疏松砂巖油藏優(yōu)勢(shì)通道定量描述與模擬——以冀東油田高淺北區(qū)油藏為例

龔晶晶，唐小云，李本維、2，李海東，劉陽(yáng)平，任玉霞

（1.中國(guó)石油冀東油田公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山063004；2.中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司）

疏松砂巖油藏受儲(chǔ)層特征及油藏開發(fā)過程的影響，經(jīng)過長(zhǎng)期邊底水及注入水的沖刷，極易形成次生高滲條帶，這種高滲條帶稱作優(yōu)勢(shì)通道。優(yōu)勢(shì)通道的形成嚴(yán)重影響水驅(qū)波及體積、降低油藏采收率、增加油田開發(fā)成本，需要對(duì)其加強(qiáng)識(shí)別和研究。目前優(yōu)勢(shì)通道識(shí)別的方法很多，主要有井間示蹤、常規(guī)測(cè)井、試井、取心、水力探測(cè)、模糊綜合評(píng)判（靜態(tài)資料）、顆粒示蹤以及井間地震、微量物質(zhì)井間示蹤技術(shù)等研究方法［1－9］，研究的難點(diǎn)在于優(yōu)勢(shì)通道的立體刻畫和數(shù)值模擬。吳應(yīng)川等［10］曾提出一種基于Voronoi網(wǎng)格的精細(xì)油藏?cái)?shù)值模擬軟件VGRNS3D，但市場(chǎng)化程度較低；CMG等通用油藏?cái)?shù)值模擬軟件可以通過地質(zhì)力學(xué)方法模擬油藏出砂對(duì)流體滲流的影響，但地質(zhì)力學(xué)參數(shù)很難準(zhǔn)確和全面的獲取，推廣應(yīng)用難度較大。本文運(yùn)用模糊綜合評(píng)判方法定量描述優(yōu)勢(shì)通道、研究?jī)?yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)與油藏儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系，據(jù)此開展優(yōu)勢(shì)通道定量模擬。

1 模糊綜合評(píng)判方法識(shí)別優(yōu)勢(shì)通道

模糊綜合評(píng)判決策是對(duì)受多種因素影響的事物作出全面評(píng)價(jià)的一種多因素決策方法［11］，可以應(yīng)用于優(yōu)勢(shì)通道的識(shí)別。模糊綜合評(píng)判識(shí)別優(yōu)勢(shì)通道的方法以影響優(yōu)勢(shì)通道發(fā)育的多種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)因素指標(biāo)為基礎(chǔ)，采用專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，應(yīng)用層次分析方法（AHP）和模糊綜合評(píng)判方法，對(duì)每個(gè)指標(biāo)的影響程度進(jìn)行比較，得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，最后計(jì)算出一個(gè)優(yōu)勢(shì)通道的綜合評(píng)判指數(shù)，即優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)，根據(jù)該指數(shù)來(lái)定量描述優(yōu)勢(shì)通道的發(fā)育程度。

層次分析方法是一種定性與定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法，它將決策問題分為三個(gè)層次（目標(biāo)層O、準(zhǔn)則層C、方案層P），每層包含若干個(gè)元素（圖1）；通過相互比較確定各準(zhǔn)則對(duì)目標(biāo)的權(quán)重，以及各方案對(duì)每一個(gè)準(zhǔn)則的權(quán)重；將兩組權(quán)重進(jìn)行綜合，確定各方案對(duì)目標(biāo)的權(quán)重。

圖1 層次性分析（AHP）層次關(guān)系結(jié)構(gòu)

