高含水后期“低效、無效循環(huán)”形成條件的數(shù)值模擬分析

濮孟蕾（中國石油遼河油田分公司沈陽采油廠，遼寧 沈陽 110316）

低效、無效循環(huán)是油田不斷注水開發(fā)之后出現(xiàn)的必然結(jié)果，這種情況的出現(xiàn)會(huì)伴隨著油田產(chǎn)量和質(zhì)量降低，降低油田的經(jīng)濟(jì)效益，影響國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了保證我國油田可以正常工作，防止油田高含水時(shí)期出現(xiàn)“低效、無效循環(huán)”現(xiàn)象，企業(yè)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分析，對存在問題作出整改。

1 問題的提出

沈陽油田的北二東西塊在到達(dá)高含水后期之后，油田之中就開始出現(xiàn)“低效、無效循環(huán)”等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)導(dǎo)致工作人員的工作出現(xiàn)了極大的困難，對油田出油的產(chǎn)量與質(zhì)量產(chǎn)生了巨大的影響。為了有效的保證工作可以順利進(jìn)行，對該區(qū)的調(diào)查研究就變得十分的重要。沈陽油廠每個(gè)層段的非均質(zhì)系數(shù)已經(jīng)處于1.2~5.5之間，本身差異性較大，容易導(dǎo)致發(fā)生低效、無效循環(huán)的現(xiàn)象。油水井的厚度位于0.7~66.6m區(qū)間，地理?xiàng)l件好，油層情況較為良好。油層的厚度也是引發(fā)低效、無效循環(huán)的重要原因。以水力學(xué)的角度可以看出，厚油層底部、主流線、垂向高滲透層三種情況是最容易出現(xiàn)“低效、無效循環(huán)”的現(xiàn)象，所以，要從這三個(gè)方面進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

2 數(shù)值模擬分析

2.1 垂向上高滲透層模型

因?yàn)橛蛯赢?dāng)中可能存在層間矛盾等情況，因此在一些套層的內(nèi)部開采油層的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)高滲透層的無效與低效循環(huán)問題。工作人員在對油田采取注水時(shí)，因?yàn)樽⑷氲乃畷?huì)沿著滲透層的坡度逐漸推進(jìn)，導(dǎo)致高滲透層當(dāng)中的滲透率出現(xiàn)提高，并超出低、中滲透層。當(dāng)注水工作到達(dá)后期時(shí)，層間的矛盾會(huì)逐漸增大，導(dǎo)致高滲透層提前出現(xiàn)無效、低效循環(huán)情況。

通過沈陽北二東西油田的含水率可能會(huì)超出90%的標(biāo)準(zhǔn)，在不同的區(qū)塊內(nèi)，其滲透率級(jí)差之下的滲透層還會(huì)出現(xiàn)注入PV 數(shù)等情況，由此可以得出，當(dāng)高滲透層的級(jí)差大于或等于3時(shí)，注入水將會(huì)在高滲透的區(qū)域中出現(xiàn)水循環(huán)無效現(xiàn)象。

通過調(diào)查含水飽和度能夠得出結(jié)論，在含水率存在差異的情況下，低滲透層的含水飽和度變化較弱，并且含水飽和度也低于高滲透層層位。從而得知，在一定程度的極差條件下，工作時(shí)間不斷的推移，含水率會(huì)逐漸增加，而注入水只在高滲透層不斷的流動(dòng)，沒有做到有效循環(huán)，因此這種情況注入水的利用率較低，容易出現(xiàn)低效循環(huán)情況。

根據(jù)差異滲透率的分層可以得出，其內(nèi)部的積累注水倍數(shù)與全區(qū)的含水率呈正比關(guān)系，工作人員在同一套層系當(dāng)中進(jìn)行油層的同時(shí)開采時(shí)，因?yàn)閷娱g矛盾原因會(huì)導(dǎo)致極差的變大，極差明顯增加?！跋鄬Φ蜐B”層位會(huì)因?yàn)楦邼B透層的原因使吸水量降低。因?yàn)樽⑺畷?huì)沿著高滲透層進(jìn)行推進(jìn)，不同油層之間的矛盾會(huì)不斷增加，導(dǎo)致高滲透層出現(xiàn)見水的現(xiàn)象。在工作人員的不斷注水過程中，當(dāng)前地區(qū)的含水率會(huì)超過90%，在低滲透層內(nèi)的注水倍數(shù)會(huì)明顯小于高滲透層層位，并且，當(dāng)極差不斷的增加，注水倍數(shù)之間的差距會(huì)不斷增大，在高滲透層中也會(huì)導(dǎo)致無效、低效循環(huán)的發(fā)生。

