海上稠油油田层间干扰变化研究

张浩，李廷礼，贾晓飞，季赟

（1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川　成都　610500；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津　300452；3.中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃　敦煌　736202）

海上稠油油田层间干扰变化研究

张浩1，李廷礼2，贾晓飞2，季赟3

（1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452；3.中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃敦煌736202）

X油田为海上多层稠油油田，为了保证单井的经济产量，实行多层合注合采。但是随着开采的进行，层间差异增大，层间干扰变严重，一个显著的特征就是高渗层的产液量和吸水量越来越多，低渗层的产液量和吸水量却越来越少，导致高渗层大量产水，而低渗层的原油无法有效采出。如何预测层间干扰增大到一定程度时的层系细分时机，是X油田面临的重要问题。文中推导了预测高渗层与低渗层产液干扰的公式，从机理上说明开采过程中层间干扰变大的原因是高渗层的含水饱和度上升速度大于低渗层。在此基础上，定义了米产液指数比和米产液指数倍增比，定量描述层间干扰程度的变化情况，得到了预测分层开采时机的图版，并与实际产液测试结果进行了对比。该图版具有较高的预测精度，可以避免X油田为了层系调整而做大量的产液测试工作，节约了大量开发成本，对稠油多层合注合采油田后期层系调整和层系细分具有指导意义。

层间干扰；合注合采；分层时机；层系调整；米产液指数比；稠油；海上油田

0　引言

海上油田受经济产量的限制，采用大井距和多层合注合采的开发方式，生产井段很长，储层物性、流体性质随深度变化大，层间非均质性严重［1-4］。随着开发时间的延长，层间干扰会越来越严重［5］。对于多层合采的稠油油藏，由于油水黏度比大，油层见水后，流度比迅速上升，注水指进、突进和层间干扰现象会比稀油油藏更严重［6-7］。

针对多层合注合采油田的层间干扰规律及其对开发效果的影响，已有很多学者从数值模拟和现场试验的角度进行了研究。鲜波等人［8］研究了不同压力系统和渗透率组合下的层间干扰规律；余华杰等人［9］针对具体油田得到了不同流度下的层间干扰规律；屈亚光等人［10］研究了不同合采层数、油层厚度、层间非均质程度等因素组合下的层间干扰情况和开发效果；于会利等人［11］通过现场数据研究了多层合采稠油油藏在不同含水时期的干扰规律；袁奕群等人［12-18］对层系划分、层间干扰的矿场试验和减弱层间干扰的措施技术进行了研究。但是，对于多层合注合采过程中层间干扰变化的规律以及层间干扰变化的机理，很少有人进行研究。

笔者首先运用数值模拟技术，根据X油田的储层和流体平均物性参数，建立了注采单元模型，得到了开采过程中高渗层对低渗层的产液和吸水干扰规律；然后从产量公式出发推导了产液干扰公式，从机理上说明了层间干扰现象，并通过数值模拟手段验证了产液干扰公式预测的准确性。在此基础上，定义了米产液指数倍增比，定量描述层间干扰程度的变化情况，得到了预测分层开采时机的图版。

1　模型建立

根据X油田的平均物性参数，建立了四分之一五点井网2层注采机理模型。基本参数为：油藏深度1450 m，孔隙度0.29，渗透率1 450×10-3μm2，地层原油黏度104 mPa·s，密度987 kg/m3，地层水黏度0.438 mPa·s，储层有效厚度10 m，原始地层压力15 MPa。模型分为上、下两个目标层，网格数为21×21×2，网格步长为10 m×10 m×2 m，垂向传导率为0，年采液速度2.5%，设置了上、下层渗透率级差分别为20.0，10.0，3.0，2.0，1.5的方案。

2　产液差距增大分析

X油田在多层合注合采过程中，通过测试发现，随着开采的进行，高渗层产液量和吸水量所占的比例越来越大，而低渗层产液量和吸水量所占的比例越来越小。高渗层虽然产液量高，但含水率高，低渗层含水率低，但产液量却越来越低，这是单井含水率上升、产油量下降的主要原因。当高渗层与低渗层的产液差距增大到一定范围时，就应该进行分采，消除产液差距增大的层间矛盾。

