水驱砂岩油藏优势通道识别综述

丁帅伟，姜汉桥，赵 冀，李俊键，周代余，旷曦域

(1.中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京 102249；2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院)

水驱砂岩油藏优势通道识别综述

丁帅伟1，姜汉桥1，赵 冀2，李俊键1，周代余2，旷曦域2

(1.中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京 102249；2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院)

砂岩油藏由于长期注水开发形成的优势通道使注入水低效、无效循环，并且使中高含水期油田其他增产措施实现困难。介绍了国内外利用生产测井资料，取心井资料，示踪剂监测资料，试井资料和生产动态资料等定性或定量识别水驱砂岩油藏优势通道的存在和发育程度分级方法。指出在大孔道参数计算方面，未解决如何表征优势通道参数的空间分布问题；针对优势通道发育程度分级方面，未进行属性参数确定后的分类研究，而此对优势通道差异化对策调整区域的选择具有重要意义。

砂岩油藏；优势通道；识别方法；参数计算；分级方法

目前国内大部分油田已进入高含水时期，经过长期的注水开发，储层严重出砂导致砂岩油藏物性相对于开发初期发生了较大的变化，油藏某些层或者局部区域已形成水驱优势通道。优势通道的发育使注入水低效、无效循环，加剧油层非均质性，使注入水波及系数降低，加剧层内、层间矛盾，导致油井含水上升快，并且使中高含水期油田其他增产措施实现困难。实践证明，优势通道的有效封堵是改善水驱开发效果的必要手段，而优势通道的准确识别与体积定量计算是实现成功封堵的前提保障。笔者通过开展国内外大量文献调研工作，对优势通道识别方法、属性参数计算方法和分级方法的国内外研究现状进行综述，并指出目前存在的问题。

1 国内优势通道识别方法研究现状

油层“大孔道”这个概念最早于20世纪80年代由胜利油田提出来，并研究出了对大孔道进行调堵的黏土调剖剂。赵福麟等(1994)[1]认为地层受注入水冲刷所产生的孔道属次生孔道，在这些孔道中，孔径超过30 μm的孔道叫大孔道。这是第一次对大孔道给出一个明确的界限。

大孔道又称为优势(渗流)通道、窜流通道等，根据识别方法所用的资料，国内目前识别优势通道的方法可分为以下类型：生产测井资料，取心井资料，示踪剂监测资料，试井资料和生产动态资料。

1.1 生产测井资料

对于多数注水井，当地层存在优势通道时，在注水剖面测井资料上或多或少会出现一些异常显示。在油田动态监测过程中，对某些注水井进行吸水剖面测试时，常发现强吸水层位，但在测井曲线上却反映出该层不吸水。经分析认为，在吸水剖面测试过程中，地层长期受注入水不断冲刷，造成孔隙喉道半径增大，这样，同位素微球颗粒可进入冲刷带，造成吸水好的井段显示同位素低值，吸水差的井段反而显示同位素高值。后加大测井同位素微球颗粒直径，测井曲线就表现出与生产动态相一致的特征。利用这一原理，就可利用测井资料对油层优势通道进行识别。该识别方法又可分为吸水产液剖面测井、常规测井分析法、五参数组合测井、碳氧比能谱测井等[2]。但该方法大多都只能定性识别优势通道，且测试的时候会影响水井的正常工作制度。

1.2 取心井资料

利用大量的取心资料可以描述储层非均质性并识别优势通道，其基本原理是：岩心取出后观察其岩性、颜色、含油性，优势通道高渗透层往往是呈白色，冲洗得较干净，结合其韵律性可基本判断大孔道分布位置及厚度。同时对岩心的渗透率变化进行分析可以对优势通道进行识别。取心资料来自于注采井所在的储层，能够真实地反映注采井间储层长期水驱后的变化情况，方法简单、直接。但是，若想对水驱砂岩注水前后储层变化作出准确描述，还需要注水前后大量的岩心资料，取心费用高。受岩心资料和经济条件的限制，取心资料识别优势通道的实际应用效果并不理想，其应用由此受到了限制。

