水驅砂巖油藏優勢通道識別綜述

丁帥偉，姜漢橋，趙 冀，李俊鍵，周代余，曠曦域

(1.中國石油大學(北京)石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發研究院)

水驅砂巖油藏優勢通道識別綜述

丁帥偉1，姜漢橋1，趙 冀2，李俊鍵1，周代余2，曠曦域2

(1.中國石油大學(北京)石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發研究院)

砂巖油藏由于長期注水開發形成的優勢通道使注入水低效、無效循環，并且使中高含水期油田其他增產措施實現困難。介紹了國內外利用生產測井資料，取心井資料，示蹤劑監測資料，試井資料和生產動態資料等定性或定量識別水驅砂巖油藏優勢通道的存在和發育程度分級方法。指出在大孔道參數計算方面，未解決如何表征優勢通道參數的空間分布問題；針對優勢通道發育程度分級方面，未進行屬性參數確定后的分類研究，而此對優勢通道差異化對策調整區域的選擇具有重要意義。

砂巖油藏；優勢通道；識別方法；參數計算；分級方法

目前國內大部分油田已進入高含水時期，經過長期的注水開發，儲層嚴重出砂導致砂巖油藏物性相對于開發初期發生了較大的變化，油藏某些層或者局部區域已形成水驅優勢通道。優勢通道的發育使注入水低效、無效循環，加劇油層非均質性，使注入水波及系數降低，加劇層內、層間矛盾，導致油井含水上升快，并且使中高含水期油田其他增產措施實現困難。實踐證明，優勢通道的有效封堵是改善水驅開發效果的必要手段，而優勢通道的準確識別與體積定量計算是實現成功封堵的前提保障。筆者通過開展國內外大量文獻調研工作，對優勢通道識別方法、屬性參數計算方法和分級方法的國內外研究現狀進行綜述，并指出目前存在的問題。

1 國內優勢通道識別方法研究現狀

油層“大孔道”這個概念最早于20世紀80年代由勝利油田提出來，并研究出了對大孔道進行調堵的黏土調剖劑。趙福麟等(1994)[1]認為地層受注入水沖刷所產生的孔道屬次生孔道，在這些孔道中，孔徑超過30 μm的孔道叫大孔道。這是第一次對大孔道給出一個明確的界限。

大孔道又稱為優勢(滲流)通道、竄流通道等，根據識別方法所用的資料，國內目前識別優勢通道的方法可分為以下類型：生產測井資料，取心井資料，示蹤劑監測資料，試井資料和生產動態資料。

1.1 生產測井資料

對于多數注水井，當地層存在優勢通道時，在注水剖面測井資料上或多或少會出現一些異常顯示。在油田動態監測過程中，對某些注水井進行吸水剖面測試時，常發現強吸水層位，但在測井曲線上卻反映出該層不吸水。經分析認為，在吸水剖面測試過程中，地層長期受注入水不斷沖刷，造成孔隙喉道半徑增大，這樣，同位素微球顆粒可進入沖刷帶，造成吸水好的井段顯示同位素低值，吸水差的井段反而顯示同位素高值。后加大測井同位素微球顆粒直徑，測井曲線就表現出與生產動態相一致的特征。利用這一原理，就可利用測井資料對油層優勢通道進行識別。該識別方法又可分為吸水產液剖面測井、常規測井分析法、五參數組合測井、碳氧比能譜測井等[2]。但該方法大多都只能定性識別優勢通道，且測試的時候會影響水井的正常工作制度。

1.2 取心井資料

利用大量的取心資料可以描述儲層非均質性并識別優勢通道，其基本原理是：巖心取出后觀察其巖性、顏色、含油性，優勢通道高滲透層往往是呈白色，沖洗得較干凈，結合其韻律性可基本判斷大孔道分布位置及厚度。同時對巖心的滲透率變化進行分析可以對優勢通道進行識別。取心資料來自于注采井所在的儲層，能夠真實地反映注采井間儲層長期水驅后的變化情況，方法簡單、直接。但是，若想對水驅砂巖注水前后儲層變化作出準確描述，還需要注水前后大量的巖心資料，取心費用高。受巖心資料和經濟條件的限制，取心資料識別優勢通道的實際應用效果并不理想，其應用由此受到了限制。

