水平井开发油藏水淹程度定量评价方法及其应用

李立峰，周方喜，熊建华，陈 刚

(1.中石化江苏油田 采油一厂，江苏 扬州 225265；2.中石化 江苏油田分公司，江苏 扬州 225009)

水平井开发油藏水淹程度定量评价方法及其应用

李立峰1，周方喜2，熊建华1，陈 刚1

(1.中石化江苏油田 采油一厂，江苏 扬州 225265；2.中石化 江苏油田分公司，江苏 扬州 225009)

为了利用动态资料定量评价水平井开发油藏水淹程度，运用两相渗流理论推导了包含水淹程度的函数关系，确定了计算水淹程度的思路，结合图解法提出了利用动态资料确定水淹程度的定量方法，并与数模结果、生产动态数据对比，验证了该评价方法的可行性。计算了江苏油田100余口水平井的水淹程度，将其分为整体水淹、局部水淹与点状水淹3种模式；针对低效水平井，依据水淹模式制定了不同的治理措施，其中整体水淹水平井以提液为主，其他水平井以调补层与卡堵水为主。通过分类治理单井增油超过500 t。

高含水油藏；水平井开发；水淹程度；定量评价方法；江苏油田

部分水平井开发油藏进入高含水期后，受井筒条件、非均质性等因素影响，油藏平面上局部区域未被水淹，形成剩余油富集区[1-2]。对于这一类水平井区，可以通过生产测井确定潜力位置，实施堵水改善开发效果。考虑到水平井生产测井、堵水等措施成本较高，因此在测试前分析油藏水淹状况，优选潜力井是十分必要的[3-4]。

针对这一问题，文献[5-7]通过分析油田生产实例，将水平井分为整体水淹、局部水淹等模式，并作为挖潜剩余油的依据进行应用研究；文献[8-9]研究了非均质性对水淹模式的影响；文献[10]研究了利用含水率导数等识别水淹模式的方法。但这些方法均是定性的分析，较为粗略地划分整体与局部水淹，没有量化的依据。

本文以两相渗流理论为基础，运用水驱油藏动态分析方法[11-12]，研究了水平井开发油藏水淹程度定量评价方法，并应用到江苏油田水平井开发中。

1 定量评价方法

在石油开采过程中，地层水或注入水不断进入油区，将储层内原油驱替出来，这个过程常被称为水淹。对于整个油藏而言，水淹程度通常是指水淹范围的油藏体积与油藏总体积的比值。因此水淹程度的表达式为

(1)

式中：Wf为油藏水淹程度；Vw为水淹的油藏体积，m3；V为油藏总体积，m3。

对于油藏水淹的过程，目前研究一般认为其具有阶段性，在第一阶段内，油藏水淹的范围不断扩大，而进入第二阶段后，水淹范围基本固定，该阶段开采主要是提高水淹范围的驱油效率。有研究认为可以用含水率50%～80%为界限确定这2个阶段[11,13]。

1.1 理论公式推导

对于非活塞式驱替，在忽略重力与毛管力的条件下油藏含水率

(2)

式中：fw为含水率；kr为相对渗透率，μ为流体黏度，mPa·s；w为水相下标，o为油相下标。

在油藏中含水率是含水饱和度的函数，因此对式(2)求含水饱和度的偏微分得

(3)

式中：Sw为含水饱和度。假设油水相渗关系符合kro/krw=Ce-BSw(式中，C、B为常数)，则式(3)可变化为

(4)

将公式(2)代入公式(4)后得到含水率对含水饱和度的偏导数

(5)

根据Welge驱油理论[14]，一维驱替中出口处存在关系

(6)

式中，Qi为油藏注入孔隙体积倍数。

根据水淹程度与注入孔隙体积倍数的定义得到

(7)

式中，Qi′为以水淹油藏体积为基数的注入孔隙体积倍数。根据前述分析的水淹过程，假定在油藏水淹范围内仍然符合式(6)，因此在实际油藏驱替中存在关系

(8)

联立式(6)与式(8)可以得到

(9)