1.3 示踪剂监测资料

示踪剂是指那些易溶、具有相对稳定的生物化学性、在极低浓度下可被检测出的物质，用以指示溶解它的流体在多孔介质中的存在、流动方向以及渗流速度。

现有的示踪技术识别储层窜流通道是通过对示踪剂产出曲线的分析解释来实现的。目前主要有3种解释方法：①解析方法，一种简化处理的方法，解释精度受实际矿场条件的限制。②数值方法，对示踪剂运移机理难以精确描述，稳定性差，解释结果的可靠性不够，难以拟合多峰值以及多井多示踪剂问题。③半解析方法，吸取数值法和解析法的优点，并借助概率统计方法和优化算法来处理实际现场问题，但计算比较繁琐。示踪剂测试是目前识别注水优势流动通道最有效、最直接、最准确的方法之一。但是示踪剂测试也有其无可避免缺点：成本高昂，工作量大，对于连续监测要求高。陈月明等众多学者利用示踪剂监测资料进行了优势通道的识别研究[3-5]。

1.4 试井资料

在油田开发过程中，优势通道最敏感的开发参数是压力和产量，因此可以通过监测注采井压力和产量的变化来识别注水优势流动通道。目前试井分析方法可以以不同的方式分析注水优势流动通道，主要有：压降试井方法、水力探测法以及干扰试井法。

1.4.1 压降试井方法

史有刚(2003)[6]将井口压降绘制成双对数曲线，用不同时间段对应的实测点所绘制的曲线来拟合注水优势流动通道试井理论解释模型的典型曲线，达到定性识别注水优势流动通道的目的。

PI决策技术在胜坨油田成功运用多年，2009年，李青峰[7]进一步总结出了压力测试的理论。压力指数PI值与地层的渗透率和流动系数反相关，地层的渗透率越高、越容易出现注水优势流动通道，地层的导流能力越强，注水井的井口压力下降的幅度越快，因此PI指数越低，反之PI指数越高。利用这个特征可以进行区块堵水调剖的选井，来治理油藏。

考虑到PI值只能反映流体流动能力的强弱和地层的非均质性，而不能反映出储层参数的动态变化过程，2012年，王森[8]在PI值的基础上提出了一种新的组合参数——无因次PI值，来进行优势通道的识别。该参数考虑了优势通道形成前后储层渗透率的动态变化，消除了储层本身泄压能力对压降曲线的影响，可准确有效地对优势通道进行识别。

1.4.2 水力探测法

2004年，尚志英等[9]将水力探测技术应用到大庆油田萨北开发区北2-20-P60井组，剖析了该井组4口井水利探测曲线的形态，进行了优势通道的识别和剩余油分布状况的研究。2005年，尹文军等[10]建立了连通渗透率、孔隙半径中值、优势通道平均厚度、平均含油饱和度的水力探测动态油层模型，用于探测注水井和采油井之间的储层情况，能较准确地识别优势通道，并可解释出优势通道的渗透率、厚度和储层剩余油饱和度。

水力探测技术采用的是动态油层模型，考虑了在长期注水过程中油层物性的变化，通过建立储层解释模型，可以对井间大孔道、剩余油饱和度进行描述，这是其他测试方法做不到的。

1.4.3 干扰试井法

2010年，冯其红等[11]建立干扰试井解释模型用于胜坨油田中优势通道的识别，并且指出该解释方法提供了一种计算优势通道渗透率和厚度反问题的解决方法。

1.5 生产动态资料

优势通道形成之后在生产动态上会表现出生产井含水快速上升、注水井注入压力下降和油井产液能力增大等特征，因此，利用生产动态资料可以定性地识别优势通达。目前利用生产动态资料进行优势通道的识别方法可以分为：灰色关联法、模糊综合评判法、动态综合分析法、典型曲线法以及聚类分析法。

1.5.1 灰色关联法

2001年，窦之林等[12]提出采用灰色关联分析的方法计算生产井的采液指数与注水井的视吸水指数之间的灰色关联度，并将其作为注采单元内水井和油井之间连通程度的度量，进而进行优势通道的识别。他还将已经发育优势通道的地层视为优势通道与正常储层的并联，根据油层物理理论建立了一种利用生产动态资料进行优势通道识别的方法，该方法可解释出优势通道的体积、渗透率和喉道半径。

1.5.2 模糊综合评判法

2003年，刘月田等[13]在全面分析影响大孔道的各种因素的基础上，利用模糊评判方法综合处理各种动、静态因素指标，建立了大孔道识别专家系统，通过大孔道综合判度值判别油藏内大孔道的存在和发展状态。他还将大孔道中的水流视为宏观的管道流动，根据流体力学理论建立了针对不同流动状态的大孔道参数解释方法，该方法可根据示踪剂资料和生产动态资料定量解释出大孔道的直径和体积。

