]。优势渗流通道的存在，导致了油田采收率低下，油井快速水淹。油层渗透率、岩石胶结程度、开采速度、原油黏度是影响优势渗流通道形成的几大因素[2]。在实际情况下，渗透率较低的油藏，出砂微粒浓度在达到峰值浓度前就发生了堵塞，胶结疏松且渗透率较高的砂岩在强注强采的开发方案下更容易形成大孔道[3]。

现有的测井识别大孔道的方法主要分为两大类：一类是利用水淹层测井响应特征——“电极曲线幅度和幅度差大幅降低，电阻率大幅下降，自然电位曲线幅度略微上升”定性识别大孔道[4-5]；另一类是通过拟合井间示踪测井曲线反演地层参数，定量描述大孔道。测井识别大孔道的方法原理简单，较易实施，但受井眼环境因素的影响，测井资料可靠性存在不确定性。取心资料是识别大孔道的第一手资料，储层岩心取出后，观察岩性、颜色、含油性孔道地层岩心一般呈白色，冲洗得较干净，结合其韵律性可基本判断大孔道分布位置及厚度[6-7]。但准确描述注水前后储层变化需要大量岩心资料，高昂的取心费用决定了用取心资料识别大孔道不够现实。优势渗流通道最敏感的开发参数就是压力和产量，压降测试资料用来识别优势渗流通道已有相关研究。史有刚、曾庆辉等通过线性流模型给出了诊断大孔道的方法，并给出了典型曲线分析方法和界定大孔道存在的标准[8-9]。杨士荣采用试井压降测试方法，研究通过注水后渗透率在压降双对数曲线图上的变化特征了解地层渗透率的变化情况[10]。大孔道的试井理论解释模型不完善，以注水井口压降双对数曲线拟合、水力探测等试井理论为基础的大孔道识别方法大都建立在水平、等厚、各向同性的均质弹性孔隙介质等理想模型基础上，与真实储层相差甚远，因此试井理论识别大孔道的方法精度不够高，需要进一步寻找新的解释模型。

2 优势渗流通道的试井模型

根据优势渗流通道的平面展布特征，可以建立优势渗流通道简化物理模型(图1)，模型特征如下：有限边界层状油藏，厚度处处相等，油藏中存在一窄长优势渗流通道条带，条带上渗透率和孔隙度远高于条带外；流体微可压缩，不考虑毛管力的影响；条带上有一口注水井以日注量Q进行注水，建立了试井解释模型研究优势渗流通道试井响应特征。

图1 优势渗流物理模型示意图

优势渗流通道渗流方程：

(1)

优势渗流通道外渗流方程：

(2)

初始条件：

pf(x,y,t=0)=pm(x,y,t=0)=pi

(3)

内边界条件(井位于高渗条带)：

(4)

封闭外边界条件：

(5)

井所在网格折算半径计算公式：

(6)

有效半径计算公式：

rwe=rwe-s

(7)

采用常用无因次变量对模型进行无因次化,得到无因次模型如下：

(8)

(9)

pfD(xD,yD,tD=0)=pmD(xD,yD,tD=0)=0

(10)

(11)

(12)

3 模型求解

采用有限差分法对模型进行离散得到数值模型，得到网格压力的五对角线性方程组，可以采用共轭梯度法进行求解：

(13)

对于封闭外边界处，对应网格界面系数取0。而优势渗流通道与储层界面处渗透率按调和平均数计算。对于内边界，井筒所在网格按下面公式修正：

(14)

(15)

变量说明：Pi——原始地层压力，MPa；Pwl——井所在网格地层压力，MPa；Pm——优势渗流通道条带外地层压力，MPa；Pf——优势渗流通道条带内地层压力，MPa；km——优势渗流通道条带外地层渗透率，μm2；kf——优势渗流通道条带内地层渗透率，μm2；φm——优势渗流通道条带外地层孔隙度；φf——优势渗流通道条带内地层孔隙度；Cm——优势渗流通道条带外地层综合压缩系数，MPa-1；Cf——优势渗流通道条带内地层综合压缩系数，MPa-1；μ——流体黏度，mPa·s；h——地层厚度，m；Pw——井筒流压，MPa；rl——井所在网格折算半径，m；rwe——有效半径，m；B——流体体积系数，m3/m3；C——井储系数，m3/MPa；n——垂直边界法向量；△x，△y——网格步长，m；t——测试时间，d；rw——井筒半径，m；Γ——外边界；S——表皮系数；κ——渗透率比值；△tD——时间步长。

