牛圈湖區塊西山窯組油藏含水上升規律及控水對策研究

潘有軍，徐贏，吳美娥，張中勁

牛圈湖區塊西山窯組油藏含水上升規律及控水對策研究

潘有軍，徐贏，吳美娥，張中勁

（中國石油吐哈油田分公司勘探開發研究院，新疆哈密839009）

針對牛圈湖區塊西山窯組油藏含水上升過快已嚴重制約油田穩產的問題，通過相滲曲線法、模型預測法、圖版法和水驅特征曲線法分區進行含水上升規律研究，得出了各區塊含水率隨采出程度的變化規律及含水率預測模型，并分別與實際含水上升規律進行了對比與分析，優選出了適合各區塊的含水率預測方法。分析了單井的含水上升規律，并依據見水井含水變化特征，劃分出5種含水上升類型，剖析了不同含水上升類型的開發特征及產生機理，并提出了相應的治理技術對策，為牛圈湖區塊有效開發提供了依據。

：含水上升類型；含水上升規律；含水率預測；治理對策；牛圈湖區塊

0 引言

牛圈湖區塊西山窯組油藏（J2χ）構造為近東西向展布的寬緩背斜，南北兩翼受逆斷層夾持。儲層為低孔、特低滲型，地溫梯度為2.09℃/100 m，壓力系數為0.750～0.865，屬于低溫異常低壓油藏［1］。依據儲層物性特征，將研究區劃分為南區、東區和北區3個區塊（圖1）。其中南區儲層物性和含油性最好，平均有效厚度8 m，孔隙度15.3%，滲透率4.83 mD，含油飽和度57%，地層原油黏度13.9 mPa·s；東區次之，儲層平均有效厚度11.3 m，孔隙度13.7%，滲透率3.38 mD，含油飽和度52%，地層原油黏度20 mPa·s；北區儲層條件差，平均有效厚度6.8 m，孔隙度12.1%，滲透率1.12 mD，含油飽和度49%，地層原油黏度26.6 mPa·s。

圖1 牛圈湖區塊西山窯組油藏滲透率平面分布圖Fig.1Pemeability distribution of reservoir of Xishanyao Formation in Niuquanhu block

牛圈湖區塊為超前注水開發，由于初期高強度注水，導致部分井水淹（尤其北區水淹嚴重），初期含水上升速度快，嚴重影響了開發效果，而且各區呈現不同的含水上升特征（北區出現了特有的“Γ”型特征）。我國在50年代著手對水驅開發油田含水上升規律進行研究，提出了許多含水率預測方法，依據其特性可大致分為4種：相滲曲線法、模型預測法、圖版法和水驅特征曲線法［2-4］。筆者首先剖析單井的含水變化規律，然后分別利用上述4種方法分區進行含水上升規律的研究和對比，得出適合各區的含水預測方法，最后提出對各種含水上升類型的井進行分類治理的技術對策，為油田開發調整、控水穩油以及減緩產量遞減提供科學依據。

1 含水特征分析

1.1 含水現狀

截至2013年12月底，牛圈湖區塊共開井298口，其中油井175口，注水井123口，綜合含水率49%，采油速度1.21%，采出程度3.27%。

目前牛圈湖區塊中、高含水井比例大，含水率大于60%的井占43.1%。其中北區中、高含水井比例大，含水率大于60%的井占57.4%，含水率大于90%的井占48.1%。

1.2 含水上升特征

根據萬吉業驅替系列［5］，含水率與采出程度關系曲線基本上可采用5種形式表示，即“凸”型、“凹”型、“S”型、“凸-S”型和“S-凹”型。

牛圈湖區塊含水率與采出程度關系理論曲線呈典型的“凸-S”型特征，而實際含水上升曲線則呈現“Γ”型特征（圖2），初期含水上升過快，目前含水處于穩定階段，開發效果逐漸轉好。

圖2 牛圈湖區塊含水率與采出程度關系曲線Fig.2Relationship between water cut and degree of reserve recovery in Niuquanhu block