1.3 示蹤劑監測資料

示蹤劑是指那些易溶、具有相對穩定的生物化學性、在極低濃度下可被檢測出的物質，用以指示溶解它的流體在多孔介質中的存在、流動方向以及滲流速度。

現有的示蹤技術識別儲層竄流通道是通過對示蹤劑產出曲線的分析解釋來實現的。目前主要有3種解釋方法：①解析方法，一種簡化處理的方法，解釋精度受實際礦場條件的限制。②數值方法，對示蹤劑運移機理難以精確描述，穩定性差，解釋結果的可靠性不夠，難以擬合多峰值以及多井多示蹤劑問題。③半解析方法，吸取數值法和解析法的優點，并借助概率統計方法和優化算法來處理實際現場問題，但計算比較繁瑣。示蹤劑測試是目前識別注水優勢流動通道最有效、最直接、最準確的方法之一。但是示蹤劑測試也有其無可避免缺點：成本高昂，工作量大，對于連續監測要求高。陳月明等眾多學者利用示蹤劑監測資料進行了優勢通道的識別研究[3-5]。

1.4 試井資料

在油田開發過程中，優勢通道最敏感的開發參數是壓力和產量，因此可以通過監測注采井壓力和產量的變化來識別注水優勢流動通道。目前試井分析方法可以以不同的方式分析注水優勢流動通道，主要有：壓降試井方法、水力探測法以及干擾試井法。

1.4.1 壓降試井方法

史有剛(2003)[6]將井口壓降繪制成雙對數曲線，用不同時間段對應的實測點所繪制的曲線來擬合注水優勢流動通道試井理論解釋模型的典型曲線，達到定性識別注水優勢流動通道的目的。

PI決策技術在勝坨油田成功運用多年，2009年，李青峰[7]進一步總結出了壓力測試的理論。壓力指數PI值與地層的滲透率和流動系數反相關，地層的滲透率越高、越容易出現注水優勢流動通道，地層的導流能力越強，注水井的井口壓力下降的幅度越快，因此PI指數越低，反之PI指數越高。利用這個特征可以進行區塊堵水調剖的選井，來治理油藏。

考慮到PI值只能反映流體流動能力的強弱和地層的非均質性，而不能反映出儲層參數的動態變化過程，2012年，王森[8]在PI值的基礎上提出了一種新的組合參數——無因次PI值，來進行優勢通道的識別。該參數考慮了優勢通道形成前后儲層滲透率的動態變化，消除了儲層本身泄壓能力對壓降曲線的影響，可準確有效地對優勢通道進行識別。

1.4.2 水力探測法

2004年，尚志英等[9]將水力探測技術應用到大慶油田薩北開發區北2-20-P60井組，剖析了該井組4口井水利探測曲線的形態，進行了優勢通道的識別和剩余油分布狀況的研究。2005年，尹文軍等[10]建立了連通滲透率、孔隙半徑中值、優勢通道平均厚度、平均含油飽和度的水力探測動態油層模型，用于探測注水井和采油井之間的儲層情況，能較準確地識別優勢通道，并可解釋出優勢通道的滲透率、厚度和儲層剩余油飽和度。

水力探測技術采用的是動態油層模型，考慮了在長期注水過程中油層物性的變化，通過建立儲層解釋模型，可以對井間大孔道、剩余油飽和度進行描述，這是其他測試方法做不到的。

1.4.3 干擾試井法

2010年，馮其紅等[11]建立干擾試井解釋模型用于勝坨油田中優勢通道的識別，并且指出該解釋方法提供了一種計算優勢通道滲透率和厚度反問題的解決方法。

1.5 生產動態資料

優勢通道形成之后在生產動態上會表現出生產井含水快速上升、注水井注入壓力下降和油井產液能力增大等特征，因此，利用生產動態資料可以定性地識別優勢通達。目前利用生產動態資料進行優勢通道的識別方法可以分為：灰色關聯法、模糊綜合評判法、動態綜合分析法、典型曲線法以及聚類分析法。

1.5.1 灰色關聯法

2001年，竇之林等[12]提出采用灰色關聯分析的方法計算生產井的采液指數與注水井的視吸水指數之間的灰色關聯度，并將其作為注采單元內水井和油井之間連通程度的度量，進而進行優勢通道的識別。他還將已經發育優勢通道的地層視為優勢通道與正常儲層的并聯，根據油層物理理論建立了一種利用生產動態資料進行優勢通道識別的方法，該方法可解釋出優勢通道的體積、滲透率和喉道半徑。

1.5.2 模糊綜合評判法

2003年，劉月田等[13]在全面分析影響大孔道的各種因素的基礎上，利用模糊評判方法綜合處理各種動、靜態因素指標，建立了大孔道識別專家系統，通過大孔道綜合判度值判別油藏內大孔道的存在和發展狀態。他還將大孔道中的水流視為宏觀的管道流動，根據流體力學理論建立了針對不同流動狀態的大孔道參數解釋方法，該方法可根據示蹤劑資料和生產動態資料定量解釋出大孔道的直徑和體積。

