学庄油区底水油藏水淹速度主控因素及控水技术研究

肖 荣，马 飞，王永飞，杨彪强，仵 改，申锦江，黎 强

(延长油田股份有限公司，陕西延安716000)

延长油田学庄油区底水油藏储量丰富，底水的存在一方面可以为油藏提供充足的地层能量而有利于油藏开发，另一方面底水锥进又给油藏开发带来很多问题。如何防止和抑制底水突进，合理开发底水油藏，是学庄油区甚至目前国内外油田开发实践中的难题[1-6]。本文在调研国内外关于控水技术的基础上，针对学庄延安组底水油藏开发过程中出现的各种问题，应用SWOT矩阵分析[7，8]，研究水淹速度主控因素、后期调整对策及方向，采用油藏工程方法[9，10]和数模方法，优化了隔夹层对控水效果的参数和方法，并进行了矿床试验。这一研究成果，可以让该底水油藏的开发更具科学性，从而为其他底水油藏的开发起到参考和论证作用。

1 开发现状及水淹规律分析

1.1 开发现状

学庄油区延安组探明地质储量211.4×104t，区域开发面积18 km2，动用面积18 km2，水驱控制面积12 km2，水驱控制储量295.4×104t。截至2020年6月，采油井150口，开井数150口，油井利用率100%。日产液水平267.10 m3，日产油水平61.0 t，综合含水率73.0%；累积产液35.39×104m3，累积产油13.59×104t，地质储量采出程度7.4%。注水井50口，开井数50口，注水井利用率100%；日注580.49 m3，累计注采比0.18，采油速度1.13%。受益油井150口，也就是本次研究的油井全为注水受益井。

1.2 水淹规律分析

1.2.1 水淹判别方法

对研究区油井水淹的判别，主要结合以下几点依据进行综合判别[11]：第一，含水突然上升且一直保持较高水平或含水持续上升，并最终保持较高水平后趋于稳定；第二，吞吐阶段返水率大于100%认为地层出水；水性分析矿化度与地层水接近，且重根含量较高(一般大于30 mg/L)认为地层出水。

1.2.2 水淹分布规律

研究区水淹分布方向具有渗流速度快且多向性的特点。以D6704-3为例，2019年对D6704-3进行了示踪剂测试，D6704-3井对应5口油井，井组中示踪剂在D6704-2井、D6704A-1井、D6704A井、D6704A-2井、D6704-2井等5口井均有显示，注入水的推进速度基本在13.28～42.29 m/d，注入水沿油井水线推进快，尤其是D6704-2和D6704-2水线推进速度分别为37.86 m/d和42.29 m/d(见表1)。

表1 定6704-3井组对应油井动态监测情况表

研究区含水上升过快，平面上存在暴性水淹状况。自2012年投产，随着采出程度增加，研究区综合含水率由2012年12月的47%上升到2020年5月的82.81%，平均年含水上升速度5.12%，高于国内外低渗透油田延安组综合含水上升速度(3%～4%)。通过对油水井组动态资料的分析发现，研究区存在平面水窜现象，部分油井出现水淹。以D6690-7井为例，该井受底水锥进和注水影响，含水持续上升，2019年6月2日含水从47%持续上升到2020年7月的92%，年含水上升速度47%，后期经过分析发现该井储层物性较好，是受D6690-5和D6690-9注水井影响，造成的油井暴性水淹。虽然D6690-5和D6690-9注水井于2019年9月降低注水量，但是地层水优势运移通道已经出现，还是造成了D6690-7井水淹的情况。

2 控制因素及SWOT矩阵分析

2.1 水淹速度控制因素分析

2.1.1 沉积韵律的影响

统计分析研究区150口生产井沉积韵律对水淹速度的影响发现，反韵律水淹速度慢，有较长的无水采油期，主要开发期为中低含水期，开发效果相对较好；正韵律正好相反，水淹速度快，无明显的无水采油期，采出程度较低，主要开发期为中高含水期[12-14]。

