層狀油藏高含水期油井液量優(yōu)化方法研究

萬茂雯

（中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司，江蘇揚州 225009）

CB油田C3斷塊經(jīng)過多年的注水開發(fā)，目前已經(jīng)進入高含水期，剩余油分布更加零星分散，井網(wǎng)適應(yīng)性變差，自然遞減大，油藏穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)的難度日益加大。在低油價的時代背景下，傳統(tǒng)的層系重組和井網(wǎng)重整技術(shù)受到一定制約，近幾年也投入了較多的水動力學(xué)調(diào)整工作量，但控水穩(wěn)油效果并不長久。本著以最少投入獲得最大經(jīng)濟效益的宗旨，油水井動態(tài)調(diào)配對改善老區(qū)高含水油田開發(fā)效果顯得更為有效。國內(nèi)外學(xué)者在研究油井在平面上的配產(chǎn)時，都是把油藏看成是單一油層，并沒有考慮到縱向上的物性差異[1-9]，顯然對于C3斷塊這種多油水系統(tǒng)層狀油藏并不適用。因為該油田的油井基本上都是多層合采，層間差異不容忽視；亦或是致力于縱向上的液量或注水量劈分[10-18]，力求減少縱向差異，并沒有涉及旨在改善平面水驅(qū)不均衡的不同注采方向上油井的液量分配。

這里著重考慮剩余油在平面上的分布狀況，同時兼顧儲層在縱向上的非均質(zhì)性，將其看成是多個一維線性流動小層的組合，為層狀油藏油井在平面上的液量優(yōu)化提供了一種新的方法。

1 評價指標(biāo)優(yōu)選計算

1.1 評價指標(biāo)優(yōu)選

考慮到CB油田C3斷塊已經(jīng)進入高含水期，雖然平面上各個方向均已水淹，但水淹程度仍存在較大差異。針對這種情況，以水井為中心，以井組為基本單元，其中水井是籠統(tǒng)注水，油井是多層合采，以各注采井間的平均含水飽和度為評價指標(biāo)。平均飽和度差異越小，即方差越小，注入水在平面上的驅(qū)替越均衡，波及效率越高，開發(fā)效果越好，優(yōu)化后的油井液量就越合理。

1.2 評價指標(biāo)計算

1.2.1 調(diào)整前注采井間平均飽和度

已知相滲曲線，得到含水率計算公式：

式中：fw為含水率，%；λo、λw分別為油、水兩相的流度，10-3μm2/(mPa·s)；A為注采單元的流動截面積，m2；Δρ為油水密度差，kg/m3；g為重力和質(zhì)量的比例系數(shù)，9.8 N/kg；Qi為產(chǎn)液量，m3/d；α為地層傾角，°。

采用最小二乘法對式（1）進行擬合，可以求得含水率隨飽和度的變化關(guān)系[19]：

式中：αi為系數(shù)；Sw為含水飽和度，%。對式（2）進行求導(dǎo)得到：

根據(jù)動態(tài)資料已知不同注采方向上各油井的初始含水率fwi1，采用差分法對式（2）進行求解，得到調(diào)整前各注采單元的出口端含水飽和度Swi，代入式（3）可以求得對應(yīng)的fw'( Sw)。

最后，根據(jù)韋爾杰方程[20-21]（Welge）求得各注采井連線上的初始平均含水飽和度 ：

1.2.2 調(diào)整后注采井間平均飽和度

針對某一個注采單元，油水井間被劃分成m個網(wǎng)格，縱向上一共有n個小層，則第k小層的滲流阻力為：

本研究于2017年6月~2018年2月在醫(yī)院內(nèi)部隨機選取了處于臨用狀態(tài)的610件內(nèi)鏡作為研究對象,其中胃鏡146件、腸鏡291件、支氣管鏡173件。內(nèi)鏡中心用到的清洗、消毒設(shè)備主要包括:流動清洗槽、高壓水槍、負(fù)壓吸引器、超聲清洗器、注射器、滅菌與消毒器械、棉棒、紗布、清洗用刷子、多酶洗液、乙醇溶液、戊二醛溶液、干燥設(shè)備、消毒劑、計時器以及各種通風(fēng)設(shè)施。其中,乙醇溶液濃度為75%,戊二醛溶液濃度為2%。

