低渗砂岩油藏优势注采方向量化表征技术及应用

周立国

(中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

0 引 言

目前，低渗砂岩油藏的开发方式仍以水驱为主。受长期水驱以及油藏本身非均质性严重等因素的影响，注采井间连通好、阻力小的高渗条带易形成优势水流通道[1]，尤其在水驱开发后期，大部分注入水沿优势注采方向低效循环，操作成本升高，开发效果变差。为了快速、准确识别优势注采方向，国内外学者进行了大量研究，按其性质可划分为测试法和数值分析法。测试法主要包括吸水剖面测试[2-3]、井间示踪剂测试[4-5]和干扰试井[6-7]等，费用高、周期长，难以大规模应用。数值分析法是以油田生产动、静态资料为基础，借助数值计算综合判断优势注采方向，费用低、速度快，对识别优势注采方向及挖掘剩余油潜力意义重大。近些年流线法得到重视[8-9]，该方法可直接定量给出注入孔隙体积倍数、水油比等确定性参数，为层间调控提供了可靠的技术参考，但对于大多数低渗油藏而言，开发中多采用储集层改造、多层合层生产等开发方式，并伴有频繁的调整措施，一定程度上限制了流线法的应用。因此，结合S油田三间房组油藏丰富的动态监测资料，利用水电相似原理，进行纵向和平面上的注水量分层劈分，并建立三参数约束法，定量确定优势注采方向。

1 注入量分层劈分计算

对于合层开发的油田而言，掌握注入水在纵向上各层的吸水量十分重要，其关键在于建立一套合理的注入量劈分权重计算方法。传统的分层注水量劈分方法主要为KH方法及衍生的各种改进方法[10-13]，这些方法主要考虑了注入端纵向上地层系数的差异，但忽略了实际水驱过程中注采井组的动态变化及注入端与采出端相互影响的问题，因此，在实际应用中误差较大。为了更好地反映油藏真实状况，需将注采系统进行统一考虑，即不仅要综合考虑注采井在生产过程中发生的注采井别动态变化、砂体展布形态、断层封闭性等研究认识，也要综合考虑试井解释成果、极限注采井距等技术参数约束[14-17]。

1.1 纵向上注水量劈分

注水量在纵向上劈分时依据水电相似原理，将注采井组平面上不同注采方向的连通关系视为并联，纵向上不同小层的连通关系亦视为并联(图1)。假设注采井组有n个连通层，各小层最大注采对应方向为m个，平面上某一注采方向上拟渗流阻力采用平均象限法计算。具体为：以注水井为中心，将注采井组等分为4个象限。若在第s象限中有γ个注采方向，则每一个注采方向可以视为圆心角为0.5π/γ的扇形径向流区，其拟渗流阻力可近似为：

(1)

图1 合层注采井组示意图

同时，考虑砂体静态连通程度、断层封闭程度、射开完善程度对拟渗流阻力的影响，对式(1)进行修正：

(2)

式中：ε为注采方向上砂体连通程度，0<ε≤1；τ为注采对应方向横穿断层时断层的封闭程度，0<τ≤1；ξ为注采方向上射开完善程度，0<ξ≤1。

根据水电相似原理，第i层井组综合拟渗流阻力等于井组内不同注采方向上拟渗流阻力的并联耦合，同时考虑各变量的各向异性，分层拟渗流阻力可表示为：

(3)

井组总拟渗流阻力等于井组内纵向上不同层综合拟渗流阻力的并联耦合，即：

(4)

式中：Rt为总拟渗流阻力，d/m3。

进而可得到第i层的注水量劈分系数为：

(5)

式中：η理论i为井组第i层注水量理论劈分权重。

在油田实际开发中，合注井经常需要多次吸水剖面测试。利用测试结果计算劈分系数直观可信，其计算方法为：

(6)

式中：η实测i为井组第i层利用吸水剖面测试结果计算的水量劈分权重；qwi为单次吸水剖面测试第i层吸水量，m3/d。

考虑测试过程受仪器精度、人员操作和后期解释等因素影响，吸水剖面测试结果与各层真实吸水能力有一定的差异。结合油藏动态分析成果，提出不同吸水剖面的置信水平βv，最终确定分层注水量劈分权重为：

ηi=βvη实测i+(1-βv)η理论i

(7)

式中：ηi为井组第i层注水量劈分权重；βv为吸水剖面测试资料的置信水平(根据资料可信度人为评估给定)。

综上所述，纵向上分层注水量计算结果为：

Qwi=Qwηi

(8)

式中：Qwi为井组第i层累计注水量，m3；Qw为累计注水量，m3。

1.2 平面上注水量劈分

在纵向分层注水量劈分基础上，根据井组内平面各注采方向拟渗流阻力，可将分层注水量定量劈分至各注采方向上。根据式(3)、(5)可知，注采方向劈分权重为：

(9)

式中：Rti为井组第i层总拟渗流阻力，d/m3；Ri，jk为井组第i层第j象限中的第k个注采方向对应的拟渗流阻力，d/m3；η理论i，jk为井组第i层第j象限中的第k个注采方向对应注水量理论劈分权重。

为了满足水驱油田油水运动规律认识的需要，开发过程中可能会进行示踪剂、水驱前缘等动态监测资料录取。根据监测资料解释的各注采方向水线推进速度，也可以计算出井组平面注采方向劈分权重：

(10)

