基于流線模擬研究高含水期密井網(wǎng)下剩余油分布規(guī)律
——以勝利油田孤東七區(qū)西Ng52+3層為例

黃少雄，傅 強(qiáng)，馮佃亮，龔 寧，楚志剛

(同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092)

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基于流線模擬研究高含水期密井網(wǎng)下剩余油分布規(guī)律
——以勝利油田孤東七區(qū)西Ng52+3層為例

黃少雄，傅 強(qiáng)，馮佃亮，龔 寧，楚志剛

(同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092)

選取孤東七區(qū)西油田Ng52+3層高含水開發(fā)實(shí)驗(yàn)區(qū)塊，在分析儲(chǔ)層巖性、物性、平面及內(nèi)部非均質(zhì)性的基礎(chǔ)上，建立精細(xì)三維地質(zhì)模型，結(jié)合流線模擬方法進(jìn)行油田30年開發(fā)動(dòng)態(tài)模擬。研究表明：在密井網(wǎng)、強(qiáng)注水開發(fā)下，高含水開發(fā)后期流體運(yùn)移特征明顯受到沉積相、沉積韻律、儲(chǔ)層厚度、層內(nèi)非均質(zhì)、生產(chǎn)井網(wǎng)等因素的控制；平面上剩余油主要分布在微構(gòu)造高點(diǎn)、層內(nèi)低滲透區(qū)及注采不完善區(qū)，縱向上剩余油主要分布在主力厚油層的頂部。長期強(qiáng)注水開發(fā)導(dǎo)致地下儲(chǔ)層形成大孔道高滲帶，流體基本沿高滲帶運(yùn)移，驅(qū)油效率明顯降低。

孤東油田；館陶組；高含水；流線數(shù)值模擬；剩余油分布

剩余油研究一直是油田開發(fā)后期的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題，尤其是國內(nèi)許多油田已進(jìn)入開發(fā)后期，對(duì)剩余油的研究已成為穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的關(guān)鍵。

目前國內(nèi)外確定剩余油分布的方法主要有開發(fā)地質(zhì)方法、測(cè)井方法、地震方法、油藏工程方法[1]，但都不能直觀反應(yīng)地下流體的運(yùn)移規(guī)律及剩余油分布特征。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，儲(chǔ)層地質(zhì)建模與流線數(shù)值模擬日趨成熟，兩種方法結(jié)合不但能夠清楚地表示地下流體流動(dòng)的路線及屬性參數(shù)的強(qiáng)度，還能對(duì)地下剩余油分布特征進(jìn)行直觀的分析，但由于油藏?cái)?shù)值模型建立的隨機(jī)性與不確定性，模擬精度受到一定的影響[3]。近年來儲(chǔ)層表征新技術(shù)——儲(chǔ)層三維精細(xì)建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油氣儲(chǔ)層構(gòu)成單元的形態(tài)、規(guī)模、方向、疊置關(guān)系及其儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)和巖石物理特征等定量表征，刻畫各種尺度的非均質(zhì)性，極大地提高模擬的精度，可以為油田中后期的開發(fā)分析及剩余油分布預(yù)測(cè)提供可靠依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)模型建立

孤東油田是一個(gè)在中生界潛山背景上發(fā)育起來的以上第三系館陶組疏松砂巖為主要儲(chǔ)集層的大型披覆背斜構(gòu)造整裝油藏，劃分為八個(gè)開發(fā)區(qū)，其中七區(qū)西為孤東油田第一大區(qū)塊(圖1)。館上段Ng52+3曲流河相沉積砂層組是孤東七區(qū)西的主力油層之一，埋深1 280 m，含油面積9.58 km2，厚8 m，構(gòu)造背景為略向北東方向傾斜的單斜，傾角1～2°。砂層組以細(xì)、粉細(xì)砂巖為主，具有垂向正韻律，膠結(jié)程度較疏松，粒度中值平均0.14 μm，分選系數(shù)平均為1.76?？紫抖绕骄?3.7%，滲透率平均1 767.5×10-3μm，孔喉半徑平均值8.9～12.1 μm,均質(zhì)系數(shù)0.35～0.43。具有高孔、高滲、強(qiáng)非均質(zhì)性、儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)疏松、易出砂的特征。地溫梯度為3.4 ℃/100 m，壓力系數(shù)為1.05，為正常的溫壓系統(tǒng)。1985年投入生產(chǎn)，歷經(jīng)30年開發(fā)，目前已完成各類鉆井1 200余口。該區(qū)多油層疊合生產(chǎn)、注采井網(wǎng)多次調(diào)整、注水關(guān)系復(fù)雜，館陶組整體已進(jìn)入特高含水期，油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，是典型的高含水期密井網(wǎng)、強(qiáng)注水開發(fā)油田。

