海上普通稠油油藏多层合采层间干扰定量表征与定向井产能预测

黄世军，康博韬，程林松，周文胜，常舒萍

（1.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室；2.中国石油大学（北京）；3.海洋石油高效开发国家重点实验室；4.中海油研究总院）

海上普通稠油油藏多层合采层间干扰定量表征与定向井产能预测

黄世军1,2，康博韬3,4，程林松1,2，周文胜3,4，常舒萍2

（1.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室；2.中国石油大学（北京）；3.海洋石油高效开发国家重点实验室；4.中海油研究总院）

采用可视化的多管水驱油物理模拟实验，结合实际油田生产资料，定量表征海上普通稠油油藏多层合采过程中的层间干扰现象，并建立适用于普通稠油油藏多层合采的定向井产能预测方法。建立了普通稠油油藏多层合采过程中采液指数和采油指数的干扰系数动态表征关系式；引入干扰系数，并考虑启动压力梯度的存在，修正Vandervlis定向井产能公式，得到适用于普通稠油油藏定向井多层合采的产能动态预测公式。储集层纵向渗透率的差异是层间干扰最主要的影响因素，可用储集层基准渗透率、渗透率级差和渗透率偏差综合描述。多层合采过程中，层间干扰对不同含水阶段油井产能的影响程度不同，中高含水期层间干扰对整体产油能力的抑制作用加剧，需要采取相应的调整措施；考虑层间干扰后产能预测精度明显提高，修正后的定向井产能公式可以较好地应用于现场生产。图11表5参16

海上油田；普通稠油油藏；多层合采；层间干扰；干扰系数；定向井；产能预测

0 引言

为了兼顾开发效果与生产成本，海上油藏一般采用多层合采的开发方式，导致生产过程中层间矛盾突出，层间干扰现象严重，影响油田整体开发效果和最终采收率[1-2]。同时，采用多层注水开采的油藏存在见水快、无水采收率低等问题，中高含水期成为主要产油期[3]，因此，对于这类油藏确定不同含水阶段尤其是

中高含水期层间干扰对油井产能的影响至关重要。考虑到海上油田生产年限短、开发成本高的特点[1]，准确评价油井产能、合理划分开发层系，采取相应技术对策消除或降低层间干扰的影响对海上油田的高效开发具有重大意义。

目前对层间干扰的研究很多，但大部分结论只适用于单相流动或只是针对某一含水阶段[4-7]，或者根据现场情况将生产阶段粗略划分后定性描述各阶段的干扰现象[8-10]，对实际生产的指导意义不大。本文利用物理实验结合实际油田生产资料定量表征了海上普通稠油油藏多层合采过程中不同含水阶段的层间干扰现象，并建立了适用于普通稠油油藏多层合采的定向井产能动态预测方法。

1 实验

1.1 实验模型设计

多层砂岩油藏是中国陆相沉积盆地的主要油藏类型，其储量与产量占全国的50%左右，大量地质研究成果表明[11]：中国砂岩油藏具含油井段长，小层层数多和层间渗透率差异大的特点。李波等[6]统计了渤海7个稠油油田的生产数据后发现普通稠油油藏多层合采时层间干扰现象非常严重，合采时油井的产能相比分层开采均有较大损失，因此，借鉴前人的研究经验，以油藏纵向各小层渗透率差异为主要研究对象，本文构建了物理实验模型来研究普通稠油油藏多层合采过程中的层间干扰现象（见图1）。实验采用3根相同尺寸的可视化填砂管并联，以模拟实际多层油藏一个注采单元，高渗管长54.10 cm、直径3.81 cm，中渗管长53.98 cm、直径3.79 cm，低渗管长54.04 cm、直径3.80 cm；采用染色后的矿化水溶液，分别以合注分采和单注单采2种方式进行原油驱替实验，原油黏度 85.49 mPa·s、水溶液黏度 1.50 mPa·s，驱替过程中可以清楚地观察各管油水界面的运移情况。