模糊綜合評(píng)判方法識(shí)別優(yōu)勢(shì)通道主要分為以下六個(gè)步驟：

（1）確定評(píng)判集U＝｛u1，u2，…，um｝，uj（j＝1，2，…，m）表示優(yōu)勢(shì)通道的級(jí)別；

（2）確定因素集V＝｛v1，v2，…，vn｝，vi（i＝1，2，…，n）表示各個(gè)影響和標(biāo)志優(yōu)勢(shì)通道形成的主要因素，并建立不同級(jí)別優(yōu)勢(shì)通道各個(gè)判別級(jí)別的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。影響和標(biāo)志優(yōu)勢(shì)通道形成的主要因素包括孔隙度、滲透率、滲透率級(jí)差、滲透率突進(jìn)系數(shù)、滲透率變異系數(shù)、是否砂巖油藏、是否稠油油藏、膠結(jié)程度、沉積特征等靜態(tài)因素，和生產(chǎn)壓差、液量及其變化、出砂量、含水率、竄聚濃度等動(dòng)態(tài)因素［2］。按照層次分析方法層內(nèi)各因素必須相對(duì)獨(dú)立的要求，因素集V的各個(gè)元素必須相互獨(dú)立。

（3）進(jìn)行單因素評(píng)判，建立模糊矩陣R。R是V×U上的模糊關(guān)系，可表示為：

式中：rij＝μR（vi，uj），表示指標(biāo) Ni在評(píng)判uj上的隸屬度可能性程度；（V，U，R）構(gòu)成一個(gè)模糊綜合決策模型，V、U、R是此模型的三個(gè)要素。

選用常見模糊分布中的半梯形分布進(jìn)行隸屬度函數(shù)計(jì)算。以評(píng)價(jià)級(jí)別分為四級(jí)、因素集指標(biāo)均為“越大越優(yōu)型”為例，各個(gè)級(jí)別的隸屬度函數(shù)依次為：

式中：bm（m ＝1，2，3，4）為各個(gè)因素對(duì)應(yīng)四個(gè)評(píng)判級(jí)別的界限值；x為某個(gè)判別因素vi的參數(shù)值。

（5）建立模糊綜合評(píng)判的初始模型Y＝AR＝｛y1，y2，…，ym｝，Y 表示評(píng)判集上各評(píng)判的可能性系數(shù)，最大值yj所對(duì)應(yīng)的uj決策就是評(píng)判結(jié)果。

（6）根據(jù)優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)分析優(yōu)勢(shì)通道空間發(fā)育狀況。根據(jù)單井點(diǎn)處的優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)，繪制優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)平面分布等值圖；結(jié)合優(yōu)勢(shì)通道形成與儲(chǔ)層構(gòu)型關(guān)系、油水井注采見效對(duì)應(yīng)關(guān)系、油水井竄聚對(duì)應(yīng)關(guān)系、水線推進(jìn)方向等，分析優(yōu)勢(shì)通道平面發(fā)育狀況；根據(jù)注采井間的新鉆密閉取心井資料，結(jié)合層內(nèi)非均質(zhì)模式研究，分析優(yōu)勢(shì)通道縱向發(fā)育部位。

2 優(yōu)勢(shì)通道模擬

形成優(yōu)勢(shì)通道后，優(yōu)勢(shì)通道區(qū)域儲(chǔ)層的孔隙度和優(yōu)勢(shì)通道方向滲透率會(huì)發(fā)生明顯的增大，研究表明孔隙度增大3%～5%，滲透率增大5～20倍［12］，甚至更大；大量邊底水和注入水從優(yōu)勢(shì)通道中采出，而非優(yōu)勢(shì)通道區(qū)域采出少、驅(qū)替較弱［13］，優(yōu)勢(shì)通道所在網(wǎng)格的有效滲流孔隙體積主要為優(yōu)勢(shì)通道的孔隙和孔道體積，當(dāng)優(yōu)勢(shì)通道的體積相對(duì)所在網(wǎng)格的體積較小時(shí)，有效滲流孔隙體積會(huì)減小。因此，可以根據(jù)優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)修改模型中優(yōu)勢(shì)通道所在網(wǎng)格的地質(zhì)場(chǎng)，以表征優(yōu)勢(shì)通道形成后儲(chǔ)層物性場(chǎng)的變化。

數(shù)值模擬中用傳導(dǎo)系數(shù)（T）表征流體在模擬網(wǎng)格塊間的流動(dòng)能力：

式中：K為相鄰兩個(gè)網(wǎng)格的平均滲透率，10－3μm2；A為相鄰兩個(gè)網(wǎng)格的交接面面積，m2；NTG為凈厚比；L為相鄰兩個(gè)網(wǎng)格的中心距離，m。