為了精確刻畫儲(chǔ)層，提高數(shù)模的精確度，研究密井網(wǎng)開發(fā)后的剩余油分布特征，本文選取了孤東七區(qū)西Ng52+3層中井距較小、井網(wǎng)較完善、井網(wǎng)面積2 km2的試驗(yàn)區(qū)塊進(jìn)行研究，將目的層Ng52+3劃分為4個(gè)韻律小層(即Ng521、Ng522、Ng531、Ng532)，建立模型的網(wǎng)格步長設(shè)定為20 m×20 m×0.5 m，網(wǎng)格規(guī)模為84×68×26，總網(wǎng)格約15×104個(gè)。

孤東七區(qū)西試驗(yàn)區(qū)內(nèi)無大的斷層構(gòu)造，僅有小型的正向、負(fù)向微構(gòu)造，且Ng52+3目的砂層組以辮狀河沉積為主，層內(nèi)非均質(zhì)性較差，因此，在構(gòu)造、巖相模型的基礎(chǔ)上，分析各沉積相的儲(chǔ)層屬性參數(shù)分布特征，運(yùn)用基于象元的序貫高斯模擬隨機(jī)建模方法和協(xié)同克里金方法，在相分布模型的約束下建立孔隙度分布模型、滲透率分布模型和流體飽和度分布模型[6]。在精細(xì)三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合流線數(shù)值模擬法對(duì)研究區(qū)30年的生產(chǎn)狀況進(jìn)行模擬，研究Ng52+3層地下流體運(yùn)移特征及剩余油度分布規(guī)律。

圖1 研究區(qū)位置

2 試驗(yàn)區(qū)流線數(shù)值模擬

2.1 生產(chǎn)歷史擬合

數(shù)值模擬研究可通過歷史擬合等手段來驗(yàn)證儲(chǔ)層地質(zhì)模型的可靠性。通過多項(xiàng)開采指標(biāo)的歷史擬合，使模型更接近油藏實(shí)際地質(zhì)情況，更準(zhǔn)確地反映地下油、氣、水的分布規(guī)律[7]。擬合主要包括區(qū)塊含水(圖2)、壓力擬合(圖3)、單井產(chǎn)量和單井含水?dāng)M合。全區(qū)壓力、含水的擬合通過調(diào)整滲透率、巖石壓縮系數(shù)、地層水及原油體積系數(shù)來實(shí)現(xiàn)；從擬合效果來看，模型壓力、含水率等參數(shù)與油田實(shí)際情況基本一致，55口井中80%達(dá)到擬合要求，表明模擬研究基本能模擬油田30年實(shí)際生產(chǎn)狀況，結(jié)果能反應(yīng)目前地下流體的分布規(guī)律。

圖2 試驗(yàn)區(qū)含水率擬合曲線

圖3 試驗(yàn)區(qū)壓力擬合曲線

2.2 流線模型模擬結(jié)果分析

流線模擬結(jié)果可對(duì)油田開發(fā)過程中的流體運(yùn)移情況有個(gè)清晰明確的認(rèn)識(shí)，對(duì)于剩余油的挖潛措施的制定與開發(fā)方案的調(diào)整具有重要的指導(dǎo)意義。研究區(qū)經(jīng)歷了30多年的開發(fā)，經(jīng)過了三次大的井網(wǎng)調(diào)整，流線模型很好地反應(yīng)了井網(wǎng)調(diào)整各個(gè)階段的地下流體運(yùn)移規(guī)律[8]。

第一階段：1986年至1987年，研究區(qū)開發(fā)初期，生產(chǎn)井較少、井網(wǎng)不完善，地下流體運(yùn)移距離較長，優(yōu)先沿滲透率高的地方移動(dòng)，流線模型顯示在高滲區(qū)流線較密，低滲透地區(qū)流線較稀疏，各流線上含油飽和度均較高(圖4a)。

第二階段：1987年至1990年，研究區(qū)采用300 m×300 m反九點(diǎn)面積注水開發(fā)，流線結(jié)果表明由于注入水的驅(qū)替作用，水沿著注水井呈同心圓向外擴(kuò)散，以注水井為中心流線含油飽和度明顯下降(圖4b)。

第三階段：1990年至目前，該時(shí)期井網(wǎng)加密調(diào)整為300 m×150 m正對(duì)行列井網(wǎng)注水開發(fā)。研究結(jié)果顯示流線主要以垂直井排的方向平行地沿注水井向油井推進(jìn)，表明注水驅(qū)取得了很好的效果(圖4c)。

目前井網(wǎng)經(jīng)過調(diào)整，大部分井已關(guān)停，使得注采井距加大，流體以長距離運(yùn)移為主，可以看出，該時(shí)期注入水在地層經(jīng)過長距離的運(yùn)移，但是含油飽和度沒有上升，表明流體以固定通道運(yùn)移為主，驅(qū)油效率明顯降低。分析認(rèn)為儲(chǔ)層長期注水生產(chǎn)，地下巖石孔隙被水驅(qū)替，以及受強(qiáng)注水對(duì)地層的沖刷作用，地層形成高滲大孔道，使注入水沿高滲透大孔道帶竄流，造成油井含水上升，驅(qū)油效率下降、產(chǎn)油量降低(圖4d)。

