特低渗油藏油水相渗端点预测模型与数值模拟——以濮城沙三中6—10油藏为例

唐磊

（中国石化油田事业部，北京 100728）

0 引言

中原油田濮城沙三中6—10油藏为低孔特低渗油藏，储层宏观和微观非均质性较强[1]，用1条相渗曲线或1个相渗分区进行数值模拟，无法准确刻画油藏储层流体的渗流特征，要实现储层流体及渗流特征精细描述，关键在于描述油藏束缚水饱和度和残余油饱和度的非均质性。孙怡[2]、党海龙[3]、谷建伟等[4]、侯伟[5]等研究了束缚水成因及影响因素。石玉江等[6]根据压汞资料对岩心进行了分析，得到岩心束缚水饱和度与喉道中值半径、孔隙度、渗透率等参数的关系式。陈科贵等[7]利用压汞资料得到了束缚水饱和度与孔隙结构指数的关系式。祝春生等[8]对束缚水饱和度和残余油饱和度的变化规律进行了研究，建立了束缚水饱和度、残余油饱和度与渗透率之间的预测模型。上述模型未考虑油藏数值模拟方面的应用，存在参数难以取值或相关性不强的问题。吴伟[9]等利用油水相对渗透率实验样本统计得到了孔渗参数与相渗端点特征参数的预测模型，相关性较好，这种方法比较适用于油水相渗实验样本较多的油藏。

1 预测模型与数值模拟

1.1 束缚水饱和度预测模型

表1为沙三中6—10油藏压汞实验资料，对于这种亲水油藏，用1减去最大进汞饱和度得束缚水饱和度[10]。该油藏的束缚水饱和度随孔隙结构指数变化趋势如下：当孔隙结构指数小于5时，孔隙结构指数越小，束缚水饱和度上升越快；当孔隙结构指数大于5时，孔隙结构指数越大，束缚水饱和度下降趋势越平缓（见图1）。

表1 濮城沙三中6—10油藏压汞实验数据

图1 束缚水饱和度与孔隙结构指数的关系

式中：Swir为束缚水饱和度；K 为渗透率，10-3μm2；φ 为孔隙度。

图2为压汞实验岩心孔隙度和渗透率曲线，其关系式为

图2 渗透率与孔隙度的关系

由此，就可在地质建模基础上，根据孔隙度属性场，综合运用式（1）、式（2）建立束缚水饱和度模型。

1.2 残余油饱和度预测模型

当储层为水湿岩石时，许多学者用退汞饱和度近似地代表残余油饱和度[10-17]。实际上，退汞饱和度并不能等同于残余油饱和度。针对相渗实验样本少的实际情况，为了研究束缚水饱和度与残余油饱和度之间的关系，本文提出一种压汞曲线实验与相渗实验资料相结合的计算方法。计算方法分2步实现：

1）通过压汞曲线回归分析（见图3）得到束缚水饱和度与退汞饱和度之间的关系式：

图3 退汞饱和度与束缚水饱和度关系

式中：SHr为退汞饱和度。

2）统计相渗实验束缚水饱和度和残余油饱和度，同时用式（3）预测退汞饱和度，求取预测退汞饱和度与相渗实验的残余油饱和度之间的差值，结合式（3），从而得到残余油饱和度的预测公式。

以实例来说明：先统计沙三中6—10油藏相渗实验数据，将相渗实验的束缚水饱和度代入式（3）中，求得预测退汞饱和度（见表2）。预测退汞饱和度大于残余油饱和度，二者均值相差0.162，由此可得：

表2 濮城沙三中6—10油藏相渗实验统计及退汞饱和度预测

式中：Sor为残余油饱和度。

由式（3）、式（4），得沙三中 6—10 油藏残余油饱和度预测公式为

至此，根据束缚水饱和度模型及式（5），即可用地质属性模型计算建立残余油饱和度模型。

1.3 非均质相渗的油藏数模模型

油藏数值模拟技术中的相渗端点标定包括8个饱和度端点值和 4个相对渗透率端点值[18-21]。8个饱和度端点值分别为束缚水饱和度、临界含水饱和度、最大含水饱和度、束缚气饱和度、临界含气饱和度、最大含气饱和度、油水两相残余油饱和度、油气两相残余油饱和度；4个相对渗透率端点分别为油水相对渗透率曲线的水相最大相对渗透率、油水相对渗透率曲线的油相最大相对渗透率、油气相对渗透率曲线的气相最大相对渗透率、油气相对渗透率曲线的油相最大相对渗透率。其中8个饱和度端点值的标定称为相渗横向标定，4个相对渗透率端点值的标定称为相渗垂向标定。束缚水饱和度和残余油饱和度标定属于相渗横向标定的内容。本文的端点标定指的是对束缚水饱和度和油水两相残余油饱和度标定，包含4个步骤：

1）相渗曲线和毛细管力曲线平均化和标准化处理。可以用ECLIPSE软件的SCAL模块输入相渗曲线和毛细管力曲线，然后对相渗曲线和毛细管力曲线进行平均化，最后对平均化后的曲线进行水平方向标准化，标准化相渗曲线含水饱和度范围是0到1（见图4）。

