優勢滲流通道的試井解釋方法研究

劉 洪

(中國石油冀東油田分公司，河北唐山 063004)

優勢滲流通道的試井解釋方法研究

劉 洪

(中國石油冀東油田分公司，河北唐山 063004)

復雜斷塊油藏水驅開發極易形成優勢滲流通道，造成油井很快見水。識別優勢滲流通道主要手段是測井對比、巖心分析、壓降測試等，目前的優勢滲流通道識別試井解釋模型無法適應現場需求。通過分析優勢滲流通道基本形態，建立了優勢滲流通道試井模型；通過有限差分法對模型進行離散求解，繪制了井底壓力及壓力導數雙對數曲線試井解釋圖版。優勢滲流通道試井響應主要有通道徑向流和線性流兩段，分析了通道滲透率、儲容比、寬度等參數對優勢滲流通道試井響應的影響，最后利用建立的雙對數曲線圖版對高尚堡油田一口井壓降測試資料進行了解釋，曲線吻合效果較好，該方法可以作為優勢滲流通道試井識別方法進行推廣應用。

優勢滲流通道；大孔道；試井解釋；復雜斷塊油藏

1 研究背景

優勢滲流通道是指河道砂巖儲層由于滲透率的差異性，加上油水的重力分異作用，造成油田開發注入水優先沿河道砂巖主體帶底部向油井突進，并且在長期注水沖刷條件下，逐漸形成油水井間相互連通的高滲透強水洗通道[1]。優勢滲流通道的存在，導致了油田采收率低下，油井快速水淹。油層滲透率、巖石膠結程度、開采速度、原油黏度是影響優勢滲流通道形成的幾大因素[2]。在實際情況下，滲透率較低的油藏，出砂微粒濃度在達到峰值濃度前就發生了堵塞，膠結疏松且滲透率較高的砂巖在強注強采的開發方案下更容易形成大孔道[3]。

現有的測井識別大孔道的方法主要分為兩大類：一類是利用水淹層測井響應特征——“電極曲線幅度和幅度差大幅降低，電阻率大幅下降，自然電位曲線幅度略微上升”定性識別大孔道[4-5]；另一類是通過擬合井間示蹤測井曲線反演地層參數，定量描述大孔道。測井識別大孔道的方法原理簡單，較易實施，但受井眼環境因素的影響，測井資料可靠性存在不確定性。取心資料是識別大孔道的第一手資料，儲層巖心取出后，觀察巖性、顏色、含油性孔道地層巖心一般呈白色，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[6-7]。但準確描述注水前后儲層變化需要大量巖心資料，高昂的取心費用決定了用取心資料識別大孔道不夠現實。優勢滲流通道最敏感的開發參數就是壓力和產量，壓降測試資料用來識別優勢滲流通道已有相關研究。史有剛、曾慶輝等通過線性流模型給出了診斷大孔道的方法，并給出了典型曲線分析方法和界定大孔道存在的標準[8-9]。楊士榮采用試井壓降測試方法，研究通過注水后滲透率在壓降雙對數曲線圖上的變化特征了解地層滲透率的變化情況[10]。大孔道的試井理論解釋模型不完善，以注水井口壓降雙對數曲線擬合、水力探測等試井理論為基礎的大孔道識別方法大都建立在水平、等厚、各向同性的均質彈性孔隙介質等理想模型基礎上，與真實儲層相差甚遠，因此試井理論識別大孔道的方法精度不夠高，需要進一步尋找新的解釋模型。

2 優勢滲流通道的試井模型

根據優勢滲流通道的平面展布特征，可以建立優勢滲流通道簡化物理模型(圖1)，模型特征如下：有限邊界層狀油藏，厚度處處相等，油藏中存在一窄長優勢滲流通道條帶，條帶上滲透率和孔隙度遠高于條帶外；流體微可壓縮，不考慮毛管力的影響；條帶上有一口注水井以日注量Q進行注水，建立了試井解釋模型研究優勢滲流通道試井響應特征。

圖1 優勢滲流物理模型示意圖

優勢滲流通道滲流方程：

(1)

優勢滲流通道外滲流方程：

(2)

初始條件：

pf(x,y,t=0)=pm(x,y,t=0)=pi

(3)

內邊界條件(井位于高滲條帶)：

(4)

封閉外邊界條件：

(5)

井所在網格折算半徑計算公式：

(6)

有效半徑計算公式：

rwe=rwe-s

(7)

采用常用無因次變量對模型進行無因次化,得到無因次模型如下：

(8)

(9)

pfD(xD,yD,tD=0)=pmD(xD,yD,tD=0)=0

(10)

(11)

(12)

3 模型求解

采用有限差分法對模型進行離散得到數值模型，得到網格壓力的五對角線性方程組，可以采用共軛梯度法進行求解：

(13)

對于封閉外邊界處，對應網格界面系數取0。而優勢滲流通道與儲層界面處滲透率按調和平均數計算。對于內邊界，井筒所在網格按下面公式修正：

(14)

(15)