研究区储层主要以正韵律为主，少数层为反韵律。纵向渗滤阻力相差更大，更容易造成边底水沿底部窜进的现象，在油藏内部形成一个次生水体。

D6623-3井沉积韵律为正韵律，2014年12月投产时含水中等45%，到2020年含水上升到95%，年含水上升速度为10%左右，含水上升速度比反韵律油井快。D6704A井沉积韵律为反韵律，该井2013年8月投产时含水中等，到2020年含水上升了20%，年含水上升速度为2.9%左右，含水上升速度比正韵律油井慢。

2.1.2 隔夹层分布的影响

研究区延10油层射孔都在油层顶部，一般为1.5～2 m。隔夹层厚度一般在1 m左右，位于射孔段下部，在隔夹层分布的范围内水淹速度相对较慢，无隔夹层区域水淹速度较快。但也有例外，如D6690-8无隔夹层发育但水淹速度依旧很慢，主要由于其在研究区的构造最高点，含油性较好。

2.1.3 注采井网的影响

研究区三向受益井平均水淹速度8.3%，双向受益油井平均水淹速度10.7%，单向受益油井平均水淹速度13.3%，由此可以看出油井受效方向越多、井网越完善越有利于控制水淹速度。

2.1.4 射孔层段的位置及射开程度的影响

统计分析研究区射孔层段的位置及射开程度和水淹速度的关系发现，射开程度在1/2以下水淹速度慢，而超过1/2后水淹速度明显加快。射开油层的合理厚度为油层厚度的1/3～1/2，随着射开程度的厚度增加至油层厚度的3/4时，油层在投产后很快见水，没有无水采油期。位于过渡带油层的井，宜射开油层厚度的1/3；内含油边界的井，宜射开油层厚度的1/2；构造高部位的井，上下油层间有夹层分布，对底水有一定的抑制作用，可射开3/4的油层。

2.2 SWOT矩阵分析及调整方向

2.2.1 内部因素评价矩阵

学庄油区内部因素评价矩阵是依据上述产量递减的影响因素分析，结合研究区隔夹层、沉积韵律等对水淹速度的影响而建立。其中权重标志着各个因素对于水淹速度影响相对大小，对水淹速度影响较大的因素权重较大，所有权重之和等于1。评分1代表重要劣势，2代表次要劣势，3代表次要优势，4代表重要优势。加权分数等于每一因素权重乘以评分。

表2 内部因素评价矩阵

从内部因素平均矩阵中可以看出，储层隔夹层分布是控制水淹速度的主控因素，也是有利于稳产的因素。学庄油区延安组底水油藏内部因素评价矩阵总加权分数为2.65，略低于平均权值2.83，说明目前地层状况良好，应该保持目前的现状(见表2)。

2.2.2 外部因素评价矩阵

外部因素矩阵根据学庄油区开发技术水平、注采井网合理、射孔层段的位置及射开程度合理、油井利用率、水淹速度、滞后注水等各个因素对水淹速度影响贡献大小而建立。其中权重标志着各个因素对于水淹速度影响相对大小，对水淹速度影响较大的因素权重较大。评分1代表重要劣势，2代表次要劣势，3代表次要优势，4代表重要优势。加权分数等于每一因素权重乘以评分。

表3 外部因素评价矩阵

从外部因素平均矩阵中可以看出，学庄油区控制水淹速度的外部主控因素是开发技术水平，其次是注采井网合理、射孔层段的位置及射开程度合理。学庄油区延安组底水油藏外部因素分析矩阵总的加权分数为2.35，高于平均加权数2.17。因此学庄油区外部因素中机会较大，只要提高开发技术水平，就可以有效控制水淹速度(见表3)。

2.2.3 SWOT矩阵分析

从SWOT矩阵可以看出，学庄油区外部因素可调整的空间很大，主要是提高开发技术水平，从匹配结果来看，目前采取S+O组合隔层控水技术控制水淹是应采取措施，但其他组合也为我们提供了思路，如生产参数调整、有效合理注水、管柱组合优化等(见表4)。

