正韵律底水油藏含水上升规律及其影响因素

王业飞 张希喜 黄勇 周代余 史胜龙 刘瑞珍

1.中国石油大学（华东）石油工程学院；2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院

X区块属于块状背斜构造底水油藏，依靠天然底水能量开发，孔隙度为18.4%，平均渗透率234.2 mD，为中孔、中高渗正韵律储层；开发后期底水锥进严重，油井高含水，综合含水高达80.3%。不同油井的见水时间不同，含水率上升的速度不同，即呈现出不同的含水上升规律。只有认清含水上升规律，才能更好地管理油井的生产［1］。众多学者基于具体的油藏条件对见水原因、见水特征以及见水机理等进行了研究，取得了大量成果［2-6］，但关于含水上升规律及其影响因素的结合研究较少，并且多数关于影响因素的研究都基于均质地层模型［7-10］，较少涉及正韵律底水油藏。笔者以X区块地质资料为基础，有针对性地研究了正韵律底水油藏含水上升规律及其影响因素，研究结果对于保持油田稳产、降低开采成本具有重要意义，同时也为同类油田制定开发对策提供了合理的依据。

1 正韵律底水油藏含水上升规律

Water cut rising laws of positive rhythm reservoir with bottom water

1.1 区块整体含水上升规律

Overall water cut rising law of the block

根据万吉业提出的驱替系列［11］，含水率与采出程度的关系曲线可以分为 “凸”型，“凹”型，“S”型，“凸-S”型和“凹-S”型5种类型。根据油田实际生产数据，按表1所列的5种类型的关系式进行线性回归，求出系数A和B，得到线性回归方程以及相关系数，选取相关系数较高的“S”型和“凸-S”型作为候选含水上升规律。将含水率fw=0.98代入选出的2种含水上升规律中，求出相应的采出程度。 “S”型含水上升规律计算出的采出程度为0.535，与X区块的标定采收率（R=0.528）更为接近。

表1 X区块含水上升规律拟合Table 1 Fitting of water cut rising laws of Block X

图1 X区块整体含水率变化线性回归拟合结果对比Fig. 1 Comparison between linear regression fitting results of overall water cut change of Block X

从图1可以看出，X区块含水率与采出程度的关系和“S”型规律线性回归拟合效果较好，故确定X区块整体含水上升规律为“S”型，其特点是油藏在低含水期采出程度较高，进入中含水期后含水快速上升，到高含水期含水又保持相对稳定，体现了底水的特征。

1.2 单井含水上升规律

Single-well water cut rising laws

油田的开发效果集中反映在对单井开采的有效控制上，为此重点分析了单井含水上升规律［3］。根据区块59口油井的实际生产动态数据，得到各油井含水率随时间的变化曲线，据此对所有投产井进行归纳总结，可以将X区块单井含水上升规律划分为缓斜坡型、反“Z”型、“Γ”型、高波浪型和低波浪型等5类（图2）。参考李传亮关于含水上升规律的量化指标（表2）［1］，对5种类型的单井含水上升规律特征分析如下。

（1）缓斜坡型。油井无水采油期或低含水阶段较长，见水后，含水率上升缓慢，属于低速或中速上升，一般需要较长时间才达到高含水阶段，属于正常水淹。该类井油水界面附近夹层较为发育，井点地质模型属于边水型。此类井共6口，占总井数的10.2%。

（2）反“Z”型。油井无水采油期或低含水阶段较长，此后含水快速上升至高含水阶段或特高含水阶段，一般多属于快速水淹或者暴性水淹，井点处属于间接底水型。此类井共6口，占总井数的10.2%。

（3）“Γ”型。油井没有无水采油期，见水后，含水快速上升至高含水阶段或特高含水阶段，没有明显的见水时间，井点处为直接底水型。此类井共24口，占总井数的40.6%。

图2 含水上升规律示意图Fig. 2 Sketch of water cut rising laws

表2 含水上升规律的量化指标Table 2 Quantification index of water cut rising laws

（4）高波浪型。开始生产便高含水，没有无水采油期，生产过程中含水率上下波动或保持小幅度变化，含水变化呈以高含水为基准的“高波浪型”，井点处为直接底水型。此类井共19口，占总井数的32.2%。