通过数值模拟方法，得到了高渗层与低渗层在开采过程中产液差距增大的层间干扰规律。

2.1米产液指数比增大

为了定量描述高渗层与低渗层的产液差距，定义了米产液指数比，即高渗层的米产液指数除以低渗层的米产液指数，其计算公式为

式中：JR为米产液指数比；JLm1，JLm2分别为高渗层、低渗层的米产液指数，m3/（d·MPa·m）。

将不同渗透率级差下的数值模拟结果，按式（1）进行处理，即可得到米产液指数比的变化情况（见图1，其中累计产液体积比为累计产液体积与油藏孔隙体积之比）。

图1　数值模拟的米产液指数比

从图1可以看出，米产液指数比随着累计产液体积比的增加，呈现先增大后基本保持不变的趋势，并且渗透率级差越大，米产液指数比开始保持稳定时对应的累计产液体积比越大。这说明，在同一累计产液体积比下，渗透率级差越大，高渗层与低渗层的产液差距越大，并且随着生产的进行，高渗层对低渗层的产液干扰程度先增大后保持不变。

2.2产液干扰增大机理

为了说明高渗层对低渗层的产液干扰机理，从产量公式出发，可以得到各个时刻下高渗层与低渗层的米产液指数比，即

式中：qL为产液量，m3/d；Δp为生产压差，MPa；h为有效厚度，m；Kw，Ko分别为水相、油相的渗透率，10-3μm2；μw，μo分别为地层水、原油的黏度，mPa·s；re为泄油半径，m；rw为井半径，m；下标1，2分别代表高渗层、低渗层。

在2层合注合采油层中，认为泄油半径相等，即re1=re2，则式（2）化简为

式中：K为绝对渗透率，10-3μm2；Krw，Kro分别为水相、油相的相对渗透率。

而油相和水相的相对渗透率均是与含水饱和度有关的函数，所以式（3）可以写为

式中：Sw为含水饱和度。

从式（4）可以看出开采过程中高渗层与低渗层产液差距增大的原因。开采过程中，由于物性差异，高渗层的产液速度大于低渗层的产液速度，导致高渗层的含水饱和度上升速度大于低渗层，造成高渗层的总相对渗透率与低渗层的差距增大，进而产液差距进一步增大。

就X稠油油田而言，因为原油黏度很高，当水相相对渗透率为油相相对渗透率的1/237时，通过产量公式计算得出产水量和产油量相等，这时的含水饱和度虽然很低，但产液量却开始以产水量为主导。在X油田多层合采过程中，开发初期高渗层单位厚度的含油饱和度下降速度大于低渗层、含水饱和度上升速度大于低渗层，高渗层的水相渗透率大于低渗层，导致高渗层的米产液指数与低渗层的差距进一步增大，在很低的含水饱和度下，产液量就变为以产水量为主导，这样高渗层与低渗层的米产液指数差距就进一步增大，即高渗层对低渗层的干扰进一步增大。

根据相渗曲线拟合公式和不同时刻的平均含水饱和度，利用式（4）可以计算出不同阶段的米产液指数比（见图2）。

对比图1和图2可以看出，式（4）的计算结果与数值模拟的趋势一致。在渗透率级差较小时，式（4）与数值模拟的计算结果基本相同，从而验证了产液差距机理公式的正确性。

图2　式（4）计算的米产液指数比

3　分层开采时机分析

在多层合采过程中，希望高渗层与低渗层按照初始时刻的米产液指数比进行开采，不希望高渗层与低渗层的产液差距增大，导致低渗层出油受到限制。但是在开采过程中，高渗层对低渗层的产液干扰程度却逐渐增大，并且渗透率级差越大，高渗层对低渗层的产液干扰越严重。当高渗层与低渗层的米产液指数比与初始时刻相比达到较高值时，说明高渗层已经严重干扰了低渗层的产液，这时应当进行分层开采，以维持低渗层有足够的产液量来保证低渗层的产油量。

