分层采油前层间干扰系数表征*

付亚荣 陈劲松 张睿荫 师璐 唐敬 王新梅 曹小娟 钱洪霞 刘若兮 李战华

（华北油田公司第五采油厂）

纵向上油层间存在非均质性影响的油藏，笼统注水或多层合采开发时，层间干扰现象极为普遍[1]，且不同开发阶段干扰程度和形式不断发生变化[2]。特别是油藏开发进入中高含水期，油层间油水系统、储层物性及流体性质的差异导致层间矛盾突出，严重影响油藏的整体开发效果[3]。近年来，以压控开关[4]、桥式分采器[5]、防气式分采泵[6]、井下油嘴[7]、电控配产[8]等为主的分层采油工艺有效地解决了油藏层间矛盾，但分层采油前准确表征层间干扰程度，可以为分层方案制定提供依据。因此，层间干扰的表征和分析一直是研究的热点和难点。康博韬等[9]提出了动态反演方法定量评价层间干扰变化规律，将秦皇岛32-6 油田流动系数级差10 作为中低含水期划分层系的界限；彭娇等[10]采用离散缝网模型进行了致密油层混合压裂簇间干扰研究；孟勇等[11]利用渗流—应力—损伤耦合机理，建立了多薄互层分层压裂模型，阐明了东营凹陷页岩油储层层间应力干扰机理；黄世军等[12]认为多层合采过程中，层间干扰对不同含水阶段油井产能的影响程度是不同的；苏彦春等[13]提出了层间动态干扰的新概念，创建了层间动态干扰系数定量表征数学模型，找到了减缓层间干扰的办法；马子麟等[14]应用Buckley Leverett 理论，预测和分析了开发过程中层间干扰变化特征。

1 采油（液）干扰系数介绍

采油（液）干扰系数可用于定量评价多层合采过程中不同含水阶段的层间干扰对油井全井段采油（液）能力的影响程度。其物理意义是，多层合采过程中由于受到层间干扰作用的影响，导致相同含水情况下合采方式比单采方式的油井整体采油（液）能力的降低程度[15]，其计算公式如下：

式中：α1为采液干扰系数；α0为采油干扰系数；i为油层序号；e为自然常数，取2.718 28；π 为圆周率，取为3.141 592 6；为i油层含水率，%；Dk为渗透率偏差系数；Kmax为高渗油层渗透率，10-3μm2；Kmin为低渗油层渗透率，10-3μm2；为油层平均渗透率，10-3μm2；λ、γ、ω、μ为回归系数，通过多元非线性回归方法得到。

2 层间干扰数学模型

2.1 假设条件

对于注水开发油藏的假设条件为：岩石和注入流体不可压缩，层间窜流忽略不计，注水驱替为非活塞式，纵向上各油层在不同时刻对应的压差相同，启动压力梯度充分考虑。

2.2 油水两相总渗流速度

油田开发水驱过程中，各层水驱前缘运移快慢不同，导致各层渗流阻力变化造成层间干扰，合采过程中不同含水阶段层间干扰规律受控于各油层渗透率、油层厚度、地下原油黏度、两相渗流区域范围等差异上，且随着含水率上升各层内油水两相渗流阻力差异进一步加剧，油水两相总渗泥速度计算公式如下：

式中：vo-w为油水两相渗流速度，m/d；K为有效渗透率，10-3μ m2；Kro为油相相对渗透率，10-3μm2；Krw为水相相对渗透率，10-3μm2；μ0为储层原油黏度，mPa·s；μw为储层水黏度，mPa·s；P为地层压力，MPa；G为启动压力梯度，MPa/m；x为油水前缘位置，m。

2.3 油层生产压差

根据油水两相总渗流速度，可以分别获取每个油层的生产压差：

式中：B0为油层的原油体积系数；R为油层的原油供油半径，m；r为油层的有 效泄油半径，m；h为油层的有效厚度，m；θ为油层井段的狗腿角，°；r1为油井井筒半径，m。其中油层井段的狗腿角的余弦值的计算公式为cosθ=cosβ1cosβ2+sinβ1sinβ2cos|φ2-φ1|。

