基于物性及壓降速率的新型壓力指數研究與應用

張志軍，張維易，魏 俊，華科良，李 芳，徐 浩

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

我國大多數油田在利用天然能量生產后，轉為注水開發，即二次采油。由于地下儲層及流體的非均質性，以及生產制度的差異，導致注入水沿著某些高滲通道突進而造成注水利用率低。因此需要針對注入突進的井組開展調剖作業［1-6］，封堵高滲通道，擴大注入水的波及效率，進而提高采收率。而如何進行調剖井組篩選，是油藏工作者研究的課題之一，也是決定調剖效果的關鍵因素之一。

趙福麟［7］提出利用壓力指數PI、FD來指導調剖選井，該方法雖然簡單但存在數值范圍小、可比性差、易引起誤判、受測試計算時間影響大等問題。李宜坤等［8］提出修正注水井PI與地層參數和流體物性參數方法，但未考慮壓降速率對壓力指數值的影響，且受選取時間對壓力指數的影響。陳存良等［9-10］雖完善了壓力指數，但并未考慮儲層物性及注入流體性質對壓力指數的影響。其他學者通過模糊綜合評判法［11］、數值模擬［12］等方法指導調剖選井，雖然選井的準確性增強，但操作復雜，可操作性大大降低。本文綜合目前調剖選井決策方法，從常規PI決策技術出發，提出了一種操作簡單、考慮因素全面且操作性強的新型壓力指數方法，能夠更加準確地指導調剖選井。

1 常規決策技術存在的問題

PI 決策技術［13］是指通過測定注水井井口壓降曲線來計算注水壓力指數，其計算公式為:

考慮到進行區塊整體評估時各井關井前注入參數差異較大，因此對PI決策技術進行修正，修正后的PI計算公式為:

FD 決策技術是在PI 決策技術的基礎上進行求解，即

式中，PI為壓力指數，MPa；p為注入井關井后的井口壓力，MPa；t0為壓降測試時間（通常取90 min），min；PI G為修正后的PI值，MPa；h為地層厚度，m；Q為關井前的注水量，m3/d；G為區塊吸水強度平均值，m3/（d·m）；FD為充滿度，無量綱；p0為關井前井口壓力，MPa。

根據FD的計算公式（3）可知，FD＜1，即使兩個PI值差異較大，FD值的差異也不明顯，特別是對低滲透油藏，因此直接利用FD 決策技術來調剖選井存在較大誤差。

而PI 決策法雖然計算值差異較易區分，但沒有考慮儲層的物性以及壓降，很容易造成選井失誤。如圖1（a）、（b）所示。

當S1=S2時，由圖1（a）PI決策法，PIw1＞PIw2，W2井需要調剖，圖1（b）中的PIw1=PIw2，兩井或同時調剖。然而實際上根據壓降曲線變化趨勢，W1 井壓力降落速度更快，比較而言W1井更需要調剖。

當S1＞S2 時，W1 井壓降曲線包圍的面積大于W2 井，即W1 井對應的PI值大于W2 井，則W2 井需要調剖。但實際上由于W1 井的壓降曲線變化劇烈，則W1井更應該調剖。

而只有當S1＜S2時，W1井壓降曲線包圍的面積小于W2 井，則W1 井更需要調剖，與利用PI決策的結論一致。

同時由圖1（a）可以看出，選取不同的關井時間對PI值同樣有較大影響。

圖1 井口壓降曲線示意（圖中S1、S2分別表示W1、W2井壓降曲線包絡面積）

由以上條件分析可知:采用PI 決策技術指導調剖選井時，只有在部分情況下才能準確，在其他情況下容易造成選井偏離實際情況而達不到最優的調剖選井結果。因此需要完善PI決策技術，以更好地指導調剖選井工作。

2 新型計算方法的建立

基于前人研究成果可知:PI 方法僅考慮了壓降曲線包絡的面積及測試時間，未考慮壓降變化速率，因此需要在新型決策方法上考慮壓降速率對決策的影響。

根據前人認識，壓力指數或壓降曲線形態與儲層滲透率呈反比關系，即滲透率越大，壓力傳播速度越快，壓力指數越小；注入流體黏度越大，流動能力越低，壓力傳播越慢，其壓力指數越大；注水強度越大，井口及近井附近壓力越高，其壓力指數越大；而壓降速率變化越快，說明壓降曲線越陡，其壓力指數越小。

因此結合儲層物性、注入流體黏度、注水強度、壓降速率及PI 決策方法，建立一種新型壓力指數NPI:

式中，Q為關井前注入量，m3/d；μ為注入流體黏度，mPa·s；k為吸水段儲層滲透率，10-3μm2；h為吸水段儲層有效厚度，m；pc為關井至tc時井口壓力，MPa。

需要說明的是，公式（4）中的滲透率和有效厚度并不是射孔段的全部數據，而是該井實際吸水層位對應的滲透率與有效厚度。若直接采用射孔段的數據，勢必會造成計算結果偏大而影響井組篩選。

對于注水井，注入流體黏度即為水的地下黏度；而對于化學驅注入井，注入流體黏度為化學藥劑溶液地下黏度，這里采用張志軍等［14］的聚合物地下黏度求解方法，即

由此可以得出:對于注水井，新型壓力指數NPI為:

對于化學驅注入井，新型壓力指數NPI為:

對存在水/化學驅干擾的區塊進行調剖選井時，需要根據注入流體的差異選擇合適的公式予以計算和篩選。

新型壓力指數既考慮了儲層及流體物性，又考慮了壓降速率，同時規避了測試時間和測試前排量帶來的影響，有效規避了常規壓力指數PI、充滿度FD及已有成果中的計算復雜性，能更加準確地指導調剖選井。

3 實例應用

渤海Z 油田是河流三角洲沉積復合體，儲層非均質嚴重，地下原油黏度80～150 mPa·s。由于地下原油黏度較大，常規水驅動用儲量較難，因此近年來在部分區域開展化學驅先導試驗，通過增大驅替相流度來擴大波及。為提高試驗效果，需要對區塊內的注入井進行選擇性調剖，以抑制竄流對開發效果的影響，其余區域進行水驅。以下是針對化學驅及水驅區塊開展新型壓力指數的礦場驗證。

3.1 水驅區塊

Z 油田C 區塊投產早，目前該區塊整體高含水，需要穩油控水措施。為篩選出優先實施整體調剖的目標井組，利用C 區注入井壓降曲線，結合PI、FD決策及新型壓力指數方法，篩選出亟需穩油控水的目標井組。區塊吸水強度平均值為10.57 m3/（d·m）。C區塊各評價方法結果見表1。

對比表1 中FD 評價方法可知，C 區塊各井FD值差異小，無法利用FD值結論進行井組篩選，這也與前文的論述相一致。

對比表1中PI決策方法與新型壓力指數決策方法可知:二者的結論大部分一致，僅C9、C12 井結論不一致，現針對C9、C12 井進行分析。兩口井壓降曲線如圖2所示。

表1 C區塊不同方法調剖選井決策對比

由圖2可知:測試初始階段，C12井較C9井壓力下降速度更快；測試后期C12井壓力明顯再次下降，而C9 井壓力趨于穩定。由井組受益井動態可知，C12 井組含水85%，且部分受益井含水上升速度明顯高于C9 井組。因此C12 井較C9 井更應進行調剖。綜上可知，新型壓力指數決策方法與現場分析結果一致性更強，說明NPI決策方法更加合理，對礦場的指導性更強。

圖2 渤海Z油田C9、C12井壓降曲線

根據篩選結果，推薦C12、C14、C57 三口井進行調剖作業。調剖作業后，調剖前后三口井PI值及NPI值見表2。由表2 可知，調剖后封堵效果較好，壓力指數均有大幅提高。

表2 調剖前后三口井PI值及NPI值

三個井組均有降水增油效果，截至目前增油4 775 m3，典型受益井降水幅度5%，日增油幅度8.3 m3/d，因調剖作業剛完成，調剖最大效果待進一步觀察。典型受益井生產曲線如圖3所示。

圖3 C區調剖典型受益井生產曲線

3.2 水/化學驅區塊

Z 油田D 區塊自2018 年D6、D11 井開始進行化學驅技術，但隨著作業的繼續，區塊內已存在含水上升速度過快、產劑濃度過高等現象，因此需要對區塊進行選井調剖。區塊吸水強度平均值9.81 m3/（d·m）。由于注入流體的變化，其地下黏度必然存在差異，因此在進行新公式驗證前，需求解化學藥劑的地下黏度。根據文獻［14］的方法，以注液量的對數為橫坐標，以井口壓力與注入量的比值為縱坐標，進行線性擬合，求得D6井注入流體的地下黏度為1.89。

利用試驗區塊的井口壓降曲線，分別利用PI 決策技術和新型NPI 方法進行了調剖選井決策，各井參數計算結果見表3。

表3 D區塊不同方法調剖選井決策對比

根據決策結論，新型NPI 方法與PI 決策技術結論基本一致，僅在D13 井的評判時存在問題，因此針對D6、D11、D13 井進行分析。由圖4 可知，三口井中D6、D13 井壓力初始下降速度快，且隨著關井的繼續，D13 井壓力降幅更大，直至測試結束，D13井壓力仍是三口井中的最低值，因此相對于D6、D11井，D13井更應進行調剖。推薦D13、D6、D11井組開展調剖作業，為保證化學驅效果，結合礦場現狀，先對D6井進行調剖，下一步再對D13、D11井調剖。

圖4 渤海Z油田D6、D11、D13井壓降曲線

D6 井調剖后視阻力系數為1.4，說明調剖起到封堵效果。井組調剖前后含水保持穩定，部分受益井出現明顯的降水增油效果。典型受益井生產曲線如圖5 所示。該受益井調剖一個月后見效，含水下降2%，日增油15 m3/d，調剖效果顯著。

圖5 D6井組典型受益井生產曲線

4 結論

（1）針對目前調剖選井決策技術的不足，提出一種新型壓力指數，該指數既考慮了儲層物性和注入流體黏度，又考慮了注入井壓降速率及PI值，能更加準確地反映注入井的壓力傳播能力，從而指導調剖選井。

（2）分析該新型壓力指數可知:該值越小，越需要進行調剖。同時該指數具有分布范圍寬、可比性強、不受選取計算時間影響等性質，能夠更加快速、準確、靈敏地判斷需要調剖的井組。

（3）礦場應用表明，新型壓力指數決策既較全面地考慮了油藏性質及注入井特征，其計算又方便快捷，且優選結果準確度高于常規調剖決策技術，對現場綜合治理工作具有重要的指導意義，具有較好的經濟效益與社會效益，可以進一步推廣應用。