为了表示高渗层与低渗层产液差距偏离初始时刻的情况，定义了米产液指数倍增比，即某时刻的米产液指数比除以初始时刻的米产液指数比，其公式为

式中：M为米产液指数倍增比；JRt，JRi分别为某时刻和初始时刻的米产液指数比。

根据X油田目前层系的调整情况，当M达到2.5时，高渗层和低渗层的产液差距较大。很多低渗层几乎不产液，高渗层对低渗层产液量已经严重抑制，需进行分层开采，消除层间矛盾。分层开采时机图版见图3。

图3　分层开采时机图版

图3中的红虚线表示分层开采的界限（M=2.5），可根据油田具体情况设定。根据红虚线与米产液指数倍增比曲线交点对应的横坐标，可以得到分层开采时的累计产液体积比，从而计算出分层开采的时间。如图3所示，渗透率级差越小，进行分采时对应的累计产液体积比越大。但是，当渗透率级差较大时（如10.0和20.0），进行分层时对应的时间很短，所以没有必要进行合采，应当一开始就进行分采。

4　实例分析

A04井是X油田在2001年投产的一口多层合采井。选取典型小层Nm32和Nm41的产液测试结果与图版计算结果进行对比，小层初期测试物性参数见表1，结果对比见表2。

表1　Nm32和Nm41小层物性参数

表2　小层产液测试与图版结果对比

从表2可以看出，图版计算值与分层产液测试结果接近，误差较小。现场测试数据验证了图版预测的准确性，可以避免海上油田为层系调整而做大量的产液测试工作。

5　结论

1）多层合注合采过程中，层间干扰增大的实质是高渗层产液量和吸水量所占的比例越来越大，而低渗层所占的比例越来越小。

2）推导了米产液指数比的预测公式，从机理上说明了开采过程中高渗层对低渗层产液干扰增大的原因是，高渗层的含水饱和度上升速度大于低渗层，导致高渗层的平均总相对渗透率大于低渗层；并通过数值模拟方法，验证了米产液指数比公式在渗透率级差较小情况下的准确性。

3）定义了米产液指数倍增比，定量描述了生产过程中高渗层与低渗层的产液能力和吸水能力差距偏离初始时刻的情况，并给出了预测分层开采时机的图版。

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（编辑赵卫红）

Study on interlayer interference changes in offshore heavy oil reservoirs

Zhang Hao1，Li Tingli2，Jia Xiaofei2，Ji Yun3
（1.School of Petroleum and Nature Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 300452，China；3.Research Institute of Exploration and Development，Qinghai Oilfield Company，PetroChina，Dunhuang 736202，China）

In order to guarantee economic production，commingled injection and production are applied in X Oilfield for offshore heavy oil reservoirs.However，interlayer difference and interference are increasing in the oilfield development.The problem is that the high permeable layers have more and more liquid production and water absorption but the low permeable layers have less and less，which causes high permeable layers produce water seriously and low permeable layers can't produce oil effectively.How to forecast the time when interlayer interference surpasses some extent is very critical.In this paper，liquid interference formula was deduced，which indicates that interlayer interference increasing is caused by the faster water saturation of high permeable layers. And the forcastion precision was proved by numerical simulation.Based on this，liquid productive index per meter ration and liquid productive index per meter increasing ration were defined for describing quantitatively degree of interlayer interference change.And the diagrams for forecasting time of zonal production and injection were acquired for guiding X Oilfield development scientifically，avoiding mountains of zonal test work and saving much development cost.It is significant for guiding layer adjustment and subdivision when commingled injection and production is in the late development period in heavy oil oilfield.

interlayer interference；commingled injection and production；time of subdivision layers；layer adjustment；liquid productive index per meter ratio；heavy oil；offshore oilfield

国家科技重大专项课题“海上油田丛式井网整体加密及综合调整技术”（2011ZX05024-002）

TE345

A

10.6056/dkyqt201505024

2015-03-18；改回日期：2015-07-14。

张浩，男，1990年生，在读硕士研究生，2013年本科毕业于西南石油大学石油工程专业，研究方向为油气田开发理论与方法。E-mail：775204523@qq.com。

引用格式：张浩，李廷礼，贾晓飞，等.海上稠油油田层间干扰变化研究［J］.断块油气田，2015，22（5）：656-659.

Zhang Hao，Li Tingli，Jia Xiaofei，et al.Study on interlayer interference changes in offshore heavy oil reservoirs［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（5）：656-659.