图1 实验模型

1.2 实验方案及步骤

层间干扰的影响因素非常复杂[11]，无法通过室内实验完全模拟层间干扰现象，本文仅就渗透率差异单一因素引起的层间干扰现象进行模拟实验研究。设计了多组不同渗透率差异的对比实验（见表1）。

表1 对比实验渗透率级差取值

本文在定流量条件下分别以合注分采和单注单采2种方式进行原油驱替实验，驱替过程中单独记录各填砂管的压力，单独进行出口油、水分离计量，具体实验步骤如下。

①将不同粒径的石英砂按不同比例混合后，分别装填在各填砂管内，形成具有一定渗透率级差的填砂管模型，之后将3根填砂管经洗油、烘干处理，再将处理好的填砂管称重，测定各管气测渗透率和孔隙度。

②将填砂管抽空饱和盐水，计算出填砂管有效孔隙体积，并测定绝对水相渗透率。

③将100%饱和盐水的填砂管用原油进行驱替，直至填砂管出口无水产出，从而建立束缚水饱和度，并测定束缚水条件下填砂管的油相渗透率。

④将3根填砂管并联，以3 mL/min的速度恒速驱替该模型，直至各管出口端含水率均达到98%为止，驱替过程中随时记录各管的压力、产油量、产液量等数据。

⑤对3根管分别饱和油，重新建立束缚水饱和度，之后以1 mL/min的速度分别恒速驱替3根管，直至各管出口端含水率均达到98%为止，驱替过程中随时记录各管的压力、产油量、产液量等数据。待驱替结束后测定各管残余油时的水相渗透率。

2 结果与分析

2.1 干扰系数定义

为了更加直观地描述不同含水阶段层间干扰对合采效果的影响，引入干扰系数的概念，见（1）式、（2）式：

干扰系数的物理意义是多层油藏注水合采时，相

同含水情况下，层间干扰导致多层合采油井整体产液能力、产油能力相对分层开采降低的程度。因此干扰系数随含水率的变化实际上反映了多层合采过程中层间干扰对油井整体产液能力与产油能力的影响程度随含水率的变化情况。

2.2 实验结果分析

根据每组合注分采实验中各管不同时间点的压力、产油量与产液量，通过对注入时间进行分段样条插值得到各管在相同时间点下的压力、产油量和产液量，从而得到合采过程中各管压力、产油量与产液量随总含水率的变化情况，再对合采时的总含水率进行分段样条插值，可得到单采与合采在相同含水情况下的压力、产油量与产液量，进一步得到相同含水情况下单采与合采过程中采液指数、采油指数随总含水率变化情况。由图2、图3可见合采与单采在不同含水阶段采液、采油指数的变化不同。

由（1）式可得每组实验合采过程中采液干扰系数随总含水率的变化情况（见图4）。

图2 合采、单采采油指数随总含水率变化情况

图3 合采、单采采液指数随总含水率变化情况

图4 合采时采液干扰系数随含水率的变化情况

由图4可见：①合采过程中，低含水期（0～40%）层间干扰对整体产液能力表现为一定程度的抑制作用，随含水率上升抑制作用逐渐减弱；②当合采总含水率上升至40%～60%，层间干扰对整体产液能力的作用效果出现反转，表现为由抑制整体产液逐渐转变为促进整体产液；③合采至中高含水期（总含水率大于60%），层间干扰对整体产液能力主要表现为促进作用，且随含水率的上升而增强；④对比不同渗透率级差，发现合采过程中，渗透率级差越大中低含水期层间干扰对整体产液能力的抑制作用越强。

由（2）式可得每组实验合采过程中采油干扰系数随总含水率的变化情况（见图5）。

由图5可见：①合采过程中，层间干扰对整体的产油能力始终表现为抑制作用；②低含水期（0～40%）整体产油能力受到的抑制作用相对较弱，且随着含水

率上升变化平缓；③当含水率上升至40%～60%，层间干扰对整体产油效果的抑制作用明显加剧，且渗透率级差越大，干扰加剧的时机越早，加剧的程度越明显；④中高含水期（大于60%），层间干扰对整体产油能力的抑制作用十分严重，且渗透率级差越大抑制作用越严重。