宋考平等[14]通過分析大孔道形成的影響因素以及在開發中表現出的特征，確定出低效循環油水井判定指標，利用模糊綜合評判方法初步選定低效循環油水井，然后通過小層靜態數據與沉積微相對比，以及油水井的相關性對比，最終確定出低效循環井層。

彭仕宓(2007)[15]綜合考慮影響儲層大孔道形成因素，選取孔隙度、滲透率和含水率變化率等多種靜態和動態指標，利用層次分析法確定各個指標的權重后計算出大孔道綜合指數，根據大孔道綜合指數定量描述竄流通道的發育程度。

針對模糊綜合評判方法的不足，趙傳峰等[16]提出了一種竄流通道分級模糊評判方法：根據竄流程度將竄流通道分為3種級別，綜合考慮竄流通道的影響因素和表現特征，構建簡便、合理的評判指標體系，確定各指標的分級界限并分配權重，最后建立適用于水驅或聚合物驅油藏的竄流通道分級模糊評判模型。

1.5.3 動態綜合分析法

2005年，郭同翠等[17]提出綜合動態分析法，根據油水井的產/注水量和對產出水、原油的分析化驗判斷來水方向。此外，還基于流線的思想，通過流線突破時間定性判別大孔道的存在，并將含水指數(雙對數水油比)特征曲線用于青龍臺11塊油藏竄流通道的識別。她還將信號分析的手段用于處理油藏動態數據，通過計算注水井的注水量與生產井產油/液量之間的相關性，進行優勢通道的定性識別。

1.5.4 典型曲線法

2009年，高慧梅等[18]采用數值模擬的方法，繪制了分流系數、非均質系數和不同大孔道出現時機影響的水驅特征典型曲線，通過不同的典型曲線圖版擬合一口特定井或井組的實際數據來識別儲層的非均質程度和判別大孔道存在的可能性。

1.5.5 聚類分析法

2010年，王碩亮等[19]考慮到目前的優勢通道判別方法過于依賴主觀判斷、人為因素影響較大，提出利用ISODATA聚類分析方法，根據油水井不同的動態數據特征，判斷每口井是否存在大孔道以及大孔道的級別，較好地解決了界限值合理性問題。

針對低滲透儲集層優勢竄流通道的定量識別方法較少的現狀，劉衛等[20]針對低滲透厚油層引入能有效表征優勢竄流通道的4項參數，應用加權K-means聚類算法開展優勢竄流通道的定量識別方法研究，識別結果表明優勢竄流通道的分布區域主要受砂體微相、砂體形態及古水流方向的控制。

2 國外優勢通道識別方法研究現狀

國外對于優勢通道沒有統一的稱謂，文獻中經常提到的說法有以下幾種：thief zone, high-permeability zone/streak, high-conductive fracture/layer, preferential flow path, super-K等。國外對優勢通道識別方面的研究工作并沒有國內那么多，但研究可以追溯到20世紀50年代，歸納起來可分為井間示蹤劑識別技術、測井資料識別方法、霍爾曲線法和生產動態資料反演的方法。

2.1 井間示蹤劑識別技術

1953年，Calhoun[21]提出了一種計算示蹤劑溶液由注水井流動到生產井所需時間的經典計算方法，可用于計算優勢通道的滲透率。1975年，Martin Felsenthal[22]針對California油田，將優勢通道定義為占儲層有效厚度5%以內，但相對吸水量達到25%以上的儲層。他還使用了吸水剖面、井間示蹤劑測試、壓力降落試井和霍爾曲線等進行優勢通道的定性識別。1982年，Abbaszade[23]在Brigham和Smith提出的五點井網中示蹤劑流動特性預測方法基礎上，提出通過擬合井間示蹤劑產出曲線反演儲層參數的方法。通過該方法可計算得到優勢通道的厚度、滲透率、孔隙度等參數。至此，應用井間示蹤劑技術來研究油藏的非均質性才真正地由定性變為定量。2005年，C．Reyes-Lopez[24]利用井間示蹤劑測試來評價油藏非均質性，進行油藏中高滲通道的識別。