油田的開發效果集中反映在對單井開采有效控制等方面，為此，重點分析了單井的含水上升規律。通過對牛圈湖區塊107口油井進行綜合分析，將該區含水上升劃分為“直線”型［6］、“凸”型、“凸-S”型、“S”型和“S-凹”型共5種類型（表1），比萬吉業驅替系列多了一種“直線”型，因開發時間較短，尚未發現含水上升呈“凹”型的井。從表1可看出，含水上升以“直線”型居多（46口），占分析井的43%，其次為“凸”型（23口），占分析井的21.5%；在牛圈湖北區“直線”型和“凸”型這2種含水上升類型的井均最多，分別占84.8%和73.9%。

表1 牛圈湖各區塊含水上升類型統計Table 1Statistics of water cut rising types in Niuquanhu block

2 含水上升規律研究

2.1 相滲曲線法

文獻［7］根據油水兩相滲透率Corey表達式，推導出了含水率與可采儲量采出程度的關系式，即

式中：fw為含水率，%；M為水油流度比；nw為水相指數；no為油相指數；ρw為地層水密度，g/cm3；Rf為可采儲量采出程度，%；ρo為地層原油密度，g/cm3。

通過轉化，可得出含水率與地質儲量采出程度的關系式，即

式中：R為地質儲量采出程度，%；ER為最終采收率，%。

牛圈湖北區、南區、東區以及全區的水相指數分別為1.849 6，1.133 1，1.476 1和1.483 0，油相指數分別為1.989 6，1.759 0，1.540 9和1.738 2。將以上值帶入式（2），得出南區和東區含水率與地質儲量采出程度的關系曲線（圖3）。

圖3牛圈湖南區與東區含水率與采出程度關系曲線Fig.3Relationship between water cut and degree of reserve recovery in the southern district and eastern district of Niuquanhu block

2.2 模型預測法

2.2.1 Logistic模型

Logistic回歸模型主要是用來對多因素影響的事件進行概率預測，它是普通多元線性回歸模型的進一步擴展，是非線性模型，其表達式［8］為

式中：t為開發時間，mon或a；A2為極限含水率，%；A1，X0和p均為擬合參數。

通過與實際含水上升進行擬合，分別得出牛圈湖南區和東區Logistic模型的表達式分別為

根據式（4），對牛圈湖南區含水率進行了預測（圖4）。

圖4 牛圈湖南區含水率預測Fig.4Water cut prediction in the southern district of Niuquanhu block

2.2.2 萬吉業模型

萬吉業［5］從油層物理相對滲透率概念引導出驅替系列概念以及5種類型的驅替特征曲線，其表達式分別為

式（6）～（10）中：a和b分別為各類驅替特征曲線在線性坐標圖上的直線段截點和斜率。

通過對上述5種驅替系列公式的擬合對比，牛圈湖南區含水上升符合“凸-S”型特征，東區含水上升符合“凸”型特征，擬合得到的關系式分別為

2.3 圖版法

對于任何一個油藏，在注水開發的過程中，油水黏度比會影響階段含水率和含水上升率，而含水率與采出程度之間存在一定的內在聯系［5-7］。按照童憲章推導出的水驅曲線關系［9］，含水率與采出程度的關系大致呈一條“S”型曲線，該關系式為

文獻［9］將上述童氏標準曲線公式修改為

其中

因此，對于不同的ER值，可根據式（15）和式（16）求出c與a的值，再按照式（14）得出含水率與采出程度的關系圖版（圖5）。

圖5 牛圈湖各區塊含水率與采出程度理論與實際關系曲線Fig.5Theoretical and actual curves of relation between water cut and degree of reserve recovery in Niuquanhu block

從圖5可看出：牛圈湖北區投產初期即高含水，開發效果較差，目前含水處于穩定階段；南區初期含水上升快，沿著理論采收率18%這條曲線上升，通過調剖、井網完善及注水調控等措施，后期含水沿著理論采收率24%這條曲線上升，開發效果逐漸變好；東區開發效果較好，含水上升比較平緩，沿著理論采收率24%這條曲線上升。

2.4 水驅特征曲線法

通過文獻［10］近20種水驅特征曲線方程與生產實際擬合，發現牛圈湖南區采用乙型校正水驅特征曲線擬合程度高，北區采用雙對數水驅特征曲線擬合程度高，由此得出的含水率與采出程度關系曲線如圖6所示。