宋考平等[14]通过分析大孔道形成的影响因素以及在开发中表现出的特征，确定出低效循环油水井判定指标，利用模糊综合评判方法初步选定低效循环油水井，然后通过小层静态数据与沉积微相对比，以及油水井的相关性对比，最终确定出低效循环井层。

彭仕宓(2007)[15]综合考虑影响储层大孔道形成因素，选取孔隙度、渗透率和含水率变化率等多种静态和动态指标，利用层次分析法确定各个指标的权重后计算出大孔道综合指数，根据大孔道综合指数定量描述窜流通道的发育程度。

针对模糊综合评判方法的不足，赵传峰等[16]提出了一种窜流通道分级模糊评判方法：根据窜流程度将窜流通道分为3种级别，综合考虑窜流通道的影响因素和表现特征，构建简便、合理的评判指标体系，确定各指标的分级界限并分配权重，最后建立适用于水驱或聚合物驱油藏的窜流通道分级模糊评判模型。

1.5.3 动态综合分析法

2005年，郭同翠等[17]提出综合动态分析法，根据油水井的产/注水量和对产出水、原油的分析化验判断来水方向。此外，还基于流线的思想，通过流线突破时间定性判别大孔道的存在，并将含水指数(双对数水油比)特征曲线用于青龙台11块油藏窜流通道的识别。她还将信号分析的手段用于处理油藏动态数据，通过计算注水井的注水量与生产井产油/液量之间的相关性，进行优势通道的定性识别。

1.5.4 典型曲线法

2009年，高慧梅等[18]采用数值模拟的方法，绘制了分流系数、非均质系数和不同大孔道出现时机影响的水驱特征典型曲线，通过不同的典型曲线图版拟合一口特定井或井组的实际数据来识别储层的非均质程度和判别大孔道存在的可能性。

1.5.5 聚类分析法

2010年，王硕亮等[19]考虑到目前的优势通道判别方法过于依赖主观判断、人为因素影响较大，提出利用ISODATA聚类分析方法，根据油水井不同的动态数据特征，判断每口井是否存在大孔道以及大孔道的级别，较好地解决了界限值合理性问题。

针对低渗透储集层优势窜流通道的定量识别方法较少的现状，刘卫等[20]针对低渗透厚油层引入能有效表征优势窜流通道的4项参数，应用加权K-means聚类算法开展优势窜流通道的定量识别方法研究，识别结果表明优势窜流通道的分布区域主要受砂体微相、砂体形态及古水流方向的控制。

2 国外优势通道识别方法研究现状

国外对于优势通道没有统一的称谓，文献中经常提到的说法有以下几种：thief zone, high-permeability zone/streak, high-conductive fracture/layer, preferential flow path, super-K等。国外对优势通道识别方面的研究工作并没有国内那么多，但研究可以追溯到20世纪50年代，归纳起来可分为井间示踪剂识别技术、测井资料识别方法、霍尔曲线法和生产动态资料反演的方法。

2.1 井间示踪剂识别技术

1953年，Calhoun[21]提出了一种计算示踪剂溶液由注水井流动到生产井所需时间的经典计算方法，可用于计算优势通道的渗透率。1975年，Martin Felsenthal[22]针对California油田，将优势通道定义为占储层有效厚度5%以内，但相对吸水量达到25%以上的储层。他还使用了吸水剖面、井间示踪剂测试、压力降落试井和霍尔曲线等进行优势通道的定性识别。1982年，Abbaszade[23]在Brigham和Smith提出的五点井网中示踪剂流动特性预测方法基础上，提出通过拟合井间示踪剂产出曲线反演储层参数的方法。通过该方法可计算得到优势通道的厚度、渗透率、孔隙度等参数。至此，应用井间示踪剂技术来研究油藏的非均质性才真正地由定性变为定量。2005年，C．Reyes-Lopez[24]利用井间示踪剂测试来评价油藏非均质性，进行油藏中高渗通道的识别。

2.2 测井资料识别方法

1994年，R.K.Bane[25]明确将优势通道定义为横向上具有较高渗透率的连续性地层单元，它的含油饱和度接近残余油饱和度。并提出了两种定性识别优势通道的方法：吸水剖面+生产测井，孔隙度伽马测井+注入量。利用这些方法可得到注水井的面波及系数，进而绘制出优势通道的分布图。1998年，A.A.Al-Dhamen[26]利用模拟模型并结合流量计测井数据和生产数据，提出了一种快速识别优势通道是局部发育还是已经连片发育的流程。

