層間干擾問題的評(píng)價(jià)及解決方法研究

李 禹,彭 昊,王興坤

(長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

1 層間干擾的成因

根據(jù)油田生產(chǎn)資料顯示，存在層間干擾問題的油井在多層合采時(shí)，高滲產(chǎn)層會(huì)在不同程度上抑制低滲產(chǎn)層的開發(fā)，導(dǎo)致多個(gè)油層在合采時(shí)的產(chǎn)量遠(yuǎn)小于各個(gè)層單采時(shí)產(chǎn)量的總和。因此，探索出產(chǎn)生層間干擾的原因，以此為基礎(chǔ)降低層間干擾對油層產(chǎn)能的影響。

1.1 滲透率級(jí)差對層間干擾的影響

油藏在生成過程中經(jīng)歷不同的地質(zhì)環(huán)境，地層沉積差異較大，導(dǎo)致不同層位的儲(chǔ)層之間的滲透率普遍存在差異，層內(nèi)的不連續(xù)夾層(含泥質(zhì)等)，以及開采過程中油層水流狀況的不均勻性,或?qū)?dǎo)致高滲透率與中、低滲透率油層在吸水能力、水線推進(jìn)速度、地層壓力等各不相同導(dǎo)致低滲透層出現(xiàn)油少或未啟動(dòng)甚至“倒灌”現(xiàn)象[1],進(jìn)而影響開采速度和最終采收率。

在儲(chǔ)層注水開發(fā)過程中，層間干擾現(xiàn)象會(huì)受到滲透率級(jí)差的影響，當(dāng)層間滲透率級(jí)差達(dá)到一定程度時(shí)，對于注水開發(fā)油田，流體將沿著高滲層發(fā)生“單層突進(jìn)”[2]，而低滲層則被“屏蔽”。

1.2 層間壓力對層間干擾的影響

通常，低滲層壓力始終高于高滲層壓力，層間有壓差就會(huì)有流體流動(dòng)，油層流體流向井底的同時(shí)有一部分流體從高壓層流向低壓層[3]，影響油井產(chǎn)量，導(dǎo)致層間矛盾突出。特別是在油井見水后，高滲透層產(chǎn)液比逐漸增大[4]，層間干擾加劇層間壓力因?yàn)榇嬖诓町惖脑?，在低滲油藏中注水開發(fā)過程中，極易產(chǎn)生層間干擾進(jìn)而影響整個(gè)注水開發(fā)過程，其存在的層間壓力問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①多層油藏在注水開采過程中，因不合理的注水方式及所采用參數(shù)，造成地層壓力異?，F(xiàn)象；②油藏在地質(zhì)形成過程中在地質(zhì)構(gòu)造作用下造成地層壓力異常；③在注水開發(fā)過程中油藏因儲(chǔ)集層裂縫、微裂縫會(huì)發(fā)生水竄，或底水油藏因抽吸參數(shù)不合理見水，造成產(chǎn)層壓力異常[5]。

1.3 其他因素對層間干擾的影響

層間干擾現(xiàn)象還會(huì)受到其他許多因素的影響，比如受到層間流體配伍性差異的影響，將會(huì)產(chǎn)生水垢，對儲(chǔ)層層間滲透率產(chǎn)生較大影響[6]，加劇層間干擾，同時(shí)會(huì)造成井筒結(jié)蠟、結(jié)垢等不良現(xiàn)象油井正常生產(chǎn)。

層間干擾也會(huì)隨著油田含水率的不同而產(chǎn)生各種差異，經(jīng)過大量研究證明：層間干擾程度隨著含水率增加而增大，而含水率會(huì)與其他因素相結(jié)合共同影響層間干擾程度。

同樣，在油田現(xiàn)場進(jìn)行多層合采時(shí)由于射孔層數(shù)、射孔厚度等多種施工設(shè)計(jì)欠合理原因[7]，會(huì)引起儲(chǔ)層壓力不均衡的現(xiàn)象，人為地造成層間干擾程度的增加。

