夾層性質(zhì)對厚層底水油藏水驅(qū)規(guī)律的影響

任超群，李文紅，孔令輝，張鵬，宋智聰

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

夾層性質(zhì)對厚層底水油藏水驅(qū)規(guī)律的影響

任超群，李文紅，孔令輝，張鵬，宋智聰

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

厚油層層內(nèi)夾層是控制油井水驅(qū)規(guī)律的主要因素，尤其在底水油藏中，夾層的存在引起地層流體流線的改變，不同的夾層性質(zhì)導(dǎo)致不同的改變效果，進而影響油藏水驅(qū)規(guī)律的變化，甚至改變整個油藏的水驅(qū)模式。以文昌油田某油組為例，分析了厚油層層內(nèi)夾層的分布特征，并對夾層控制下的油井水驅(qū)規(guī)律進行剖析，利用該油組資料建立數(shù)值模型，采用油藏數(shù)值模擬方法分別研究了夾層不同滲透性、分布形態(tài)、組合方式等夾層性質(zhì)下的水驅(qū)規(guī)律特征及剩余油分布特征。結(jié)果表明，夾層發(fā)育范圍、滲透性、分布模式等性質(zhì)是影響油井水驅(qū)規(guī)律的主要因素，不同的夾層性質(zhì)表現(xiàn)出不同的水驅(qū)規(guī)律，在此規(guī)律指導(dǎo)下的穩(wěn)油控水措施取得較好的效果。

厚層；底水油藏；夾層性質(zhì)；水驅(qū)規(guī)律；挖潛

Key words：thick layer；bottom-water reservoir；interlayer property；waterflooding pattern；potential tapping

夾層主要是指儲層內(nèi)部不滲透或低滲透，能夠?qū)τ蜌獾牧鲃印⑦\移或聚集產(chǎn)生作用的條帶，其不能完全阻止或控制流體的運動，但對流體滲流速度與滲流效果具有較大影響[1]。目前對夾層的研究主要針對夾層的成因、類型和分布規(guī)律等方面，而對夾層的形態(tài)、滲透性等因素對水驅(qū)規(guī)律的控制作用研究則較少。采用直井開發(fā)厚層底水油藏，夾層的分布、組合形態(tài)、滲透性等因素決定了油藏水驅(qū)規(guī)律，同時對中后期剩余油分布起較為重要的控制作用，因此如何深入認識夾層對水驅(qū)規(guī)律的影響并進一步指導(dǎo)下部調(diào)整挖潛顯得尤為重要。

1 油田基本概況

文昌油田某油組為扇三角洲平原～前緣的分流河道相，該油組的儲層厚度大，分布廣，物性較好，砂巖毛厚109.53 m～147.1 m，油層厚度59.38 m～101.1 m，孔隙度20.8%～27.2%，滲透率115 mD～1 011 mD，為受斷鼻構(gòu)造控制的底水作用為主的中細砂巖油藏。

該油組自2008年投產(chǎn)以來，有6口定向井生產(chǎn)，截止到2016年底，綜合產(chǎn)油能力260 m3/d，綜合含水率達到85.7%，采出程度45.8%。該油組地層能量充足，產(chǎn)能水平保持較好。該油組儲層厚度大，油藏縱向非均質(zhì)性強，其儲層內(nèi)泥質(zhì)夾層發(fā)育，導(dǎo)致層間產(chǎn)出不均、水驅(qū)特征差異較大。

2 夾層分布特征

該油組儲層為直接入海的扇三角洲沉積，主要發(fā)育扇三角洲前緣亞相的水下分流道、河口壩、支流間灣等沉積微相。夾層類型主要包含泥質(zhì)夾層與物性夾層[2]。

泥質(zhì)夾層是地層中泥質(zhì)含量較高而使孔滲性變差的一類地層。巖性包括泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，主要分布在分流河道間、海泛泥等沉積微相中。儲層中下部發(fā)育一套分布范圍較廣，對比性強的泥質(zhì)隔層為海侵過程中形成的海泛泥巖。

物性夾層是因為地層的泥質(zhì)含量、沉積物粒度變化等因素使得孔滲性在橫向上變差的一類地層，主要發(fā)育于單期水道砂體的底、頂部以及多期水道砂體之間或是砂壩之間。物性夾層規(guī)模小，厚度薄，一般小于2 m，局部層段較厚橫向上可對比性差，分布不穩(wěn)定，一般形成為夾層。

3 夾層性質(zhì)對水驅(qū)規(guī)律的影響研究

3.1 底水錐進機理

3.1.1 無夾層模式如油藏中不存在隔板性質(zhì)的夾層[3，4]，底水直接向井底錐進（見圖1（a）），底水錐進的距離為油井射孔的避水高度，即ho－h(huán)p。根據(jù)滲流力學(xué)理論，得到底水錐進的真實速度為[5]：

