优势通道特征参数计算新方法的研究与应用

张 洁，石端胜，杨友国，袁伟杰，徐 浩，孟国平

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司 ，天津 300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

优势通道特征参数计算新方法的研究与应用

张 洁1，石端胜2，杨友国1，袁伟杰2，徐 浩2，孟国平1

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司 ，天津 300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

针对海上油田缺少测试资料,注水开发中后期优势水流通道普遍存在,注入水利用率低等问题，在充分利用油田生产动态资料的基础上，结合数值模拟方法提出了计算优势水流通道参数的新方法，为缺乏生产测试资料时优势水流通道参数的计算提供一定指导。根据该方法编制了优势水流通道定量描述软件，并利用该软件对海上某油田井组内的优势水流通道进行了定量计算，以验证该方法的准确性。结果表明，该方法简单实用、经济有效，可为调剖等工艺措施提供技术支持，具有较强的矿场应用价值。

优势水流通道 生产动态资料 特征参数 海上油田

由于油田天然的非均质性及长期的注水开发，部分注采井间会形成优势水流通道。油藏出现优势水流通道后，储层各方向的吸水能力严重不均，注水效率大大降低，油藏开发效果明显变差[1-7]。优势水流通道特征参数的准确计算对注水井调剖调驱和油井堵水措施具有重要的作用，能够为措施工艺方案设计和优化提供技术支持，确保措施成功率和效果，对油田的持续开发意义重大。从国内外研究现状来看，关于优势水流通道定性描述的研究较多[8-13]，而对优势水流通道特征参数计算方法很少。窦之林等[14]通过灰色理论判断优势水流通道，然后用概算法估算优势水流通道的渗透率和孔喉半径，该方法只是从生产井上考虑，没有考虑注入情况，并且只能用于一注一采的情况；冯其红等[15]用过量水模糊评判识别法定量描述优势水流通道，用模糊数学的方法将过量水劈分到各注采井间，然后计算出大孔道渗透率和孔道半径，该方法计算优势水流通道参数过程中，忽略了优势水流通道与非优势水流通道内流体流速的差异，使优势水流通道孔径与体积的计算结果可靠性低。因此笔者提出一种新的计算方法——生产动态资料法。结合油藏生产经验、国内外研究认识、理论分析和数值模拟研究结果，利用生产动态数据实现了生产测试资料缺乏时优势水流通道特征参数的计算。

1 计算方法

利用生产数据计算优势水流通道参数的思路如下：首先引入2个无因次量——发育强度和发育规模表征优势水流通道的渗透率和发育体积，并定义相对产液能力作为优势水流通道发育程度的动态响应指标；再通过数值模拟得到相对产液能力与发育强度和发育规模的关系曲线；进一步由实际油藏数据统计得到发育规模和发育强度之间的关系曲线；最后根据实际的生产数据，利用上述2个关系曲线求出优势水流通道的渗透率和体积，并利用Carman-Kozeny公式计算出优势水流通道的孔道半径，具体思路如图1所示。

图1 优势水流通道参数计算思路示意

1.1 无因次量

为了利用数值模拟方法研究动态指标与优势水流通道特征参数之间的关系，将优势水流通道特征参数中的孔径用等效渗透率来表征。孔隙渗流和洞流两种流动类型中，等效渗透率与孔径的转化关系如下。

孔隙渗流：

(1)

洞流：

(2)

为了使计算方法具有普适性，引入2个无因次量表征优势水流通道渗透率及发育体积：优势水流通道发育强度和发育规模，2个参数的定义式如下：

KR=Kd/K

(3)

δv=Vd/V

(4)

式中，Kl为等效渗透率，10-3μm2；φ为孔隙度；r为孔隙半径，μm；τ为迂曲度，d为孔隙直径，μm；δ为突出元突出高度；Kd为优势水流通道的渗透率；K为油藏平均渗透率；Vd为优势水流通道发育体积；为某注采方向的控制孔隙体积。

为了定量计算优势水流通道参数，需要建立开发动态指标与优势水流通道发育规模及发育强度的关系。油水井间若发育优势水流通道，油井的产液量及油水井注采压差会有明显的响应。优势水流通道的发育规模越大，强度越大，油井的产液量会越大，对应的注采压差越小。