對(duì)某一個(gè)地質(zhì)模型，相鄰兩個(gè)網(wǎng)格間的A、NTG、L固定不變，則傳導(dǎo)系數(shù)T與滲透率K 呈線性正相關(guān)：

根據(jù)優(yōu)勢(shì)通道模糊綜合評(píng)判方法原理，優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)是滲透率的函數(shù)：

則：

根據(jù)式（9），統(tǒng)計(jì)井點(diǎn)處滲透率值的變化與井點(diǎn)處的優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)的相互關(guān)系，根據(jù)單井點(diǎn)處優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)，可以將優(yōu)勢(shì)滲流方向的流體傳導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行修正，以表征優(yōu)勢(shì)滲流方向流體傳導(dǎo)能力的變化。

正韻律儲(chǔ)層優(yōu)勢(shì)通道一般發(fā)育在底部高滲帶，當(dāng)?shù)刭|(zhì)模型縱向網(wǎng)格尺寸與優(yōu)勢(shì)通道縱向范圍比相對(duì)較大時(shí)，形成優(yōu)勢(shì)通道后，可以近似認(rèn)為單井點(diǎn)處優(yōu)勢(shì)通道所在網(wǎng)格的有效滲流孔隙體積等于單井出砂量，則優(yōu)勢(shì)通道所在網(wǎng)格的孔隙度縮小倍數(shù)Npor＝Vsnd／（LxLyLzφ），其中Vsnd為單井出砂量，m3；Lx、Ly、Lz為優(yōu)勢(shì)通道所在網(wǎng)格x、y、z方向的網(wǎng)格尺寸，m；φ為優(yōu)勢(shì)通道所在網(wǎng)格原始孔隙度，%。

3 冀東油田高淺北區(qū)優(yōu)勢(shì)通道研究

南堡陸地高淺北區(qū)油藏儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，平均孔隙度31.8%，滲透率51.4～5 328×10－3μm2，非均質(zhì)性嚴(yán)重，滲透率級(jí)差2～150，地下原油粘度90 mPa·s，屬于常規(guī)稠油，易產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)通道；動(dòng)態(tài)上表現(xiàn)出含水率、出砂量、注采壓差、見聚濃度和調(diào)剖前后油井液量變化等參數(shù)在優(yōu)勢(shì)通道形成過程中的顯著變化。根據(jù)具有代表性、井間差別較大、數(shù)據(jù)容易獲取、各參數(shù)間無(wú)明顯相關(guān)性的原則，優(yōu)選滲透率、滲透率級(jí)差、聚合物濃度、油井套壓、調(diào)剖前后液量比、出砂量、含水率等七項(xiàng)參數(shù)，作為優(yōu)勢(shì)通道形成的因素集。

根據(jù)高淺北區(qū)的生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)各井區(qū)的地質(zhì)和開發(fā)特點(diǎn)，將優(yōu)勢(shì)通道發(fā)育級(jí)別分為未明顯發(fā)育優(yōu)勢(shì)通道、弱發(fā)育優(yōu)勢(shì)通道、準(zhǔn)發(fā)育優(yōu)勢(shì)通道、完全發(fā)育優(yōu)勢(shì)通道等四個(gè)級(jí)別（表1）。

表1 高淺北區(qū)Ng12小層優(yōu)勢(shì)通道分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)因素集V的7個(gè)因素采用專家打分和層次分析法，確定各因素的權(quán)重為：

A＝ ｛0.045，0.066，0.238，0.290，0.182，0.082，0.098｝

對(duì)高淺北區(qū)Ng12小層各井的7個(gè)優(yōu)勢(shì)通道評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行隸屬度函數(shù)計(jì)算和無(wú)量綱化處理，建立每口井的指標(biāo)因素集R。水平井滲透率和滲透率級(jí)差，由相鄰定向井線性插值計(jì)算；注入井的含水率采用轉(zhuǎn)注前的數(shù)值，聚合物濃度、調(diào)剖前后液量比、油井套壓等借用相鄰油井?dāng)?shù)值。

