一特高含水期油田的優勢滲流通道預警及差異化調整策略

姜漢橋

(中國石油大學石油工程學院,北京 102249）

一特高含水期油田的優勢滲流通道預警及差異化調整策略

姜漢橋

(中國石油大學石油工程學院,北京 102249）

針對特高含水期油藏發育優勢滲流通道所引起的主要生產矛盾,根據優勢滲流通道的潛在地質特征和動態形成特征,從不同角度給出優勢滲流通道的概念,應用預警理論和油藏工程原理,建立優勢滲流通道的預警模型和不同發育級別優勢滲流通道的動態判別方法,用以識別特高含水期油藏中優勢滲流通道嚴重發育、一般發育和不發育三個級別的區域分布。通過數值模擬研究,給出了治理不同發育級別優勢滲流通道的深部封竄方法和深部調驅方法的條件和界限;基于封竄和調驅的見效機制和效果構成研究,揭示了治理優勢滲流通道后的有效驅替接替方式是發揮封竄和調驅潛力的技術關鍵;在此基礎上,提出了具有優勢滲流通道的特高含水期油藏差異化精細調整策略。

油藏;優勢滲流通道;預警方法;差異化調整

特高含水期油藏的優勢滲流通道的形成和發育嚴重影響油田的水驅開發效果,由于特高含水期油藏中的不同井區或區域的平面非均質性以及開發條件的差異性,導致不同區域的優勢滲流通道發育程度不一致。不同發育級別的優勢滲流通道的地質特征、竄流特征和剩余油分布特征等差異較大。因此,單一的治理方式對改善油藏整體開發效果具有很大的局限性。筆者開展不同級別優勢滲流通道的判別方法、治理方法以及相適應的油藏精細化調控方法的綜合研究。

1 優勢滲流通道的概念及動態特征

1.1 優勢滲流通道的概念

油田進入特高含水期,儲層原有的非均質性隨著水驅沖刷被進一步惡化,儲層孔隙結構加劇變化[1-4],在儲層中形成次生高滲透條帶,即優勢滲流通道,也常被稱為大孔道或竄流通道。歸納起來,可以從以下3個方面給出有關優勢滲流通道的定義及概念。

(1）存在角度。優勢滲流通道是儲層中高孔隙度、高滲透率的部位,或者是儲層中特高滲透條帶。

(2）形成角度。優勢滲流通道是儲層經過長期水驅沖刷,使孔道增大,滲透率變高,形成的優勢滲流通道。

(3）應用角度。根據治理的方法,定義優勢滲流通道的孔道級別。如孔道直徑超過30 μm的為大孔道,孔道直徑超過100 μm的為特大孔道。

實際上不同的定義方法給出了優勢滲流通道的判別方法的不同思路。從存在的角度可以建立靜態判別方法,即優勢滲流通道潛在的靜態特征;從形成的角度可以建立動態判別方法,即優勢滲流通道的多因素綜合動態特征;從應用的角度可以建立量化判別方法,即優勢滲流通道的不同級別孔道的量化特征,以適應不同的封堵技術。

1.2 優勢滲流通道的動態特征

1.2.1 油井含水構成狀況

從整個水驅開發油田來看,隨著優勢滲流通道的形成和發育,生產井的含水率不斷上升,其中高含水和特高含水生產井所占比例較高。為了保持產量穩定,隨著生產井高含水,將伴隨著生產井高產液。

1.2.2 水井注入量構成狀況

油田進入高含水期,隨著油田處于高產液,注水井的注入量將不斷增加,單井注水量大于平均值50%的注水井所占比例較高。由于優勢滲流通道的形成和發育,注水井的高注入量將伴隨著高吸水能力。

1.2.3 注水井吸水能力增大

注水井高注入量伴隨著高吸水能力意味著視吸水指數不斷增加,可以用比視吸水指數表示,比視吸水指數=初期視吸水指數/目前視吸水指數。

在高注入量的注水井中,大部分水井的比視吸水指數小于1,部分水井吸水能力大幅增加。

1.2.4 油井采液能力增大

在高含水或特高含水期,隨著采液速度上升,產液能力急劇上升。一般說來,含水率大于90%以后,實際采液指數上升速度比理論值高20%～50%,實際采液指數變化曲線如圖1所示。