變量說明：Pi——原始地層壓力，MPa；Pwl——井所在網格地層壓力，MPa；Pm——優勢滲流通道條帶外地層壓力，MPa；Pf——優勢滲流通道條帶內地層壓力，MPa；km——優勢滲流通道條帶外地層滲透率，μm2；kf——優勢滲流通道條帶內地層滲透率，μm2；φm——優勢滲流通道條帶外地層孔隙度；φf——優勢滲流通道條帶內地層孔隙度；Cm——優勢滲流通道條帶外地層綜合壓縮系數，MPa-1；Cf——優勢滲流通道條帶內地層綜合壓縮系數，MPa-1；μ——流體黏度，mPa·s；h——地層厚度，m；Pw——井筒流壓，MPa；rl——井所在網格折算半徑，m；rwe——有效半徑，m；B——流體體積系數，m3/m3；C——井儲系數，m3/MPa；n——垂直邊界法向量；△x，△y——網格步長，m；t——測試時間，d；rw——井筒半徑，m；Γ——外邊界；S——表皮系數；κ——滲透率比值；△tD——時間步長。

4 優勢滲流通道試井模型解釋圖版

調整模型參數，對計算的井底壓力繪制壓力和壓力導數雙對數曲線。識別優勢滲流通道模型雙對數曲線一共分四段：早期井儲表皮段、優勢滲流通道徑向流段、優勢滲流通道線性流段、外邊界響應段。早期井儲表皮段主要受井儲系數和表皮系數控制，優勢滲流通道徑向流段受滲流通道寬度影響，線性流段受控于優勢滲流通道長度，對于注水開發油藏，優勢滲流通道形成后，長度一般都延伸到油井甚至更遠，外邊界響應段受控于油藏面積大小。

圖2給出了不同κ值對優勢滲流通道試井模型井底壓力雙對數曲線的影響，優勢滲流通道形成后，水洗滲透率越來越大，因此早期段過后，導數曲線下凹越來越深，相比滲流通道外儲層滲透率差異越來越大，導致線性流動段越來越明顯。

圖2 滲透率比值對雙對數曲線的影響

圖3給出了不同ωf值對優勢滲流通道試井模型井底壓力雙對數曲線的影響。儲容比ωf大小反映的是優勢滲流通道孔隙度變化程度，儲容比為0.5意味著優勢滲流通道孔隙度與通道外一致，儲容比越大，近井地帶流體從優勢滲流通道流向井筒比例越大，通道外流入通道所占比例越少，壓力通過滲流通道傳播更遠，因此線性流段和外邊界更早出現。

圖3 儲容比對雙對數曲線的影響

圖4給出了優勢滲流通道寬度對優勢滲流通道試井模型井底壓力雙對數曲線的影響。優勢滲流通道寬度越大，通道更容易形成徑向流。同時通道越大，相同時間內壓力波及區通道占面積越大，由于通道內滲透率高于通道外地層，雙對數曲線上反映出地層平均滲透率更大，曲線下凹越深。

圖4 優勢通道寬度對雙對數曲線的影響

5 現場應用

G5X1為高深北區高5斷塊的一口注水井，吸水剖面顯示吸水不均勻，單層突進嚴重。2013年7月2日進行了一次壓降測試，分析求得的該測試層地層流動系數0.01436 μm2·m/(mPa·s)，地層產能系數0.00434 μm2·m，有效滲透率1.61×10-3μm2。各項參數均反映儲層物性一般，屬于中低滲儲層；綜合表皮系數-0.75，表明井筒附近地層呈完善特征。但2013年7月19日又進行了一次壓降測試，求得的該測試層地層流動系數0.0207 μm2·m/(mPa·s)，地層產能系數0.07053 μm2·m，有效滲透率9×10-3μm2。兩次測試相隔不久，但解釋滲透率差別很大，分析可能注水形成優勢滲流通道，對7月19日壓降測試資料采用優勢滲流通道解釋圖版進行解釋(圖5)，模型解釋參數為：κ=8.5，L=6 m，ωf=0.54，曲線吻合效果較好。

圖5 G5X1井雙對數擬合效果

6 結論

(1)調研了優勢滲流通道試井識別方法現狀，分析了優勢滲流通道滲流特征，建立了優勢滲流通道試井數學模型。

(2)對數學模型采用有限差分法求解，得到了井底壓力，繪制了不同滲透率比值、儲容比、通道寬度等參數井底壓力雙對數曲線圖版，分析了滲透率比值、儲容比、通道寬度等參數對雙對數曲線的影響。

(3)使用建立的識別優勢滲流通道試井解釋圖版對G5X1井進行了解釋，曲線擬合效果較好，得到了優勢滲流通道解釋參數，該技術是優勢滲流通道乃至流動單元動態研究的一個良好輔助。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)02-0098-04

2014-11-10

劉洪，工程師，1981年生，2003年畢業于江漢石油學院信息與計算科學專業，2012年畢業于長江大學油氣田開發工程專業，獲博士學位，現從事油氣田開發方面工作。

國家重大專項基金項目“渤海灣盆地黃驊坳陷灘海開發技術”(2011ZX05050)示范工程。

TE312 文獻識別碼：A