表4 SWOT矩阵分析

2.2.4 调整方向

综合内部、外部和SWOT矩阵分析，提出调整方向：第一，利用人工隔板控制水淹速度，其思路主要是根据天然隔层可控制水淹速度；第二，提高区域开发技术水平，探索研究新控水技术。

3 水淹速度调整措施

3.1 隔板控水技术研究

3.1.1 天然隔夹层控水效果研究

本次研究对目前开采的油井分有无隔夹层统计单井日产油和综合含水变化，发现有隔夹层单井日均产油递减速度慢，而无隔夹层单井递减速度快，后期注水以后有隔夹层的单井更容易注水见效。从隔夹层对综合含水的影响变化图(见图1和图2)可以看出，有隔夹层的综合含水上升速度比无隔夹层的慢。

3.1.2 人工隔层控水技术研究

(1)人工隔层控水技术可行性研究

根据天然隔夹层能防止底水锥进的原理，我们可以采用人工隔层的办法来抑制底水锥进，通过注入化学堵剂来制造“人工夹层”，“人工夹层”的不渗透性会使水锥状形态变形，使底水突破时间延长。

本文利用ECLIPSE数值模拟软件，模拟研究人工隔层的位置、人工隔层面积、人工隔层的渗透率及人工隔层的厚度对控水效果的影响。首先，建立一注一采底水油藏模型，平面网格面积设为200 m×400 m，网格取均匀步长，平面上网格步长为10×10 m，I方向上20个网格，J方向上40个网格。纵向上分为两套：第一套用来研究人工隔层的位置、面积及渗透率对控水效果的影响，纵向上网格分为8层，上面5层为油层，下面2层为水层，每层厚10 m，人工隔层初设为3 m，网格总数为20×40×8=6400；第二套用来研究人工隔层的厚度对控水的影响，纵向上网格分为12层，上面5层为油层，下面2层为水层，每层厚10 m，中间5层为5个1 m的薄层，研究厚度对控水的影响，网格总数为20×40×12=9600。一注一采模型中注采井距为270 m，生产井和注水井均仅射开第一层，生产时间设置为从2015年1月至2019年12月，设含水率40%为见水时间。

在上述基础模型建立的基础上，再分别模拟隔层在射孔段底部、距离射孔段底部10 m、距离射孔段底部20 m、油水界面处、距离油水界面10 m处和距离油水界面20 m处，隔层面积为3 m×3 m、5 m×5 m、7 m×7 m、9 m×9 m及11 m×11 m时，隔层渗透率为0 md、0.2 md、0.4 md、0.6 md、0.8 md及1 md时，隔层厚度为1 m、2 m、3 m、4 m及5 m时的含水率、日产油及日产液变化。

根据数值模拟结果，研究出人工隔层在射孔段底部时，见水时间最迟，水淹速度最慢，最终含水率最低，控水效果最好。隔层在射孔段底部到油水界面之上控水效果随着位置降低而变差，见水时间变早。隔层在油水界面以下时见水时间更早，控水效果较差；控水效果随着隔层面积的增大变好，见水时间变晚，最终含水率变低；控水效果随着隔层渗透率的降低变好，见水时间变晚，最终含水率变低；隔层的厚度变化对控水效果影响不大。

(2)人工隔层控水技术

①控水压裂

控水压裂技术是在确定堵水位置及基础上，利用ECLIPSE软件模拟隔板位置和隔板半径。根据数值模拟结果，在需要建立隔板的位置处加密射孔，井内下入封隔器，将油管与套管环形空间分开。在压裂过程中，先注入下沉剂携带液，再加入下沉剂(根据隔板半径、射孔厚度和渗透率应用软件计算下沉剂数量)，停泵沉降30 min，再进行压裂。研究区实施了控水压裂技术，效果较好。