2.2 測井資料識別方法

1994年，R.K.Bane[25]明確將優勢通道定義為橫向上具有較高滲透率的連續性地層單元，它的含油飽和度接近殘余油飽和度。并提出了兩種定性識別優勢通道的方法：吸水剖面+生產測井，孔隙度伽馬測井+注入量。利用這些方法可得到注水井的面波及系數，進而繪制出優勢通道的分布圖。1998年，A.A.Al-Dhamen[26]利用模擬模型并結合流量計測井數據和生產數據，提出了一種快速識別優勢通道是局部發育還是已經連片發育的流程。

2.3 霍爾曲線法

1975年，Martin Felsenthal[22]針對California油田，使用了吸水剖面、井間示蹤劑測試、壓力降落試井和霍爾曲線等進行優勢通道的定性識別，并且指出當情況復雜的時候，霍爾曲線可能不太好用。2009年，C.S.Kabir[27]提出了一種改進的霍爾曲線，可用于優勢通道的識別，而且通過霍爾積分曲線與導數曲線之間的間距可定量估計出優勢通道的地層系數。

2.4 生產動態資料反演的方法

2009年，J.A.Vargas-Guzman[28]等人在未經過粗化的地質模型下，利用流線數值模擬的方法通過對生產動態數據自動歷史擬合進行儲層滲透率的反演，識別油藏中主導性天然裂縫區域和優勢流動通道滲透率的空間分布，但并沒有定量化計算優勢通道的發育體積、厚度和喉道半徑等參數。

3 優勢通道發育程度分級方法

2013年，姜漢橋[35]指出，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及開發條件的差異性，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，剩余油動用機理不同。為此，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，需開展不同級別優勢滲流通道差異化對策研究。目前對于優勢通道發育程度的分級研究方法主要有以下三種：

3.1 模糊綜合評判

模糊綜合評判方法主要是通過考慮影響優勢通道的影響因素，構建簡便、合理的評判指標體系，確定各指標的分級界限并分配權重，利用模糊綜合評判原理，計算出優勢通道的綜合評判指數，定量化確定優勢通道的發育程度。彭仕宓(2007)[15]和趙傳峰(2010)[16]都利用該方法對優勢通道進行了分級定量評價。

該方法比較簡便和經濟，使用比較廣泛，但存在部分評判指標的獲取比較困難，要么準確度難以保證，要么獲取成本過高和周期過長。

3.2 聚類分析方法

模糊聚類分析是依據客觀事物間的特征、親疏程度和相似性，通過建立模糊相似關系對客觀事物進行分類的一種數學方法。大量室內實驗和動態分析表明：易形成優勢通道的井，其地質構造上具有一定的相似性；優勢通道形成后，其動態表現上也趨于一致。王碩亮(2010)[19]和劉衛(2010)[20]分別利用ISODATA聚類算法和加權K-means聚類算法對優勢通道進行了分級定量評價。

聚類結果是在同一時期優勢通道分級的一種相對的結果，不同時期的分級沒有統一的標準，無法進行不同時期同一優勢通道的定量化評價。

3.3 數值模擬和油藏工程相結合的圖版法

2012年，王森[8]考慮不同發育級別優勢通道的滲流狀態和分布形式的不同，利用數值模擬和油藏工程相結合的手段研究了優勢通道的形成對注水開發的影響，選取優勢通道的相對吸水量、吸水強度比兩個相對指標繪制了優勢通道分級圖版，將優勢通道按照級別由低到高劃分為優勢通道不明顯儲層、普通高滲透層、強高滲透條帶和大孔道四個級別。

圖版法雖然使用起來比較方便，但對于不同的油藏類型，需要建立不同的概念模型進行模擬、計算和統計來進行圖版的制作，工作量較大。

4 認識

綜上所述，對水驅砂巖儲層優勢通道識別技術的研究，逐漸形成了較為成熟的理論和方法。在大孔道參數計算方面，能對存在優勢通道的高滲層的體積、厚度、滲透率以及大孔道半徑大小等參數進行估算，但未解決如何表征優勢通道參數的空間分布問題；生產數據自動歷史擬合反演法，是一種較好的解決定量化表征優勢通道參數的空間變化分布的方法，但需要添加約束條件進行改進。針對優勢通道發育程度分級方面，基本都是在未確定屬性參數之前進行分級的，未進行屬性參數確定后的分類研究，也未建立考慮參數的分級標準和方法，而此對優勢通道差異化對策調整區域的選擇具有重要意義。

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編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0132-05

2015-03-20

丁帥偉，博士研究生，1987年生，主要從事油藏工程與油藏數值模擬方面的研究。 基金資助：國家重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”課題5“西非、亞太及南美典型油氣田開發關鍵技術研究”子課題05“西非深水油田注采優化及高效開發模式研究”(2011ZX05030-005-05)資助，

TE343

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