2 層間干擾的評(píng)價(jià)方法

由于層間干擾現(xiàn)象對多層油藏注水開發(fā)時(shí)產(chǎn)生較大影響，層間干擾現(xiàn)象的評(píng)價(jià)對多層油藏注水開采更具現(xiàn)實(shí)意義。目前，從單層油藏出發(fā)，建立多層合采砂巖油藏動(dòng)態(tài)干擾數(shù)學(xué)模型和油藏開發(fā)物理模型，借此研究層間干擾現(xiàn)象對注水開發(fā)的影響是較為常用的方法。

2.1 產(chǎn)量層間干擾系數(shù)評(píng)價(jià)層間干擾

通常，對多層合采時(shí)產(chǎn)生的層間干擾的評(píng)價(jià)方法是通過對產(chǎn)量分析的層間干擾系數(shù)法：在相同的工作條件下，油井中各小層分別生產(chǎn)的產(chǎn)油能力總和，與油井中各小層合采的產(chǎn)油能力的差值，再除以各小層分別生產(chǎn)的產(chǎn)油能力之和。

式中：CiO——油井產(chǎn)量的層間干擾系數(shù)，無因次；

Qi——第i層分層的產(chǎn)量，m3/t；

Q1-n——第1至n層合采產(chǎn)量，m3/t。

層間干擾系數(shù)可以直觀反映出在油田多層合采時(shí)油井的生產(chǎn)能力損失比[8]，以此作為衡量層間干擾程度的重要參數(shù)，借助層間干擾系數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果可以有效地指導(dǎo)油田進(jìn)行開發(fā)層系優(yōu)化和產(chǎn)能評(píng)價(jià)與預(yù)測。

2.2 采油速度層間干擾系數(shù)評(píng)價(jià)層間干擾

產(chǎn)量層間干擾系數(shù)可以計(jì)算層間干擾所損失的產(chǎn)量，但其無法反映層間干擾現(xiàn)象對多層油藏中儲(chǔ)量動(dòng)用程度的影響，無法系統(tǒng)的評(píng)價(jià)層間干擾現(xiàn)象對開發(fā)效果的影響。為了完整的評(píng)價(jià)層間干擾現(xiàn)象對開發(fā)效果的影響，引用采油速度層間干擾系數(shù)衡量合采各層儲(chǔ)量動(dòng)用的均衡程度[9]，采油速度層間干擾系數(shù)為產(chǎn)量與儲(chǔ)量的比值。

式中：CFV——采油速度干擾系數(shù)，無因次；

V1,V2,…Vn——合采時(shí)第1層，第2層，第n層的采油速度，%。

產(chǎn)量層間干擾系數(shù)能體現(xiàn)油藏的開采強(qiáng)度，也能體現(xiàn)了儲(chǔ)量的動(dòng)用速度。產(chǎn)量層間干擾系數(shù)和采油速度層間干擾速度對層間干擾現(xiàn)象的綜合評(píng)定方法更加完整、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)層間干擾現(xiàn)象對多層油藏注水合采的開發(fā)效果影響。

2.3 采油指數(shù)層間干擾系數(shù)評(píng)價(jià)層間干擾

除以上兩種方法，也可利用采油指數(shù)對開發(fā)過程中的層間干擾程度進(jìn)行評(píng)價(jià)：油井在相同的工作制度下各層分采時(shí)采油指數(shù)之和與多層合采時(shí)采油指數(shù)的差值除以各層分采時(shí)采油指數(shù)之和[10]。為確保在近井地帶含油飽和度場及壓力場后仍可對層間干擾進(jìn)行評(píng)價(jià)， 需要利用不同時(shí)期內(nèi)的采油指數(shù)衡量層間干擾程度。

式中：CFI——采油速度干擾系數(shù)，無因次；

Ipi(t)——t時(shí)刻分測時(shí)第i層采油指數(shù)，m3/(d·m·MPa)；

Iph(t)——t時(shí)刻合測時(shí)采油指數(shù)，m3/(d·m·MPa)。

體現(xiàn)隨含水率上升后的層間干擾系數(shù)的變化趨勢；在中低滲層逐步得到動(dòng)用的過程中，層間干擾系數(shù)的變化趨勢，反映出不同開采時(shí)期層間干擾系數(shù)的變化。