圖1 產液能力變化曲線Fig.1 Curves of producing capacity

1.2.5 井組竄流特征

在階段累積注采比接近的條件下,統計分析兩個階段的存水率和動態連通性,如圖2所示。當存在優勢滲流通道竄流特征時,部分井組存水率下降;相應的油水井間的動態連通性增強。

圖2 井組存在優勢滲流通道后的動態特征Fig.2 Well group dynamic characteristics of developing percolation channeling

另外,特高含水期的一些監測或測試資料也反映出明顯的優勢滲流通道形成和發育特征。

2 優勢滲流通道的動態判別預警方法

目前利用生產動態資料綜合判別優勢滲流通道的方法較多。本文應用預警的思想和原理[5-7],給出優勢滲流通道的動靜態多指標判別預警方法。從邏輯上講,分析某領域的預警步驟為明確警義、尋找警源、分析警兆、預報警度和對策措施。優勢滲流通道判別預警方法的思路如圖3所示。

圖3 優勢滲流通道判別預警流程Fig.3 Flow chart of percolation channeling early-warning method

2.1 判別預警指標體系

利用現場動態、地質和監測資料判別預警指標體系,指標體系分為影響因素和表現特征。

影響因素包括：孔隙度、滲透率、泥質含量、膠結程度、原油黏度、儲層巖性、油層厚度、非均質性、沉積韻律、隔夾層分布、靜態連通性以及累積產液量、累積注入量等。

表現特征包括：注入井注入壓力、吸水指數、注水速度、注水強度和吸水剖面;采油井含水率、含水上升率、產液指數、產液剖面、出砂程度和產液強度;井組注采壓差、產液速度、存水率和注采連通性等。

在實際應用中,通過評價優勢滲流通道發育的主控因素,對全指標體系進行篩選和確定。

2.2 判別預警模型

通過研究分析,在優勢滲流通道判別預警中較適宜的判別預警模型包括模糊綜合評判、支持向量機和模糊綜合聚類3類。這3類模型具有各自的優缺點和適應性條件。

考慮到支持向量機算法中的核函數具有將空間非線性樣本映射到高維空間呈線性分布的特征,將核函數引入到模糊聚類的計算中,可以克服優勢滲流通道預警指標數據分布特征不穩定的缺陷。因此,支持向量機和模糊綜合聚類預警模型中,核函數的確定至關重要。目前常用的多項式或徑向基等核函數[8-11]各自存在優點和缺陷,為揚長避短,構造新的復合核函數,

2.3 警度指標界限確定

不同發育程度的優勢滲流通道的技術界限(即警度界限）的確定是個復雜的問題,在多指標影響條件下,其確定難度更大。本文中主要對水驅和化學驅兩種條件下的警度指標界線確定原理與方法進行研究。

(1）水驅優勢滲流通道的警度確定。在水驅階段,利用層次分析法確定水驅優勢滲流通道的警度,根據目標區塊的實際動靜態資料建立典型模型,模擬各指標變化條件下的含水率和產量變化情況,得到各指標的不同警度界限。在此基礎上得到優勢滲流通道的綜合判度[12],即

式中,Fz為優勢滲流通道的綜合判度;Fai為影響判度;Fbi為特征判度;ωa和ωb分別為Fai和Fbi的權值。

若Fz1=max{Fz1,Fz2,Fz3},地層中優勢滲流通道嚴重,若Fz2=max{Fz1,Fz2,Fz3},地層中優勢滲流通道發育;若Fz3=max{Fz1,Fz2,Fz3},地層中不存在大孔道。從而得到水驅階段的不同級別優勢滲流通道的判別警度。