2.3 霍尔曲线法

1975年，Martin Felsenthal[22]针对California油田，使用了吸水剖面、井间示踪剂测试、压力降落试井和霍尔曲线等进行优势通道的定性识别，并且指出当情况复杂的时候，霍尔曲线可能不太好用。2009年，C.S.Kabir[27]提出了一种改进的霍尔曲线，可用于优势通道的识别，而且通过霍尔积分曲线与导数曲线之间的间距可定量估计出优势通道的地层系数。

2.4 生产动态资料反演的方法

2009年，J.A.Vargas-Guzman[28]等人在未经过粗化的地质模型下，利用流线数值模拟的方法通过对生产动态数据自动历史拟合进行储层渗透率的反演，识别油藏中主导性天然裂缝区域和优势流动通道渗透率的空间分布，但并没有定量化计算优势通道的发育体积、厚度和喉道半径等参数。

3 优势通道发育程度分级方法

2013年，姜汉桥[35]指出，由于特高含水期油藏中的不同井区或区域的平面非均质性及开发条件的差异性，不同区域的优势渗流通道发育程度不一致，不同发育级别的优势渗流通道的地质特征、窜流特征和剩余油分布特征等差异较大，剩余油动用机理不同。为此，单一的治理方式对改善油藏整体开发效果具有很大的局限性，需开展不同级别优势渗流通道差异化对策研究。目前对于优势通道发育程度的分级研究方法主要有以下三种：

3.1 模糊综合评判

模糊综合评判方法主要是通过考虑影响优势通道的影响因素，构建简便、合理的评判指标体系，确定各指标的分级界限并分配权重，利用模糊综合评判原理，计算出优势通道的综合评判指数，定量化确定优势通道的发育程度。彭仕宓(2007)[15]和赵传峰(2010)[16]都利用该方法对优势通道进行了分级定量评价。

该方法比较简便和经济，使用比较广泛，但存在部分评判指标的获取比较困难，要么准确度难以保证，要么获取成本过高和周期过长。

3.2 聚类分析方法

模糊聚类分析是依据客观事物间的特征、亲疏程度和相似性，通过建立模糊相似关系对客观事物进行分类的一种数学方法。大量室内实验和动态分析表明：易形成优势通道的井，其地质构造上具有一定的相似性；优势通道形成后，其动态表现上也趋于一致。王硕亮(2010)[19]和刘卫(2010)[20]分别利用ISODATA聚类算法和加权K-means聚类算法对优势通道进行了分级定量评价。

聚类结果是在同一时期优势通道分级的一种相对的结果，不同时期的分级没有统一的标准，无法进行不同时期同一优势通道的定量化评价。

3.3 数值模拟和油藏工程相结合的图版法

2012年，王森[8]考虑不同发育级别优势通道的渗流状态和分布形式的不同，利用数值模拟和油藏工程相结合的手段研究了优势通道的形成对注水开发的影响，选取优势通道的相对吸水量、吸水强度比两个相对指标绘制了优势通道分级图版，将优势通道按照级别由低到高划分为优势通道不明显储层、普通高渗透层、强高渗透条带和大孔道四个级别。

图版法虽然使用起来比较方便，但对于不同的油藏类型，需要建立不同的概念模型进行模拟、计算和统计来进行图版的制作，工作量较大。

4 认识

综上所述，对水驱砂岩储层优势通道识别技术的研究，逐渐形成了较为成熟的理论和方法。在大孔道参数计算方面，能对存在优势通道的高渗层的体积、厚度、渗透率以及大孔道半径大小等参数进行估算，但未解决如何表征优势通道参数的空间分布问题；生产数据自动历史拟合反演法，是一种较好的解决定量化表征优势通道参数的空间变化分布的方法，但需要添加约束条件进行改进。针对优势通道发育程度分级方面，基本都是在未确定属性参数之前进行分级的，未进行属性参数确定后的分类研究，也未建立考虑参数的分级标准和方法，而此对优势通道差异化对策调整区域的选择具有重要意义。

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编辑：李金华

1673-8217(2015)05-0132-05

2015-03-20

丁帅伟，博士研究生，1987年生，主要从事油藏工程与油藏数值模拟方面的研究。 基金资助：国家重大专项“大型油气田及煤层气开发”课题5“西非、亚太及南美典型油气田开发关键技术研究”子课题05“西非深水油田注采优化及高效开发模式研究”(2011ZX05030-005-05)资助，

TE343

A