注水油藏水平井含水变化规律研究

吴晓慧 王 雨 杨 明 周凤军 陈存良

中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 300459

0 前言

渤海南部油田主要为中轻质油藏,储层展布复杂且平面非均质性强,油田水平井含水变化规律复杂多样,很多井均会出现含水台阶跃升的现象,造成开采效果变差。目前国内外学者针对水平井水淹动态及含水率变化规律的研究取得了很多认识,但主要集中在底水油藏的水平井水脊脊进规律[1-4]和整体水淹模式[5-11]的研究上,关于注水油藏水平井的水淹规律研究较少。并且目前关于水平井含水率变化规律的研究,多集中在见水时间[12-17]以及几种典型的含水上升类型[18-20]的研究上,关于水平井含水台阶跃升的原因及预测方面的研究极少。针对上述问题,建立注水油藏数值模拟机理模型,分析水平井含水变化规律的影响因素,进一步研究水平井含水台阶跃升的原因及水淹状态。同时,为了定量预测含水率台阶跃升的时间,提出一种新的物理表征参数——无因次含水率台阶跃升时间,并建立相应的理论图版来指导水平井含水变化趋势的预测及水平井水淹动态认识,指导后续剩余油挖潜。

1 水平井含水变化主控因素分析

统计分析BZ油田水平井的地质油藏参数与含水率变化的对应关系,发现储层非均质性强的水平井在开采过程中更易出现含水率的台阶跃升,部分水平井还会出现多次含水率的台阶跃升。而储层的非均质程度不仅与渗透率级差有关,还与不同渗透率段的储量占比有着直接的关系。

1.1 理论模型建立

为研究储层非均质性对水平井含水率变化的影响,在BZ油田精细地质油藏描述的基础上,建立相应的数值模拟机理模型。模型设置条件:1)油藏为封闭油藏,油层厚度4 m;2)储层平均渗透率 1 000×10-3μm2,孔隙度0.3;3)原油黏度6.0 mPa.s;4)油藏注采井距300 m,水平井长度为270 m;5)采用1注1采水平井注采井网开发,注采比1.0。

1.2 渗透率级差对含水率影响

为研究储层渗透率级差对含水率变化的影响,在上述机理模型的基础上,将注采井间储层分为高渗段与低渗段两段,高低渗储量比例为1∶1,通过改变渗透率级差设计了14个方案。为了更敏感地、定量化衡量含水率变化,引入含水率导数来评价。为放大信号,将含水率导数与时间曲线绘制在单对数坐标下。各方案的含水率及含水率导数曲线对比见图1。

a)不同渗透率级差下的含水率图 a)Water cut under different permeability ratios

b)不同渗透率级差下的含水率导数图 b)Water cut derivative under different permeability ratios

综合分析图1可知以下三点：1)在高低渗储量比例一定的条件下,渗透率级差越大,见水越早；2)渗透率级差越大,见水后含水跃升台阶出现越晚；3)在高低渗储量比例为1∶1的条件下,只有当1.5≤渗透率级差≤9的范围内,含水率导数才会出现2个明显的驼峰,即可观测到见水后含水率有明显的台阶跃升。

根据机理模型水淹动态分析,水平井段高渗带最先水淹,然后低渗带会随着水驱的不断推进逐步水淹。在高低渗储量比例一定的条件下,渗透率级差越大,高渗带注水推进越快,因此见水时间会越早。而在水平井见水后,渗透率级差越大,低渗带水淹越慢,相应的含水台阶跃升时间越晚。当渗透率级差太小时,高渗带和低渗带先后水淹时间间隔太短,含水率曲线不会出现明显的变化响应,故含水率曲线不会出现台阶变化。而当渗透率级差太大时,全井达到极限含水率(98%)的时候,低渗段仍未水淹,故含水率曲线也不会出现台阶变化。

1.3 储量比例对含水率影响

在上述机理模型的基础上,将注采井间储层分为高渗段与低渗段两段,渗透率级差设置为4,通过改变低渗(相对)段储量占比设计了9个方案。各方案的含水率及含水率导数曲线对比见图2。

a)不同储量占比下的含水率图 a)Water cut under different reserve ratios

b)不同储量占比下的含水率导数图 b)Water cut derivative under different reserve ratios

综合分析图2可知以下三点。

1)在级差一定的条件下,低渗储量占比越小,见水越晚。

2)低渗储量占比越小,见水后含水跃升台阶出现越晚。

3)在级差为4的条件下,当低渗储量占比大于三分之一(33%)时,含水率导数才会出现2个明显的驼峰,即可观测到见水后含水率有明显的台阶跃升。根据机理模型水淹动态分析,而当水平井低渗带储量占比太小时,高渗带为水平井的主要产液段,当低渗带开始水淹时对整井的含水率不会有明显的影响,故含水率曲线不会出现台阶跃升。