乙型校正水驅特征曲線為

其R-fw關系式為

利用乙型校正水驅特征曲線對牛圈湖南區生產數據進行擬合，得到該區R-fw關系式為

圖6 牛圈湖南區與北區含水率與采出程度關系曲線Fig.6Relationship between water cut and degree of reserve recovery in the southern district and northern district of Niuquanhu block

雙對數水驅特征曲線為

其R-fw關系式為

利用雙對數水驅特征曲線對牛圈湖北區生產數據進行擬合，得到該區R-fw關系式為

式（17）～（22）中：N為地質儲量，104m3；Lp為累積產液量，104m3；Np為累積產油量，104m3；Wp為累積產水量，104m3；a，b，C均為待定參數。

2.5 含水率預測對比與分析

從上述分析研究可以得出：牛圈湖南區利用上述幾種方法預測的含水率總體比較一致，通過對比，并結合目前含水率變化趨勢來看，推薦使用童氏校正圖版法預測含水率（表2）；北區含水上升呈現“Γ”型特征，無論是運用圖版法還是模型預測法均無法進行擬合，目前只能運用雙對數水驅特征曲線法并結合產量遞減進行含水率預測（參見圖6）；東區雖然通過萬吉業模型和童氏校正圖版法得出的含水率和采出程度關系與實際擬合較好，但由于該區產量處于上升階段，產量預測困難，目前只能運用Logistic模型進行含水率預測（參見圖4）。

綜上所述，相滲曲線法其準確性與所選的相滲曲線是否能夠代表整個區塊有關，因為它沒有考慮到油藏的實際生產動態，因此一般只作為理論分析；水驅特征曲線法一般用于含水達到一定階段，出現直線段后的分析，常用于油田開發中、后期；圖版法和模型預測法主要用于初期投入開發的油藏。

表2 牛圈湖南區含水率預測對比Table 2The contrast of water cut prediction in the southern district of Niuquanhu block

3 含水控制方法及對策

為了加快油井見效速度，牛圈湖區塊開發初期注水井采用微超破壓注水，且油井采用壓裂投產，加劇了平面矛盾，造成地層壓力恢復平面不均衡，導致投產后見水井比例大，含水上升速度快。根據統計，牛圈湖區塊目前含水上升呈“直線”型、“凸”型和“凸-S”型的井產水量占總產水量的60.2%，而產油量僅占總產油量的8.1%，致使區塊含水上升過快，因此，治理這3種類型高含水井是該區控水穩油的關鍵。

牛圈湖南區通過執行溫和注水政策、持續有效的注水調控及多輪次化學調剖等手段，改善了注水開發效果，控制了自然遞減。為此，對牛圈湖區塊制定了“控壓力、小水量、低強度、短周期”的溫和注水技術政策，具體為［1，11］：①避射油干層，水井分段注水；②吸水強度控制在1.5～3.0 m3/d·m，單井配注15～25m3/d；③建產區實施控制超破壓及小水量超前注水技術，初期單井配注30 m3/d；④新井地層壓力系數提高到1.0（原始壓力的130%）進行壓裂投產。

油田開發到現階段，制定一個總的控水對策固然很重要，但更為關鍵的是，要結合地質與生產動態特征，制定出單井的分類治理技術對策。通過對牛圈湖區塊5種含水上升類型的井進行具體分析，結合區塊含水現狀，提出了對各種含水上升類型的井實施如下分類控水的具體對策［6，12-13］。

（1）“直線”型。其特征為：投產即高含水，含水率與采出程度關系曲線呈直線。這類井主要是由于周圍水井超前高強度注水導致水淹造成。采取的對策主要為：①繼續實施“排、關、間”開發對策，即對高產液高含水井排采，對應注水井關井和間注，充分發揮毛管壓力作用，促使地下油水關系和壓力場重新分布；②化學降黏，尋找合適驅替介質。

（2）“凸”和“凸-S”型。其產生機理為［4，13-14］：①儲層物性差，非均質性強，平、剖面矛盾突出，注水突進造成水淹；②存在優勢滲流通道，水驅狀況差，單向水淹；③注水強度大，水線突進造成水淹。采取的對策為：①周期注水、調剖；②完善注采井網；③分層注水，調控、強化其他方向；④化學降黏，尋找合適驅替介質。

