水驱油藏动态场图分析及应用

韩 鑫，何志辉，卢 艳

（中海石油（中国）有限公司海南分公司，海南海口 570000）

场图用于物理量空间展布的可视化表达，物理量又分为标量场和矢量场，通常标量场表达有Marchingcubes 等值面法[1]、MarehingTetrahedral 等值面法[2]、直接体绘制法[3]；矢量场表达有点、线[4]、箭头[5]表示法、粒子系统[6]、动态纹理映射[7]法。油藏开发过程中结合物理量特点一般应用上述方法绘制等值线图、伪色图以及流线图[8]，在动态跟踪、措施和开发调整研究中起到直观显示的作用。

水驱油藏开发中后期一方面由于挖潜潜力减少，另一方面对复杂的水淹程度和水驱强度的认识比较困难，导致剩余油挖潜工作难度越来越大。随着开发的进行，油藏含水饱和度影响因素多样化，单一饱和度模型不能准确反映剩余油的潜力及风险，有必要生成除剩余油饱和度场外更直观的场图。同时由于剩余油分布复杂造成挖潜方案优化工作量大，有必要应用多场图联合分析，进行油藏开发中后期调整潜力评估和挖潜策略确定，以简化挖潜研究流程。

1 油藏水淹情况表征

结合水相分流量方法和相渗曲线指数式拟合来建立含水饱和度与含水率的关系式，将传统方法建立的饱和度场图转化为含水场图，可实现对水淹层水淹程度的精细表征。

1.1 含水场图生成

基于水相分流量方程[9]，推导出含水率和含水饱和度的关系方程：

其中：a、b 参数可以通过油水相渗曲线进行线性拟合获得：

式（1）、（2）中：fw-含水率，无量纲；Sw-含水饱和度，无量纲；Kro-油相相对渗透率，无量纲；Krw-水相相对渗透率，无量纲；a、b－拟合系数；μw-地层水黏度，mPa·s；μo-原油黏度，mPa·s。

利用上述方程，采用Petrel-RE 等商业软件可实现饱和度场图转化为含水场图（见图1、图2），以认识油藏在纵向上和平面上的含水分布与产水规律。

图1 A 油田Z 油组含水剖面图

图2 A 油田Z 油组平均含水分布图

1.2 水淹情况分级表征

同时结合产水和水淹级别划分，可形成含水阶段及水淹情况分布场图，为油藏的调整挖潜措施提供更充分的依据和判断基础。从A 油田Z 油组含水阶段及水淹级别划分结果来看（见图3、图4），平面上整体水驱均匀，高部位水淹程度更低、更有潜力。

图3 A 油田Z 油组平均含水阶段平面图

图4 A 油田Z 油组平均水淹级别划分平面图

2 油藏水驱程度表征

由于储层非均质性及开发井网的影响，开发中后期油藏水驱程度差异大，应用流场强度的概念可适当表征其差异[10]。水驱程度差异表现为在油藏的某些区域流场变化剧烈，开发中期发育形成优势流场和非优势流场，开发后期流场分布趋于稳定，无调整措施情况下流场不发生大规模变化。通过研究油藏流场及其分布，可清晰表征油田不同区域的驱替状况，其关键是筛选确定合适的动静态评价指标。

2.1 油藏流场评价指标的筛选

油藏流场的分布影响因素可分为静态和动态因素两大类。静态因素主要有沉积相、储层非均质性、胶结程度、孔隙度、渗透率、流体黏度等，反映了油藏允许流体通过的能力。动态因素主要有油田开发方式、累积冲刷强度、井的注采量、流体流速、面通量、注采压差、含水率等，反映了油藏流场中流体实际的流动能力和冲刷强度。通过逻辑分析法产生最终指标间比较独立、能够描述油藏流场的评价指标。指标的确定遵循以下三个原则[11]：（1）指标对油藏流场有较为准确的表征；（2）指标应具有较强的独立性；（3）尽量用最少、最优的指标描述油藏流场。

对于水驱油藏，影响油藏流场的静态因素如储层的孔隙度、渗透率及流体黏度等均已确定，其影响直接反映在生产动态指标中。例如在注采量一定的条件下，物性较好区域的面通量会大于物性相对较差区域的面通量。流场的静态因素与动态因素之间属于过程关系，可将静态因素从指标体系中剔除。动态因素中井的注采量与注采压差之间为等价关系，可将后者剔除；流体流速与井的注采量之间为因果关系，可将后者剔除；面通量与地下含水率之间为因果关系，可将后者剔除；同时流体流速反映的是面通量随时间的导数，两者属于过程关系，可将流体流速指标剔除。最终筛选出面通量作为流场评价的唯一指标（见图5）。