式(9)左边的参数为出口含水率，对应油藏则为生产井的含水率，公式右端参数为注入孔隙体积倍数。常数B可由油水相渗关系得到。

1.2 评价方法建立

根据式(9)，利用油藏动、静态资料就可以计算油藏水淹程度。但实际生产过程中，产液量、含水率等动态数据会出现一定的波动，计算结果也会产生无规律的变化，不利于对油藏水淹状况的判断。因此本文根据式(9)，利用图解法计算水淹程度，以消除数据波动导致的影响。

利用油藏动静态资料，以fw(1-fw)B为横坐标，以“1/Qi”为纵坐标绘制关系曲线。前述的“在第二阶段内水淹范围基本固定”如果成立，由式(9)知，绘制的关系曲线能拟合得到过原点的直线，直线的斜率就是油藏水淹程度。

在一维Welge方程中，假设注入量等于采出量。因此在油藏尺度上，对于水驱油藏，本方法应用的前提条件是注采平衡，对于天然水驱油藏，应用的条件是天然能量充足，可以用采出孔隙体积倍数代替注入孔隙体积倍数。考虑实际情况，设定该评价方法的应用条件为：人工水驱油藏，注采比为0.8～1.2；天然水驱油藏，平均压力水平为0.8以上。同时考虑到式(2)成立的基础，本方法应用时需忽略毛管力与重力。

应用该方法的标准步骤为：①准备油藏静态资料，计算水平井控制储量；②准备水平井开采动态资料，计算fw(1-fw)B、1/Qi值，绘制相应关系曲线；③分析曲线特征，确定水淹范围的特征段，计算水淹程度。

图1为江苏油田FM区块2口水平井水淹程度评价曲线，可以看出F43-P1井驱替至Qi=0.31，含水率为72%之后，fw(1-fw)B—1/Qi曲线呈现出较好的线性关系，可以拟合出一条过原点的直线。对于F43-P5井这个时间点是驱替至Qi=0.24，含水率为76%。

通过大量实例计算发现，多数水平井的fw(1-fw)B—1/Qi曲线，进入中高含水期后能拟合出一条过原点的直线。这表明：①开发一定时间后油藏内会形成固定的水淹范围，不再随时间变化；②“油藏水淹范围内Welge方程仍然成立”的假设合理，以此为基础建立评价方法是可行的。

图1 江苏油田典型水平井fw(1-fw)B与1/Qi关系

2 评价方法验证

2.1 与数模结果对比

运用数值模拟建立了水平井开采的概念模型，图2为模型平面示意图。模型为矩形油藏(400 m×200 m)，油层厚度10 m，边水自左向右驱替，水平井长200 m，平面上位于油藏右侧，纵向上位于油层顶端。油藏内设置一低渗条带，其渗透率为1×10-3μm2，其他区域渗透率为1 μm2。地层原油黏度为5 mPa·s，地层水黏度为1 mPa·s，油水相渗关系如表1所示。原始地层压力为20 MPa，投产后水平井定产量开采，日产量为50 m3，边水处保持定压。

图2 概念模型平面图

表1 数值模拟中油水相渗关系

Tab.1 Relative permeability of oil and water used in numerical simulation

含水饱和度0.20.30.40.50.60.70.8油相相对渗透率/10-3μm20.90.60.350.180.060.020水相相对渗透率/10-3μm200.030.080.180.370.520.6

低渗条带的渗透率为其他区域的1/1 000，在这种级差条件下该低渗区显然难以动用。数值模拟显示开发末期低渗区未被水淹，并且模型整体水淹程度与低渗区体积占比呈负相关。应用本文方法评价模型水淹程度并与数值模拟结果对比，结果如图3所示。

图3(a)为低渗区体积占比为0.2时的水淹程度评价曲线，得到的水淹程度为0.78，与数值模拟结果0.8差距很小，符合程度较好。图3(b)为低渗区体积占比从0变化到0.9时2种方法得到的水淹程度。数模结果与利用本文方法评价出的水淹程度非常接近，平均误差在5%以内。

