蘇北盆地復(fù)雜斷塊油藏多夾層模式劃分及控油規(guī)律

王智林， 劉炳官， 尤啟東， 孔維軍， 張建寧

(1.中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院， 揚州225009；2.中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)管理部， 揚州 225009； 3.中國石化江蘇油田分公司采油一廠，江都 225265)

油藏進(jìn)入開發(fā)后期高含水階段時剩余油分布受諸多因素影響，其中，夾層所形成的滲流屏障和滲流差異是影響剩余油分布以及水驅(qū)油藏開發(fā)的重要因素[1-2]。復(fù)雜斷塊油藏由于其含油層系多，儲層厚度差異大的地質(zhì)特征，在不同的夾層分布形態(tài)下，剩余油的分布更加復(fù)雜[3-5]。

Pooladi-Darvish等[6]基于二維數(shù)值模型研究了氣頂及底水油藏中，夾層連續(xù)性對蒸汽輔助重力泄油(SAGD)生產(chǎn)規(guī)律的影響。Ipek等[7]通過數(shù)值模擬研究了在SAGD開發(fā)中，通過循環(huán)壓力操作提高油藏滲透率的可行性。岳大力[8]采用水驅(qū)油實驗，總結(jié)了夾層長度、注采井與夾層位置關(guān)系、射孔位置等因素對剩余油分布的影響。屈亞光等[9]基于理想層內(nèi)夾層模型，研究了夾層對韻律性儲層射孔位置的影響，夾層分布位置及范圍對反韻律儲層水驅(qū)效果的影響。劉超等[10]采用數(shù)值模擬方法研究了夾層規(guī)模、發(fā)育位置對海上厚層剩余油分布的影響。李紅英等[11]通過室內(nèi)實驗對比了注水井和采油井鉆遇夾層條件下聚合物驅(qū)剩余油分布的異同。周鳳軍等[12]利用巖心驅(qū)替研究了不同韻律底層對早期注聚剩余油分布及生產(chǎn)動態(tài)的影響。李巍[13]基于包含兩個不連續(xù)隔層的理論模型研究了SAGD過程中夾隔層對蒸汽腔的擴展規(guī)律、含水率以及開采程度的影響。吳光煥[14]根據(jù)夾層厚度、位置、滲透率及面積的不同建立了17個單夾層模型，通過數(shù)值模擬研究了不同模型對于蒸汽輔助重力泄油效果的影響。但上述研究均采用發(fā)育單個夾層的模型，沒有考慮到多個夾層共同作用下對于剩余油分布的綜合影響，也難以體現(xiàn)出復(fù)雜斷塊油藏含油層系薄但發(fā)育夾層多的地層特征。首先通過井間連續(xù)多夾層理論模型研究了多夾層性質(zhì)對剩余油分布的影響，基于此進(jìn)一步建立了注采井分別鉆遇不同類型多夾層的16種井間驅(qū)替模型，然后歸納典型類型，總結(jié)了“多驅(qū)少”和“少驅(qū)多”型儲層的剩余油分布規(guī)律，以期為復(fù)雜斷塊多夾層油藏水驅(qū)剩余油分布的預(yù)測及不同夾層類型儲層的差異化挖潛提供理論指導(dǎo)和借鑒意義。該方法可有效解決當(dāng)前研究所用單夾層模型預(yù)測剩余油可靠性不足的問題，更準(zhǔn)確地模擬實際復(fù)雜斷塊油藏中的多夾層分布模式及其控油規(guī)律。

1 復(fù)雜斷塊油藏多夾層驅(qū)替模式分類及表征

1.1 復(fù)雜斷塊多夾層儲層夾層模式劃分

以J油田為例，根據(jù)統(tǒng)計成果，以夾層形式存在的小層最多有四個砂體。由此建立垂向夾層分布類型及驅(qū)替模式，建立A、B、C、D、E、F、G、H共計8種夾層垂向分布類型，如圖1所示。其中，B、C、D均屬于三砂體模型，E、F、G屬于兩砂體模型，H屬于單砂體模型。通過數(shù)模對比發(fā)現(xiàn)B、C、D三種類型和E、F、G三種類型的剩余油分布及采出程度相差不大，因此將上述夾層分布類型歸納為Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ四種分布模式。