2.4 層間干擾的油藏開發(fā)物理模型

層間干擾的油藏開發(fā)物理模型主要研究滲透率級(jí)差對層間干擾的影響對不同和相同滲透率級(jí)差油層組合開發(fā)的含水率、采出程度變化進(jìn)行模擬研究，建立合適的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖1)，利用實(shí)驗(yàn)途徑對層間干擾作出評(píng)價(jià)。

人造的物理模型必須在孔隙度、滲透率、孔隙分布等方面與實(shí)際油層相似[11]，有效模擬非均質(zhì)地層各項(xiàng)參數(shù)，模擬出整個(gè)開發(fā)階段層間干擾系數(shù)的變化。

圖1 層間干擾的油藏開發(fā)模型裝置圖

3 層間干擾問題的優(yōu)化解決

3.1 分層注水，分層開采

由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性、隔夾層不連續(xù)導(dǎo)致注水開發(fā)過程中層間干擾矛盾的存在，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層橫向上和縱向上非均質(zhì)性極為嚴(yán)重[12],這就造成有大量剩余油滯留在儲(chǔ)層內(nèi)，而分層注水井對應(yīng)油井開展分層控制、分層開采，最大程度地消除層間干擾矛盾，改善儲(chǔ)層的注采對應(yīng)關(guān)系，最大程度的降低層間干擾對單井開采過程的影響。

合理安排層系，實(shí)施分層系開采。根據(jù)各油層單元的流動(dòng)性大小，將流動(dòng)性極強(qiáng)的油層單元作為一個(gè)層系,流動(dòng)性較差但大體相當(dāng)?shù)挠蛯訂卧喜⒊蔀榱硪粋€(gè)層系。

從目前水井分層注水情況來看，為了有效動(dòng)用各產(chǎn)層(層系或小層)產(chǎn)能，水井分注逐漸轉(zhuǎn)向精細(xì)化分層注水。隨著分注工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步完善，油田整體分注級(jí)數(shù)將持續(xù)增加。

3.2 多層合采，精細(xì)注采

在多層合采過程中，為使薄差層建立連續(xù)的油流通道,射開的各小層得到有效的水驅(qū)動(dòng)用,需要有足夠大的生產(chǎn)壓差作為保證。動(dòng)用該類儲(chǔ)層的驅(qū)替壓差主要取決于小層的滲透率，驅(qū)替過程能否形成滲透率相對較低的表外儲(chǔ)層需要的驅(qū)替壓差,與多層組合的層間滲透率級(jí)差大小密切相關(guān)[13]。

當(dāng)層間滲透率級(jí)差較小時(shí),各儲(chǔ)層的物性差異相對較小,那么滲透率相對較低的小層在水驅(qū)過程中能夠建立較高的驅(qū)動(dòng)壓差[14],從而得到有效動(dòng)用；然而滲透率級(jí)差增大至一定程度以后,相對滲透率更低的儲(chǔ)層受物性較好層位的層間干擾加劇,驅(qū)動(dòng)壓差迅速降低,使其無法得到有效動(dòng)用,從而影響整體采出程度。

特別是在儲(chǔ)層生產(chǎn)過程中，由于水的黏度比油的黏度小，導(dǎo)致水淹帶滲流阻力減小。由于高滲透層進(jìn)水多，水淹區(qū)大，總的滲流阻力減少的幅度大，而低滲透層進(jìn)水少[15]，水淹帶小，總的滲流阻力減少的幅度小。因此，由于滲流阻力變化的這種差異，導(dǎo)致越來越多的水流向高滲透層，高滲透層的產(chǎn)液比例越來越大，抑制了其他層的生產(chǎn)。