1.2 典型模型特征曲线的建立

下面引入相对产液能力作为优势水流通道发育程度的动态响应指标，为计算优势水流通道渗透率及体积做准备。

1.2.1 相对产液能力与优势通道特征参数关系理论分析

通过一注一采单相平行流模型分析相对产液能力与优势水流通道特征参数的关系。优势水流通道不存在时，油井的产液量为：

(5)

将压力项移至左侧得

(6)

则未发育优势水流通道时油井的产液能力表示为：

(7)

优势水流通道存在时，油井的产液量为：

(8)

同样将压力项移到左侧得

(9)

则发育优势水流通道时油井的产液能力为：

(10)

计算相对产液能力：

(11)

式中：Q为无优势水流通道油井产液量，m3；Δp为注采压差，MPa；Ko为渗透率，10-3μm2；A为渗流面积，m2；L为注采井间距离，m；μl为流体粘度，mPa·s；Jo为产液指数，m3/(m·d·MPa)；Qd为存在优势水流通道油井产液量，m3；Δpd为存在优势水流通道注采压差，MPa；Jd为存在优势水流通道产液指数，m3/(m·d·MPa)；JR为比产液指数。

由上式可看出KR越大，发育规模δv越大，Jd/J。越大，即优势水流通道的渗透率越高，发育体积越大，油井的产液能力越强；当发育规模一定时，相对产液能力与发育强度成线性关系。

实际油藏中油井的相对产液能力与优势水流通道发育强度和发育规模的关系需要通过数值模拟做进一步研究。

1.2.2 数值模拟典型图版的建立

根据海上某油田的静动态资料，建立典型模型。油藏数值模型采用400 m井距五点井网。油层深度为1 500～1 700 m，油层平均孔隙度0.3，油层平均渗透率2 000×10-3μm2；平面网格数为81×81，步长10 m；纵向在优势水流通道区域分为3层网格，总厚度5 m。平面网格注入井按200 m3/d注水，4口生产井定压生产至稳定。在油水井I1与P4之间下部层位发育优势水流通道，如图2所示。

图2 注采井间发育优势水流通道数值模型

考虑优势水流通道的渗透率和发育范围，模型中优势水流通道发育强度和发育规模设置值如下，并由设置值的两两组合构造数值模型。

KR：1，2，3，4，5，8，10，12，15，18，20

δv：0.000 1，0.000 5，0.001，0.002，0.003，0.004，0.006，0.008，0.01

计算绘制不同优势水流通道发育强度和发育规模下，发育优势水流通道的油井相对产液能力曲线，如图3(左)所示。结合实际油田示踪剂解释结果，对图版进行校正，拟合后关系曲线如图3(右)所示。

图3 优势水流通道发育程度-油井相对产液能力关系曲线

由模型运行结果可以看出，发育规模一定时，发育强度越大，相对产液能力越大，发育强度一定时，随着发育规模的增加，相对产液能力也是增大的。

对于每一发育规模，用(12)式拟合相对产液能力与发育强度的关系曲线：

(12)

式中，a、b为关系式系数。

不同发育规模对应的系数见表1。

表1 不同发育规模的拟合系数

通过拟合得到的典型曲线，给定油井的相对产液能力，则可以得到一系列的优势水流通道的孔径和体积的组合。想要确定唯一的孔径和体积，则还需要一个条件进行求解。

1.3 优势水流通道渗透率与发育体积关系式的建立

利用某海上油田3个区块部分井组的示踪剂资料计算的优势水流通道特征参数：优势水流通道孔径(直径)和体积，根据孔径与渗透率的转化关系及发育强度和发育规模的定义式，求出对应的发育强度及发育规模，并将计算结果绘成散点图(见图4)。将优势水流通道的发育强度和发育规模进行统计拟合，发现两者满足关系式：

KR=0.375 5δv-0.546 7-3.53

(13)

图4 优势水流通道发育强度与发育规模关系曲线

由图4可以发现：优势水流通道渗透率与发育体积是负相关的。渗透率越大，发育的体积越小；渗透率越小，发育的体积越大，这与现场经验相符。并且实际区块的发育强度最大可达35，最小接近平均渗透率；发育规模从0.000 1到0.007不等，这个范围与数值模型中发育强度和发育规模的取值范围相符，从而也验证了数值模型选取参数的合理性和有效性。