2.2 与生产动态数据对比

筛选了一批实施过增产措施的水平井，将得到的水淹程度评价与措施前后实际生产动态数据作对比，从侧面验证该评价方法。以其中一口实施过上返措施的水平井为例说明，如图4所示。

图3 本文方法水淹程度评价结果与数模结果对比

图4 F43-P4井生产动态曲线

F43-P4井投产时射开了水平段趾端油层，跟端仍有23 m油水同层未射开。至2014年2月累积产油3 300 t，含水率97%。2014年3月通过措施上返至跟端23 m同层，上返后含水率接近100%，生产3个月后关停。综合投产至2014年2月生产数据，评价得到水淹程度为1，分析该水平井开采层位已整体水淹，而上返措施之后未取得效果验证了该井水淹评价是合理的。

这些对比结果表明，本文评价方法得到的水淹程度比较准确，能够较好地反映油藏实际水淹状况，适用于实际油藏水淹程度的评价。

3 应用与讨论

截止2014年底江苏油田共部署、实施了水平井140余口，累积生产原油200多万吨。但随着开发的进行，水平井含水率不断上升，目前平均含水率达到80%，已进入高含水阶段。确定水平段未水淹区，挖掘其剩余油成为现阶段的重点工作。

文献[5]提出水平井开发的3种水淹模式，但如何划分水淹模式，没有给出量化的依据。评价出的水淹程度客观地反应了油藏水淹状况，本文将其作为水淹模式划分的标准，具体为：将所采层位水淹程度0.8～1.0的水平井区划分为整体水淹，水淹程度0.3～0.8的水平井区划分为局部水淹，水淹程度0～0.3的水平井区划分为点状水淹。计算了江苏油田100余口高含水期水平井的水淹程度，并划分了水淹模式。统计显示油田约有50%的水平井为局部或点状水淹，具有进一步改善开发效果的潜力。

针对不同水淹模式的水平井，结合其开发阶段与地质条件等，提出了分类治理、挖潜的技术思路。对于整体水淹水平井，进入高含水期实施提液，以加快采油速度，达到极限含水率后生产其他层位或上返直井段，如果没有层位可投产应实施关停，以减轻输油站库与干线压力；对于局部和点状水淹，进入高含水期后，可以实施调补层、生产初期未射层位，如果初期投产层位较多，可考虑采取含水饱和度测试确定未水淹层位，实施卡堵水。

图5为2口典型措施井生产动态曲线。C3-P14井至2014年初已投产4 a，含水率达到91%，计算得到其水淹程度0.63，评价为局部水淹，2014年3月实施了上返，投产未射层，措施后增油降水效果明显；Y7-P3井至2014年初已投产6 a，含水率达到96%，计算得到其水淹程度0.72，评价为局部水淹，2014年3月通过含水饱和度测试确定了主要出水层位，然后卡堵了出水层位，措施后含水率降低20%，效果明显。目前对江苏油田30多口低效水平井，依据水淹程度实施了分类治理，平均单井增油超过500 t，取得良好效果。

图5 典型措施井生产动态曲线

4 结 论

(1)与数值模拟、实际开发动态对比结果表明，本文提出的方法可用于水平井开发油藏水淹程度定量评价，得到的结果比较可靠。

(2)评价得到的水淹程度可以作为水平井水淹模式划分的依据，并作为制定不同水淹井治理措施的基础。

(3)本文方法推导过程并不依赖于水平井，因此该水淹程度评价方法也可应用于其他井型开发的油藏，分析油藏水淹状况、评价开发效果等。

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责任编辑：贺元旦

2015-03-10

江苏省博士后科研资助计划项目“不同类型油藏水平井开发水淹规律研究”(编号：1302180C)；江苏油田局级科研项目“不同类型油藏水平井开发水淹规律研究”(编号：JD13001)

李立峰(1985-)，男，博士后，主要从事油气田开发方面的研究。E-mail:fffeng1985@163.com

1673-064X(2015)05-0059-05

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