多层合采油藏衰竭开采过程层间干扰现象分析

张臣，郭海永，陈啸博

（“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，西南石油大学，四川成都610500）

多层合采油藏衰竭开采过程层间干扰现象分析

张臣，郭海永，陈啸博

（“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，西南石油大学，四川成都610500）

在多层合采油藏开发过程中层间干扰现象是不可避免的。海上油田的开发通常采用大段合采，各层间较强的层间非均质性导致开发面临严重的层间干扰。针对衰竭开采过程中的层间干扰问题，建立数学模型，分析渗透率不同和黏度不同情况下各层之间压力和产量相互影响过程。结果表明，多层合采油藏衰竭开采过程中通过压力相互均衡影响各层产量的劈分，衰竭开采过程中的层间干扰有利于均衡动用不同层的产量，有助于提高开发效果。研究结果为层系调整及相关部署提供一定理论依据。

层间干扰；多层合采；衰竭开采；数学模型；产量劈分

海上油田通常采用大井段多油层合采的开发方式，层间非均质性严重，层间干扰程度大，是导致油井的产能远低于评价井测试产能的重要原因［1-3］。纵向非均质严重的多层油藏，在一套井网多层笼统注水开采条件下，高渗透率主力油层吸水量大，注水受效充分，地层压力水平高；而中低渗透层吸水量少，导压性能差，地层内压力降落幅度大，油井地层压力低，与高渗透层比，层间压力差别很大［4-6］。可见，注水开发的情况下，层间干扰会各层水线推进不均匀，个别层过早突破，导致降低油井开发效果，那么，在衰竭开采的情况下，层间干扰如何发生，是否也会对开发造成不良影响有待研究。

1　层间干扰现象

存在纵向非均质性的油藏在开发过程中由于层间非均质性导致的主力层与非主力层之间的层间差异，不同油层的物性及流体性质差异较大，开发过程中不同油层在地层压力、采油速度等各方面存在差异，这样就会产生层间矛盾，致使非主力层基本上未动用或动用很少，形成了大量的剩余油，最终表现在各油层储量动用程度不均、各层采出程度不等、油藏采收率低等特

点［7-8］。

2　模型的建立

2.1单层开采模型

2.1.1物理模型假设条件：（1）油藏为圆形径向封闭、均质、各项同性的单层储层；（2）生产前地层各处压力相等，且等于原始地层压力；（3）位于油藏中心有一口生产井；（4）地层流体为单相、微可压缩，黏度为常数；（5）流体流动满足达西渗流规律，在地层中作平面径向流动，为等温的不稳定渗流；（6）忽略重力、毛细管力。

2.1.2数学模型假设地层外边界半径为re，地层中心有一口半径为rw的油井以定产量方式生产。

渗流微分方程：

初始条件：

井底r=rw处的内边界条件：

封闭边界r=re处的外边界条件：

2.1.3数学模型的解求解以上数学模型，可以通过分离变量法或直接做变量代换后进行拉氏变换，使象函数变为常微分方程，在相应的定解条件求解，再进行拉氏反演求解。由此得到井底压力的表达式为：

当压力波传到封闭边界后，边界没有能量供给，边界压力逐渐下降，渗流进入不稳定晚期。当生产时间较长后，上式中最后一项逐渐趋于零，井底压力表达式为：

上式即为渗流进入不稳定晚期，随时间增加，地层压降速度为常数，即渗流进入拟稳定流动时的井底压力表达式［9］。

2.2多层开采

2.2.1多层分采对于采用分层开采方式开发的多层油藏，由于各层相互独立，相当于多个单层开采的油藏，每层的渗流规律符合公式（6）。

2.2.2多层合采对于合采方式进行开发的多层油藏，流体在各层中的流动互不影响，但是由于井筒沟通了各层，导致压力连通，因此，各层产量也有相互的干扰［10］。

假设有一个多层合采的油藏，油井以定产量Q方式生产，在每一层中流体的流动依然符合达西渗流规律，各层压力、流量与时间符合公式（6），整个过程中各层井底流压相同。根据如下推导，可得到地层压力以及各层产量随时间变化规律。

即为衰竭开采多层合采过程中井底流压与时间的关系。

将上式带入（11）式可得：

通过上式可以得到各层不同时刻的产量。

3　衰竭开采层间干扰影响因素分析

3.1渗透率级差

设置在一个三层油藏的模型，层间不连通，地层中心有一口油井，以定产量的方式合采。参考S油田某区块地层及流体参数，设置模型中地层参数（见表1），油井以定产量方式生产。

表1　模型基础参数

3.1.1渗透率级差为5当三层渗透率分别为0.5 μm2、0.3 μm2、0.1 μm2时，渗透率级差为5，通过公式（10）和公式（11）可得到井底流压和各层产量随时间的变化趋势（见图1、图2）。

图1　合采时井底流压变化趋势

图2　合采时各层产量变化趋势

可以看出，在合采过程中，由于井筒连通各个储层，导致各层之间产量产生了相互干扰。

为了分析合采中的层间干扰，建立初始状态与该模型完全相同的分采模型（各层渗透率、初始状态下井底流压与各层产量均与合采模型相同，分采模型中各层相互独立），两模型的唯一区别为各层是否相互连通，这样合采与分采的差别就显而易见。