(2）化學驅優勢滲流通道的警度確定。化學驅與水驅階段優勢滲流通道警度的不同在于,化學驅要考慮其特有的指標警度,采用模糊綜合評判法建立其優勢滲流通道警度。根據實際區塊的化學驅注采狀況建立概念模型,模擬各影響因素與見效后含水變化率關系,確定各指標的優勢滲流通道不同級別界限,利用二級模糊綜合評判模型(圖4）,最終確定化學驅優勢滲流通道不同級別的綜合警度。

圖4 兩級模糊綜合評判框圖Fig.4 Flow chart of two level fuzzy comprehensive evaluation

2.4 主竄流方向確定

在優勢滲流通道發育井區判斷主竄流方向本質上是判斷該區域油水井間的關聯性,提出一種利用多元線性回歸求解的電容模型,綜合運用生產動態數據資料,求解該模型的關聯系數可以較準確地得到優勢滲流通道發育井區中油水井間主竄流方向。實際油藏中會有很多注采井,一口生產井的產量會受到多口注水井的影響。電容模型可以用于描述一口采油井和多口注水井的情況。引入權重系數λij用來表示注水井的注水量在多口油井間的分配情況,可以表征對應油水井的連通程度。生產井q和注水井i的電容模型為

式中,Ct為綜合壓縮系數;Vp為泄油坑道內的孔隙體積;ˉp為地層平均壓力;i(t）為水井單位時間注入量;qij為油井單位時間產液量。

2.5 應用實例

某區塊已水驅開發20多年,目前全區含水率大于80%的油井已經超過總井數的1/2。由于長期注水沖刷作用,優勢滲流通道在該區塊發育。根據前面介紹的預警評判方法,各井區的優勢滲流通道發育情況如圖5所示。圖中紅色區域代表優勢滲流通道發育很嚴重區域;黃色區域代表優勢滲流通道一般發育區域,有待進一步監測;綠色區域代表不存在優勢滲流通道區域,是安全生產井區。優勢滲流通道發育嚴重井區(紅色）中的箭頭方向代表了主要竄流方向。

圖5 某區塊優勢滲流通道分布Fig.5 Channeling distribution of a block

3 差異化精細調整和挖潛策略

3.1 不同級別優勢滲流通道的治理技術條件

對于油藏中存在發育的優勢滲流通道,通常采用(凝膠類化學劑）深部調驅技術。實際上,不同發育級別的優勢滲流通道具有相應的治理技術,即不同規模的優勢滲流通道具有相應的適應性技術條件。僅用凝膠調驅方法治理不同級別優勢滲流通道的效果見圖6。

圖6 凝膠調驅效果隨優勢滲流通道規模變化的曲線Fig.6 Relationship between gel displacement effect and channeling scale

圖6表明,在給定的高滲透油藏條件下,當優勢滲流通道的滲透率在一定范圍內(厚度小于0.1 m時,其滲透率小于35 μm2;當其厚度為0.3 m時,其滲透率小于15 μm2）,凝膠調驅的增油效果比較明顯,當優勢滲流通道的規模超過凝膠的調驅能力時,該油藏不再適合這種調驅方式,但可以采用較高強度的堵劑對發育嚴重的優勢滲流通道進行封竄。所以,不同發育級別的優勢滲流通道有與其相適應的調控技術條件。

3.2 封竄/調驅后的有效接替驅替方式

在治理不同優勢滲流通道時,當注入凝膠調驅段塞或高強度封竄段塞后,還要考慮到后續驅替方式的有效性和優化,即要考慮后續驅替方式對治理段塞的保護以及對油藏條件的適應性。圖7為凝膠段塞驅替后核磁測試T2譜曲線,反映了注入凝膠段塞及后續驅替的見效狀況。從圖7看出,發揮凝膠段塞的調驅作用主要依靠后續驅替段塞。因此,后續接替的段塞對此時油藏條件的適應性以及與前置調驅段塞的適應性是發揮調驅效果的技術關鍵。