（5）低波浪型。开始生产时为低含水，生产过程中含水率上下波动或保持不变，含水变化呈以低含水为基准的“低波浪型”。 此类井共4口，占总井数的6.8%。

对区块59口单井的含水上升规律进行统计得出，“Γ”型和高波浪型油井所占比例较大，共占72.8%，表明X区块处于高含水生产阶段，后续开发需要采取一定的控水措施。对X区块整体以及单井含水上升规律的分析，可以为油田制定总的控水方案以及单井的分类治理技术对策提供依据。

2 含水上升规律影响因素分析

Factors influencing water cut rising laws

在确定区块整体以及各单井含水上升规律之后，以X区块的地质资料为基础，用CMG软件建立二维正韵律单井剖面数值模拟模型进行影响因素分析。由单因素分析得知，有无夹层存在时，含水上升规律差别比较大，故根据有无夹层进行2组正交试验设计，分别选用不同的评价指标。在分析定液量（油井以一定液量生产时的日产液量）、油层打开程度、水体大小（即底水与地下油气的体积之比）、垂直水平渗透率比值（kv/kh）以及油水黏度比（μo/μw）对含水上升规律的影响时，用采出程度为25%时的含水率作为试验指标；在分析夹层位置、夹层大小（夹层宽度不变时，用夹层长度代表夹层大小）和夹层渗透率的影响时，试验指标为无水采出程度。

2.1 地质模型

Geologic model

以X区块为原型油藏，建立正韵律底水油藏概念模型，只有一口直井以天然底水能量开采。模型在i、j、k3个方向将油藏划分为200×1×80个网格，垂向上1～40层为油层，41～80为水层，采用网格水体，模型中每个网格的大小为1 m×5 m×0.5 m；油层厚度20 m，孔隙度18.4%，正韵律模型平均渗透率234.2 mD；脱气原油密度0.84 g/cm3，地层原油黏度0.75 mPa·s，地层原油体积系数1.65，压缩系数25×10-4MPa-1；地层水密度 1.13 g/cm3，黏度 0.34 mPa·s，体积系数 1.2，压缩系数 5.1×10-4MPa-1；原始地层压力53.2 MPa。

2.2 无夹层时各因素的影响

Influential laws of each factor without interlayers

无夹层时，定液量、油层打开程度、水体大小、垂直水平渗透率比值（kv/kh）以及油水黏度比（μo/μw）是影响底水油藏含水上升规律的主要因素［7］，采用正交试验法对各因素进行分析，各因素及其水平参数如表3所示，各因素取值范围由单因素分析法确定，其中定液量较小是因为所建模型为剖面模型。依据正交表L16（45），对不同参数组合的16组试验进行数值模拟计算，以采出程度25%时的含水率为试验指标，结果较小时为较优水平。表4试验结果表明，各因素对含水上升影响程度由强到弱依次为油水黏度比（μo/μw）、打开程度、kv/kh、水体大小和定液量。

表3 无夹层时各因素与水平Table 3 Each factor and its level without interlayers

分析各因素对含水上升规律的影响。（1）流度比是指驱油时驱动液流度与被驱动液流度的比值，随着油水黏度比（μo/μw）增大，流度比增大，底水锥进越快，开采效果越差。单因素分析油水黏度比对含水上升的影响见图3。（2）对于正韵律储层，底水锥进的速度比较快。油层打开程度越大，无水采出程度越低，含水上升速度越快，因此确定合理的打开程度对于控制含水意义重大。（3）垂直水平渗透率比值（kv/kh）反映层间连通性对含水上升的影响。kv/kh越小，底水锥进速度越慢，无水采出程度越高。（4）生产井只依靠天然底水能量开采时，水体越大，天然能量越充足，含水上升速度越快。（5）生产井采取定产液量方式生产时，定液量大小会影响含水上升规律。定液量增大时，生产压差相应增大，从而使油井无水采出程度降低，含水率上升速度加快；定液量过小会影响油田的经济效益。单因素分析定液量对含水上升的影响见图4。根据正交试验结果，油水黏度比对含水上升影响最显著，定液量影响最弱，比较图3和图4可以看出，改变油水黏度比对含水上升速度以及无水采出程度的影响较大，而定液量大小的改变对于含水上升的影响则相对较小。若底水油藏需要进行注水开发，在注入水中加入增黏剂，除能扩大水的波及体积，还能抑制底水锥进［7］。