1.4 具体求解步骤

(1)通过定性判别确定井组内优势水流通道发育的注采方向(确定油井pj)；

(2)由生产数据得到油井pj的产液量Qj，厚度hj和注采压差pj；

(3)由实际数据计算发育优势水流通道的油井的产液能力Jj；

(4)由实际数据计算正常油井的产液能力Jo；

(5)计算油井pj的相对产液能力Jj/Jo；

(6)由相对产液能力关系图版得到该相对产液能力下的优势水流通道发育规模δv和发育强度KR之间的关系曲线f1，如图5所示；

(7)结合统计分析得到的发育规模δv和发育强度KR之间的关系曲线f2，两线的交点对应的发育规模δv和KR发育强度即所求的值，如图5所示；

(8)优势水流通道发育体积Vd=δvV(V为注采方向控制孔隙体积)；

(9)优势水流通道的渗透率Kd=KRKo；

(10)将Kd代入孔隙渗流的渗透率和孔径关系式[16]得到孔道半径

(14)

式中，rd为孔道半径，μm。

图5 参数求解示意

1.5 优势水流通道软件

基于上述理论公式，结合C++编译优势水流通道软件，其操作界面包括定性判别、识别窗口和定量计算三块。

该软件计算方法采用模糊综合评判数学方法，将各静态因素的指标值FJi与其权值ωJi相乘并累加，其累加值记作FJ，叫做优势水流通道的静态判度；各动态因素的指标值FDi与其权值ωDi乘积的累加值记作FD，叫做优势水流通道的动态判度。

(15)

(16)

将静态判度FJ和动态判度FD分别与其权值ωJ和ωD相乘再求和，得到优势水流通道的综合判度FZ。

FZ=FJωJ+FDωD

(17)

本模型中取ωJ= 0.33，ωD= 0.67。

经全面分析研究，将不同地质和开发条件下油藏内的优势水流通道存在和发育程度分为4种类型，分别是：地层情况无异常、天然型优势水流通道、发展型优势水流通道和完全型优势水流通道。各类型优势水流通道特征见表2。

表2 不同类型优势水流通道特征

各类型判别标准见表3。

表3 各类型优势水流通道界限

2 应用实例

海上某油田为断裂背斜构造，属于浅水三角洲相沉积，河道规模小，平面上呈条带状分布。储集层平均孔隙度31%，平均渗透率2 715.5×10-3μm2，地下原油粘度为51～233 mPa·s，属特高孔高渗稠油油藏。E7井组2005年8月实施注水，注水后部分井表现出“见效快、见水快、见水后含水上升快、产量递减快”的特征，初步判定该井组存在优势水流通道。利用油田E7井组示踪剂测试前后(测试时间为2014年9月13日)的生产动态数据，根据前面介绍的判别方法，进行优势水流通道判别，并对该井组优势水流通道的体积和孔道半径进行计算，结果见表4～5。

表4 E7井组优势水流通道判别结论

表5 E7井组优势水流通道孔径和体积计算结果

由表4可知，利用优势水流通道软件判别结果与示踪剂测试解释结果相比，基本符合，表明生产资料法评判法得到的优势水流通道判别结果较为可靠。

由表5可知，两种计算方法的孔径和体积结果比较相近，且E7井与E4、E12和E18之间均形成了优势水流通道，其中E7与E4之间优势水流通道体积最大，E7与E18之间优势水流通道的孔道半径最大，急需治理。这点可由示踪剂测试E7～E18方向速度最快得到验证，计算结果与现场认识吻合，充分证明了该方法的合理性和有效性。因此本研究提出的计算方法能够比较可靠地计算注采井之间优势通道的特征参数，为调剖/调堵措施的实施提供指导。

3 结束语

(1)针对海上油田示踪剂、产吸剖面等测试资料缺失现状，在充分利用生产动态资料的基础上，结合数值模拟技术提出了优势水流通道参数的计算方法，建立了相关参数计算图版，在海上油田尚属首次。

