學莊油區底水油藏水淹速度主控因素及控水技術研究

肖 榮，馬 飛，王永飛，楊彪強，仵 改，申錦江，黎 強

(延長油田股份有限公司，陜西延安716000)

延長油田學莊油區底水油藏儲量豐富，底水的存在一方面可以為油藏提供充足的地層能量而有利于油藏開發，另一方面底水錐進又給油藏開發帶來很多問題。如何防止和抑制底水突進，合理開發底水油藏，是學莊油區甚至目前國內外油田開發實踐中的難題[1-6]。本文在調研國內外關于控水技術的基礎上，針對學莊延安組底水油藏開發過程中出現的各種問題，應用SWOT矩陣分析[7，8]，研究水淹速度主控因素、后期調整對策及方向，采用油藏工程方法[9，10]和數模方法，優化了隔夾層對控水效果的參數和方法，并進行了礦床試驗。這一研究成果，可以讓該底水油藏的開發更具科學性，從而為其他底水油藏的開發起到參考和論證作用。

1 開發現狀及水淹規律分析

1.1 開發現狀

學莊油區延安組探明地質儲量211.4×104t，區域開發面積18 km2，動用面積18 km2，水驅控制面積12 km2，水驅控制儲量295.4×104t。截至2020年6月，采油井150口，開井數150口，油井利用率100%。日產液水平267.10 m3，日產油水平61.0 t，綜合含水率73.0%；累積產液35.39×104m3，累積產油13.59×104t，地質儲量采出程度7.4%。注水井50口，開井數50口，注水井利用率100%；日注580.49 m3，累計注采比0.18，采油速度1.13%。受益油井150口，也就是本次研究的油井全為注水受益井。

1.2 水淹規律分析

1.2.1 水淹判別方法

對研究區油井水淹的判別，主要結合以下幾點依據進行綜合判別[11]：第一，含水突然上升且一直保持較高水平或含水持續上升，并最終保持較高水平后趨于穩定；第二，吞吐階段返水率大于100%認為地層出水；水性分析礦化度與地層水接近，且重根含量較高(一般大于30 mg/L)認為地層出水。

1.2.2 水淹分布規律

研究區水淹分布方向具有滲流速度快且多向性的特點。以D6704-3為例，2019年對D6704-3進行了示蹤劑測試，D6704-3井對應5口油井，井組中示蹤劑在D6704-2井、D6704A-1井、D6704A井、D6704A-2井、D6704-2井等5口井均有顯示，注入水的推進速度基本在13.28～42.29 m/d，注入水沿油井水線推進快，尤其是D6704-2和D6704-2水線推進速度分別為37.86 m/d和42.29 m/d(見表1)。

表1 定6704-3井組對應油井動態監測情況表

研究區含水上升過快，平面上存在暴性水淹狀況。自2012年投產，隨著采出程度增加，研究區綜合含水率由2012年12月的47%上升到2020年5月的82.81%，平均年含水上升速度5.12%，高于國內外低滲透油田延安組綜合含水上升速度(3%～4%)。通過對油水井組動態資料的分析發現，研究區存在平面水竄現象，部分油井出現水淹。以D6690-7井為例，該井受底水錐進和注水影響，含水持續上升，2019年6月2日含水從47%持續上升到2020年7月的92%，年含水上升速度47%，后期經過分析發現該井儲層物性較好，是受D6690-5和D6690-9注水井影響，造成的油井暴性水淹。雖然D6690-5和D6690-9注水井于2019年9月降低注水量，但是地層水優勢運移通道已經出現，還是造成了D6690-7井水淹的情況。

2 控制因素及SWOT矩陣分析

2.1 水淹速度控制因素分析

2.1.1 沉積韻律的影響

統計分析研究區150口生產井沉積韻律對水淹速度的影響發現，反韻律水淹速度慢，有較長的無水采油期，主要開發期為中低含水期，開發效果相對較好；正韻律正好相反，水淹速度快，無明顯的無水采油期，采出程度較低，主要開發期為中高含水期[12-14]。