穩(wěn)定生產(chǎn)時油井產(chǎn)量公式為：

由式（2）求出Δp代入式（1），得該類油井見水時間計算公式為：

3.1.2 不滲透夾層模式對于帶有不滲透率夾層的底水油藏來說，底水首先錐進到夾層的邊緣，然后繞過夾層，再沿著徑向距離向井底錐進（見圖1（b））。油井見水時間由兩部分組成：從a點錐進到b點的時間tab和從b點錐進到c點的時間tbc，根據(jù)上述推導(dǎo)及平面徑向流滲流理論，得出該類油井見水時間tb。

由式（4）可知，當(dāng)夾層分布較廣，即rb較大時，平面徑向流tbc所占比例較大，即底水自夾層邊緣錐進至井底所花時間較長，在生產(chǎn)動態(tài)上表現(xiàn)為邊水驅(qū)特征；當(dāng)夾層分布范圍較小，rb較小，平面徑向流tbc所占比例小，表現(xiàn)為底水驅(qū)特征。

3.1.3 半滲透夾層模式對于帶有半滲透夾層的底水油藏來說，底水穿過半滲透率夾層后錐進至井底（見圖1（c））。根據(jù)滲流理論得出該類油井見水時間tsb。

圖1 底水錐進示意圖

當(dāng)夾層厚度Δhb為0 m或夾層滲透率與儲層滲透率相等（β=1）時，夾層消失，式（5）轉(zhuǎn)化為式（3）；當(dāng)夾層滲透率為零（β=0）時，底水無法錐進，采用式（4）計算。

3.2 夾層滲透性對水驅(qū)規(guī)律的影響

根據(jù)巖心描述、測井響應(yīng)等地質(zhì)分析，該油組夾層分類標(biāo)準(zhǔn)為：孔隙度＜14%，滲透率＜10 mD；夾層細分為兩類，一類為泥質(zhì)夾層，電阻率為1 Ω·m～3 Ω·m，聲波為90 μs/ft～120 μs/ft，另一類為物性夾層，電阻率＞4 Ω·m，聲波為70 μs/ft～90 μs/ft。

采用油藏數(shù)值模擬軟件Eclipse進行機理分析與研究。為了解夾層不同滲透性對水驅(qū)規(guī)律的影響，參考B5井測井解釋四套夾層分布模式（見圖2）及考慮底水油藏避射情況，機理模型中修改對應(yīng)夾層的各小層滲透率，分別為0 mD、0.01 mD、0.1 mD、1 mD、5 mD、10 mD共6個方案。

圖2 B5井測井解釋成果圖

圖3 不同滲透性夾層開發(fā)效果圖

計算結(jié)果（見圖3）表明：在夾層發(fā)育的厚層底水油藏中，夾層的滲透性對直井開發(fā)效果影響較大。不同夾層滲透性開發(fā)效果情況如下：0 mD<0.01 mD<0.1 mD<（1 mD～10 mD）。這是由于當(dāng)夾層滲透性較差甚至不滲透時，其對底水的阻擋較為明顯，導(dǎo)致下部未射孔儲層段儲量動用較少，大量剩余油富集在夾層下部，總體開發(fā)效果較差；當(dāng)該類夾層具有一定滲透性時，既能阻擋底水的快速錐進，又能保證能量的供給，充分動用整個區(qū)塊儲量，提高最終采出程度（見圖4）。當(dāng)夾層滲透率大于1 mD時，由于不同滲透率的夾層對底水封堵能力的不同，造成油井見水特征及見水機理存在較大的差異，當(dāng)夾層滲透率約為1 mD時，水驅(qū)模式以邊水錐進為主；當(dāng)夾層滲透性變好時，如滲透率增加至10 mD，水驅(qū)模式由邊水錐進向底水錐進過渡，且偏向底水錐進模式（見圖5）；因此，當(dāng)定向井射孔段下部夾層不發(fā)育時，水驅(qū)模式以底水錐進為主，此時需調(diào)整開發(fā)策略避免底水快速錐進。

圖4 不同滲透性夾層水驅(qū)后期剩余油分布圖

3.3 夾層分布形態(tài)對水驅(qū)規(guī)律的影響

儲層中夾層分布復(fù)雜，既包含大范圍分布的泥巖夾層，也存在分布不穩(wěn)定，連續(xù)性較差的物性夾層等。在模型中考慮五種夾層平面分布形態(tài)：（1）全區(qū)廣泛分布；（2）全區(qū)大范圍分布；（3）局部小范圍分布；（4）井點處分布；（5）井點處無夾層分布（見圖6）。

結(jié)果表明，大范圍分布的低滲透夾層對厚層底水油藏水驅(qū)規(guī)律具有明顯影響，該類夾層能夠抑制底水錐進，水驅(qū)模式以邊水錐進為主，開發(fā)效果較好；夾層滲透性相對較差的油井以邊水驅(qū)動模式為主，夾層滲透性相對較好的油井以底水驅(qū)動模式為主；井點處分布低滲透夾層對底水基本無阻擋作用，水驅(qū)特征表現(xiàn)為見水快、底水錐進的特征。

3.4 夾層組合方式對水驅(qū)規(guī)律的影響

夾層的存在導(dǎo)致地下滲流場發(fā)生變化，多套夾層的存在使?jié)B流場的變化更為復(fù)雜，造成不同生產(chǎn)井的不同生產(chǎn)特征。