表4 无夹层时正交试验结果Table 4 Orthogonal test results without interlayers

2.3 夹层特性的影响

Influential laws of interlayer properties

分析夹层位置、夹层大小以及夹层渗透率等夹层特性对含水上升规律的影响时，各因素及水平参数见表5。夹层位置示意图见图5。对不同参数组合的16组试验进行数值模拟计算，各组试验中夹层厚度均为1.5 m，试验指标为无水采出程度，结果较大时为较优水平。表6试验结果表明，夹层特性对含水上升影响程度由强到弱依次为夹层位置、夹层渗透率和夹层大小。

图3 油水黏度比对含水上升的影响Fig. 3 Effect of oil/water viscosity ratio on water cut rising

图4 定液量对含水上升的影响Fig. 4 Effect of certain liquid volume on water cut rising

表5 夹层特性因素与水平Table 5 Interlayer property factors and their levels

图5 夹层位置示意图Fig. 5 Schematic position of interlayers

各因素对含水上升规律的影响分别为：（1）夹层位于油水界面之下时对含水变化影响较小，夹层位于射孔底部至油水界面范围内时，无水采出程度大幅度提高。由正交试验结果以及图6可知，当夹层位于油水界面时为较优水平，主要由于正韵律储层下部渗透率比较高，底水锥进速度较快，夹层位于这些高渗透率部位时可以有效减缓底水锥进。（2）夹层渗透率越小，无水采出程度越高。但是当夹层渗透率为0时，阻挡底水锥进的同时，底水也不能为油层开采提供能量，会使最终采出程度下降。（3）夹层大小显著影响无水采出程度，夹层越大对底水锥进的抑制作用越强，从而无水采出程度越高。单因素分析夹层特性对含水上升的影响见图6～8。

表6 夹层特性正交试验结果Table 6 Orthogonal test results of interlayer properties

图6 夹层位置对含水上升的影响Fig. 6 Effect of interlayer position on water cut rising

图7 夹层渗透率对含水上升的影响Fig. 7 Effect of interlayer permeability on water cut rising

图8 夹层大小对含水上升的影响Fig. 8 Effect of interlayer size on water cut rising

夹层存在时的无水采出程度比无夹层时高，一是因为水锥的难度加大导致的水锥速度减小，二是因为水锥的路径变长导致的水锥时间延长［12］。利用隔夹层阻隔底水可延缓底水锥进，实现底水油田有效开发［13］。在油藏实际开采过程中可以通过合理利用天然夹层或设置人工夹层来减缓含水上升。

2.4 含水上升规律与影响因素的对应关系

Corresponding relationships between water cut rising laws and influential factors

实际生产中，油井的含水上升规律受多种因素共同影响，根据5种含水上升规律的特点，结合正交试验结果，得到不同含水上升规律与影响因素的对应关系，根据表7可以判断油井的含水上升规律。

表7 含水上升规律与影响因素的对应关系Table 7 Corresponding relationships between water cut rising laws and influential factors

3 结论

Conclusions

（1）利用线性回归方法，结合X区块实际生产数据，确定了区块整体含水上升规律为“S”型；根据油井含水率随时间的变化，将区块所有单井含水上升规律划分为缓斜坡型、反“Z”型、“Γ”型、高波浪型和低波浪型5类，结合量化指标，分析得到各种类型含水上升规律的特点。通过归纳总结得出“Γ”型和高波浪型是X区块单井含水上升的主要规律。

（2）以X区块的地质资料为基础，采用正交试验方法研究正韵律底水油藏含水上升影响因素，当不存在夹层时，各因素对含水上升的影响从强到弱依次为油水黏度比、打开程度、垂直水平渗透率比值、水体大小、定液量；当只研究夹层特性时，夹层特性对含水上升的影响从强到弱依次为夹层位置、夹层渗透率和夹层大小。

（3）含水上升规律与正交试验结果有助于在开采底水油藏过程中抓住主要因素，对单井进行分类治理以减缓含水上升，最大程度提高采收率，对于X底水油藏高效开发具有重要意义。

［1］李传亮，朱苏阳. 关于油藏含水上升规律的若干问题［J］. 岩性油气藏，2016，28（3）：1-5.

LI Chuanliang, ZHU Suyang. Some topics about water cut rising rule in reservoirs［J］. Lithologic Reservoirs,2016, 28（3）: 1-5.

［2］杜殿发，王玉靖，侯加根，姬承伟，雷英，贾洪亮.薄层边底水油藏水淹模式——以陆梁油田陆9井区呼二三油藏为例［J］. 油气地质与采收率，2012，19（5）：91-93.

