特高含水期厚油层动用状况及注水无效循环对开发效果影响分析

管错，石成方，王继强，胡水清

(中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

王鸣川

(中国石化勘探开发研究院，北京 100083)



特高含水期厚油层动用状况及注水无效循环对开发效果影响分析

管错，石成方，王继强，胡水清

(中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

王鸣川

(中国石化勘探开发研究院，北京 100083)

利用有效介质电阻率模型求取的含水饱和度以及储层参数解释模型求取的束缚水饱和度，确定出细分储层驱替状况的依据——驱油效率，并给出厚油层内部划分出4个不同驱替效率分区的驱替效率界限。基于北三西区块某油田正韵律厚油层物性特征建立油藏地质概念模型，利用数值模拟方法研究厚油层整个开发过程中的驱替状况，精细化分析了整个开发过程中特别是进入特高含水期后，厚油层内部驱替状况的差异性。通过利用数理统计的方法，得出开发过程中各个驱替分区的区域范围、过水量以及产油量随含水率上升的变化状况，判断无效注水循环出现的时机。基于数值模拟结果和实际统计数据，针对无效水循环对储层开发效果的影响进行了分析，得出无效水循环对油田开发效果的影响主要体现在抑制低渗透层、稀释有效产出层以及油田开发成本巨大3个方面。

特高含水；正韵律厚油层；注水开发；无效循环；驱替分区

油田开发的目标是在经济界限允许的范围之内，最大限度地提高目的层的采出程度，而油田开发后期随着注入水无效循环状况的出现，制约了油层采出程度的进一步提高[1]，因此，无效水循环是特高含水期油田开发的主要矛盾。前人对特高含水期无效水循环进行了大量研究，针对优势通道发育及无效水循环状况研究取得了很多有意义的成果[2～5]，但对优势通道规模以及注入水无效循环研究的定量化程度不够，因而有必要对特高含水期厚油层内部的无效水循环状况及其对剩余油动用状况的影响进行定量化精细研究。笔者以北三西区块某油田正韵律厚油层地质特征及开发特点为原型，建立了非均质油藏地质概念模型，并用数值模拟技术结合该文所制定的驱替效率[6～8]界限，分析了厚油层内部驱替状况。通过数值模拟与实际测试资料的相互印证，探索了无效水循环对油田开发的不利影响。笔者的研究为特高含水期厚油层无效水循环治理及剩余油挖潜提供了依据。

1　厚油层内部驱替状况分析

1.1无效循环时的含水率及驱替效率界限

利用有效介质电阻率模型[9，10]求取的含水饱和度以及储层参数解释模型求取的束缚水饱和度，可以确定细分储层的驱油效率。驱油效率的定义式为：

(1)

式中：η为驱油效率，1；Sw为含水饱和度，1；Swi为原始含水饱和度，1。

应用大庆长垣喇萨杏油田的检331井、中丁3-检09井、中检4-24井、中检4-8井、中检7-3井、南2-丁1-检430井、杏5-丁2-检P928井、北2-350-检45井等8口检查井的15个具有单层试油资料的厚层数据计算出厚层总驱油效率，与单层试油数据统计回归(见图1)。

拟合出如下的η-Fw关系式：

(2)

图1　驱油效率与试油含水率统计关系图

式中：Fw为含水率，1。

式(2)定量描述了驱油效率η和含水率Fw间的统计关系，适用于厚油层及内部细分层的水淹层测井解释要求，从而进一步完善了水淹层测井解释方法。由于模型的建立是在检查井和油藏实际单层试油资料及室内岩石渗流试验基础上，所以具有较强的实用性。