图5 合采时采油干扰系数随含水率的变化情况

2.3 层间干扰机理分析及现场调整建议

合采过程中不同含水阶段层间干扰规律受控于各层渗透率差异，且随着含水率上升各层内油水两相渗流阻力差异进一步加剧。合采时，低含水期层间干扰对产油的抑制作用相对较弱且变化平缓，随着含水率上升各层间油水两相渗流阻力差异加剧，高渗层内油水两相渗流阻力越来越小，最终形成优势通道，注入水大量涌入高渗通道并在生产井处直接产出，生产井处产液量高于单采时。而此时中低渗层的动用情况则越来越差，含水率上升速度加快，生产井产油情况急剧变差，因此到中高含水期（大于60%）层间干扰对整体产油能力的抑制作用明显增强。实际生产中表现为：多层合采时见水快，稳产期短，含水上升快，储集层动用程度差，整体开采效果差。对于稠油油藏，油井见水后含水上升速度很快，常常符合“Г”形状[11]，“Г”型曲线含水率上升最快的含水率阶段即40%～60%，多层合采时全井段含水率受高渗层含水率影响最大。因此，抑制高渗层产水量会进一步改善层间矛盾，从而改善开发效果。

根据实验结果，针对多层系普通稠油油藏现场生产提出3点建议：①多层合采时渗透率级差越大，后期层间干扰对整体产液能力的促进作用越强，因此后期提液对合采效果的改善作用越不明显，建议对于渗透率级差较大的多层油藏开发后期应及时进行层系调整而非提液操作；②当合采总含水率低于60%时，层间干扰对产油的抑制作用相对较弱且变化平缓，建议该阶段采用多层合采，总含水率上升至60%后层间干扰现象严重，对于渗透率级差较大的多层油藏，建议此时进行层系调整；③当合采总含水率达到60%时，高渗层位已形成优势通道并开始大量产水，严重影响其他层位的动用情况，建议采取措施关闭高渗层从而改善整体产油情况，其余各层继续合采至总含水率达到60%时采取相同调整措施，依次类推可以有效提高多层油藏的动用情况。

图6 渗透率级差为3.65、总含水率达98%时各管油水界面位置（基准渗透率为629×10−3μm2）

3 层间干扰定量表征

3.1 纵向非均质程度

储集层纵向非均质程度是影响层间干扰现象的主要因素[11]，一般来说渗透率级差越大，主力层位对非主力层位的影响也越大，层间干扰现象越严重。但是从实验中油水界面的运移情况（见图6、图7）看，渗透率级差并不能全面反映多层油藏纵向非均质性的严重程度，低渗层本身的物性好坏对层间干扰也有明显的影响。因此，为了更加全面地描述储集层非均质性，引入了基准渗透率和渗透率偏差系数的概念。基准渗透率是指多层油藏纵向上最差渗透层的渗透率（Kmin）。

实际生产中还有诸多因素会影响层间干扰，如储集层物性差异、流体性质差异、压力系统、储集层韵律性以及重力等[11]，本文主要考虑各层渗透率差异引起的层间干扰现象及其变化规律。

3.2 层间干扰定量表征

基于物理实验结果，对渗透率级差、基准渗透率、渗透率偏差系数等变量对干扰系数的影响规律进行相关性分析，确定了适用于多层普通稠油油藏的干扰系数公式：

通过多元非线性回归确定干扰系数公式中参数λ，γ，ω，μ的值，见表2。

表2 干扰系数公式中具体参数值

公式（4）、（5）中，含水率项表征合采过程的不同含水阶段，基准渗透率项、渗透率偏差项和渗透率级差项是对储集层整体非均质性的描述。基准渗透率项与渗透率级差项共同描述储集层整体物性，即油藏纵向各小层渗透率的大致分布范围；渗透率级差项与渗透率偏差项共同描述储集层的纵向非均质程度，渗透率级差项反映高低渗透层之间的相互干扰，渗透率偏差系数项考虑了中间渗透层的影响。