圖1 基礎(chǔ)夾層分布模式劃分與歸納Fig.1 The division and classification of basic interlayer distribution pattern

1.2 復(fù)雜斷塊油藏注采井間多夾層驅(qū)替模式建立

以一注一采的基礎(chǔ)驅(qū)替單元來看，注入井和采出井鉆遇的夾層類型都無外乎這四種模式，則注采井間夾層匹配關(guān)系可總結(jié)為16種垂向夾層驅(qū)替模式，如表1所示。16種模式中，基本型共6種，必然組合型，由基本型模式組合形成，共4種，其余6種經(jīng)分析也可由基本組合模式構(gòu)成。因此，將注采井間夾層驅(qū)替模式可簡化為6種基本模式。

表1 井間夾層驅(qū)替模式

2 典型夾層模式控油規(guī)律對比

首先基于典型模型對比了夾層數(shù)目、發(fā)育規(guī)模、展布位置等因素對剩余油分布模式及開發(fā)動態(tài)特征的控制作用。

2.1 夾層數(shù)目的影響

分別設(shè)計了夾層規(guī)模為貫通注采井，夾層厚度為砂層厚度的1/10，夾層數(shù)目為1、2、3、4的對比方案，水驅(qū)結(jié)束時飽和度分布如圖2所示。

由圖2可見，單夾層模型的剩余油分布受重力分異和夾層隔擋作用共同控制。夾層將整個砂體劃分為夾層上下兩個流動單元，注入水相由于重力作用沿油層下部突進(jìn)，也使得上下兩個單元的吸水量，波及系數(shù)以及采收率均表現(xiàn)出明顯的差異性。僅從“夾層上”流動單元來看，剩余油的分布同樣受到重力作用影響，單元內(nèi)各縱向小層(網(wǎng)格)的水驅(qū)前緣呈階梯狀突進(jìn)。這種“階梯狀”是由于網(wǎng)格計算的離散性帶來的，推測在一個真實的均質(zhì)儲層中，其水線的突進(jìn)應(yīng)為由上至下逐級遞進(jìn)且前緣為連續(xù)變化[10]。從整個模型的剖面上來看，若夾層不存在，整個模型的水線突進(jìn)也應(yīng)符合上述規(guī)律。再對比單夾層模型的水線前緣形態(tài)，可以看出，夾層的隔擋進(jìn)一步加劇了重力分異帶來的吸水剖面的非均質(zhì)性。

圖2 不同夾層數(shù)目下的剩余油分布Fig.2 Effects of interlayer numbers on residual oil distribution

對比“全夾層”(貫通注采井)模式下不同數(shù)量夾層剩余油分布，隨夾層數(shù)增多，吸水剖面的均勻程度明顯升高，即夾層的發(fā)育抑制了水線突進(jìn)及其導(dǎo)致的波及效率的非均質(zhì)性。并且在多夾層儲層中剩余油的富集部位都是在夾層下緣。對比單夾層的剩余油分布，夾層增多起到了切割水相前緣的作用，緩解了相鄰流動單元間差異性。一方面均勻了前緣水線，增大了儲層的縱向波及系數(shù)，因此一旦見水即為全井段的見水，故含水率較高；另一方面也使得剩余油的富集程度逐漸降低(圖3)。需要說明的是，在實際的剩余油挖潛工作中，多夾層的剩余油分布也變得更加零散，這會一定程度增大剩余油動用的難度[15]。

圖3 夾層數(shù)量對含水率和縱向波及系數(shù)的影響Fig.3 Effect of interlayer number on water-cut and vertical sweep efficiency

2.2 夾層規(guī)模的影響

基于單夾層模型，設(shè)計了夾層長度(無因次)分別為0.2、0.4、0.6、0.8四組方案，夾層位于儲層中部，相同注采條件下水驅(qū)結(jié)束時飽和度分布如圖4所示。

圖4 不同夾層規(guī)模下的剩余油分布Fig.4 Effects of interlayer size on residual oil distribution