圖5 夾層滲透性大于1 mD早期水驅(qū)特征示意圖

模型采用不同的夾層組合方式來研究其對水驅(qū)規(guī)律的影響。考慮三種夾層（k=0.1 mD）的不同組合方式：（1）夾層大范圍分布，厚度為5 m；（2）三套夾層大范圍分布，厚度為1 m；（3）三套夾層不連續(xù)分布，交錯組合，厚度為1 m（見圖7，圖8）。計算結(jié)果表明，夾層大范圍分布時，總體上一套厚層與多套薄層開發(fā)效果相當(dāng)，多套薄層略好，夾層下部“屋檐油”富集；夾層以局部交錯分布時，開發(fā)效果較好，既能延緩底水的錐進，又能較好動用下部儲量。

圖6 不同夾層分布模型物性及剩余油飽和度分布圖

圖7 不同夾層組合模型物性及剩余油分布圖

4 實例應(yīng)用

根據(jù)夾層分布模式及夾層性質(zhì)對油井水驅(qū)規(guī)律的影響特征認識，文昌油田該油組水驅(qū)規(guī)律主要受夾層性質(zhì)的影響，底水區(qū)油井（B5井）在生產(chǎn)過程中表現(xiàn)為典型的邊水驅(qū)動特征（見圖9）。

B3井為構(gòu)造高部位的一口定向生產(chǎn)井，鉆遇油水界面，射孔段位于儲層中上部，射孔層段以小范圍夾層發(fā)育為主，射孔段下部發(fā)育較大范圍夾層，生產(chǎn)過程中水驅(qū)特征以邊水為主，底水為輔的邊底水水驅(qū)特征，出水段以下部射孔段為主。產(chǎn)出剖面測井結(jié)果（見圖10）顯示下部層段含水率較高，結(jié)合水驅(qū)模式分析，該井于后期卡掉下部產(chǎn)層后，含水從84%下降至55%，初期日增油25 m3（見圖11），措施效果較好。

圖8 不同夾層組合方式開發(fā)效果圖

圖9 B5井測試曲線圖

圖10 B3井產(chǎn)出剖面測試圖

5 結(jié)論

（1）在大范圍低滲夾層控制下的油井水驅(qū)模式以邊水錐進為主，井點處分布低滲透夾層對底水基本無阻擋作用，水驅(qū)特征表現(xiàn)為見水快、底水錐進的特征。

（2）不同夾層滲透性模式下的油井水驅(qū)模式差異較大，夾層滲透性相對較差的油井以邊水驅(qū)動模式為主。

（3）夾層大范圍分布時，一套厚夾層與多套薄夾層開發(fā)效果相當(dāng)；夾層以局部交錯分布時，開發(fā)效果較好，既能延緩底水的錐進，又能較好動用下部儲量。

圖11 B3井測試曲線圖

（4）在準(zhǔn)確認識油井水驅(qū)規(guī)律特征的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的穩(wěn)油控水措施能夠獲得較好的措施效果。

符號說明：

ΔP-生產(chǎn)壓差，MPa；K-地層水平滲透率，D；Kv-地層垂向滲透率，D；Φ-儲層孔隙度，小數(shù)；μw-地層水黏度，mPa·s；St-油井總表皮，無因次；qo-油井產(chǎn)量，m3/ks；μR=μw/μo-水油黏度比，無因次；β-夾層滲透率與油層滲透率的比值，無因次；rw-油井完井半徑，m；re-油井泄油半徑，m；ho-井點處的含油高度，m；hp-藏油層頂部起算的油層打開厚度，m；Δhb-半滲透夾層厚度，m；rb-夾層半徑，m。

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Influence of interlayer properties on water flooding law of thick bottom reservoir

REN Chaoqun，LI Wenhong，KONG Linghui，ZHANG Peng，SONG Zhicong
（Zhanjiang Branch，CNOOC（China）Co.，Ltd.，Zhanjiang Guangdong 524057，China）

Interlayer within thick oil layer is the major contributors to waterflooding pattern in oil wells.Especially in the bottom-water reservoir,the interlayer would influence the streamlines of fluid in the formation.Different characters lead different changes and waterflooding law,indeed change the waterflooding pattern in the whole reservoir.This paper,with Wenchang oilfield X oil unit as an example,analyzes distribution features of interlayer within thick oil layer and their impact on waterflooding pattern in oil wells.On the basis of numerical model established with relevant data,the paper,by means of numerical stimulation,studies the waterflooding pattern and residue oil distribution under the influence of different interlayer property which includes permeability,distribution pattern and combination.The result shows that the scope,permeability and distribution pattern of the interlayer are the major factors which influence the waterflooding pattern.The different interlayer characters lead to different waterflooding patterns.Good results can be achieved through the water-controlling measures under this law.

TE327

A

1673-5285（2017）06-0056-08

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.012

2017－04-19

任超群，男，工程師，2011年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)方面的工作，郵箱：renchq@cnooc.com.cn。