圖7 凝膠段塞驅替后核磁測試T2譜Fig.7 T2spectrum of nuclear test after gel slug displacement

封竄/調驅后的有效接替驅替方式主要包括兩個方面：與此時的油藏條件和封竄/調驅段塞有效運移相適應的驅替劑;在有效驅替條件下的工作制度優化。

選擇相適應的驅替劑是為了實現有效驅替。因此,根據油藏條件和段塞性能,使用和追加化學劑段塞。優化后續接替段塞工作制度是為了強化實現驅替均衡性,工作制度包括注入速度、注入壓力、油藏壓力保持水平以及注入量等。

3.3 差異化精細調整策略

高/特高含水期油田在發育有優勢滲流通道的控制下,低效和無效注水驅替成為影響水驅開發效果的主要原因,原有的井網、層系和注采井工作制度組成的注采系統已不適應有效水驅開發,水驅波及和驅替效率受到較大影響。因此在針對性地治理不同級別優勢滲流通道的基礎上,對原有的注采系統進行調整,并配套挖潛措施,實現進一步提高特高含水期油田的水驅開發效果。特高含水期油藏差異化精細調整策略如下：

(1）優勢滲流通道嚴重發育井區。在對水竄通道封竄基礎上,對該井區的原有注采系統進行綜合調整和配套挖潛措施,并賦予封竄后的有效接替方式,最終實現新的注采系統優化。

(2）優勢滲流通道一般發育井區。在對優勢滲流通道調驅基礎上,對該井區的原有注采系統進行綜合調整和配套挖潛措施,并賦予調驅后的有效接替方式,優化新的注采系統。

(3）優勢滲流通道不發育井區。從水竄角度看是相對安全生產井區,只需對該井區的原有注采系統進行適應性分析和評價,適度進行水動力學方法調整和挖潛,優化注采井工作制度,實現注采系統優化。

4 結 論

(1）在高/特高含水油田,注水井的視吸水指數變化率、生產井產液能力上升率、井組的存水率和動態連通率等表征指標能較好地反映優勢滲流通道發育的動態特征。

(2）基于優勢滲流通道的動態特征,建立了高含水期優勢滲流通道預警判別方法,以此為基礎形成了不同發育級別的優勢滲流通道判別與預警方法。

(3）不同發育級別的優勢滲流通道具有不同的治理技術條件,深部封竄和深部調驅能適應于嚴重發育和一般發育的優勢滲流通道。

(4）提出了具有不同發育級別優勢滲流通道的特高含水期油田的差異化精細調整策略。

致謝本文是以國家高技術研究發展計劃及其他課題成果為基礎形成的,王碩亮、李俊健、趙傳峰、陳民鋒、周元龍、葉雙江、于群、劉凡、王川、白曉虎、林承峰等做了大量相關研究工作,在此表示感謝!

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(編輯 李志芬）

Early-warning and differentiated adjustment methods for channeling in oil reservoirs at ultra-high water cut stage

JIANG Han-qiao
(College of Petroleum Engineering in China University of Petroleum,Beijing 102249,China）

Channels with very high permeability can be developed in oil reservoirs at ultra-high water cut stage.In this study,different types of channeling problems were identified and described according to the geological characteristics of the reservoir and the dynamics of channel forming.An early warning and discriminating model for the detection of channeling was proposed based on the theory of early warning and the principles of reservoir engineering.The model can be used to identify various channels and their distribution in the reservoir,and the channels are differentiated as severely,normally and less-developed according to their flow conductivities.Water shut-off and conformance control methods were proposed for different types of the channels and their performance and application conditions were assessed using a numerical simulation model.The results show that,after the water shut-off or conformance control treatments,the selection of the subsequent or alternative flooding mode is very important to enhance the effectiveness of the channel blockage and control technique.Finally,a differentiated and fine adjustment strategy for controlling the channeling problems was proposed,which can be used for mature oil reservoirs at ultra-high water cut stage.

reservoir;channeling;early-warning method;differentiated adjustment

TE 34

A

1673-5005(2013）05-0114-06

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.05.017

2013-07-15

國家科技重大專項課題(2011ZX05009-006）

姜漢橋(1957-）,男,教授,博士生導師,主要從事油氣田開發理論與方法及油藏數值模擬研究。E-mail：jhqlf@163.com。