由于以定产量生产，显然分采模型中I、II、III层产量保持11.11 m3/d、6.67 m3/d、2.22 m3/d，而由于各层相互独立，井底流压下降速度并不相同，当生产1 300 d后，I、II、III层井底流压分别下降为7 MPa、8.2 MPa、10 MPa（见图3）。

图3　分采时井底流压变化趋势

在合采过程中，由于井筒连通各个储层，使得各层井底流压相同。对于渗透率较高的I层来讲，如果要维持该层初始的11.11 m3/d的产量，要求在1 300 d时井底流压下降到7 MPa，但是由于合采时与II、III层连通，压力向I层补充，导致I层井底流压下降幅度减小，生产压差减小，从而I层产量相对减小；同理，对于渗透率较低的III层，合采过程中井底压力向高渗层补充，导致生产压差增大，产量升高。

可见，由于在衰竭开采油藏多层合采过程中井筒连通地层导致了层间相互干扰，高渗层产量受到抑制，低渗层产量升高，从而有利于动用更多低渗层的储量，有利于提高开发效果。

对比油藏初始状态的井底流压、各层产量、各层产量的分层贡献率与生产2 000 d之后的井底流压、各层产量、各层产量的分层贡献率，得到2 000 d时，各层产量的下降幅度和各层的产量层间干扰系数（见表2）。

表2　渗透率级差为5时层间干扰分析表

3.1.2渗透率级差为1.5当三层渗透率分别为0.18μm2、0.15 μm2、0.12 μm2时，生产不同时间时的各层产量（见图4）。

图4　渗透率级差为1.5时各层产量变化趋势

对比油藏初始状态的井底流压、各层产量、各层产量的分层贡献率与生产2 000 d之后的井底流压、各层产量、各层产量的分层贡献率，得到2 000 d时，各层产量的下降幅度和各层的产量层间干扰系数（见表3）。

表3　渗透率级差为1.5时层间干扰分析表

3.2黏度级差

3.2.1黏度级差为10设置在一个三层油藏的模型，层间不连通，各层黏度分别为100 mPa·s、50 mPa·s、10 mPa·s，其他参数相同，生产不同时间时的各层产量（见图5）。

图5　黏度级差为10时各层产量变化趋势

对比油藏初始状态的井底流压、各层产量、各层产量的分层贡献率与生产2 000 d之后的井底流压、各层产量、各层产量的分层贡献率，得到2 000 d时，各层产量的下降幅度和各层的产量层间干扰系数（见表4）。

表4　黏度级差为10时层间干扰分析表

3.2.2黏度级差为1.5设置各层黏度分别为60 mPa·s、50 mPa·s、40mPa·s时，生产不同时间时的各层产量（见图6）。

图6　黏度级差为1.5时各层产量变化趋势

对比油藏初始状态的井底流压、各层产量、各层产量的分层贡献率与生产2 000 d之后的井底流压、各层产量、各层产量的分层贡献率，得到2 000 d时，各层产量的下降幅度和各层的产量层间干扰系数（见表5）。

表5　渗透率级差为1.5时层间干扰分析表

4　结论

（1）以定产量方式生产，分采时不同渗透率（黏度）的油层井底流压变化不同；合采时，各层井底流压需要相同，各层压力相互干扰，因此产生层间干扰。

（2）通过各层的分层贡献率、各层产量、产量变化率及井底流压变化率分析不同渗透率（黏度）级差产生的层间干扰程度，渗透率级差值和黏度级差值相同情况产生的层间干扰影响效果基本相同。

（3）定产量衰竭开采过程中，由于低渗（高黏度）层压力下降较慢，层间干扰现象会增大低渗（高黏度）层的生产压差，均衡各层产量，有利于动用低渗（高黏度）储层的储量，提高开发效果。

［1］赵春明，罗宪波，张迎春.大井距多层合采稠油油田剩余油分布研究［J］.石油地质与工程，2010，24（4）：58-60.

［2］任晓宁，王国栋，刘英宪.海上油田首次规模井网加密研究与实践［J］.重庆科技学院学报，2013，15（1）：80-83.

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［9］李晓平.地下油气渗流力学［M］.北京：石油工业出版社，2008（1版）：102-103.

［10］王晓冬，刘慈群.低分层合采油井产能分析［J］.石油钻采工艺，1999，21（2）：56-61.

Analysis of interlayer interference phenomenon of commingled reservoir development process with depletion development

ZHANG Chen，GUO Haiyong，CHEN Xiaobo
（State Key Lab.of Oil&Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China）

In the commingled reservoir development process，the interlayer interference phenomenon is inevitable.The development of offshore oil field usually use commingling production technique，so the strong interlayer heterogeneity of different layers can result in serious interlayer interference problem during the reservoir development.Aiming at interlayer interference problem during the development of the reservoir with depletion development，this study establishes a mathematical model to analyze the interaction effect between the reservoir pressure and production processes of different layers when it is put under different permeability and viscosity.The result shows that，during the development of the reservoir with depletion development in commingled reservoir，pressure balance effect of different layers has influence on yield split，which means it helps to improve the development effect by a better reserve producing of different layers.The research results then provide a theoretical basis for the layer adjustment and related project deployment.

interlayer interference phenomenon；commingled；depletion development；split yield；mathematical model

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.010

TE327

A

1673-5285（2015）06-0035-05

2015－03-13

张臣，男（1989-），河南濮阳人，硕士研究生，主要从事油藏描述及油藏数值模拟研究工作，邮箱：1030897926@qq.com。