例如，P63井為研究區(qū)北部一口油井，井型為水平井，鄰井G113－9井Ng12小層滲透率275×10－3μm2，滲透率級(jí)差4.6；G104－5P63井于2007年3月調(diào)剖竄聚停，油井套壓10 MPa，累計(jì)出砂4.23 m3，關(guān)井前含水率為98.4%，其指標(biāo)因素集為：

建立每口井的綜合指數(shù)評(píng)判集Y＝AR，計(jì)算優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)。P63井優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)評(píng)判集為Y＝｛0，0.08，0.03，0.89｝，優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)為0.89，判定為完全發(fā)育優(yōu)勢(shì)通道。

綜合分析優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)分布規(guī)律和優(yōu)勢(shì)通道的形成與儲(chǔ)層構(gòu)型的關(guān)系、油水井注采見效對(duì)應(yīng)關(guān)系、油水井竄聚對(duì)應(yīng)關(guān)系、水線推進(jìn)方向等，高淺北區(qū)優(yōu)勢(shì)通道主要發(fā)育在強(qiáng)注強(qiáng)采區(qū)域，發(fā)育方向與主河道方向一致，平面上主要發(fā)育有八組大小不等的優(yōu)勢(shì)通道（圖2）。

運(yùn)用高淺北區(qū)基礎(chǔ)井網(wǎng)模擬油藏原始的孔滲場(chǎng)，計(jì)算最近幾年新井的實(shí)際滲透率值比模擬得到的原始滲透率值擴(kuò)大的倍數(shù)，繪制該值與單井點(diǎn)處的優(yōu)勢(shì)通道發(fā)育指數(shù)的相關(guān)曲線，確定井點(diǎn)處優(yōu)勢(shì)滲流方向的傳導(dǎo)系數(shù)修正倍數(shù)Nk與優(yōu)勢(shì)通道綜合指數(shù)y的對(duì)應(yīng)關(guān)系為Nk＝50y。

高淺北區(qū)地質(zhì)模型網(wǎng)格尺寸為30 m×30 m×0.5 m，可以近似認(rèn)為單井點(diǎn)處優(yōu)勢(shì)通道所在網(wǎng)格的有效滲流孔隙體積等于單井出砂量，則優(yōu)勢(shì)通道所在網(wǎng)格的孔隙度縮小倍數(shù)Npor＝Vsnd／450φ。

通過對(duì)模型的修改，有效表征了優(yōu)勢(shì)通道區(qū)域的地質(zhì)場(chǎng)變化及其對(duì)流體滲流的影響，獲得了與開發(fā)動(dòng)態(tài)相吻合的結(jié)果，提高了歷史擬合的精度，為油藏在特高含水期開展剩余油挖潛、部署開發(fā)調(diào)整井提供了基礎(chǔ)。開發(fā)調(diào)整井P126井投產(chǎn)前鄰井含水51%～89%，平均78%，本井投產(chǎn)初期日產(chǎn)油11.5 t，含水5%，低含水采油期達(dá)7個(gè)月，取得了油藏特高含水階段剩余油挖潛的較好效果。

圖2 高淺北區(qū)Ng12小層優(yōu)勢(shì)通道平面發(fā)育分布

4 結(jié)論

（1）基于油藏開發(fā)過程中的各項(xiàng)動(dòng)靜態(tài)參數(shù)，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判法，提出了一種疏松砂巖油藏優(yōu)勢(shì)通道定量描述和模擬的技術(shù)思路，克服了其他方法資料獲取難度大、研究成本高、推廣難度大的困難。

（2）優(yōu)勢(shì)通道的模擬，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)通道對(duì)流體滲流影響的定量表征，提高了數(shù)值模擬歷史擬合精度，獲得了與開發(fā)動(dòng)態(tài)相吻合的結(jié)果，證明了優(yōu)勢(shì)通道刻畫的準(zhǔn)確性，為研究疏松砂巖油藏優(yōu)勢(shì)通道流體運(yùn)動(dòng)控制及剩余油挖潛、提高油藏采收率提供了基礎(chǔ)。

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