式中：k為絕對滲透率，10-3μm2；kro、krw為油水兩相的相對滲透率，無因次；μo、μw為油水兩相的黏度，mPa·s。

考慮到縱向上各小層的注采井距相同，為了方便計算，引入擬滲流阻力[22]R' ( Sw)概念，它表征的意義是隨飽和度變化的油水兩相滲流能力，其計算公式為：

假設(shè)該注采單元內(nèi)合采井的產(chǎn)液量為Ql，液量調(diào)整后的第i時間步，利用有限差分技術(shù)，求得注采單元滲流模型的出口端含水飽和度，根據(jù)擬滲流阻力對各小層的油井產(chǎn)液量進行劈分：

根據(jù)B-L驅(qū)油理論[23]，此時小層含水率對小層出口端含水飽和度的導(dǎo)數(shù)為：

式中：Ql為產(chǎn)液量，m3/d；φ為孔隙度，小數(shù)；L 為注采井距，m。

將（8）式代入（4）式，得到第i時間步時注采井間的平均含水飽和度：

2 合理液量優(yōu)化方法

基于上述各項指標(biāo)的計算方法，提出合理液量的優(yōu)化方法，具體如下：

（1）假設(shè)經(jīng)過調(diào)整后，平面上各注采井間到達(dá)一個相同的平均含水飽和度為各注采單元的初始平均含水飽和度。

（2）針對每口油井，假設(shè)其產(chǎn)液量為Qi，計算該油井經(jīng)過調(diào)整后對應(yīng)注采井間的平均含水飽和度或在允許的誤差范圍之內(nèi)，則Qi即為該油井液量。

（3）判斷各油井液量之和 是否等同于水井注水量Qj，如滿足注采平衡，或在允許的誤差范圍內(nèi)，則Qj即為各油井的合理液量，否則重新假定一個Sw2，重復(fù)上述計算，直至滿足要求為止。

3 參數(shù)敏感性分析

考慮到實際井區(qū)油水井注采關(guān)系的復(fù)雜性，以注水井為中心，以東西向為X軸，南北向為Y軸，在四個象限內(nèi)，各自把相關(guān)井網(wǎng)范圍內(nèi)的油井疊加為一口虛擬井，相當(dāng)于每個象限為一個受效方向，然后在象限內(nèi)考慮某一方向的注采關(guān)系。其中第一、二象限為高注低采單元，第三、四象限為低注高采單元。

對于處于高含水期的老油田而言，考慮到參數(shù)的時變性，地下流場主要受到動靜態(tài)因素的綜合影響。基于上述滲流數(shù)學(xué)模型的求解方法以及油井液量優(yōu)化方法，對油井合理液量進行影響因素分析，基本參數(shù)見表1。

表1 基本參數(shù)表

3.1 地層有效厚度的影響

假定4個象限內(nèi)注采單元的平均地層有效厚度分別為9、10.5、12和13.5 m，注水井總注水量為100 m3/d，計算得到平面上實現(xiàn)均衡驅(qū)替時4口油井的合理液量（圖1）。

圖1 油層厚度對油井合理液量的影響

研究結(jié)果表明，油井最優(yōu)液量與其所在地層的有效厚度成正比例關(guān)系。地層有效厚度越大，剩余油潛力越大，油井產(chǎn)量越高，液量相同時對應(yīng)的含水率越低。為了實現(xiàn)注入水的均衡驅(qū)替，應(yīng)對對應(yīng)油井實施提液。

