考慮滲透率時變的邊底水低滲油藏高速開發(fā)剩余油分布模式研究

陳 軍 李仕芳 黃治梁 薛永超 王鶴楠 楊松林

(1.長慶油田分公司第十采油廠，甘肅 慶陽 745100；2.中國石油大學(北京)石油工程學院，北京 102249)

0 前 言

以長慶油田為代表的低滲透油藏經(jīng)歷了長期的水驅(qū)開發(fā)，大部分油田進入特高含水、低采出的關(guān)鍵時期，如何客觀準確的預測剩余油分布規(guī)律是此類油藏二次開發(fā)的重點和難點。礦場實踐表明，由于較高的采油速度和較強的邊底水驅(qū)替沖刷，儲層滲透率較開發(fā)初期發(fā)生明顯變化，注入水的水化膨脹以及沖刷作用會造成地層微粒和黏土礦物的運移，油藏剩余油分布更加難以預測和表征，油藏二次開發(fā)面臨巨大挑戰(zhàn)[1-4]。因此，在預測長期水驅(qū)低滲油藏剩余油分布規(guī)律時，必須考慮滲透率隨開發(fā)進程的變化。本次研究基于過水倍數(shù)與滲透率的變化關(guān)系，建立連續(xù)變化且具有方向性的表征模型，并綜合油藏工程方法和油藏數(shù)值模擬技術(shù)，模擬低滲透油藏開發(fā)過程，預測剩余油分布規(guī)律，為長期水驅(qū)低滲油藏的二次開發(fā)提供支撐。

1 滲透率時變表征方法

1.1 表征方法

目前，滲透率時變表征方法主要有3種，一是單因素表征法；二是多因素表征法；三是水驅(qū)強度表征法。其中單因素表征法和多因素表征法均存在表征不連續(xù)、人為因素影響較大等問題[5-8]。而水驅(qū)強度表征法可以消除人為因素的影響，表征結(jié)果更為客觀，同時該方法還可與油藏數(shù)值模擬相結(jié)合，對剩余油地挖潛具有重要指導意義，因此，水驅(qū)強度表征法應用較為廣泛[9-13]。為了保證油藏中后期表征效果以及表征的方向性，結(jié)合目標區(qū)含油面積較小、網(wǎng)格尺寸較為確定等因素，最終選用基于過水倍數(shù)的滲透率時變表征方法。

過水倍數(shù)是指在一定注入強度下，流過單位體積儲層的累積水量與該單位體積儲層的孔隙體積之比。實際油藏中，注入水在不同方向上的流動是不同的，這將導致不同方向上的滲透率變化不一致。因此，在實際油藏計算時，應統(tǒng)計各個方向上的過水倍數(shù)，用油藏單元立方體圖(見圖1)加以說明。

圖1 單元立方體圖

網(wǎng)格(i，j，k)第n+1時刻x、y、z方向的過水倍數(shù)分別為：

(1)

(2)

(3)

式中：Vijk為網(wǎng)格(i，j，k)的孔隙體積，m3；Nx、Ny、Nz分別為x、y、z方向過水倍數(shù)；Qx、Qy、Qz分別為x、y、z方向過水量，m3。

則單元立方體過水倍數(shù)表達式為：

N=Nx+Ny+Nz

(4)

式中：N為過水倍數(shù)。

1.2 滲透率時變規(guī)律

選取目標油藏典型巖心樣品，開展不同級別滲透率巖心的驅(qū)替實驗，得到不同級別滲透率巖心的滲透率變化倍數(shù)(不同時刻滲透率與初始滲透率的比值)隨過水倍數(shù)的變化曲線(見圖2)。如圖2所示，巖心滲透率變化倍數(shù)隨過水倍數(shù)的增加而逐漸變小，由于初始滲透率不同，水驅(qū)前后滲透率變化趨勢也不同。初始滲透率越小，高倍水驅(qū)條件下滲透率變化倍數(shù)越小，滲透率下降越明顯，對儲層傷害越大。

圖2 巖心滲透率變化倍數(shù)隨過水倍數(shù)的變化

對圖2中的數(shù)據(jù)進行擬合，得到滲透率變化倍數(shù)與過水倍數(shù)表征方程：

K=19.00×10-3μm2時：

(5)

K=38.00×10-3μm2時：

(6)

K=48.00×10-3μm2時：

(7)

式中：K：滲透率，10-3μm2；Kx為x方向的時變滲透率，10-3μm2；Kx0為x方向初始滲透率，10-3μm2。

考慮到低滲透油藏較強的非均質(zhì)性，根據(jù)油藏實際情況確定y、z方向滲透率，如下式所示：

(8)

式中：Ky為y方向時變滲透率，10-3μm2；Kz為z方向時變滲透率，10-3μm2。

2 滲透時變在數(shù)值模擬中的應用

2.1 油藏概況

里37區(qū)延9油藏位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡上，油氣分布受巖性—構(gòu)造雙重影響，整體表現(xiàn)為西低東高。儲層巖性以長石質(zhì)石英砂巖為主，平面呈條帶狀分布，油藏西部發(fā)育較強的邊底水,厚度較大(最厚達42.7 m)；油藏東部由于砂層變薄、隔層變厚，邊底水對其影響減弱。儲層平均孔隙度15.8%、平均滲透率38.03×10-3μm2，屬低孔低滲油藏。2012年10月油藏整體停產(chǎn)，各類完鉆井總計48口，油藏開發(fā)指標如表1所示。