研究區儲層主要以正韻律為主，少數層為反韻律。縱向滲濾阻力相差更大，更容易造成邊底水沿底部竄進的現象，在油藏內部形成一個次生水體。

D6623-3井沉積韻律為正韻律，2014年12月投產時含水中等45%，到2020年含水上升到95%，年含水上升速度為10%左右，含水上升速度比反韻律油井快。D6704A井沉積韻律為反韻律，該井2013年8月投產時含水中等，到2020年含水上升了20%，年含水上升速度為2.9%左右，含水上升速度比正韻律油井慢。

2.1.2 隔夾層分布的影響

研究區延10油層射孔都在油層頂部，一般為1.5～2 m。隔夾層厚度一般在1 m左右，位于射孔段下部，在隔夾層分布的范圍內水淹速度相對較慢，無隔夾層區域水淹速度較快。但也有例外，如D6690-8無隔夾層發育但水淹速度依舊很慢，主要由于其在研究區的構造最高點，含油性較好。

2.1.3 注采井網的影響

研究區三向受益井平均水淹速度8.3%，雙向受益油井平均水淹速度10.7%，單向受益油井平均水淹速度13.3%，由此可以看出油井受效方向越多、井網越完善越有利于控制水淹速度。

2.1.4 射孔層段的位置及射開程度的影響

統計分析研究區射孔層段的位置及射開程度和水淹速度的關系發現，射開程度在1/2以下水淹速度慢，而超過1/2后水淹速度明顯加快。射開油層的合理厚度為油層厚度的1/3～1/2，隨著射開程度的厚度增加至油層厚度的3/4時，油層在投產后很快見水，沒有無水采油期。位于過渡帶油層的井，宜射開油層厚度的1/3；內含油邊界的井，宜射開油層厚度的1/2；構造高部位的井，上下油層間有夾層分布，對底水有一定的抑制作用，可射開3/4的油層。

2.2 SWOT矩陣分析及調整方向

2.2.1 內部因素評價矩陣

學莊油區內部因素評價矩陣是依據上述產量遞減的影響因素分析，結合研究區隔夾層、沉積韻律等對水淹速度的影響而建立。其中權重標志著各個因素對于水淹速度影響相對大小，對水淹速度影響較大的因素權重較大，所有權重之和等于1。評分1代表重要劣勢，2代表次要劣勢，3代表次要優勢，4代表重要優勢。加權分數等于每一因素權重乘以評分。

表2 內部因素評價矩陣

從內部因素平均矩陣中可以看出，儲層隔夾層分布是控制水淹速度的主控因素，也是有利于穩產的因素。學莊油區延安組底水油藏內部因素評價矩陣總加權分數為2.65，略低于平均權值2.83，說明目前地層狀況良好，應該保持目前的現狀(見表2)。

2.2.2 外部因素評價矩陣

外部因素矩陣根據學莊油區開發技術水平、注采井網合理、射孔層段的位置及射開程度合理、油井利用率、水淹速度、滯后注水等各個因素對水淹速度影響貢獻大小而建立。其中權重標志著各個因素對于水淹速度影響相對大小，對水淹速度影響較大的因素權重較大。評分1代表重要劣勢，2代表次要劣勢，3代表次要優勢，4代表重要優勢。加權分數等于每一因素權重乘以評分。

表3 外部因素評價矩陣

從外部因素平均矩陣中可以看出，學莊油區控制水淹速度的外部主控因素是開發技術水平，其次是注采井網合理、射孔層段的位置及射開程度合理。學莊油區延安組底水油藏外部因素分析矩陣總的加權分數為2.35，高于平均加權數2.17。因此學莊油區外部因素中機會較大，只要提高開發技術水平，就可以有效控制水淹速度(見表3)。

2.2.3 SWOT矩陣分析

從SWOT矩陣可以看出，學莊油區外部因素可調整的空間很大，主要是提高開發技術水平，從匹配結果來看，目前采取S+O組合隔層控水技術控制水淹是應采取措施，但其他組合也為我們提供了思路，如生產參數調整、有效合理注水、管柱組合優化等(見表4)。