以含水率98%为界限，确定无效循环层的驱替效率为66%。在此界限的基础上，将储层按照驱替效率的不同划分为不同的驱替分区，称驱替效率大于66%的区域为无效

表1　驱替程度分区标准

循环区，由于该区域的含水率大于了经济极限含水率，可认为区域中注入水处于无效循环状态。

为了便于详细地对储层中不同驱替状态的差异性进行精细化描述，以驱替效率30%为界限，将驱替效率低于66%的动用部分划为2个区间，分别称驱替效率在0～30%与30%～66%之间的区域为低驱替效率区与中驱替效率区，未动用区域即驱油效率为0的区域为死油区。作出驱替程度分区标准，结果见表1。

图2　相对渗透率曲线

1.2油藏地质概念模型的建立

为了研究无效水循环对油田开发状况的影响，以北三西区块实际物性为依据，建立正韵律均质地质模型，模型大小为500m×500m×6m，平面与纵向网格尺寸分布为5、0.6m。模型中平面为均质，纵向上为正韵律；渗透率100～1500mD，孔隙度0.21～0.30。

流体高压物性采用北三西区块数据，相对渗透率曲线如图2，储层及流体物性见表2。

表2　油层物性表

图3　驱替效率累积分布图

采用一注四采五点井网，用数值模拟软件Eclipse进行生产模拟，至生产井含水率到达98%时，分析注采井井间各参数分布与变化状况。

1.3油层中驱替效率累积分布状况

利用数值模拟软件后处理功能计算出各个网格块的驱替效率，统计分析生产井生产过程中在不同含水率时模型内部的驱油效率累积分布状况(图3)。

由图3可知，同一含水阶段油层各个部位的驱替效率是不同的，不同含水阶段同一部位的驱替效率分布也不同。在整个开发过程中，油层各个部位驱替程度的差别始终存在。实际生产实践中油田开发进入特高含水期之后，特别是随着水流优势通道中无效水循环的出现，虽然注入水波及程度已经达到较高水平，但是由于受开发和地质等多个方面的限制，储层中不同部位的驱替效率分布状况的差异性更为明显，至生产井含水率达到经济极限时，驱替效率分布状况的差异性使得注入水波及范围内区域的驱油效率并不能都达到给定的常数值。而对于采收率的计算，应该用储层中的平均驱替效率来代替驱油效率。这就说明，不但扩大波及体积可以提高采收率，而且缩小驱替效率的差异、使无效循环层和部位不断退出，同样可以提高采收率。

图4　各个驱替分区大小随含水率变化曲线

1.4不同驱替效率分区的变化状况

利用笔者所定的出现注入水无效循环时的含水饱和度及驱油效率界限，选取五点井网其中的一个注采单元，统计该单元内部各个驱替分区范围随着生产井含水率上升的变化状况。

从图4可以看出，在生产井含水率到达90%之前，随着含水率上升，储层中未动用的部位即死油区部分逐渐减少，中驱替效率区逐渐增大，并且成为储层中主要的驱替状态。当含水率在90%左右时候，中驱替效率区达到最大，与此同时，无效循环区开始出现。此后，中驱替效率区开始减小，而无效循环区范围迅速增加，当生产井含水率到达98%时，未动用的死油区和低驱替效率区的范围之和在20%，而无效循环区范围可达30%左右。即厚油层内部有将近30%的区域存在无效循环。一旦出现无效循环，无效循环区范围迅速增大

1.5不同驱替效率分区内过水量及过油量变化状况

随着注水开发的进行，注采井间靠近注水井井底的区域驱替效率首先达到66%以上，采油井井底附近驱替效率生产井含水率的上升逐渐增大，在该次模拟中，当采油井井底最下层网格的驱油效率达到66%时，即认为注采井间形成了注入水无效循环。利用数值模拟软件Eclipse中关键字CWFR和COFR分别统计不同含水率下经由无效循环区、中驱替效率区和低驱替效率区的网格流入井底的水量和油量占油井总产水量及总产油量的比例。

