吳曉慧 王 雨 楊 明 周鳳軍 陳存良

中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300459

0 前言

渤海南部油田主要為中輕質油藏,儲層展布復雜且平面非均質性強,油田水平井含水變化規(guī)律復雜多樣,很多井均會出現(xiàn)含水臺階躍升的現(xiàn)象,造成開采效果變差。目前國內外學者針對水平井水淹動態(tài)及含水率變化規(guī)律的研究取得了很多認識,但主要集中在底水油藏的水平井水脊脊進規(guī)律[1-4]和整體水淹模式[5-11]的研究上,關于注水油藏水平井的水淹規(guī)律研究較少。并且目前關于水平井含水率變化規(guī)律的研究,多集中在見水時間[12-17]以及幾種典型的含水上升類型[18-20]的研究上,關于水平井含水臺階躍升的原因及預測方面的研究極少。針對上述問題,建立注水油藏數(shù)值模擬機理模型,分析水平井含水變化規(guī)律的影響因素,進一步研究水平井含水臺階躍升的原因及水淹狀態(tài)。同時,為了定量預測含水率臺階躍升的時間,提出一種新的物理表征參數(shù)——無因次含水率臺階躍升時間,并建立相應的理論圖版來指導水平井含水變化趨勢的預測及水平井水淹動態(tài)認識,指導后續(xù)剩余油挖潛。

1 水平井含水變化主控因素分析

統(tǒng)計分析BZ油田水平井的地質油藏參數(shù)與含水率變化的對應關系,發(fā)現(xiàn)儲層非均質性強的水平井在開采過程中更易出現(xiàn)含水率的臺階躍升,部分水平井還會出現(xiàn)多次含水率的臺階躍升。而儲層的非均質程度不僅與滲透率級差有關,還與不同滲透率段的儲量占比有著直接的關系。

1.1 理論模型建立

為研究儲層非均質性對水平井含水率變化的影響,在BZ油田精細地質油藏描述的基礎上,建立相應的數(shù)值模擬機理模型。模型設置條件:1)油藏為封閉油藏,油層厚度4 m;2)儲層平均滲透率 1 000×10-3μm2,孔隙度0.3;3)原油黏度6.0 mPa.s;4)油藏注采井距300 m,水平井長度為270 m;5)采用1注1采水平井注采井網開發(fā),注采比1.0。

1.2 滲透率級差對含水率影響

為研究儲層滲透率級差對含水率變化的影響,在上述機理模型的基礎上,將注采井間儲層分為高滲段與低滲段兩段,高低滲儲量比例為1∶1,通過改變滲透率級差設計了14個方案。為了更敏感地、定量化衡量含水率變化,引入含水率導數(shù)來評價。為放大信號,將含水率導數(shù)與時間曲線繪制在單對數(shù)坐標下。各方案的含水率及含水率導數(shù)曲線對比見圖1。

a)不同滲透率級差下的含水率圖 a)Water cut under different permeability ratios

b)不同滲透率級差下的含水率導數(shù)圖 b)Water cut derivative under different permeability ratios

綜合分析圖1可知以下三點：1)在高低滲儲量比例一定的條件下,滲透率級差越大,見水越早；2)滲透率級差越大,見水后含水躍升臺階出現(xiàn)越晚；3)在高低滲儲量比例為1∶1的條件下,只有當1.5≤滲透率級差≤9的范圍內,含水率導數(shù)才會出現(xiàn)2個明顯的駝峰,即可觀測到見水后含水率有明顯的臺階躍升。

根據(jù)機理模型水淹動態(tài)分析,水平井段高滲帶最先水淹,然后低滲帶會隨著水驅的不斷推進逐步水淹。在高低滲儲量比例一定的條件下,滲透率級差越大,高滲帶注水推進越快,因此見水時間會越早。而在水平井見水后,滲透率級差越大,低滲帶水淹越慢,相應的含水臺階躍升時間越晚。當滲透率級差太小時,高滲帶和低滲帶先后水淹時間間隔太短,含水率曲線不會出現(xiàn)明顯的變化響應,故含水率曲線不會出現(xiàn)臺階變化。而當滲透率級差太大時,全井達到極限含水率(98%)的時候,低滲段仍未水淹,故含水率曲線也不會出現(xiàn)臺階變化。

1.3 儲量比例對含水率影響

在上述機理模型的基礎上,將注采井間儲層分為高滲段與低滲段兩段,滲透率級差設置為4,通過改變低滲(相對)段儲量占比設計了9個方案。各方案的含水率及含水率導數(shù)曲線對比見圖2。

a)不同儲量占比下的含水率圖 a)Water cut under different reserve ratios

b)不同儲量占比下的含水率導數(shù)圖 b)Water cut derivative under different reserve ratios

綜合分析圖2可知以下三點。

1)在級差一定的條件下,低滲儲量占比越小,見水越晚。

2)低滲儲量占比越小,見水后含水躍升臺階出現(xiàn)越晚。

3)在級差為4的條件下,當?shù)蜐B儲量占比大于三分之一(33%)時,含水率導數(shù)才會出現(xiàn)2個明顯的駝峰,即可觀測到見水后含水率有明顯的臺階躍升。根據(jù)機理模型水淹動態(tài)分析,而當水平井低滲帶儲量占比太小時,高滲帶為水平井的主要產液段,當?shù)蜐B帶開始水淹時對整井的含水率不會有明顯的影響,故含水率曲線不會出現(xiàn)臺階躍升。