由圖4可見，夾層規(guī)模越大，水線前緣及吸水剖面越均勻。分析認(rèn)為，夾層的存在一定程度上抑制了夾層上水相由于重力作用引起的向下運移，存在一個“導(dǎo)流”作用，并且夾層規(guī)模越大，這種“導(dǎo)流”作用越顯著，對應(yīng)夾層同水平位置的剩余油被波及范圍越大，剩余油富集程度越低[16]。夾層無因次長度較小時，砂體中下部水淹程度嚴(yán)重，上部剩余油較為富集；夾層無因次長度較大時，夾層縱向遮擋作用增強，剩余油主要富集在儲層頂部及夾層下緣。即夾層規(guī)模越大，縱向波及系數(shù)越大。但當(dāng)夾層無因次長度大于0.6時，縱向波及系數(shù)隨夾層規(guī)模增大趨勢明顯變緩，即當(dāng)夾層規(guī)模大到一定程度后，其對于剩余油分布的影響作用就會減弱。同時由于夾層的“導(dǎo)流”作用，生產(chǎn)井底的水相“點突破”變?yōu)殚L井段“線突破”，最終含水率也隨之小幅增加(圖5)。此外，即使夾層長度為0.2，其最終的縱向波及系數(shù)也要高于2.1中的單夾層模式。這也驗證了上文中，“單夾層模式下夾層會加劇重力分異引起的低部位水相突進(jìn)”的結(jié)論。

圖5 夾層規(guī)模對含水率和縱向波及系數(shù)的影響Fig.5 Effect of interlayer size on water-cut and vertical sweep efficiency

2.3 夾層展布位置的影響

設(shè)計了夾層位于儲層上部、中部及下部三種夾層模型，水驅(qū)結(jié)束時各方案飽和度分布如圖6(a)所示。夾層位置越低，縱向上吸水剖面、水相波及的非均質(zhì)性就越強，水驅(qū)開發(fā)效果越差，剩余油的富集程度越高。夾層位置處于儲層下部時，其水平方向已經(jīng)遠(yuǎn)低于剩余油富集區(qū)，很難分割動用剩余油，對水相向下運移的抑制作用降低，起不到均勻水線，增大波及的作用[17]。夾層位于高部位時，就直接分割剩余油富集區(qū)，通過“導(dǎo)流”作用增大剩余油動用效果。此時剩余油的富集位置主要是油層的頂部及夾層的下部。因此，當(dāng)夾層位于上部時，砂體中上部波及較為均勻，最終的含水率較高；當(dāng)夾層位于下部時，其縱向阻隔作用減弱，縱向波及系數(shù)也最低[見圖6(b)]。

圖6 夾層展布位置對開發(fā)效果的影響Fig.6 Effects of interlayer position on oil recovery performance

3 高含水復(fù)雜斷塊油藏多夾層控油模式

3.1 目標(biāo)區(qū)塊物性及機理模型建立

3.2 “多驅(qū)少”型夾層驅(qū)替模式

在1.2節(jié)中的6種基本注采井間多夾層驅(qū)替模式中，將Ⅱ-Ⅰ型、Ⅲ-Ⅰ型、Ⅳ-Ⅰ型三種模式歸納為“多驅(qū)少”型驅(qū)替模式，并以Ⅰ-Ⅰ型為基礎(chǔ)對比模式。對比四種模式下剩余油分布形態(tài)，水驅(qū)至極限含水率時的剩余油飽和度分布如圖7所示。

由圖7可見，隨夾層數(shù)量的增加，由于生產(chǎn)井周無隔層的影響，近生產(chǎn)井端剩余油受重力作用，儲層底部垂向指進(jìn)特征顯著[18]。雖然近生產(chǎn)井端無夾層直接影響，但遠(yuǎn)端夾層的遮擋與“導(dǎo)流”作用仍使生產(chǎn)井端剩余油區(qū)出現(xiàn)明顯的分段特征。縱向上，各“分段”內(nèi)也表現(xiàn)出水相受重力向下部運移的特征，使得儲層下部水淹最為嚴(yán)重[19]?？傮w上水相前緣則呈現(xiàn)分段指進(jìn)的特征，對比各分段的剩余油區(qū)長度，由上至下逐級變短。分析認(rèn)為，由于重力的作用，注入水在近注入井區(qū)域內(nèi)就形成了上少下多的層內(nèi)分流特征，在夾層的“引導(dǎo)”下，驅(qū)替至生產(chǎn)井端的水量保持了這種縱向上的差異性，導(dǎo)致剩余油的范圍反過來表現(xiàn)為上多下少。從四種多驅(qū)少型剩余油富集區(qū)位置來看，剩余油主要集中在油井附近且距離儲層頂面約3/4范圍內(nèi)。在重力分異和夾層隔擋雙重作用下，剩余油的分布規(guī)律可以描述為“層間分段，逐級遞減”。