（3）“S”型。其產生機理為：①油井處于良好的水驅狀態，可能有見水方向，但該見水方向液量不占主導地位（一般小于30%）；②多為單向見水，但周圍水井驅替強度控制比較合理，油層平面受效相對均衡，未產生大的方向性驅替差異。采取的對策為：①及時分析，預先調控；②完善注采井網，增加水驅方向。

（4）“S-凹”型。其產生機理為：①和“S”型相似，前期控制較好，含水上升慢；②見水方向為主力產液受效方向，水驅前緣突破后，含水大幅度上升。采取的對策主要是及時分析，預先調控。

4 結論

（1）牛圈湖南區通過幾種方法預測的含水率總體比較一致，從目前含水變化趨勢來看，推薦使用童氏校正圖版法預測含水率；東區目前只能使用Logistic模型進行分年含水率預測；北區則運用雙對數水驅特征曲線并結合產量遞減進行預測。

（2）相滲曲線法沒有考慮到油藏的實際生產動態，一般只作為理論分析；水驅特征曲線法一般用于含水達到一定階段，出現直線段后的分析，常用于油田開發中、后期；圖版法、模型預測法主要用于初期投入開發的油藏。

（3）牛圈湖區塊含水上升呈“直線”型、“凸”型和“凸-S”型井產水量占總產水量的60.2%，而產油量僅占總產油量的8.1%，致使該區含水上升過快，因此對這3種類型高含水井進行分類治理是該區控水穩油的關鍵。

（4）牛圈湖區塊含水上升過快是強注所致，因此，低滲透低壓油藏實施超前注水必須克服前期強注行為，嚴格控制超破壓注水，對于非均質性強的油藏更是如此。正確處理好短期效果與長期效果的矛盾，才能真正實現控水穩油的目標。

（5）牛圈湖區塊通過制定“控壓力、小水量、低強度、短周期”的溫和注水技術政策，并結合化學調剖和井網完善等治理技術對策，使含水上升得到了控制，開發形勢逐漸轉好，為同類油藏開發提供了借鑒。

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（本文編輯：王會玲）

圖版Ⅰ說明：1.白云石主要呈暗紅色—橘紅色，少量白云石內生長環帶呈橘紅色，菱形狀外生長環帶呈橘黃色，單偏光，40倍；2.嵌晶狀晶粒結構微晶白云巖內發育2期裂隙，方解石充填裂隙，單偏光，40倍；3.視域同（2），方解石充填裂隙呈橘黃色，裂縫邊緣半自形白云石呈棕褐色；4.白云巖不等粒結構及白云石的霧心亮邊結構，單偏光，40倍；5.殘余粒屑結構及晶粒結構，殘余粒屑由藻屑、內碎屑、生屑等構成，均由白云石充填，單偏光，40倍；6.粒屑邊緣泥晶白云巖和少許重結晶白云巖呈暗紅色，殘余粒屑以橘紅色為主，單偏光，40倍

（本文編輯：楊琦）

Water cut rising rules and water control countermeasures of reservoir of Xishanyao Formation in Niuquanhu block

PAN Youjun，XU Ying，WU Mei’e，ZHANG Zhongjin
（Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Tuha Oilfield Company，Hami 839009，Xinjiang，China）

Too rapid rising of water cut in Niuquanhu block has seriously restricted the stable oil production.Based on relative permeability curves,model prediction,plate method,water drive curve method,this paper studied water cut rising rule,obtained the recovery of each block changes with water cut and the water cut forecasting model,and compared with the actual water cut rising,finally optimized suitable method for the prediction of water cut in each block.The water cut rising rule of single well was analyzed.According to water cut change characteristics,we divided water cut rising into 5 types,analyzed the development features and formation mechanism of each type of water cur rising,and proposed corresponding technical countermeasures,which provides references for the effective development in Niuquanhu block.

water cut risingtypes；water cut risingrules；water cut prediction；control countermeasures；Niuquanhu block

TE341

：A

2014-03-09；

2014-04-18

中國石油天然氣股份有限公司項目“牛圈湖特低滲低流度復雜油藏有效開發配套技術研究與試驗”（編號：2009D-1503-08）資助

潘有軍（1984-），男，工程師，從事油氣田開發方面的研究工作。地址：（839009）新疆哈密石油基地勘探開發研究院。電話：（0902）2770404。E-mail：yjypyj@petrochina.com.cn。

1673-8926（2014）05-0113-06