以D6704A-1井为例，投产时含水中等，后含水突然上升到90%以上，2020年实施控水压裂以后含水下降，到目前含水依然保持在15%左右(见图3)。

②人工水泥隔层

人工水泥隔夹层技术原理和控水压裂类似，只是加入的堵剂不一样，控水压裂用的是化学堵剂，而人工水泥隔层是在油水界面处射孔1 m，强挤水泥2 t，人工制造人工隔夹层。

以D6704A-2井为例，2020年6月在油水界面1425～1426 m处挤水泥2 t制造人工隔板，射孔段在1420～1422 m处，从D6704A-2井生产信息图上可以看出，一个月后该井含水从100%下降到36%(见图4)。

3.2 其他控制水淹速度调整措施

3.2.1 调整生产参数

为控制含水上升速度，可对水线方向的油井合理调整生产参数，对垂直于水线方向的油井放大生产压差。控制构造高部位水井注水量，加强构造低部位水井对应层注水量。如：油井在生产过程中明显的表现出受构造高部位水井的影响较大，而受处于构造低部位的水井对油井影响较小，可通过控制高部位注水井的注水量，加强低部位注水井的注水量，可有效缓解含水上升速度。如D6725A-1井为三向受益油井，2019年直接水淹，根据示踪剂测试结果，D6725A-1的水主要来自位于构造高部位的D6725A-4井，因此采取关停D6725A-4注水井，将D6641-5井的配注量从10 m3提高到20 m3，关停D6725A-1生产井半年等措施。D6725A-1井开抽后含水从100%下降到85%，效果较好。

3.2.2 控制采液强度

通过优化下泵深度和排量，调整工作参数，合理控制采液强度，有效降低水淹速度，提高产油量，减少注入水的采出，间接起到维持地层能量，增大注水波及面积的效果。对研究区油井调整生产泵挂深度，有效缓解了水淹速度。2020年对研究区20口井的泵挂深度进行了优化，效果较好，将水淹速度从10%降低到3%。尤其是D6704-4井，优化之前日产液22.36 m3，含水97%，提高泵挂深度150 m后，日产液15 m3，含水85%，产液强度得到控制，也降低了水淹速度。

3.2.3 管柱组合调整

通过对研究区9口修井作业进行现场跟踪，查看油井上提油杆组合和油井井筒状况，发现5口生产井管柱组合不合理，修井后含水上升，通过研究分析，对这5口生产井进行管柱组合优化调整。调整后，截至目前均正常生产，产量稳定，未出现油杆断、脱现象，含水得到控制，取得了良好的效果。如D6690-6井之前采用二级管柱，断杆频繁，每次修井后含水平均上升10%，后改为三级管柱，免修期从60 d提高到350 d。

3.2.4 防卡泵及防偏磨治理

学庄油区生产井中，井筒偏磨井4口，其中轻微偏磨井2口，偏磨严重井1口，共占开井数21%，频繁卡泵井1口，占开井数5.3%，这些油井修井后含水均存在上升5%～10%的情况，根据优化实施方案要求，对1口井安装防卡泵装置，对3口井筒偏磨井进行安装扶正块和使用内衬套油管进行处理，解决井筒偏磨、频繁卡泵的问题，目前措施过的井未返修，效果良好，由于修井导致含水上升的问题得到有效抑制。防卡泵装置主要是壳体内部设置有防纱网，防纱网呈倒锥形，中心处设置有上下连通的通孔，通孔与防纱网外壁之间设置有支架，通孔内套接有拉杆。

4 结论

(1)沉积韵律、隔夹层分布、注采井网、射孔层段的位置及射开程度等影响水淹速度。

(2)根据内部和外部评价矩阵研究发现，水淹速度内部主控因素是隔夹层发育状况，外部主控因素是开发技术水平。应用SWOT评价矩阵分析得出，采取S+O组合隔板控水技术控制含水是应采取的有效措施。

(3)控水压裂和人工水泥隔层技术可有效控制含水。同时，调整生产参数、控制采液强度、管柱组合调整、防卡泵及防偏磨治理等也可有效控制水淹速度。