圖7 “多驅(qū)少”型驅(qū)替模式剩余油分布Fig.7 Residual oil distribution of more to less displacement mode

3.3 “少驅(qū)多”型夾層驅(qū)替模式

在6種井間夾層驅(qū)替模式中，將Ⅰ-Ⅱ型、Ⅰ-Ⅲ型、Ⅰ-Ⅳ型歸納為少驅(qū)多型，同樣以Ⅰ-Ⅰ型模型為基礎(chǔ)對比方案。對比四種模式下的剩余油分布，結(jié)果如圖8所示。對于“少驅(qū)多”型的夾層模式，夾層直接分割剩余油區(qū)，近生產(chǎn)井端被分割成了多個流動單元。各流動單元內(nèi)，重力分異作用顯現(xiàn)，剩余油集中在夾層間單砂體的上部緊貼夾層下緣的區(qū)域。在多夾層儲層內(nèi)部，夾層位置越低，其所分割的流動單元內(nèi)的剩余油富集程度越低。從橫向上的剩余油分布長度來看，由于注水井端無夾層的分割，縱向上各層水線密度的非均質(zhì)性較“多驅(qū)少”型更強，橫向剩余油區(qū)長度差異也更大。因此，對于該類夾層模式儲層，上部夾層的剩余油比重更大，是挖潛措施的首要考慮對象。

圖8 “少驅(qū)多”型驅(qū)替模式剩余油分布Fig.8 Residual oil distribution of less to more displacement mode

4 典型多夾層油藏剩余油挖潛對策

4.1 目標(biāo)油藏驅(qū)替模式劃分及剩余油潛力評價

將目標(biāo)區(qū)31口井采用垂向驅(qū)替模式劃分方法進(jìn)行劃分，并分別評價各砂體投產(chǎn)情況、砂體發(fā)育和動用潛力，結(jié)果如表2所示。

表2 C3油田代表井驅(qū)替模式劃分及剩余油潛力評價

4.2 挖潛措施實施效果

考慮潛力層與目前開井情況，設(shè)計4口井9砂體的補層措施。高部位富集區(qū)采用300 m井距部署3口定向井以滿足富集區(qū)剩余油挖潛需要。

5 結(jié)論

(1)在多夾層儲層中，高含水期剩余油的分布受重力分異和夾層遮擋作用共同控制。發(fā)育單夾層的儲層中，夾層的隔擋會一定程度上加劇重力分異引起的縱向剩余油分布及波及效率的非均質(zhì)性。而在多夾層儲層中，夾層的增多則會緩解這種非均質(zhì)性。

(2)夾層存在時中高含水期易形成隔夾層共同遮擋型剩余油。隨夾層數(shù)量增加，下部夾層形成的剩余油富集程度變差；隨夾層規(guī)模的增大，夾層控制的剩余油規(guī)模變??；夾層位于油層下部時的剩余油富集規(guī)模要大于位于中上部。

(3)多夾層油層高含水期縱向上的剩余油分布規(guī)律為“層間分段，逐級遞減”。“多驅(qū)少”型夾層模式下剩余油主要富集在儲層上部及各夾層下緣位置，“少驅(qū)多”型夾層模式下剩余油集中在夾層間單砂體的上部，且相比“多驅(qū)少”型其上部夾層的剩余油比重更大，是剩余油挖潛的首要目標(biāo)。夾層數(shù)量多于一定程度后，其水驅(qū)后的控油作用明顯減弱。

(4)本文提出的多夾層驅(qū)替模式劃分方法可作為高含水油藏剩余油分布快速預(yù)測的有效手段，為剩余油挖潛提供決策依據(jù)。