表3　各区域过水量所占比例随含水率上升变化

表4　各区域过油量所占比例随含水率上升变化

由表3、表4可以看出，随着含水率上升，低驱替效率区的过水量逐渐减少，而中驱替效率区过水量则对应增加，当油井含水率上升到90%左右时，此时注入水无效循环开始出现，中驱替效率区的过水量迅速减少，无效循环区过水量超过20%且开始迅速增加。但与此同时，从无效循环区所过的油量却不足1%，大量的注入水处于无效循环状态。到生产井含水率到达98%时，无效注水循环量可占总水量的78%左右。

总体上来说，特高含水期之后随着无效循环区的出现，大量的注入水在无效循环区进行无效循环，并且由于无效循环的存在，使得低驱替效率区的产液量大大减少，最终将会有将近20%左右的剩余油难以得到有效动用。

2　无效水循环的影响

2.1无效水循环抑制低渗储层

由喇嘛甸油田基础井网厚油层层内吸水状况变化表(表5)可知，喇嘛甸油田厚油层主要吸水段占吸水层厚度比例由1983年的75%，下降到2009年的25.4%，吸水量占到层吸水量的80%，与数值模拟计算结果基本一致。由于大量之前吸水的层段停止吸水或吸水量减少(大量低渗储层吸水量减少)，使得这部分层段内的剩余油难以采出。相对于形成优势渗流通道的高渗区来说，使得低渗储层的产出状况被抑制了。

表5　喇嘛甸油田基础井网厚油层层内吸水状况变化(有效厚度≥2m)

2.2无效水循环稀释有效产出

所谓有效产出被稀释是指油田开发在符合递减规律的前提下，受注入水无效循环的影响，单位采出液中的油量明显减少。部分本可动用的油量由于无效水循环的存在而无法采出。根据喇萨杏油田取心井资料，得出大庆油田剩余可动油计算表(表6)。由表6可知，注水开发油田水驱剩余可动油由4大部分构成：水淹层内注水未波及到的部分为4.6×108t，未水淹层的表外可动油2.6×108t，可经济有效采出部分(剩余可采储量)2.1×108t，注入已波及但不能有效产出的部分达到2.2×108t。由于无效循环造成注入水已波及但不能有效产出的这部分油量甚至超过了剩余可采储量。

表6　大庆油田剩余可动油计算表

2.3无效循环导致油田开发成本巨大

根据大庆油田注水操作成本26.2元/t水计算，一到六厂每年无效注水量(25%的总注入量)为1.5×108t，成本40亿元人民币。随着油田含水率的上升，水油比上升很快，水处理成本会成倍数的增加。

3　结论

1)利用有效介质电阻率模型求取的含水饱和度以及储层参数解释模型求取的束缚水饱和度，确定细分储层的驱油效率。结合单层试油资料的厚层数据计算出厚层总驱油效率。将厚油层内部划分出4个不同驱替效率分区: 无效循环区、中驱替效率区、低驱替效率区和死油区。

2)油田在开发过程当中，同一含水阶段油层各个部位的驱替效率是不同的，不同含水阶段驱替效率分布也不同。随着开发的进行，这种差异性会逐渐增大。缩小驱替效率的差异有利于采收率的提高。

3)无效注水循环的存在会稀释有效产出，抑制低渗层产出，加大油田开发成本。当油田开发结束时，油层内部有30%左右的区域存在注入水的无效循环。且在特高含水期，无效循环区的无效循环水量可占总注入水量的80%左右，这部分水几乎对驱油没有任何贡献。而由于注入水无效循环的影响，油田最终将会有将近20%左右的剩余油难以得到有效动用。

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[编辑]黄鹂

2015-09-08

国家科技重大专项 (2011ZX05010-002)。

管错(1989-)，男，硕士生，现从事油藏数值模拟工作，guancuo@163.com。

TE331.3

A

1673-1409(2016)14-0054-05

[引著格式]管错，石成方，王继强，等.特高含水期厚油层动用状况及注水无效循环对开发效果影响分析[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(14):54～58.