图5 水驱油藏流场评价指标筛选

2.2 流场强度计算方法

面通量指累积通过的流体体积与横截面积之比[12]，表征流体的渗流能力，可表示为：

式中：M-面通量，DX、DY、DZ 分别为X、Y、Z 三个方向上的网格步长。

面通量进行归一化处理后即得到各网格的流场强度，水相流体面通量的处理结果即可用于水驱程度表征。由于面通量数据数值变化范围大，采用对数型隶属函数对指标进行处理。

式中：L-流场强度值；M-面通量值。

基于油藏数值模拟模型，具体流场强度的计算步骤如下：

（1）输出油藏模拟网格X、Y、Z 三个方向的日流量（在ECL 中采用FLOWAT 等关键字）；（2）利用式（3）计算油藏模拟网格的日面通量及当前时间的累积面通量；（3）将累积面通量数据应用式（4）处理得到全油田的流场强度分布。

2.3 生成流场强度分布图

流场强度数据可借助数模后处理软件模块成图（见图6），采用iLoop-RE 数模后处理软件生成动态的流场强度分布图。根据油藏水驱流场强度分布，可以直观了解油藏的水驱状况，同时也可以辅助分析注采井间的对应关系及生产井的受效情况。

图6 流场强度分布示意图

水驱油藏随着水驱冲刷的进行，驱油效率将明显提高而残余油饱和度减小[13]：一是长期水驱冲刷使岩石润湿性向亲水性转变并进一步增强，从而降低了残余油饱和度，增大了驱油效率；二是水驱过程中逐渐波及到小孔隙，从而增大了微观波及范围，改善了驱油效率。因此流场强度场图还可辅助进行更加精细的油藏数值模拟研究。

3 油藏动态场图综合分析

反映水驱油藏水淹情况和水驱程度的场图不仅提供直观的动态认识，更重要的是多种动态场图的联合分析，可在开发调整方案部署研究之前进行油藏开发中后期调整潜力的定性评估和挖潜策略确定，以减少措施方案比选优化工作量。

对油藏含水率精细划分实现对油藏水淹情况的判断（见表1），同时对流场强度的划分实现对油藏水驱程度的分级（见表2）。流场级别的划分依赖于整体上水驱冲刷的程度，与开发阶段、水驱类型有关，需根据实际油藏开发情况划分。

表1 水淹级别分级划分

表2 流场强度分级划分（参考）

综合应用含水场图、流场强度分布场图、剩余油分布场图能有效进行水驱油藏开发中后期潜力区识别，并根据开发实践经验确定挖潜策略（见表3），可实现减少措施方案比选工作量的目的。不难想象，将场图生成、分级划分及潜力分类进行集成和程序化，能够一定程度上实现水驱油藏开发中后期挖潜方案研究智能化和自动化。

表3 水驱油藏动态场图潜力区分类

4 实例应用

X 油田Z 油组目前有采油井12 口，已进入中高含水期，由于隔夹层发育、非均质性强，剩余油分布十分复杂，应用油藏动态场图综合分析方法进行潜力区分类识别并提出相应措施（见表4）。在此分析基础上进行调整方案设计，部署增加5 口调整井，同时A1H、A4H、A5H 井控水，A1H、A2H、A5H、A7H、A8H 井进行提液，调整前后对比表明，弱优势流场与非优势流场区域逐渐发育为优势流场，油藏流场整体的不均匀性得到改善，提高了水驱波及范围，改善了油田开发效果，预测油田累增油58×104m3。

表4 X 油田Z 油组潜力区识别及调整策略建议

5 结论

（1）结合相渗等油藏资料可进一步生成油藏动态场图，其中含水场图和流场强度场图可对水驱油藏的水淹情况和水驱程度直观表征，是油田开发中后期挖潜中剩余油研究可靠和必要的补充。

（2）动态场图的联合分析，可实现在水驱油藏开发中后期调整方案研究之前，进行潜力的定性评估和挖潜策略确定，以减少措施方案比选优化工作量。