利用动态数据判断优势渗流通道

张航,李治平(非常规天然气能源地质评价与开发工程) (北京市重点实验室 (中国地质大学 (北京)),北京100083)

郝振宪 (中石化中原油田分公司第一采油厂,河南濮阳457001)

利用动态数据判断优势渗流通道

张航,李治平(非常规天然气能源地质评价与开发工程) (北京市重点实验室 (中国地质大学 (北京)),北京100083)

郝振宪 (中石化中原油田分公司第一采油厂,河南濮阳457001)

目前我国大部分油田经历了数十年的生产,现已进入高含水开发阶段,该阶段优势渗流通道普遍存在,导致油田的开发投资、成本增加,经济、社会效益大大降低。优势渗流通道的识别是减小其对油田开发不利影响的关键,是调堵改造技术应用的前提和基础。因此,对于优势渗流通道的快速准确识别的研究是十分必要的。通过对优势渗流通道与油田动态数据之间的相关性进行研究,提出了一套全新的判别砂岩油藏水驱优势渗流通道的思路方法,运用通信信号模型通过动态生产数据快速、准确地判别优势渗流通道。将该方法应用于中原油田某区块,预测结果与数值模拟结果基本相符。该方法与传统识别优势渗流通道的方法相比,方便快捷,简单有效,具有较好的现场应用价值。

优势渗流通道;井间连通性;动态数据;相关性

在我国除了四川盆地等个别地区外,全国的各个油气区基本都有砂岩油气藏分布,疏松砂岩油藏是最重要的油藏类型之一。砂岩油藏随着多年的注水开发后,优势渗流通道的出现导致注入水大量无效循环,从而极大地减少了注入水的利用率,降低了水驱波及体积。随着油藏含水率上升,水油比的急剧增加,采收率降低,同时带来如污水处理等一系列的问题。油田开发投资、成本加大,经济效益、社会效益逐渐变差。优势渗流通道的识别是减小其对油田开发不利影响的关键,是调堵改造技术应用的前提和基础。因此,对于优势渗流通道的快速准确识别的研究是十分必要的。

鉴于优势渗流通道识别的重要性,目前国内外都做了大量的研究,取得了丰硕的成果,但也存在诸多问题。国外对优势渗流通道的研究主要是根据油田实际生产数据的特征,构造不同的数学模型,利用测井等方法得到实际数据回归模型中的某几个静态参数,来达到拟合和预测的目的[1],而有关优势渗流通道形成机理、识别方法方面的相关研究报道非常有限。国内方面,常用的优势渗流通道识别和描述方法主要有:孟凡顺等[2]利用试井方法识别储层优势渗流通道;冯其红等[3]运用与现代数学相结合的油藏工程方法推导了大孔道的判断标准。这些方法都未使用油田现场动态生产资料且需要在油田现场进行专门的测试,影响油田正常生产。现有结合运用现代数学数据发掘技术或是模糊数学技术的油藏工程方法虽然较为简便,但存在诸如方法计算复杂、主观性较强、模型过于理想化等问题。

笔者在前人工作的基础上通过对与优势渗流通道同油田动态数据之间的相关性进行研究,提出了一套全新的判别砂岩油藏水驱优势渗流通道的思路方法,利用动态生产数据中所反映的注入水变化来表征优势渗流通道的无效水循环,通过井间连通性快速、准确的判别,为油田现场快速、便捷地识别优势渗流通道提供一种新的简单、可靠的方法。

1 模型分析

疏松砂岩油藏岩石胶结程度低、泥质含量高。该种油藏在长期注水后,在孔隙表面吸附的黏土颗粒遇水膨胀、水化、分散、运移,从而减弱了油藏岩石的胶结作用,出砂现象频现。因此,在经过多年的注水开发后,注入水对储层孔隙、骨架颗粒、胶结物和油藏流体的作用,以及对油层温度和压力的变化使得储层渗透率增大、孔喉半径增大,从而在储层中形成高渗带及特高渗透带,即优势渗流通道。优势渗流通道加剧了层间矛盾,使强水洗段渗流阻力越来越小而成为注入水的畅流通道。井组内注水井的注入水大部分沿着存在优势渗流通道的方向窜流到生产井流出,该过程的表征在动态生产数据上有直接反映。如果以注入水数据作为研究对象,会发现在一个井组之中,存在优势渗流通道的井之间的注入水见效快,且注入水在生产井中产出量高。在数据上表现为,注入水数据与存在优势渗流通道的生产井产水的数据相关性延迟低,相关性高。这个过程类似于信号通讯学科中波信号的传播规律。因此,可以用通信学的相关数学原理来进行井间连通性的判断。