1.4 水平井含水台阶跃升原因分析

根据上述两组实验研究结果可知,水平井段储层渗透率级差和不同渗透率带储量比例均会对含水率曲线形态有直接的影响,造成水平井含水率的台阶跃升。在油田实际生产过程中,部分水平井含水率会出现多次台阶跃升,为了进一步研究含水率台阶跃升次数的影响因素,在上述机理模型的基础上,通过改变高渗(相对)条带数设计3个方案,不同方案的含水率和含水率导数的变化曲线见图3，其参数见表1。

a)不同方案的含水率图 a)Water cut under different schemes

b)不同方案的含水率导数图 b)Water cut derivative under different schemes

表1 不同方案参数表

从图3可知如果水平井有n条高渗带,那么会出现n个台阶,相应的含水率导数曲线形态上会出现n+1个驼峰,其中第一个驼峰代表水平井初始见水。

2 水平井含水率台阶跃升预测

2.1 无因次含水率台阶跃升时间

由上述研究可知,渗透率级差和高低渗储量占比的不同均会对含水率的变化规律产生影响。而水平井的见水时间不仅与储层物性有关,还与注采井距等参数有关。为消掉其他参数的影响,更准确地预测含水率出现台阶的时间,本次研究引入无因次含水率台阶跃升时间(ΔDt)概念,定义其等于含水率台阶跃升时间(t台阶跳)与见水时间(t见水)的差值除以见水时间。

根据上述定义可知,无因次含水率台阶跃升时间值越大,即水平井见水后,含水率出现台阶跃升的时间越晚;无因次含水率台阶跃升时间值越小,即水平井见水后,含水率出现台阶跃升的时间越早。

2.2 含水率台阶跃升时间预测

根据机理研究,计算各参数条件下的无因次含水率台阶跃升时间,并绘制成理论图版,见图4。在实际生产过程中,当一口水平井见水后,已知水平井周边的渗透率级差和高低渗储量比例,就可根据理论图版预测该井是否会出现含水率台阶跃升并预测无因次含水率台阶跃升时间,从而更好地指导水平井水淹动态认识以及后续的剩余油挖潜。

图4 无因次含水率台阶跃升时间图版Fig.4 Theoretical chart of dimensionless occurrence time of water cut step rise

由图4可知,低渗储量比例越大,无因次含水率台阶跃升时间值越大;渗透率级差越大,无因次含水率台阶跃升时间值越大;当级差≤1.5或低渗储量比例≤33%时,含水率不会出现明显的台阶跃升。

3 矿场应用

统计BZ油田水平井含水变化规律,与上述研究结论基本一致。以A 15 H井为例,该井含水率变化曲线图见图5,目前A 15 H井的累产油仅3.2×104m3,含水率已达到90%,在生产过程中共出现1个台阶。计算A 15 H井无因次含水率台阶跃升时间是0.68,根据理论图版预测该井无因次含水率台阶跃升时间是0.72,误差仅5.9%,验证了理论图版的准确性。

图5 A 15 H井含水率变化曲线图Fig.5 Water cut change curve of well A 15 H

表2为A 15 H井水平段参数表,从表2可知水平段渗透率共分为三段,第二段由于渗透率最高会最早水淹,而第一段和第二段的渗透率级差仅为1.2,根据上述研究可知当级差≤1.5时,含水不会出现明显的台阶跃升,因此认为第一段水平段水淹时含水率不会出现明显的台阶跃升,而在第三段水平段全面水淹时会出现一次含水率台阶跃升。故A 15 H井在实际生产过程中的含水台阶跃升反映的是第三段水平段的全面水淹。

表2 A 15 H井水平段参数表

虽然A 15 H井累产油量仅3.2×104m3,但是根据上述分析可知,该井水平井段已全面水淹,井周围潜力不大。为进一步动用相对低渗段的剩余油,抑制相对高渗段的低效水循环,建议对A 15 H井对应注水井实施调剖措施,措施见效后A 15 H井日增油12 m3/d,含水率下降9%,措施效果明显。

4 结论

1)水平井周边的储层非均质性是含水率台阶跃升的主要影响因素。在高低渗储量比例一定的条件下,渗透率级差越大,见水越早,见水后含水台阶跃升出现越晚;在级差一定的条件下,低渗储量占比越小,见水越晚,见水后含水台阶跃升出现越晚。

2)引入无因次含水率台阶跃升时间并编制理论图版,指导水平井水淹动态认识和含水率变化预测。根据理论图版可知,当渗透率级差≤1.5或低渗储量比例≤33%时,含水率不会出现明显的台阶跃升。

3)BZ油田水平井实际含水率变化与理论研究基本一致,含水台阶跃升出现时间预测精度高。研究成果可用来预测注水油藏水平井含水变化趋势,并指导水平井水淹动态认识及剩余油挖潜。