高含水后期“低效、無效循環”形成條件的數值模擬分析

濮孟蕾（中國石油遼河油田分公司沈陽采油廠，遼寧 沈陽 110316）

低效、無效循環是油田不斷注水開發之后出現的必然結果，這種情況的出現會伴隨著油田產量和質量降低，降低油田的經濟效益，影響國家經濟發展。為了保證我國油田可以正常工作，防止油田高含水時期出現“低效、無效循環”現象，企業應當進行分析，對存在問題作出整改。

1 問題的提出

沈陽油田的北二東西塊在到達高含水后期之后，油田之中就開始出現“低效、無效循環”等現象，這種現象的出現導致工作人員的工作出現了極大的困難，對油田出油的產量與質量產生了巨大的影響。為了有效的保證工作可以順利進行，對該區的調查研究就變得十分的重要。沈陽油廠每個層段的非均質系數已經處于1.2~5.5之間，本身差異性較大，容易導致發生低效、無效循環的現象。油水井的厚度位于0.7~66.6m區間，地理條件好，油層情況較為良好。油層的厚度也是引發低效、無效循環的重要原因。以水力學的角度可以看出，厚油層底部、主流線、垂向高滲透層三種情況是最容易出現“低效、無效循環”的現象，所以，要從這三個方面進行數值模擬分析。

2 數值模擬分析

2.1 垂向上高滲透層模型

因為油層當中可能存在層間矛盾等情況，因此在一些套層的內部開采油層的過程中，可能會出現高滲透層的無效與低效循環問題。工作人員在對油田采取注水時，因為注入的水會沿著滲透層的坡度逐漸推進，導致高滲透層當中的滲透率出現提高，并超出低、中滲透層。當注水工作到達后期時，層間的矛盾會逐漸增大，導致高滲透層提前出現無效、低效循環情況。

通過沈陽北二東西油田的含水率可能會超出90%的標準，在不同的區塊內，其滲透率級差之下的滲透層還會出現注入PV 數等情況，由此可以得出，當高滲透層的級差大于或等于3時，注入水將會在高滲透的區域中出現水循環無效現象。

通過調查含水飽和度能夠得出結論，在含水率存在差異的情況下，低滲透層的含水飽和度變化較弱，并且含水飽和度也低于高滲透層層位。從而得知，在一定程度的極差條件下，工作時間不斷的推移，含水率會逐漸增加，而注入水只在高滲透層不斷的流動，沒有做到有效循環，因此這種情況注入水的利用率較低，容易出現低效循環情況。

根據差異滲透率的分層可以得出，其內部的積累注水倍數與全區的含水率呈正比關系，工作人員在同一套層系當中進行油層的同時開采時，因為層間矛盾原因會導致極差的變大，極差明顯增加。“相對低滲”層位會因為高滲透層的原因使吸水量降低。因為注水會沿著高滲透層進行推進，不同油層之間的矛盾會不斷增加，導致高滲透層出現見水的現象。在工作人員的不斷注水過程中，當前地區的含水率會超過90%，在低滲透層內的注水倍數會明顯小于高滲透層層位，并且，當極差不斷的增加，注水倍數之間的差距會不斷增大，在高滲透層中也會導致無效、低效循環的發生。

沈陽北三塊不同油井的極差會處于1~88之間，油井的平均極差保持在7~9之間，非均質性效果明顯，所以很容易出現在注水之后，高滲透層出現低效、無效水循環。通過研究水井A4-4-57，可以得知水井極差為7.88，水井的S26+7a 的滲透率為586×10-3μm2，是一種高滲透層，因此在這個油井的當前層面中可能會出現水循環情況。

2.2 厚油層底部模型

工作人員進行注水時，因為非均質的原因，在重力作用下，水損油層下部不斷遞進，油田開發也將進入含水量較高的后期，導致厚油層的底部出現無效水循環。因為層內滲透率存在明顯差異，當注入水順著高滲透區域開始遞進時，低滲透的部位無法顧及到每一個層面，所以油層的頂端部分會出現富集現象，而厚油層底部在注水的不斷沖刷下會有孔道形成，在孔道的影響下，出現低、無效的循環情況。

實驗需要保證高滲透層位的厚度始終處于固定狀態，通過實驗可以得知:

當極差固定時，油層厚度提高會導致油層底部出現注水倍數遞增的情況，而吸水厚度同總厚度之間的比率要低于對應吸水量的比率，高位油層隨著油層厚度的增加，對比下層滲透層位的吸水量卻較為低下，從而使底部的產水量高于上部油層。當油層超過4.0m厚度時，底部的注水倍數會大量增加，因此，當油層厚度超出4m時，在厚油層底部會出現低效的水循環。

當級差提升時，油層厚度會不斷提高，油層底部的吸水量增加，帶動了注水倍數的提升，因為油層的層間出現了問題，上部油層吸水量也不斷降低，而底部的油層厚度產水量則開始增加，最后導致上部油層的產水量直接減少。

底部會不會出現無效水循環問情況也取決于油層的厚度，就算厚油層本身級差不高，但當油層厚度開始提升時，底部油層總厚度的比例就會不斷降低，又因為非均質的影響與重力的雙重作用，注水倍數會出現明顯提升，最后使注入水順著油層底部推進，當油田進入到中高含水期后，油層底部就可能出現水循環現象。

級差的高低會加快底部注入水無效、低效循環的形成。石油廠當中存在的厚度超出2 m 的厚油層，油層會在合層后出現厚度增加情況，因此，當注入井與采出井連通后，且儲層的物性達到標準時，注入水可能會形成低、無效的循環。通過研究分析可以發現，當注水井B4-4-72和采油井B4-3-71在P11層的厚度分別為4.5m和3.9 m，注入水就會在厚油層下方產生無效、低效循環。經過計算計算，在當前區域一共找出36個厚油層底部的無效、低效循環條帶[1]。

2.3 主流線模型

通過滲流學可以得知，油水井的流速會根據線路的不同而發生變化，主流線上的流動速度要高，分流線上的水流速度較低。因此，在這種速度分配不正常的情況下，主流線上會很容易出現無效、低效循環狀況。為了研究主流線是否存在低效、無效循環，我們進行了兩種模型分析，分別為平面的均質模型以及非均質模型[2]。

平面均質模型:在均質油層當中，油井出現見水情況之后注入水將沿著主流線進行突進，緊接著在油井內含水量會達到飽和狀態并出現尖突情況。油層內部的滲透率越高，達到相同含水的可能性就越高。同理，油層滲透率如果降低，其速度也就越慢。在含水相同時，實驗區內含水飽和度為相同分布狀態。

平面非均質模型:在非均質油層當中，根據沈陽石油廠區域含水不同時間的含水飽和度分布和剩余油飽和度可知，對于單井與采油井的中間的油層，注入水的流動速度主流線與分流線也有著明顯的不同。長時間的注水工作會使注入水順著主流線附近推進，導致層面矛盾加劇，距離主流線越近的單井水洗狀況就越明顯，當實驗區域含水期達到中、高階段時，流線水洗的工作會同時完成，主流線區域的含水飽和度趨于穩定，無效、低效循環的現象隨之發生。而非均質則會加劇水在主流線上的推進，導致高滲透區域出現強水洗，對比低滲透區域的弱水洗，造成了層面矛盾，使主流線上提早出現低效、無效循環。

石油廠東部的幾所油水井中，注入井的采油關系較為完善，一些油水井的使用時間高于停止時間，在長時間注入水的情況下，水不斷的沖刷油水井，井內主流線滲透率開始上升，油層內部孔道出現，注入水無法起到應有的效果，影響油水井的正常工作。在試驗區域的P14+7 層中，調查注水井B3-2-097和采油井B3-3-96 中的高滲透區域可以得到相應的油水井數據，進行數據的研究可以看出水井內部厚度為9 m~10 m，其積累注水量達到了22.65 m3，油井的含水率達到97.11%，含水量明顯過高。通過沉積微相技術可以得知，當多個油水井在同一沉積層面時，油水井之間會形成連通性，導致其注采的連通線方向轉變為主流線的方向。在這兩個沉積層中，主流線方向會出現高滲透區域，導致注入水變為無效、低效[3]。

3 結語

綜上所述，通過數值分析可以得出結論，垂向上高滲透層中，含水飽和度的不同會導致低效、無效情況發生。厚油層底部中，極差的高低會導致低效、無效情況發生。主流線中，平面均質與平面非均質的差異也會導致低效、無效情況發生。