表4 SWOT矩陣分析

2.2.4 調整方向

綜合內部、外部和SWOT矩陣分析，提出調整方向：第一，利用人工隔板控制水淹速度，其思路主要是根據天然隔層可控制水淹速度；第二，提高區域開發技術水平，探索研究新控水技術。

3 水淹速度調整措施

3.1 隔板控水技術研究

3.1.1 天然隔夾層控水效果研究

本次研究對目前開采的油井分有無隔夾層統計單井日產油和綜合含水變化，發現有隔夾層單井日均產油遞減速度慢，而無隔夾層單井遞減速度快，后期注水以后有隔夾層的單井更容易注水見效。從隔夾層對綜合含水的影響變化圖(見圖1和圖2)可以看出，有隔夾層的綜合含水上升速度比無隔夾層的慢。

3.1.2 人工隔層控水技術研究

(1)人工隔層控水技術可行性研究

根據天然隔夾層能防止底水錐進的原理，我們可以采用人工隔層的辦法來抑制底水錐進，通過注入化學堵劑來制造“人工夾層”，“人工夾層”的不滲透性會使水錐狀形態變形，使底水突破時間延長。

本文利用ECLIPSE數值模擬軟件，模擬研究人工隔層的位置、人工隔層面積、人工隔層的滲透率及人工隔層的厚度對控水效果的影響。首先，建立一注一采底水油藏模型，平面網格面積設為200 m×400 m，網格取均勻步長，平面上網格步長為10×10 m，I方向上20個網格，J方向上40個網格。縱向上分為兩套：第一套用來研究人工隔層的位置、面積及滲透率對控水效果的影響，縱向上網格分為8層，上面5層為油層，下面2層為水層，每層厚10 m，人工隔層初設為3 m，網格總數為20×40×8=6400；第二套用來研究人工隔層的厚度對控水的影響，縱向上網格分為12層，上面5層為油層，下面2層為水層，每層厚10 m，中間5層為5個1 m的薄層，研究厚度對控水的影響，網格總數為20×40×12=9600。一注一采模型中注采井距為270 m，生產井和注水井均僅射開第一層，生產時間設置為從2015年1月至2019年12月，設含水率40%為見水時間。

在上述基礎模型建立的基礎上，再分別模擬隔層在射孔段底部、距離射孔段底部10 m、距離射孔段底部20 m、油水界面處、距離油水界面10 m處和距離油水界面20 m處，隔層面積為3 m×3 m、5 m×5 m、7 m×7 m、9 m×9 m及11 m×11 m時，隔層滲透率為0 md、0.2 md、0.4 md、0.6 md、0.8 md及1 md時，隔層厚度為1 m、2 m、3 m、4 m及5 m時的含水率、日產油及日產液變化。

根據數值模擬結果，研究出人工隔層在射孔段底部時，見水時間最遲，水淹速度最慢，最終含水率最低，控水效果最好。隔層在射孔段底部到油水界面之上控水效果隨著位置降低而變差，見水時間變早。隔層在油水界面以下時見水時間更早，控水效果較差；控水效果隨著隔層面積的增大變好，見水時間變晚，最終含水率變低；控水效果隨著隔層滲透率的降低變好，見水時間變晚，最終含水率變低；隔層的厚度變化對控水效果影響不大。

(2)人工隔層控水技術

①控水壓裂

控水壓裂技術是在確定堵水位置及基礎上，利用ECLIPSE軟件模擬隔板位置和隔板半徑。根據數值模擬結果，在需要建立隔板的位置處加密射孔，井內下入封隔器，將油管與套管環形空間分開。在壓裂過程中，先注入下沉劑攜帶液，再加入下沉劑(根據隔板半徑、射孔厚度和滲透率應用軟件計算下沉劑數量)，停泵沉降30 min，再進行壓裂。研究區實施了控水壓裂技術，效果較好。