3.3 干扰系数修正

利用海上A油田2口典型生产井分层测试资料验证干扰系数公式。该油田油藏为典型的多层普通稠油油藏，原油黏度60～200 mPa·s，无边底水。A04井纵向共有12个小层，划分为3套油层组（Ⅰu+Ⅰd+Ⅱ）进行分层测试，A11井纵向共有13个小层，划分为3套油层组（Ⅰu+Ⅰd+Ⅱ）进行分层测试，2口测试井的具体测试数据见表3，测试过程电潜泵运行频率稳定在30 Hz。

表3 A04、A11井分层测试资料

由表3数据，利用干扰系数定义式（1）、（2）得到实际干扰系数，利用干扰系数公式（4）、（5）得到预测干扰系数（见图8、图9）。

图8 实际采液干扰系数与预测采液干扰系数对比

对比图8、图9发现，预测干扰系数与实际干扰系数接近，但预测干扰系数绝对值均比实际测试干扰系数的绝对值小，分析原因主要是现场多层合采过程中引起层间干扰的因素很多，而本文实验仅考虑了储集层渗透率差异单一因素所引起的层间干扰，实际值约为预测值的1.25倍，因此，为了使预测的干扰系数更加接近实际生产，引入修正系数1.25，即α'=1.25α。该修正系数基于具体油田分层测试资料得到，主要适用于黏度为60～200 mPa·s的多层普通稠油油藏，如果要用于预测其他多层稠油油藏干扰系数，建议结合

目标油田分层测试资料，对干扰系数公式重新修正以求更接近目标油田的实际情况。

图9 实际采油干扰系数与预测采油干扰系数对比

4 普通稠油油藏多层合采定向井产能预测

4.1 多层合采定向井产能公式

目前海上普通稠油油藏通常采用定向井开发，多采用裘比公式加负表皮系数计算定向井产能，由于对定向井角度引起的负表皮系数的计算方法不同，产能计算方法有张振华法[12]、Cinco-Ley法[13]、Besson法[14]和Vandervlis法[15]等，其中常用的为Vandervlis法：

其中

现有的定向井产能公式仅适用于单层开采，没有考虑层间干扰，对预测多层合采时油井的产能并不适用。本文通过引入干扰系数的概念，对适用于均质油藏单层开采的Vandervlis定向井产能公式进行修正，考虑到普通稠油油藏存在启动压力梯度[16]，最终得到适用于普通稠油油藏的定向井多层合采产能公式：

考虑到不同含水阶段的油相渗透率，由（7）式可得：

结合目标油田相渗数据，利用（8）式可以有效预测普通稠油油藏多层合采时不同含水阶段的产油情况。

4.2 产能公式验证

选取A油田5口典型生产井，其基本参数见表4，利用修正后的定向井产能公式（8），计算考虑和未考虑层间干扰时A21井的动态产能（见图10）。

表4 A油田典型生产井基本参数

图10 考虑与未考虑层间干扰情况下A21井产能对比

由图10可见，考虑层间干扰时计算的油井产能与实际情况较为接近，而未考虑层间干扰时计算的产能与实际情况差距较大，说明多层合采过程中层间干扰对油井产能有显著影响。

最后，利用修正后的定向井产能公式（7）和（8）对A01、A03、A08、A14井分别进行产能动态预测，并将预测结果与各井实际产能进行对比（见图11），不同含水阶段采油指数预测的相对误差见表5。

由表5可见，各井不同含水阶段采油指数预测的相对误差均在15%以内。因此，利用修正后的定向井

产能公式可以有效预测普通稠油油藏多层合采时不同含水阶段油井的产能。

图11 A01井生产指数对比

表5 不同含水阶段采油指数预测误差分析

5 结论

普通稠油油藏多层合采过程中层间干扰现象普遍存在，不同含水阶段层间干扰的变化规律及对开发效果的影响程度不同。中高含水期是多层合采的主要产油阶段，而合采时中高含水期（含水率大于60%）层间干扰对产油的抑制作用加剧，明显不利于油藏储量动用和整体采收率的提高，需要采取相应的调整措施。