1.4 水平井含水臺階躍升原因分析

根據(jù)上述兩組實驗研究結果可知,水平井段儲層滲透率級差和不同滲透率帶儲量比例均會對含水率曲線形態(tài)有直接的影響,造成水平井含水率的臺階躍升。在油田實際生產過程中,部分水平井含水率會出現(xiàn)多次臺階躍升,為了進一步研究含水率臺階躍升次數(shù)的影響因素,在上述機理模型的基礎上,通過改變高滲(相對)條帶數(shù)設計3個方案,不同方案的含水率和含水率導數(shù)的變化曲線見圖3，其參數(shù)見表1。

a)不同方案的含水率圖 a)Water cut under different schemes

b)不同方案的含水率導數(shù)圖 b)Water cut derivative under different schemes

表1 不同方案參數(shù)表

從圖3可知如果水平井有n條高滲帶,那么會出現(xiàn)n個臺階,相應的含水率導數(shù)曲線形態(tài)上會出現(xiàn)n+1個駝峰,其中第一個駝峰代表水平井初始見水。

2 水平井含水率臺階躍升預測

2.1 無因次含水率臺階躍升時間

由上述研究可知,滲透率級差和高低滲儲量占比的不同均會對含水率的變化規(guī)律產生影響。而水平井的見水時間不僅與儲層物性有關,還與注采井距等參數(shù)有關。為消掉其他參數(shù)的影響,更準確地預測含水率出現(xiàn)臺階的時間,本次研究引入無因次含水率臺階躍升時間(ΔDt)概念,定義其等于含水率臺階躍升時間(t臺階跳)與見水時間(t見水)的差值除以見水時間。

根據(jù)上述定義可知,無因次含水率臺階躍升時間值越大,即水平井見水后,含水率出現(xiàn)臺階躍升的時間越晚;無因次含水率臺階躍升時間值越小,即水平井見水后,含水率出現(xiàn)臺階躍升的時間越早。

2.2 含水率臺階躍升時間預測

根據(jù)機理研究,計算各參數(shù)條件下的無因次含水率臺階躍升時間,并繪制成理論圖版,見圖4。在實際生產過程中,當一口水平井見水后,已知水平井周邊的滲透率級差和高低滲儲量比例,就可根據(jù)理論圖版預測該井是否會出現(xiàn)含水率臺階躍升并預測無因次含水率臺階躍升時間,從而更好地指導水平井水淹動態(tài)認識以及后續(xù)的剩余油挖潛。

圖4 無因次含水率臺階躍升時間圖版Fig.4 Theoretical chart of dimensionless occurrence time of water cut step rise

由圖4可知,低滲儲量比例越大,無因次含水率臺階躍升時間值越大;滲透率級差越大,無因次含水率臺階躍升時間值越大;當級差≤1.5或低滲儲量比例≤33%時,含水率不會出現(xiàn)明顯的臺階躍升。

3 礦場應用

統(tǒng)計BZ油田水平井含水變化規(guī)律,與上述研究結論基本一致。以A 15 H井為例,該井含水率變化曲線圖見圖5,目前A 15 H井的累產油僅3.2×104m3,含水率已達到90%,在生產過程中共出現(xiàn)1個臺階。計算A 15 H井無因次含水率臺階躍升時間是0.68,根據(jù)理論圖版預測該井無因次含水率臺階躍升時間是0.72,誤差僅5.9%,驗證了理論圖版的準確性。

圖5 A 15 H井含水率變化曲線圖Fig.5 Water cut change curve of well A 15 H

表2為A 15 H井水平段參數(shù)表,從表2可知水平段滲透率共分為三段,第二段由于滲透率最高會最早水淹,而第一段和第二段的滲透率級差僅為1.2,根據(jù)上述研究可知當級差≤1.5時,含水不會出現(xiàn)明顯的臺階躍升,因此認為第一段水平段水淹時含水率不會出現(xiàn)明顯的臺階躍升,而在第三段水平段全面水淹時會出現(xiàn)一次含水率臺階躍升。故A 15 H井在實際生產過程中的含水臺階躍升反映的是第三段水平段的全面水淹。

表2 A 15 H井水平段參數(shù)表

雖然A 15 H井累產油量僅3.2×104m3,但是根據(jù)上述分析可知,該井水平井段已全面水淹,井周圍潛力不大。為進一步動用相對低滲段的剩余油,抑制相對高滲段的低效水循環(huán),建議對A 15 H井對應注水井實施調剖措施,措施見效后A 15 H井日增油12 m3/d,含水率下降9%,措施效果明顯。

4 結論

1)水平井周邊的儲層非均質性是含水率臺階躍升的主要影響因素。在高低滲儲量比例一定的條件下,滲透率級差越大,見水越早,見水后含水臺階躍升出現(xiàn)越晚;在級差一定的條件下,低滲儲量占比越小,見水越晚,見水后含水臺階躍升出現(xiàn)越晚。

2)引入無因次含水率臺階躍升時間并編制理論圖版,指導水平井水淹動態(tài)認識和含水率變化預測。根據(jù)理論圖版可知,當滲透率級差≤1.5或低滲儲量比例≤33%時,含水率不會出現(xiàn)明顯的臺階躍升。

3)BZ油田水平井實際含水率變化與理論研究基本一致,含水臺階躍升出現(xiàn)時間預測精度高。研究成果可用來預測注水油藏水平井含水變化趨勢,并指導水平井水淹動態(tài)認識及剩余油挖潛。