沈陽北三塊不同油井的極差會(huì)處于1~88之間，油井的平均極差保持在7~9之間，非均質(zhì)性效果明顯，所以很容易出現(xiàn)在注水之后，高滲透層出現(xiàn)低效、無效水循環(huán)。通過研究水井A4-4-57，可以得知水井極差為7.88，水井的S26+7a 的滲透率為586×10-3μm2，是一種高滲透層，因此在這個(gè)油井的當(dāng)前層面中可能會(huì)出現(xiàn)水循環(huán)情況。

2.2 厚油層底部模型

工作人員進(jìn)行注水時(shí)，因?yàn)榉蔷|(zhì)的原因，在重力作用下，水損油層下部不斷遞進(jìn)，油田開發(fā)也將進(jìn)入含水量較高的后期，導(dǎo)致厚油層的底部出現(xiàn)無效水循環(huán)。因?yàn)閷觾?nèi)滲透率存在明顯差異，當(dāng)注入水順著高滲透區(qū)域開始遞進(jìn)時(shí)，低滲透的部位無法顧及到每一個(gè)層面，所以油層的頂端部分會(huì)出現(xiàn)富集現(xiàn)象，而厚油層底部在注水的不斷沖刷下會(huì)有孔道形成，在孔道的影響下，出現(xiàn)低、無效的循環(huán)情況。

實(shí)驗(yàn)需要保證高滲透層位的厚度始終處于固定狀態(tài)，通過實(shí)驗(yàn)可以得知:

當(dāng)極差固定時(shí)，油層厚度提高會(huì)導(dǎo)致油層底部出現(xiàn)注水倍數(shù)遞增的情況，而吸水厚度同總厚度之間的比率要低于對應(yīng)吸水量的比率，高位油層隨著油層厚度的增加，對比下層滲透層位的吸水量卻較為低下，從而使底部的產(chǎn)水量高于上部油層。當(dāng)油層超過4.0m厚度時(shí)，底部的注水倍數(shù)會(huì)大量增加，因此，當(dāng)油層厚度超出4m時(shí)，在厚油層底部會(huì)出現(xiàn)低效的水循環(huán)。

當(dāng)級(jí)差提升時(shí)，油層厚度會(huì)不斷提高，油層底部的吸水量增加，帶動(dòng)了注水倍數(shù)的提升，因?yàn)橛蛯拥膶娱g出現(xiàn)了問題，上部油層吸水量也不斷降低，而底部的油層厚度產(chǎn)水量則開始增加，最后導(dǎo)致上部油層的產(chǎn)水量直接減少。

底部會(huì)不會(huì)出現(xiàn)無效水循環(huán)問情況也取決于油層的厚度，就算厚油層本身級(jí)差不高，但當(dāng)油層厚度開始提升時(shí)，底部油層總厚度的比例就會(huì)不斷降低，又因?yàn)榉蔷|(zhì)的影響與重力的雙重作用，注水倍數(shù)會(huì)出現(xiàn)明顯提升，最后使注入水順著油層底部推進(jìn)，當(dāng)油田進(jìn)入到中高含水期后，油層底部就可能出現(xiàn)水循環(huán)現(xiàn)象。