針對油井產(chǎn)液生產(chǎn)的實(shí)際，以增加有效注水量、保持合理壓力系統(tǒng)為目的，一方面針對低滲透層啟動(dòng)難度大的實(shí)際，重點(diǎn)實(shí)施單體泵高壓增注，提高單井 注水能力，另一方面在保證有效注水量的基礎(chǔ)上[16]，強(qiáng)化注采精細(xì)管理，制定切合油田實(shí)際的注水強(qiáng)度和注采比，最大限度地延長油井無水或低含水見效期 。

開發(fā)過程依據(jù)進(jìn)度，逐層關(guān)閉開采。先期多層油層合采,開發(fā)到一定時(shí)期之后,關(guān)閉主力產(chǎn)油層也即關(guān)閉高含水層,繼續(xù)合采其他非主力產(chǎn)油層[17]。在實(shí)施逐層關(guān)閉策略以后,低流度層原油獲得了更大的注人壓力和注水量,加大了原油的動(dòng)用程度,提高了低流度層的采收率。

3.3 設(shè)置合理開采，減小層間干擾影響

合理設(shè)置射孔層數(shù)。對多層合采射孔層數(shù)的優(yōu)化，既要保證油井合采后有較高的總產(chǎn)量，又要保障每個(gè)砂層內(nèi)均能產(chǎn)油氣，達(dá)到砂層之間的產(chǎn)氣均衡、壓降均衡。

射孔厚度優(yōu)化。射孔厚度的優(yōu)化能減少縱向上儲(chǔ)層非均質(zhì)性引起的層間差異帶來的干擾，因此，既要滿足合采氣量的需要，也要保障每個(gè)小層出氣，合采后較小的層間干擾，同時(shí)還要和優(yōu)化的射孔層數(shù)匹配。

射孔井段長度優(yōu)化。由于各油氣田各砂層之間隔層厚度差異大，射孔井段長度關(guān)系到層組內(nèi)各個(gè)層之間的壓力差異，井段過長，則易引起不同砂層之間的干擾，同時(shí)還不利于控制生產(chǎn)壓差，不利于儲(chǔ)層的主動(dòng)防砂。

4 結(jié)論

(1)受油藏沉積地質(zhì)條件的影響,使得油藏開發(fā)層段的層間差異變得尤為突出、水驅(qū)開采難度增大。因此油井在多層合采時(shí)，高滲產(chǎn)層會(huì)在不同程度上抑制低滲產(chǎn)層的開發(fā)，導(dǎo)致多個(gè)油層在合采時(shí)的產(chǎn)量遠(yuǎn)小于各個(gè)層單采時(shí)產(chǎn)量的總和。

(2)層間干擾的影響因素眾多，其中主要的影響因素是滲透率級(jí)差和層間壓力。研究發(fā)現(xiàn)：滲透率級(jí)差愈大，層間干擾愈嚴(yán)重；層間壓力愈大，愈使流體從高層流向低層，降低開采產(chǎn)量。

(3)評(píng)價(jià)層間干擾方法主要為三種：采用產(chǎn)量層間干擾系數(shù)以有效地指導(dǎo)油田進(jìn)行開發(fā)層系優(yōu)化和產(chǎn)能評(píng)價(jià)與預(yù)測；采油速度層間干擾系數(shù)衡量合采各層儲(chǔ)量動(dòng)用的均衡程度；采油指數(shù)層間干擾系數(shù)評(píng)價(jià)層間干擾現(xiàn)象對多層油藏注水合采的開發(fā)效果影響。

(4)根據(jù)層間干擾物理模型，模擬現(xiàn)場層間干擾程度，模擬低滲層的動(dòng)用壓力，提高波及系數(shù)，從而達(dá)到對存在嚴(yán)重層間干擾現(xiàn)象油田的優(yōu)化開發(fā)。

(5)層間干擾的解決方法目前主要是三種：分層注水，分層開采降低單井開采過程中受層間干擾問題的影響；多層合采，精細(xì)注采，緩解相對滲透率較低的儲(chǔ)層無法被很好動(dòng)用的問題，從而提高整體采出程度；設(shè)置合理開采，優(yōu)化射孔，減小層間干擾影響。

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