实际生产过程中影响层间干扰的因素很多，其中储集层纵向渗透率的差异是影响层间干扰最主要的因素，可用储集层基准渗透率、渗透率级差和渗透率偏差综合描述。

所建立的干扰系数公式和定向井多层合采产能公式能够较好地应用于现场生产，可以分析实际油藏在不同层系划分方案下层间干扰的变化规律以及对开发效果的影响，预测合采时不同含水阶段定向井的产能动态变化情况，并可以指导多层合采后期层系调整的时机策略、预测不同调整措施的效果，对实际生产具有很好的指导意义。

符号注释：

Bo——原油体积系数；DK——渗透率偏差系数，f；fw——含水率，%；G——启动压力梯度，MPa/m；h——有效厚度，m；Jdl，Jdo——单采时采液、采油指数，m3/（d·Pa）；Jf——采油指数公式预测值，m3/（d·Pa）；Jhl，Jho——合采时采液指数、采油指数，m3/（d·Pa）；——实际采油指数平均值，m3/（d·Pa）；K——渗透率，μm2；Ke——有效渗透率，μm2；Kmax——高渗层位渗透率，μm2；Kmin——基准渗透率，μm2；Kro——油相相对渗透率；——储集层平均渗透率，μm2；L——定向井等效长度，m；n——总层数；pe——供给压力，MPa；pwf——井底流压，MPa；Δp——生产压差，MPa；q——产液量，m3/d；Ql——合采产液量，m3/d；Qo——合采产油量，m3/d；rwe——有效井筒半径，m；rwv——定向井井筒半径，m；RDv——动用半径，m；Rev——供给半径，m；Sd——完井表皮系数；Sθ——井身结构表皮系数；α——干扰系数；α′——修正干扰系数；αl，αo——采液干扰系数、采油干扰系数；αl′，αo′——修正的采液干扰系数、采油干扰系数；θ——井斜角，rad；μo——原油黏度，mPa·s。下标：i——小层序号。

[1]周守为.中国近海典型油田开发实践[M].北京: 石油工业出版社,2009: 28-29.Zhou Shouwei.The typical development practice of Chinese offshore oilfield[M].Beijing: Petroleum Industry Press,2009: 28-29.

[2]周守为.海上稠油高效开发新模式研究及应用[J].西南石油大学学报,2007,29(5): 1-4.Zhou Shouwei.The research and application of new models efficient development of offshore heavy oilfield[J].Journal of Southwest Petroleum University,2007,29(5): 1-4.

[3]王德民.分层开采理论研究[M].北京: 石油工业出版社,1985.Wang Demin.Slicing production theory[M].Beijing: Petroleum Industry Press,1985.

[4]岳陆,张还恩.多层水驱油室内模拟试验研究[J].断块油气田,1994,1(3): 33-38.Yue Lu,Zhang Huan’en.Experimental study on indoor simulation multilayer waterflood oil[J].Fault-Block Oil & Gas Field,1994,1(3): 33-38.

[5]张士廉.对注水井层间干扰的认识[J].石油勘探与开发,1984,11(6): 56-60.Zhang Shilian.A discussion on the interlayers interference in a water injection well[J].Petroleum Exploration and Development,1984,11(6): 56-60.

[6]李波,罗宪波,刘英,等.判断层间非均质性的新方法[J].中国海上油气,2007,19(2): 93-95.Li Bo,Luo Xianbo,Liu Ying,et al.A new method to judge interlayer heterogeneity[J].China Offshore Oil and Gas,2007,19(2): 93-95.

[7]赵永胜.注水井层间干扰的探讨[J].石油勘探与开发,1983,10(1): 64-69.Zhao Yongsheng.A discussion on the interlayer interference in water injection wells[J].Petroleum Exploration and Development,1983,10(1): 64-69.

[8]刘洪杰.常规油藏多层合采层间干扰系数确定新方法[J].石油地质与工程,2013,27(9): 80-82.Liu Hongjie.New determination method of interlayer interference

coefficient among commingling production layers in conventional reservoirs[J].Petroleum Geology and Engineering,2013,27(9): 80-82.