(2)对海上某油田井组内优势水流通道的参数进行了定量计算，计算结果与现场认识吻合，验证了该方法的有效性和准确性。

(3)该方法充分利用了油田开发过程中的动态资料，并结合了现场实际的数据统计规律，简单实用、经济有效，能够为措施工艺方案的设计和优化提供技术支持，具有较强的矿场实用价值。

[1] 胡书勇，张烈辉，余华洁，等．油层大孔道调堵技术的发展及其展望[J]．钻采工艺，2006，29(6):117-120．

[2] 李继红，曲志浩，陈清华.注水开发对储层微观结构的影响[J]．石油实验地质，2001，23(4):424-428．

[3] 林玉保，贾忠伟，侯战捷，等.高含水后期油水微观渗流特征[J].大庆石油地质与开发，2014，33(1)：70-74.

[4] 刘景亮．玻璃板填砂模型大孔道形成过程模拟实验[J]．油气地质与采收率，2008，15(5):95-97．

[5] 尹淑敏.分流河道砂体注水开发过程储层参数变化特征[J].大庆石油地质与开发，2015，34(4)：69-72.

[6] 杨勇．正韵律厚油层优势渗流通道的形成条件与时机[J]．油气地质与采收率，2008，15(3):105-107．

[7] 刘天鹤,郭莉,左毅.高含水油田注水后油藏参数变化规律研究[J]．特种油气藏，2005，12(2):42-44．

[8] 胡书勇，张烈辉,罗建新，等.砂岩油藏大孔道的研究-回顾与展望[J]．特种油气藏，2006，13(6):10-14．

[9] 郝金克.利用无因次压力指数定性识别优势通道[J]．特种油气藏，2014，21(4):123-125．

[10] 孟凡顺，孙铁军，朱炎.利用常规测井资料识别砂岩储层大孔道方法研究[J]．中国海洋大学学报，2007，37(3):463-468．

[11] 史有刚，曾庆辉，周晓俊，等．大孔道试井理论解释模型[J]．石油钻采工艺，2003，25(3):48-50．

[12] 刘淑芬，梁继德.试井技术识别无效注采水循环通道方法探讨[J].油气井测试，2004，13(1):27-30．

[13] 高慧梅，姜汉桥，陈民峰．疏松砂岩油藏大孔道识别的典型曲线方法[J].石油天然气学报，2009，31(1):108-111．

[14] 窦之林，曾流芳，张志海，等．大孔道诊断和描述技术研究[J]．石油勘探与开发，2001，28(1):75-77．

[15] 冯其红，史树彬，王森，等.利用动态资料计算大孔道参数的方法[J].油气地质与采收率，2011，18(1):74-76+84+116.

[16] 秦积舜，李爱芬.油层物理学[M].东营:中国石油大学出版社，2006:131．

Anewmethodforcalculatingcharacteristicparametersofwaterdominantchannels

ZHANG Jie1，SHI Duansheng2，YANG Youguo1，YUAN Weijie2，XU Hao2,MENG Guoping1

(1.TianjinBranchofCNOOC(China)ltd．，Tianjin300452，China;2.CNOOCEngineeringTechnologyDrilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Aiming at the problems of lack of testing data, prevalent water dominant channels, and lower utilization of injection water in middle and later state of water flooding of offshore oilfield, a new method for calculating characteristic parameters of water dominant channels was proposed based on the production performance data and the numerical simulation technology. The method can provide references for calculating characteristic parameters of water dominant channels without enough testing data. According to the method, a set of software was developed, which can quantitatively describe the water dominant channels. To verify the accuracy of the method, the water dominant channels of one well group in a certain offshore oilfield was quantitatively described by the software. The calculation results indicated that the method is simple and useful and can provide a technical support for profile control having a strong actual application value.

water channel; production dynamic data; characteristic parameters of water channel; offshore oilfield

TE343

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.04.009

2017-03-06；改回日期2017-06-21。

张洁(1972—)，女，硕士，工程师，主要从事油藏动态研究与生产管理工作。E-mail：zhangjie10@cnooc.com.cn。

中海油总公司“海上聚合物驱增效工艺技术研究”(编号：CNOOC-KJ135KJXM NFGJ2016-04)。

(编辑 谢 葵)