DU Dianfa, WANG Yujing, HOU Jiagen, JI Chengwei,LEI Ying, JIA Hongliang. Study on water flooding pattern of thin-layered reservoirs with edge and bottom water-case of K1h23 reservoir of Lu9 wellblock in Luliang oilfield［J］. Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 2012,19（5）: 91-93.

［3］潘有军，徐赢，吴美娥，张中劲. 牛圈湖区块西山窑组油藏含水上升规律及控水对策研究［J］. 岩性油气藏，2014，26（5）：113-118.

PAN Youjun, XU Ying, WU Meie, ZHANG Zhongjin.Water cut rising rules and water control countermeasures of reservoir of Xishanyao Formation in Niuquanhu block［J］. Lithologic Reservoirs, 2014, 26（5）: 113-118.

［4］邹存友，于立君. 中国水驱砂岩油田含水与采出程度的量化关系［J］. 石油学报，2012，33（2）：288-292.

ZOU Cunyou, YU Lijun. A quantization relationship between water cut and degree of reservoir recovery for waterflooding sandstone reservoirs in China［J］. Acta petrolei Sinica, 2012, 33（2）: 288-292.

［5］徐赢，潘有军，周荣萍，吴迪，蒲玉娥，肖露. 油田注水开发期含水率随时间变化规律研究［J］. 岩性油气藏，2016，28（4）：127-132.

XU Ying, PAN Youjun, ZHOU Rongping, WU Di,PU Yue, XIAO Lu. Water cut change law with time in waterflooding oilfield［J］. Lithologic Reservoirs, 2016,28（4）: 127-132.

［6］周代余，江同文，冯积累，卞万江，刘勇. 底水油藏水平井水淹动态和水淹模式研究［J］. 石油学报，2004，25（6）：73-77.

ZHOU Daiyu, JIANG Tongwen, FENG Jilei, BIAN Wanjiang, LIU Yong. Waterflooding performance and pattern in horizontal well with bottom water reservoir［J］.Acta petrolei Sinica, 2004, 25（6）: 73-77.

［7］喻高明，凌建军，蒋明煊，刘德华. 砂岩底水油藏开采机理及开发策略［J］. 石油学报，1997，18（2）：64-68.

YU Gaoming, LING Jianjun, JIANG Mingxuan, LIU Dehua. Production mechanism and development tactics on sandstone reservoirs with bottom water［J］. Acta petrolei Sinica, 1997, 18（2）: 64-68.

［8］ELKADDIFI K, SHIRIF E, AYUB M, HENNI A .Bottom-water Reservoirs: Simulation Approach ［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology, 2008, 47（2）:38-43.

［9］赵伦，陈希，陈礼，曹仁义，张祥忠，刘佳，单发超. 采油速度对不同黏度均质油藏水驱特征的影响［J］. 石油勘探与开发，2015，42（3）：352-357.

ZHAO Lun, CHEN Xi, CHEN Li, CAO Renyi, ZHANG Xiangzhong, LIU Jia, SHAN Fachao. Effects of oil recovery rate on water-flooding of homogeneous reservoirs of different oil viscosity［J］. Petrolem Exploration and Development, 2015, 42（3）: 352-357.

［10］ZHAO G, ZHOU J, LIU X. An Insight Into the Development of Bottom Water Reservoirs［J］. Journal of Canadian Petroleum Technology, 2006, 45（4）: 22-30.

［11］万吉业.水驱油田的驱替系列及其应用(Ⅰ)［J］.石油勘探与开发，1982，9（6）：65-72.

WAN Jiye. A series of displacement characteristic curve and its application on the prediction performance of waterflood oil reservoirs(Ⅰ)［J］. Petrolem Exploration and Development, 1982, 9（6）: 65-72.

［12］李传亮.油藏工程原理［M］.北京：石油工业出版社，2012：363-368.

LI Chuanliang. Reservoir engineering theory［M］.Beijing: Petroleum Industry Press, 2012: 363-368.

［13］穆龙新，王瑞峰，吴向红. 苏丹地区砂岩油藏衰竭式开发特征及影响因素［J］. 石油勘探与开发，2015，42（3）：347-351.

MU Longxin, WANG Ruifeng, WU Xianghong. Development features and affecting factors of natural depletion of sandstone reservoirs in Sudan［J］. Petrolem Exploration and Development, 2015, 42（3）: 347-351.