把所研究的油藏当作一个系统,则注水井注入液是信号的输入 (即激励),生产井的产出水是信号的输出 (即响应),输入信号和输出信号的相关性则直接反映出井间的关联性。通过油田现有的动态生产数据,可以直接得到井组内注水井注入量和生产井产水量。开发动态数据中注水量和产水量表现为两组等间距随时间变化的数据点组,而在统计学中对于这种两组等间距点数据的相关性判断最常用的方法就是利用皮尔逊矩阵相关系数[4](Pearson's product-moment correlation coefficient)。

1.1 生产数据标准化处理

首先,对实际生产数据进行标准化处理,根据实际生产数据的特点采用z-score(standard score)标准化方法。标准化公式如下[5]:

式中:Ii(t)为在t时刻注水井i的注水量,m3;为注水井i的平均注水量,m3;Pj(t+τ)为在(t+τ )时刻生产井j的产水量,m3为生产井j的平均产水量,m3;n为选取数据的时间范围;(t)为在t时刻注水井i的注水量标准化数据;(t+τ)为在(t+τ)时刻生产井j的产水量标准化数据;τ为注水见效时间延迟因子,d(月)。

由式(1)、(2)可以看出,z-score方法是将每一变量值与其平均值之差再除以该变量的标准差。经过数学处理后实际生产数据变量转化成平均值为0、标准差为1的标准波动幅度数据,该方法是目前多变量综合分析中使用最多的一种方法。利用该方法处理可以使有量纲的生产数据转变成无量纲的数学数据,并且消除了不同组数据大小与数量级的影响,同时也可以最大限度地消除个别错误数据对相关性判断的干扰。

1.2 基本相关性模型建立

对数据进行标准化后,基于Pearson相关系数建立了理想化理论井间相关性模型[6]:

式中:ρijτ为油水井间相关系数。

将式(1)、(2)代入式(3)整理优化得:

由式 (4)可以发现,井间相关性模型所表达的几何意义是:两组波形数据对应数据点向量夹角的余弦值。因此,相关系数越大,对应点向量夹角越小,代表这两组波形数据变化程度和变化时机具有更好的近似性,说明这两口井之间的连通性好,存在优势渗流通道的几率越大;反之亦然。

1.3 注水见效延迟分析

实际生产中,注水井的井底压力变化经过一段时间传到采油井井底时,注水才开始见效,这一过程在井距较大的低渗高黏度油藏更为明显[7,8]。这段传播延迟时间成为注水见效延迟,即对应式中的注水见效延迟因子τ。不同注采井距其延迟时间不尽相同,在式 (4)中可以改变延迟因子τ大小来求取不同井之间的最大相关系数,即通过平移一个波形数据来寻求这两列数据最相似处的相关系数。虽然通过延迟因子τ可以消除注水见效对相似性判断的影响,但是延迟因子τ同时也是井间相关性判断的一个重要指标。根据不同时期延迟因子τ的大小的变化来反映地层中井间关联性的变化,据此可以判断出优势渗流通道的发育过程以及封堵调剖后的变化情况。

1.4 模型计算流程

在实际应用该方法时,操作步骤如下:首先,将所需测试井组的动态生产数据进行标准化处理,然后将井组内每一口油井和水井的标准化数据代入所建立的井间相关性模型中进行计算。而在计算每口注水井和生产井之间的相关系数时,通过在允许范围内改变延迟因子τ的数值求出最大的相关系数(ρijτ)max作为这两口井之间的井间相关系数。另外,在实际分析时不可能都是一注一采或者一注多采的简单情况,若某口油井周围有多口水井时,则用该油井分别与这几口水井进行关联,分别计算它与这几口水井水量数据间的相关系数,再以所有相关系数之和作为分母,用其单个相关系数作为分子,这样计算的比值分别作为多口水井对该生产井贡献的劈分系数。劈分后的井间关联性相关系数为:

式中:(ρijτ)为劈分后的最优相关系数;M为井组内的注水井数。

2 实际应用

以中原油田某区块XW10-35井组为实例进行应用验证。该块主要发育三角洲前缘沉积体系,储层沉积微相类型主要为水下分流河道、河口坝和远砂坝等微相,部分砂组发育浊积砂。

XW10-35井组位于该块中部,砂岩成分成熟度和结构成熟度都很高,含油面积0.17km2,井区平均有效厚度14.5m,对应油井4口(W10-36井、W10-49井、W10-101井、N10-2井),主要的注采层位为沙河街组三段中亚段7～10砂组,储层为中孔、中渗,平均孔隙度为22.8%,平均空气渗透率为216m D,控制地质储量36.9×104t,可采储量15.4×104t。日产液量131.6t,日产油量2.1t,含水率98.4%。地面原油密度0.84g/cm3,地面原油黏度8.62mPa·s,原始饱和压力11.88MPa,原始地饱压差16.03MPa,岩石润湿性为亲水性。该井组自1994年以来一直注水开发,因为层系单一,且没有进行井网调整,目前已经进入特高含水开发阶段。XW10-35井组的井位构造图见图1。

根据示踪剂监测资料得到的水驱速度以及示踪剂响应情况分析,优势渗流通道为W10-49井方向,见表1。

将XW10-35井组的动态资料标准化,将标准化后的数据代入前面建立的井间相关性模型(式(4))中,通过改变延迟因子,计算得到每两口井之间的最大关联系数,结果见表2。

由表2可以看出,生产井W10-49与注水井XW10-35之间的最佳关联系数最大且注水见效时间为零,表明两井之间的关联性很好,可以判断为优势渗流通道方向,需进行相应治理。这与示踪剂监测资料分析结果相符,表明该方法切实有效、可行。

表1 XW10-35井组示踪剂响应基本情况

表2 井间相关性模型在XW10-35井组的应用计算结果

图1 中原油田XW10-35井组井位构造图

3 结论

1)根据分析优势渗流通道在生产数据上的反应变化,提出了一套运用井间连通性模型判断优势渗流通道的简易方法,该方法基于Pearson相关系数,只利用动态生产数据即可快速有效地判别优势渗流通道。

2)该模型加入注水延迟因子这一概念,消除注水见效对判别优势渗流通道产生的干扰影响。运用劈分方法,使得该模型不仅局限于一采一注模型,更加具有实际运用价值;

3)将该方法应用于中原油田XW10-35井组效果较好,与示踪剂解释结果基本一致,有较好的实用性和推广性,是一种新的快速识别优势渗流通道的简易办法。

[1]Yousef A A,Gentil P,Jensen J L,et al.A capacitance model to infer interwell connectivity from production and injection rate fluctuations[J].SPE Reservoir Evaluation&Engineering,2006,9(6):630～646.

[2]盂凡顺,孙铁军,朱炎.利用常规测井资料识别砂岩储层大孔道方法研究[J].中国海洋大学学报,2007,37(3):463～468.

[3]冯其红,李淑霞.井间示踪剂产出曲线自动拟合方法[J].石油勘探与开发,2005,32(5):121～124.

[4]Unegbu A,Adefila J.Efficacy assessments of Z-score and operating cash flow insolvency predictive models insolvency predictive models.[J].Open Journal of Accounting,2013,2(3):53～78.

[5]Nahid-Al-Masood,Ahsan Q.A methodology for identification of weather sensitive component of electrical load using empirical mode decomposition technique[J].Energy and Power Engineering,2013,5(4):293～300.

[6]Chien M C,Lee S T.A new equilibrium coefficient correlation method for compositional simulators[J].SPE11243,1982.

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[8]修乃岭,熊伟,高树生,等.低渗透油藏不稳定渗流注水见效时间与井距的关系[J].石油地质与工程,2008,22(1):55～57.

[编辑] 黄鹂

TE33

A

1000-9752(2014)12-0158-04

2014-10-15

张航(1990-),男,2013年中国地质大学 (北京)毕业,硕士生,现主要从事油气田开发方面的研究和学习。