[9]于会利,汪卫国,荣娜,等.胜坨油田不同含水期层间干扰规律[J].油气地质与采收率,2006,13(4): 71-73.Yu Huili,Wang Weiguo,Rong Na,et al.Rule of interlayer interference in various water cut periods of Shengtuo oil-field[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2006,13(4): 71-73.

[10]陈永生.油田非均质对策论[M].北京: 石油工业出版社,1997.Chen Yongsheng.Countermeasures for heterogeneity of continental oil field[M].Beijing: Petroleum Industry Press,1997.

[11]韩大匡,万仁溥.多层砂岩油藏开发模式[M].北京: 石油工业出版社,1999: 132-145.Han Dakuang,Wan Renpu.The development models of multizone sandstone reservoirs[M].Beijing: Petroleum Industry Press,1999: 132-145.

[12]张振华,鄢捷年.储层损害对大斜度定向井产能影响的计算方法研究[J].石油钻采工艺,2001,23(6): 40-42.Zhang Zhenhua,Yan Jienian.Study of formation damage effect on the productivity for directional wells[J].Oil Drilling & Production Technology,2001,23(6): 40-42.

[13]Cinco-Ley H,Ramey H J Jr,Miller F G.Pseudo-skin factors for partially penetrating directionally drilled wells[R].SPE 5589-MS,1975.

[14]Besson J.Performance of slanted and horizontal wells on an anisotropic medium[R].SPE 20965-MS,1990.

[15]Vandervlis A C,Duns H,Luque R F.Increasing well productivity in tight Chalk reservoirs[C].Bucharest: WPC,1979: 71-78.

[16]程林松,李忠兴,黄世军,等.不同类型油藏复杂结构井产能评价技术[M].青岛: 中国石油大学出版社,2007.Cheng Linsong,Li Zhongxing,Huang Shijun,et al.The productivity evaluation methods of complex structure wells with different types[M].Qingdao: China University of Petroleum Press,2007.

（编辑 郭海莉）

Quantitative characterization of interlayer interference and productivity prediction of directional wells in the multilayer commingled production of ordinary offshore heavy oil reservoirs

Huang Shijun1,2,Kang Botao3,4,Cheng Linsong1,2,Zhou Wensheng3,4,Chang Shuping2
(1.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 2.China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 3.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation,Beijing 100027,China; 4.CNOOC Research Institute,Beijing 100027,China)

Based on the physical experiment of visible multi-tube water flooding,in combination with field production data,the interlayer interference in multilayer commingled production of ordinary offshore heavy oil reservoirs is quantitatively characterized and an appropriate productivity prediction method of directional wells is established for multilayer commingled production of ordinary heavy oil reservoirs.The interference coefficient formulae of fluid and oil production indexes are obtained for the multilayer commingled production of ordinary heavy oil reservoirs.The Vandervlis directional well productivity equation is revised by introducing interference coefficient with consideration of starting pressure gradient and a dynamic productivity prediction equation is finally established suitable for multilayer commingled production of ordinary heavy oil reservoirs.Interlayer interference is mainly controlled by vertical reservoir permeability difference,which can be comprehensively characterized by reservoir reference permeability,permeability contrast and permeability deviation.The productivity of wells with different water-cut stages is variously affected by interlayer interference.This influence will be intensified in high water-cut situation,which needs appropriate adjustment measures.The productivity can be more accurately predicted by considering interlayer interference,and the revised directional well deliverability equation can be well applied to field production.

offshore oil field; ordinary heavy oil reservoir; multilayer commingled production; interlayer interference; interference coefficient; directional well; productivity prediction

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

TE345

A

1000-0747(2015)04-0488-08

10.11698/PED.2015.04.10

黄世军（1974-），男，河南郑州人，博士，中国石油大学（北京）副教授，主要从事油气田渗流机理与应用、复杂结构井开发理论方面的研究。地址：北京市昌平区，中国石油大学（北京）石油工程学院，邮政编码：102249。E-mail：zgsydx_bj@163.com

2014-03-31

2015-06-19