4 优势渗流通道试井模型解释图版

调整模型参数，对计算的井底压力绘制压力和压力导数双对数曲线。识别优势渗流通道模型双对数曲线一共分四段：早期井储表皮段、优势渗流通道径向流段、优势渗流通道线性流段、外边界响应段。早期井储表皮段主要受井储系数和表皮系数控制，优势渗流通道径向流段受渗流通道宽度影响，线性流段受控于优势渗流通道长度，对于注水开发油藏，优势渗流通道形成后，长度一般都延伸到油井甚至更远，外边界响应段受控于油藏面积大小。

图2给出了不同κ值对优势渗流通道试井模型井底压力双对数曲线的影响，优势渗流通道形成后，水洗渗透率越来越大，因此早期段过后，导数曲线下凹越来越深，相比渗流通道外储层渗透率差异越来越大，导致线性流动段越来越明显。

图2 渗透率比值对双对数曲线的影响

图3给出了不同ωf值对优势渗流通道试井模型井底压力双对数曲线的影响。储容比ωf大小反映的是优势渗流通道孔隙度变化程度，储容比为0.5意味着优势渗流通道孔隙度与通道外一致，储容比越大，近井地带流体从优势渗流通道流向井筒比例越大，通道外流入通道所占比例越少，压力通过渗流通道传播更远，因此线性流段和外边界更早出现。

图3 储容比对双对数曲线的影响

图4给出了优势渗流通道宽度对优势渗流通道试井模型井底压力双对数曲线的影响。优势渗流通道宽度越大，通道更容易形成径向流。同时通道越大，相同时间内压力波及区通道占面积越大，由于通道内渗透率高于通道外地层，双对数曲线上反映出地层平均渗透率更大，曲线下凹越深。

图4 优势通道宽度对双对数曲线的影响

5 现场应用

G5X1为高深北区高5断块的一口注水井，吸水剖面显示吸水不均匀，单层突进严重。2013年7月2日进行了一次压降测试，分析求得的该测试层地层流动系数0.01436 μm2·m/(mPa·s)，地层产能系数0.00434 μm2·m，有效渗透率1.61×10-3μm2。各项参数均反映储层物性一般，属于中低渗储层；综合表皮系数-0.75，表明井筒附近地层呈完善特征。但2013年7月19日又进行了一次压降测试，求得的该测试层地层流动系数0.0207 μm2·m/(mPa·s)，地层产能系数0.07053 μm2·m，有效渗透率9×10-3μm2。两次测试相隔不久，但解释渗透率差别很大，分析可能注水形成优势渗流通道，对7月19日压降测试资料采用优势渗流通道解释图版进行解释(图5)，模型解释参数为：κ=8.5，L=6 m，ωf=0.54，曲线吻合效果较好。

图5 G5X1井双对数拟合效果

6 结论

(1)调研了优势渗流通道试井识别方法现状，分析了优势渗流通道渗流特征，建立了优势渗流通道试井数学模型。

(2)对数学模型采用有限差分法求解，得到了井底压力，绘制了不同渗透率比值、储容比、通道宽度等参数井底压力双对数曲线图版，分析了渗透率比值、储容比、通道宽度等参数对双对数曲线的影响。

(3)使用建立的识别优势渗流通道试井解释图版对G5X1井进行了解释，曲线拟合效果较好，得到了优势渗流通道解释参数，该技术是优势渗流通道乃至流动单元动态研究的一个良好辅助。

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[3] 尤启东,陆先亮,栾志安,等.疏松砂岩中微粒迁移问题的研究[J].石油勘探与开发,2004,31(6): 104-108.

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编辑：吴官生

1673-8217(2015)02-0098-04

2014-11-10

刘洪，工程师，1981年生，2003年毕业于江汉石油学院信息与计算科学专业，2012年毕业于长江大学油气田开发工程专业，获博士学位，现从事油气田开发方面工作。

国家重大专项基金项目“渤海湾盆地黄骅坳陷滩海开发技术”(2011ZX05050)示范工程。

TE312 文献识别码：A