式中：vi，jk为井组第i层第j象限中的第k个注采方向对应的水线推进速度，m/d；η实测i，jk为井组第i层第j象限中的第k个注采方向利用吸水剖面测试结果计算的水量劈分权重。

将渗流阻力法和动态监测资料综合利用，最终确定注采方向吸水量为：

Qwi，jk=Qwi[βhη实测i，jk+(1-βh)η理论i，jk]

(11)

式中：Qwi，jk为井组第i层第j象限中的第k个注采方向对应的累计吸水量，m3；βh为基于示踪剂、水驱前缘等动态监测资料的纵向吸水剖面置信水平(根据资料可信度人为评估给定)。

2 优势注采方向量化表征

受储层物性、储层厚度等油藏静态非均质性和不规则井网、生产压差等油藏动态非均质性的多重影响，采用分层注采量化计算方法得到的计算结果仅可定量判别各方向注采强度，无法实现优势注采方向识别。因此，根据矿场实践经验，引入注采方向单位油层厚度累计吸水量、注采方向累计吸水比和注采方向吸水孔隙体积倍数3个参数对优势注采方向进行量化描述。其中，注采方向单位油层厚度累计吸水量为注采方向累计吸水量与吸水厚度之比；注采方向累计吸水比为注采方向累计吸水量占该井组平面吸水总量的百分比，反映优势水流方向在平面井组上的主导程度；注采方向吸水体积比为注采方向累计吸水量与注采方向孔隙体积之比。

利用油藏生产动态监测资料建立上述3个参数的概率分布区间，由此得到各参数无效注水循环判别临界值。为了避免依靠单一参数识别优势注采方向发生误判，构建了三参数综合评价指标体系，用于准确识别优势注采方向，判别标准如表1所示。

表1 优势注采方向判别标准

3 实例应用及效果分析

S油田三间房组(J2s)低渗砂岩油藏构造上位于吐哈盆地台北凹陷丘陵构造带东端，为多层层状砂岩油藏。储集层平均孔隙度为12.5%，渗透率为6.2 mD，原油地层黏度为0.387 9 mPa·s，地层水黏度为0.342 6 mPa·s。油藏于1993年采用一套层系投入注水开发，一般单井射孔层数为6～8层，厚度为40～60 m。提高各油砂层注采量劈分精度既是剩余油分布认识的基础，也是各类调整方案的重要依据。

首先结合前期精细油藏描述成果，建立S油田J2s油藏地质油藏数据库，包括井位坐标、单井小层数据、月度注采数据，砂层平面展布、射孔数据等。其次，根据不同时间节点、不同注采方式，开展注采井组动态划分。在此基础上，按照式(2)～(7)计算不同注水井各油砂层注水量劈分权重，开展注水量的劈分，按照式(9)～(11)计算不同注采方向注水量，进而根据三参数判别标准，绘制不同油砂层优势注采方向量化表征成果图(图2)。

图2 优势注采方向量化表征技术路线

根据油藏生产动态监测资料，通过概率分布进行优势评价，确定优势注采方向单位油层厚度累计吸水量临界值为0.7×104～0.9×104m3/m，注采方向累计吸水比临界值为0.25～0.50，注采方向吸水体积比临界值为0.7～1.0(图3)。

图3 注采方向三参数概率分布统计

在注采方向吸水量劈分基础上，依据水驱流场中优势注采方向判别标准，利用计算机编程，可快速实现油藏各小层优势注采方向分布，绘制了S油田三间房组(J2s)油藏S24-2小层优势注采方向平面分布图(图4)。根据图4得到的水驱砂岩油藏水驱强度量化表征成果，结合高含水阶段矿场稳油控水的需要，形成了S油田J2s油藏注水调控对策(表2)，在特高含水阶段精细注水调控发挥了重要作用，在矿场应用取得了较好效果，真正实现“精细注水、有效注水”。

图4 S油田三间房组S24-2优势注采方向平面分布(局部)

表2 优势注采方向判别标准及调控对策

以S3-201井组为例，井组内采油井S3-201井对应3口注水井，分别为S4-20、S3-20和S4-21。图5为基于优势注采方向量化表征的剩余油分布图，结果显示，S3-201井对应优势注采方向为S4-20、S3-20井，潜力方向为S4-21井。该井组通过实施停注S4-20和S3-20井、强化S4-21注水的调控措施，调控3个月后对应采油井见到明显调控效果，单井日增油为1.5 t/d，累计增油656 t。

图5 S3-201井组优势注采方向判别结果

目前，S油田三间房组油藏先后实施精细注水调控177井次，优势注采方向注水量减少3 115 m3/d，弱吸水方向注水量增加5 376 m3/d，无效注水比例由之前的20%左右降至10%以内，油田存水率下降速度明显减缓，注水利用率明显提高，开发效果得到一定程度的改善。

4 结 论

(1) 建立了一套综合考虑砂体展布及连通性、断层封闭性、注采井井别动态变化和极限注采井距等影响因素的水驱开发油藏注水量劈分权重计算方法。该方法以注采井组为单元，按照由纵向到平面的顺序，将合注井的累计注水量劈分至各注采方向上。

(2) 采用注采方向单位油层厚度累计吸水量、注采方向累计吸水比和注采方向吸水孔隙体积倍数3个参数约束，确定出优势注采方向在平面上的量化表征参数及其判别标准。

(3) 优势注采方向量化研究成果在S油田三间房组油藏先后实施精细注水调控177井次，无效注水比例由之前的20%左右下降至10%以内，开发效果得到一定程度的改善。