图4 标准化后的油水相渗曲线

2）在数模模型中，对束缚水饱和度进行端点标定。标定的方法是：本文根据建立的束缚水饱和度属性场，在油藏数值模拟器中，以关键字“SWL”的形式引入模型中。

3）在数模模型中，对残余油饱和度进行端点标定。与束缚水饱和度标定方法类似，残余油饱和度端点标定是把残余油饱和度属性场以关键字“SOWCR”的形式引入模型中。完成束缚水饱和度和残余油饱和度端点标定后，每个网格都有独立的相渗曲线（见图5）。

图5 某网格端点标定后的油水相渗曲线

4）利用平衡枚举法对模型进行初始化，即通过垂向平衡和对毛细管力曲线和相渗曲线标定，确保模型初始状态的稳定，建立考虑相渗非均质性的数模模型。

模型中每个网格的相渗曲线由标准化相渗曲线、束缚水饱和度及残余油饱和度确定。这样建立的数模模型能够描述油藏相渗曲线的非均质性变化，更加接近油藏储层实际渗流特征。

2 相渗端点预测模型应用效果

通过相渗曲线样品回归得到平均化的相渗曲线无法准确描述油藏相渗变化特征。根据沉积相进行相渗分区方法较全油藏用一条相渗曲线的油藏数值模拟技术要科学准确，但该方法仍不能定量描述储层流体饱和度和相渗非均质性。应用相渗端点标定技术可以给模型中每一个网格的流体饱和度和相渗进行赋值，但通常由于缺乏依据，鲜见对相渗曲线进行横向端点标定的文献报道，只是在历史拟合研究中用相渗垂向端点标定方法来拟合含水率。而有了束缚水饱和度模型和残余油饱和度模型，则可以结合相渗端点标定技术进行可靠的相渗横向标定，从而实现全油藏流体和相渗的非均质性定量描述。

1）新方法能够表征每一个网格束缚水饱和度、残余油饱和度及初始含油饱和度随储层物性变化的特征。以沙三中81小层为例（见图6），每个网格束缚水饱和度和残余油饱和度都是根据所建立的预测关系式计算得到，储层渗透率高的区域束缚水饱和度低，残余油饱和度变化趋势则与束缚水饱和度相反。在对初始含油饱和度表征时，如果是在油水过渡带以上的纯油层，那么初始含油饱和度是用1减去束缚水饱和度得到。显然，初始含油饱和度也是随物性变化而变化的，物性越好，初始含油饱和度就越高。如果用1条相渗曲线控制，而不作饱和度端点标定，则每个网格的束缚水饱和度、残余油饱和度和初始含油饱和度都是1个值。

图6 沙三中81小层渗透率、束缚水饱和度及残余油饱和度

2）采用新模型能够更清晰地刻画油藏水驱开发后可动剩余油局部富集现象。以濮城沙三中81小层的某井区为例（见图7），端点标定模型计算的可动剩余油饱和度在井间滞留区和油藏边部分布较高，而未做端点标定模型剩余油差异分布不明显，前者更符合水驱开发规律认识。从剩余油分布图（见图7）可见：未做相渗端点标定模型的水井注入水相对均匀地波及到周围油井；进行过相渗端点标定模型的水井7-120、7-119均有明显的水驱优势方向，并且，图中西北部 X7-8井周围、7-119与1-181井间等剩余油潜力区被明显地刻画出来，这对下一步的调整挖潜工作提供了认识基础。

图7 沙三中81小层相渗端点标定前后模型可动剩余油饱和度

3）新的端点标定法因为对流体分布和渗流规律表征上有优势，大大提高了历史拟合效率。对濮城沙三中6—10油藏，分别使用端点标定法和常规相渗进行初步历史拟合，结果（见图8）表明，新方法在较少参数调整的条件下，可以达到更高的拟合精度。

图8 相渗端点标定模型与常规相渗模型历史拟合曲线对比

3 结论

1）利用孔隙结构指数计算束缚水饱和度，进而利用束缚水饱和度求取残余油饱和度，具有较好的相关性，计算方法只考虑孔隙度和渗透率2个参数，易于在油藏数值模拟研究中推广应用。

2）束缚水饱和度和残余油饱和度的端点标定，为油藏精细研究提供了新手段，能够提高储量认识精度，提高了历史拟合研究效率和精度。

3）对油藏的相渗标准化后再进行端点标定，虽然给束缚水饱和度和残余油饱和度这2个重要相渗特征点的表征提供了方法，但不能对油水两相共渗区域相对渗透率变化趋势的非均质性进行表征。如果一个油藏发育多种相带，并且能够提供不同相带的相渗曲线，建议在作端点标定之前，先根据沉积微相进行相渗分区。

4）因为汞的污染问题，压汞实验越来越少，如果采用离心法测毛细管力，应用时建议参考本文的方法，结合油水相渗实验对残余油饱和度计算关系式进行校正，以确保研究成果符合油藏实际。