級(jí)差的高低會(huì)加快底部注入水無效、低效循環(huán)的形成。石油廠當(dāng)中存在的厚度超出2 m 的厚油層，油層會(huì)在合層后出現(xiàn)厚度增加情況，因此，當(dāng)注入井與采出井連通后，且儲(chǔ)層的物性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，注入水可能會(huì)形成低、無效的循環(huán)。通過研究分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注水井B4-4-72和采油井B4-3-71在P11層的厚度分別為4.5m和3.9 m，注入水就會(huì)在厚油層下方產(chǎn)生無效、低效循環(huán)。經(jīng)過計(jì)算計(jì)算，在當(dāng)前區(qū)域一共找出36個(gè)厚油層底部的無效、低效循環(huán)條帶[1]。

2.3 主流線模型

通過滲流學(xué)可以得知，油水井的流速會(huì)根據(jù)線路的不同而發(fā)生變化，主流線上的流動(dòng)速度要高，分流線上的水流速度較低。因此，在這種速度分配不正常的情況下，主流線上會(huì)很容易出現(xiàn)無效、低效循環(huán)狀況。為了研究主流線是否存在低效、無效循環(huán)，我們進(jìn)行了兩種模型分析，分別為平面的均質(zhì)模型以及非均質(zhì)模型[2]。

平面均質(zhì)模型:在均質(zhì)油層當(dāng)中，油井出現(xiàn)見水情況之后注入水將沿著主流線進(jìn)行突進(jìn)，緊接著在油井內(nèi)含水量會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)并出現(xiàn)尖突情況。油層內(nèi)部的滲透率越高，達(dá)到相同含水的可能性就越高。同理，油層滲透率如果降低，其速度也就越慢。在含水相同時(shí)，實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)含水飽和度為相同分布狀態(tài)。

平面非均質(zhì)模型:在非均質(zhì)油層當(dāng)中，根據(jù)沈陽石油廠區(qū)域含水不同時(shí)間的含水飽和度分布和剩余油飽和度可知，對于單井與采油井的中間的油層，注入水的流動(dòng)速度主流線與分流線也有著明顯的不同。長時(shí)間的注水工作會(huì)使注入水順著主流線附近推進(jìn)，導(dǎo)致層面矛盾加劇，距離主流線越近的單井水洗狀況就越明顯，當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)域含水期達(dá)到中、高階段時(shí)，流線水洗的工作會(huì)同時(shí)完成，主流線區(qū)域的含水飽和度趨于穩(wěn)定，無效、低效循環(huán)的現(xiàn)象隨之發(fā)生。而非均質(zhì)則會(huì)加劇水在主流線上的推進(jìn)，導(dǎo)致高滲透區(qū)域出現(xiàn)強(qiáng)水洗，對比低滲透區(qū)域的弱水洗，造成了層面矛盾，使主流線上提早出現(xiàn)低效、無效循環(huán)。

石油廠東部的幾所油水井中，注入井的采油關(guān)系較為完善，一些油水井的使用時(shí)間高于停止時(shí)間，在長時(shí)間注入水的情況下，水不斷的沖刷油水井，井內(nèi)主流線滲透率開始上升，油層內(nèi)部孔道出現(xiàn)，注入水無法起到應(yīng)有的效果，影響油水井的正常工作。在試驗(yàn)區(qū)域的P14+7 層中，調(diào)查注水井B3-2-097和采油井B3-3-96 中的高滲透區(qū)域可以得到相應(yīng)的油水井?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的研究可以看出水井內(nèi)部厚度為9 m~10 m，其積累注水量達(dá)到了22.65 m3，油井的含水率達(dá)到97.11%，含水量明顯過高。通過沉積微相技術(shù)可以得知，當(dāng)多個(gè)油水井在同一沉積層面時(shí)，油水井之間會(huì)形成連通性，導(dǎo)致其注采的連通線方向轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁骶€的方向。在這兩個(gè)沉積層中，主流線方向會(huì)出現(xiàn)高滲透區(qū)域，導(dǎo)致注入水變?yōu)闊o效、低效[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，通過數(shù)值分析可以得出結(jié)論，垂向上高滲透層中，含水飽和度的不同會(huì)導(dǎo)致低效、無效情況發(fā)生。厚油層底部中，極差的高低會(huì)導(dǎo)致低效、無效情況發(fā)生。主流線中，平面均質(zhì)與平面非均質(zhì)的差異也會(huì)導(dǎo)致低效、無效情況發(fā)生。