2.4 油层的合采产液、油量

将采油（液）干扰系数和启动压力梯度引入传统的定向井产能公式，进而建立了适用于牙刷状砂岩油藏多层合采产能公式：

式中：Ki为第i油层的有效渗透率，10-3μm2；Kroi为第i油层的油相相对渗透率，10-3μm2；Δpi为第i油层的生产压差，MPa；r2i为第i油层的动用半径，m；μoi为第i油层的储层原油黏度，MPa·s；Boi为第i油层的原油体积系数；μwi为第i油层的储层水黏度，MPa·s；Sbi为第i油层的动用油层表皮系数；为多个油层的加权平均原油供油半径，m；为多个油层 的加权平均油层的有效泄油半径，m；为多个油层的加权平均油水前缘位置，m；为多个油层的加权平均动用油层表皮系数。

2.5 油层层间干扰表征

式中：ξ1为油层层间产液干扰程度，%；ξ2为油层层间产油干扰程度，%；Qd1为地质产液剖面测试得到的油层产液量，m3/d；Qdo为地质产液剖面测试得到的油层产液量，m3/d。

每组油层对应的层间产液干扰程度、层间产油干扰程度，揭示多个油层的层间干扰规律及对油田开发效果的影响，为油田的开发调整提供科学依据。

3 现场应用

现场50 余口分层采油井分层采油前，确定层间干扰系数后实施分层采油，单井产油量平均增加3.6 t，单井产水量平均降低6.8 m3，经华北石油管理局节能监测站测试百米吨液耗电平均降低0.112 kWh，达到提高油田开发效果的目的，部分油井确定层间干扰系数后实施分层采油效果见表1。

表1 部分油井确定层间干扰系数后实施分层采油效果

从XXX-35 井为例，该井的套管内半径为0.062 m，试油射开10#、11#、15#、16#、17#层。2010 年1 月26 日投产，射开15#、16#、17#油层，初期日产液18 m3，不含水，动液面510 m；2014 年2月补孔射开10#、11#层，补孔前日产液5.7 m3，油2.4 t，含水58%，动液面1 832 m；补孔后日产液22.8 m3，油7.8 t，含水66%，动液1 710 m；分层采油施工前日产液22.7 m3，油1.4 t，含水93.8%，动液面1 406 m。按地质方案要求，判断5 层合采的干扰程度，找出分层采油卡点，实施分层采油。

当对该油井进行分层合采时，先对这5 个油层进行分组，具体为：10#与11#为一组，10#与15#为一组，10#与16#为一组，10#与17#为一组，11#与15#为一组，11#与16#为一组、11#与17#为一组，10#与15#、16#、17#为一组，11#与15#、16#、17#为一组；然后，利用分层采油前油层层间干扰的表征方法，求得每组油层所对应的层间产液干扰程度、层间产油干扰程度。

计算结果表明：10#与15#、16#、17#，11#与15#、16#、17#这两组所对应的层间产液干扰程度、层间产油干扰程度最小，分别为41.06%、32.74%。

将XXX-35 井10#、11#与15#、16#、17#分成两组实施分层采油措施，措施后日增油3.1 t，日降水4.6 m3，百米吨液耗电平均降低0.106 kWh。

4 结论

1）厘清了层间干扰的物理意义，重新定义了采油（液）干扰系数，基于假设条件，建立了包括油水两相总渗流速度、油层生产压差、油层的合采产液（油）量的层间干扰数学模型，揭示了储层非均质性、流体黏度差异及启动压力梯度等为影响层间干扰的主控因素。

2）利用分层采油前油层层间干扰的表征方法，求得分层采油油井每组油层所对应的层间产液干扰程度、层间产油干扰程度，指导分层采油起到了增油降水的作用。