3.2 地層滲透性的影響

假定第一、三象限的地層平均滲透率為300×10-3μm2、第二、四象限的地層平均滲透率為600×10-3μm2，計算得到實現(xiàn)均衡驅(qū)替時4口油井的合理液量（圖2）。

圖2 地層滲透率對油井合理液量的影響

結(jié)果表明，當(dāng)存在地層傾角時，注入水的驅(qū)替受重力的影響。對于高注低采單元，重力是動力；對于低注高采單元，重力是阻力。地層滲透率越大，重力作用帶來的影響越大，因此高、低部位油井之間的合理液量差異越大。在同一平面內(nèi)，注入水易沿滲透率高的部位突進，因此滲透率越高，對應(yīng)的油井合理液量應(yīng)該越小，從而對地下流場進行“控強扶弱”；同時由于低注高采單元的重力阻力起到一定削弱作用，所以不同滲透率的油井合理液量差異也相對較小。

3.3 平均含水飽和度的影響

假定調(diào)整前4個象限的平均含水飽和度分別為0.52、0.53、0.54、0.55，根據(jù)相對滲透率曲線求得對應(yīng)注采單元的含水率并計算油井的合理液量（圖3）。

圖3 含水飽和度對油井合理液量的影響

結(jié)果表明各油井合理液量與注采單元內(nèi)平均含水飽和度成反比例關(guān)系：含水飽和度越大，剩余油潛力越小，因為油的黏度比水的黏度大，所以水驅(qū)油的滲流能力越強，含水上升越快，為實現(xiàn)平面上的均衡驅(qū)替，應(yīng)減少油井液量。

3.4 綜合影響

表2是四個象限內(nèi)注采單元的地層參數(shù)及開發(fā)現(xiàn)狀，注采井距和總注水量保持不變，分別計算10年、20年后平面上實現(xiàn)均衡驅(qū)替的油井合理液量。計算結(jié)果表明：油井合理液量受地層有效厚度影響較大，受地層滲透性影響較小，地層初始含水飽和度越大，油井合理液量越小，且在越短的時間內(nèi)達(dá)到均衡驅(qū)替，各油井合理液量的差異越大。

表2 不同開發(fā)狀況及調(diào)整年限下的油井合理液量

4 現(xiàn)場應(yīng)用

基于上述理論研究，在C3斷塊阜寧組油藏開展應(yīng)用，對10個注采井組的油井合理液量分別進行了計算，根據(jù)計算結(jié)果進行相應(yīng)的調(diào)整。調(diào)整油井產(chǎn)液量共計14井次，平均日增油12 t/d，綜合含水由91.3%下降至86.0%，且同一井組內(nèi)的含水率差異減小。以C3-40井組為例，油井液量調(diào)整前，井組內(nèi)三口油井的含水率分別為83%、93%和90%，調(diào)整后依次變?yōu)?2%、89%和87%?？梢妼τ途M行合理的液量調(diào)整可以有效地改善水驅(qū)開發(fā)效果，實現(xiàn)均衡驅(qū)替。

5 結(jié)論

CB油田C3斷塊油井的合理液量受到儲層物性、剩余油潛力和調(diào)整年限等諸多因素的影響。本文采用調(diào)配后各個注采井間的含水飽和度差異評價均衡驅(qū)替的程度，設(shè)計了適用于多層合采井的合理液量優(yōu)化方法，并在此基礎(chǔ)上進行了影響因素分析。該方法不需要額外的投入就可以有效改善開發(fā)效果。同時也存在不足，對各個注采方向上參數(shù)均采用了均值處理的方式，不能很好地反應(yīng)實際地層的情況，后續(xù)有待改進。創(chuàng)新之處在于將多層合采時更加復(fù)雜的、異于單層開發(fā)的井底壓力動態(tài)和產(chǎn)量變化考慮在內(nèi)，為C3斷塊這類層狀油藏的多層合采井在平面上的液量調(diào)整提供了新的思路。