表1 油藏開發(fā)指標

2.2 過水倍數(shù)分析

應用tNavigator油藏數(shù)值模擬軟件，通過累計過水量與孔隙體積的比值計算過水倍數(shù)。圖3為過水倍數(shù)的三維圖，由于西部邊底水的存在，油藏西部受到較為強烈的沖刷，過水倍數(shù)較高。井點處由于沖刷較為充分，過水倍數(shù)較高，油藏內(nèi)部由于隔夾層的存在，沖刷不充分，過水倍數(shù)較低。

圖3 里37延9油藏過水倍數(shù)三維圖

2.3 歷史擬合效果對比

目前的數(shù)值模擬中，滲透率時變大都采用統(tǒng)一的物性時變模擬框架[14-18]，即全區(qū)采用一種時變規(guī)律。該區(qū)塊實際平均滲透率為38.03×10-3μm2，圖4為全區(qū)只考慮一種滲透率時變規(guī)律表征模型(式(6))的歷史擬合結(jié)果。如圖4所示，考慮一種時變規(guī)律的歷史擬合效果優(yōu)于未考慮滲透率時變的情況，但油藏開發(fā)后期模型擬合效果仍不理想。

圖4 考慮一種滲透率時變規(guī)律表征模型的歷史擬合結(jié)果

通過對過水倍數(shù)的分析可以看出，目標油藏非均質(zhì)性較強，各部位沖刷不均勻。因此，在歷史擬合過程中，應考慮多種不同的滲透率時變規(guī)律，即根據(jù)不同的初始滲透率，匹配不同的數(shù)學關(guān)系(見圖2)。當初始滲透率小于20.00×10-3μm2時，應用式(5)的表征模型；當初始滲透率為20.00×10-3～40.00×10-3μm2時，應用式(6)的表征模型；當初始滲透率大于40.00×10-3μm2時，應用式(7)的表征模型。

圖5為考慮不同級別滲透率時變表征模型的歷史擬合結(jié)果圖。按照初始滲透率的不同匹配不同時變規(guī)律的歷史擬合效果要優(yōu)于全區(qū)只考慮一種時變規(guī)律的情況。

圖5 考慮不同滲透率時變規(guī)律表征模型的歷史擬合結(jié)果

3 剩余油分布模式

3.1 以邊底水為主控因素

圖6分別為2001、2012年油藏以邊底水為主控因素的剩余油飽和度分布圖。從圖中可以看出：油藏西部及底部受邊底水的影響較大，驅(qū)替充分；油藏東部及東北部附近受邊底水影響較小，剩余油飽和度高，爬坡油富集。

圖6 以邊底水為主控因素的剩余油飽和度分布圖

圖7為以邊底水為主控因素形成的爬坡油模式圖。邊底水從砂體底部推進，砂體上部驅(qū)替不充分，最終剩余油在邊底水上部富集，形成爬坡剩余油。

圖7 爬坡油模式圖

3.2 以局部構(gòu)造為主控因素

圖8為受局部構(gòu)造影響的剩余油飽和度剖面圖。由圖8可知，剩余油主要集中在A井附近。這種情況主要受兩方面的影響：一是在驅(qū)替過程中，水線沿著構(gòu)造線逐步推進，但是推進范圍會逐漸變小，位于構(gòu)造高點處的油無法被完全波及，致使油藏構(gòu)造高點處剩余油富集。二是當開發(fā)進行到中后期時，存在邊底水或水驅(qū)效果較好區(qū)域附近的油井下部水淹比較嚴重，導致含水飽和度高，而構(gòu)造高層位由于自身動用較小、含水飽合度低，剩余油飽和度較高，形成屋脊油。

圖8 受局部構(gòu)造影響的剩余油飽和度剖面圖

圖9為受隔夾層影響的剩余油飽和度剖面圖。由圖9可知，在夾層上部及下部形成屋檐油和閣樓油。這是由于隔夾層能夠阻擋油氣水的滲流，改變了波及效果，使得隔夾層附近的剩余油難以被驅(qū)替。

圖9 受隔夾層影響的剩余油飽和度剖面圖

圖10為屋脊油、屋檐油、閣樓油模式圖。由于受到局部構(gòu)造的影響，剩余油通常富集在局部構(gòu)造高層位及發(fā)育隔夾層的部位，形成屋脊油、屋檐油和閣樓油。

圖10 屋脊油、屋檐油、閣樓油模式圖

3.3 以井網(wǎng)不完善為主控因素

圖11為受井網(wǎng)不完善影響的剩余油飽和度分布圖。由于開發(fā)初期對地質(zhì)條件認識不充分，導致油田注采系統(tǒng)不完善，開發(fā)效果不理想，剩余油在B、C等井網(wǎng)不完善的區(qū)域富集。

圖11 受井網(wǎng)不完善影響的剩余油飽和度分布圖

4 結(jié) 語

長期水驅(qū)開發(fā)的低滲透油藏,其滲透率會發(fā)生較大變化，在剩余油預測中應考慮儲層滲透率時變特征。對于含油面積較小、網(wǎng)格尺寸較為確定的油藏，可以利用過水倍數(shù)表征滲透率時變。

對于非均質(zhì)性較強的油藏，根據(jù)初始滲透率的不同匹配不同的滲透率時變規(guī)律，可以改善油藏高含水階段的擬合效果。

根據(jù)滲透率時變的數(shù)值模擬結(jié)果，可以將剩余油分布模式歸納為3類：以邊底水為主控因素的爬坡油，以局部構(gòu)造和夾層為主控因素的屋檐油、屋脊油、閣樓油和以井網(wǎng)不完善為主控因素的井間油。