圖4 試驗(yàn)區(qū)各個(gè)階段流線分布

2.3 剩余油分布規(guī)律分析

研究區(qū)在30年的開采中經(jīng)多次的井網(wǎng)、生產(chǎn)措施調(diào)整，剩余油分布呈現(xiàn)出比較復(fù)雜的特征。模型模擬結(jié)果分析認(rèn)為，目前剩余油分布總體表現(xiàn)出以下規(guī)律：

(1)孤東七區(qū)西試驗(yàn)區(qū)各韻律層垂向上具有滲透率逐漸變大的趨勢(shì)[12]，所以注入水的水平驅(qū)動(dòng)力減弱，在重力的作用下會(huì)逐漸運(yùn)移到油層底部，而油層頂部水驅(qū)波及程度低，導(dǎo)致各個(gè)油層整體表現(xiàn)出層位頂部剩余油含油飽和度大于下部(圖5、圖6)。

(2)平面上剩余油的分布主要受到沉積相的控制，砂體物性好的區(qū)域剩余油飽和度明顯降低，砂體邊部厚度較小，滲透率低的區(qū)域剩余油飽和度較高(圖7、圖8)。

3 理論模型的礦場(chǎng)驗(yàn)證

理論上，處在井網(wǎng)相同位置的井剩余油飽和度應(yīng)該相同，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，井網(wǎng)相同位置新打生產(chǎn)井往往會(huì)出現(xiàn)剩余油飽和度差異較大、與理論不符的現(xiàn)象。本次研究從模型運(yùn)算結(jié)果來看，該方法能很好地解釋這一矛盾，說明該方法對(duì)高含水后期密井網(wǎng)期剩余油研究是有效的。

圖5 試驗(yàn)區(qū)521小層頂部剩余油含油飽和度分布

研究區(qū)內(nèi)29J254井和29X2254井兩口開發(fā)井離注水井距大致相等，處在井網(wǎng)相同位置，但剩余油飽和度差異明顯。選取了井網(wǎng)調(diào)整前后的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的流線模型進(jìn)行分析。1995年，生產(chǎn)井較多且井網(wǎng)規(guī)則，29J254井處流線較密集，而29X2254井處流線稀疏，說明29J254井處受效好于29X2254井處(圖9)。2012年，井網(wǎng)調(diào)整之后，大部分井已經(jīng)關(guān)井，此時(shí)流線顯示29-2266井注入液體主要沿29J254井位置向31-254井推進(jìn)，而流線模型顯示29-2266井注入液體主要沿29J254向31-254推進(jìn)，導(dǎo)致驅(qū)替效果較好；而29-2246注入液體主要沿底部向31-254井推進(jìn)，導(dǎo)致29X2254井處受效較差(圖10)。對(duì)地質(zhì)模型及注液時(shí)間、注液量，尤其是注入液體流動(dòng)方向進(jìn)行定量分析，能夠很好地解釋這一矛盾，表明本次研究模型與實(shí)際生產(chǎn)狀況相符，應(yīng)用精細(xì)建模技術(shù)結(jié)合流線分析技術(shù)方法研究高含水后期剩余油分布規(guī)律是可行的。

圖6 試驗(yàn)區(qū)521小層底部剩余油含油飽和度分布

圖7 試驗(yàn)區(qū)521小層沉積相

圖8 試驗(yàn)區(qū)521小層剩余油含油飽和度分布

圖9 試驗(yàn)區(qū)流線模型圖(1995.5)

圖10 試驗(yàn)區(qū)流線模型圖(2012.5)

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)長期的注水開發(fā)使地下巖石孔隙被水驅(qū)替，使地層受到?jīng)_刷作用，導(dǎo)致儲(chǔ)層形成大孔道高滲透區(qū)域，注入水沿高滲透帶竄流，造成油井產(chǎn)水上升，產(chǎn)油下降，流線呈現(xiàn)出以長距離運(yùn)移為主且流線顯示含油飽和度低的特征。

(2)縱向上，注入水會(huì)優(yōu)先沿高滲透底層流動(dòng)，底部?jī)?chǔ)層受到較大的水洗作用，而在各韻律層頂部往往剩余油飽和度較高，是剩余油的富集區(qū)。

(3)平面上剩余油明顯受到沉積相的控制，多呈孤立狀分布在注入水未波及的流線間、砂體邊緣以及局部的微構(gòu)造高點(diǎn)，因此在局部井網(wǎng)不完善區(qū)、注入水較難波及的物性較差區(qū)域，剩余油可能連片分布。

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編輯：王金旗

1673-8217(2016)06-0099-05

2016-02-29

黃少雄，1990年生，在讀碩士，海洋地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要從事石油地質(zhì)及儲(chǔ)層沉積學(xué)研究。

國家科技重大專項(xiàng)“整裝油田特高含水期提高采收率技術(shù)”(2011ZX05011-002)。

TE341

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