以D6704A-1井為例，投產時含水中等，后含水突然上升到90%以上，2020年實施控水壓裂以后含水下降，到目前含水依然保持在15%左右(見圖3)。

②人工水泥隔層

人工水泥隔夾層技術原理和控水壓裂類似，只是加入的堵劑不一樣，控水壓裂用的是化學堵劑，而人工水泥隔層是在油水界面處射孔1 m，強擠水泥2 t，人工制造人工隔夾層。

以D6704A-2井為例，2020年6月在油水界面1425～1426 m處擠水泥2 t制造人工隔板，射孔段在1420～1422 m處，從D6704A-2井生產信息圖上可以看出，一個月后該井含水從100%下降到36%(見圖4)。

3.2 其他控制水淹速度調整措施

3.2.1 調整生產參數

為控制含水上升速度，可對水線方向的油井合理調整生產參數，對垂直于水線方向的油井放大生產壓差。控制構造高部位水井注水量，加強構造低部位水井對應層注水量。如：油井在生產過程中明顯的表現出受構造高部位水井的影響較大，而受處于構造低部位的水井對油井影響較小，可通過控制高部位注水井的注水量，加強低部位注水井的注水量，可有效緩解含水上升速度。如D6725A-1井為三向受益油井，2019年直接水淹，根據示蹤劑測試結果，D6725A-1的水主要來自位于構造高部位的D6725A-4井，因此采取關停D6725A-4注水井，將D6641-5井的配注量從10 m3提高到20 m3，關停D6725A-1生產井半年等措施。D6725A-1井開抽后含水從100%下降到85%，效果較好。

3.2.2 控制采液強度

通過優化下泵深度和排量，調整工作參數，合理控制采液強度，有效降低水淹速度，提高產油量，減少注入水的采出，間接起到維持地層能量，增大注水波及面積的效果。對研究區油井調整生產泵掛深度，有效緩解了水淹速度。2020年對研究區20口井的泵掛深度進行了優化，效果較好，將水淹速度從10%降低到3%。尤其是D6704-4井，優化之前日產液22.36 m3，含水97%，提高泵掛深度150 m后，日產液15 m3，含水85%，產液強度得到控制，也降低了水淹速度。

3.2.3 管柱組合調整

通過對研究區9口修井作業進行現場跟蹤，查看油井上提油桿組合和油井井筒狀況，發現5口生產井管柱組合不合理，修井后含水上升，通過研究分析，對這5口生產井進行管柱組合優化調整。調整后，截至目前均正常生產，產量穩定，未出現油桿斷、脫現象，含水得到控制，取得了良好的效果。如D6690-6井之前采用二級管柱，斷桿頻繁，每次修井后含水平均上升10%，后改為三級管柱，免修期從60 d提高到350 d。

3.2.4 防卡泵及防偏磨治理

學莊油區生產井中，井筒偏磨井4口，其中輕微偏磨井2口，偏磨嚴重井1口，共占開井數21%，頻繁卡泵井1口，占開井數5.3%，這些油井修井后含水均存在上升5%～10%的情況，根據優化實施方案要求，對1口井安裝防卡泵裝置，對3口井筒偏磨井進行安裝扶正塊和使用內襯套油管進行處理，解決井筒偏磨、頻繁卡泵的問題，目前措施過的井未返修，效果良好，由于修井導致含水上升的問題得到有效抑制。防卡泵裝置主要是殼體內部設置有防紗網，防紗網呈倒錐形，中心處設置有上下連通的通孔，通孔與防紗網外壁之間設置有支架，通孔內套接有拉桿。

4 結論

(1)沉積韻律、隔夾層分布、注采井網、射孔層段的位置及射開程度等影響水淹速度。

(2)根據內部和外部評價矩陣研究發現，水淹速度內部主控因素是隔夾層發育狀況，外部主控因素是開發技術水平。應用SWOT評價矩陣分析得出，采取S+O組合隔板控水技術控制含水是應采取的有效措施。

(3)控水壓裂和人工水泥隔層技術可有效控制含水。同時，調整生產參數、控制采液強度、管柱組合調整、防卡泵及防偏磨治理等也可有效控制水淹速度。