聚驱后优势渗流通道流线数值模拟识别方法的建立及应用

闫 坤，韩培慧 ，，曹瑞波，佟 卉

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163000；2.中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

经过长期注水开发的非均质油藏开展聚合物驱后，油层层间、层内矛盾在水驱基础上进一步加剧，油层孔隙结构发生了较大变化，造成渗透率增大，孔隙喉道半径增大，从而在油层中发展成以高渗透性和低残余油饱和度为特征的优势渗流通道[1-6]。沿此通道形成明显的优势渗流，导致注入液低效无效循环[7-12]，为进一步开展聚驱后油层开发带来了挑战。因此，准确识别、高效封堵聚驱后油层优势渗流通道至关重要。对于优势渗流通道的识别技术，国内学者开展了大量的研究。曾流芳等首次将大孔道的形成与地层出砂结合进行研究，用灰色关联和常规动态的资料对大孔道识别进行描述[13]。赵永强等应用放射性同位素示踪剂技术研究油水井间高渗透层，根据分析结果绘制出示踪剂的产出曲线，对曲线进行分析，解释测试井区储层的非均质情况，达到识别优势渗流通道的目的[14]。李科星认为利用大量的取心资料可以描述储层非均质情况，提出通过观察岩心的岩性、颜色、含油性可以识别优势渗流通道[15]。总体来说，上述研究均处于定性研究阶段，且测试或取心费用高昂。为了克服上述常规识别方法存在的问题，创新应用流线数值模拟技术[16]，建立了优势渗流通道综合识别指数数学模型，可实现优势渗流通道快速、准确识别，且费用低廉。

1 流线数值模拟识别方法的建立

1.1 精细地质模型的建立

以大庆油田北二西东块聚驱开发区为研究平台，该区块为流线数值模拟识别方法的建立提供基础数据。为了精准描述油层渗流场，建立了北二西东块地质模型。区块面积7.63 km2，目的层油水井143口，地质模型网格划分为245×125×18=551 250个网格节点，采用了该区块已有的979口井的地质资料，地质模型将PI组6个自然沉积单元进一步细分为18个模拟层，平面网格步长由常规模拟的50 m左右缩小为20 m，以确保满足精细刻画平面和纵向优势渗流通道分布的要求。

1.2 渗透率时变模型的建立

取心井数据分析表明（图1），聚驱后渗透率较聚驱前明显增加，在粒度中值为0.1 mm到0.15 mm的区间内，聚驱前后渗透率的增加幅度最大，当粒度中值越大（大于0.15 mm）和粒度中值越小（小于0.1 mm）时，渗透率也在增加，但增加的幅度向两侧呈现减小趋势。

渗透率时变模型建立的基本思想就是建立多孔介质的孔隙度与渗透率在不同时间段的对应关系，或者是建立多孔介质的喉道半径与渗透率在不同时间段的对应关系。依据取心井数据分析结果，建立了研究区块细分5个级别的渗透率时变关系图版，在数值模拟历史拟合过程按照这一关系图版修正油藏渗透率。

依据渗透率与喉道半径关系理论结合取心井资料，建立了渗透率时变模型。从微观孔隙到微观渗透率，建立渗透率与喉道半径的关系式：

式中：R为喉道水力半径，为喉道半径的1/2，μm；f1'(s为)喉道无量纲因子；f2('s为)孔隙度因子。

式中：K1为原始渗透率场，μm2；r1为原始喉道半径，μm。

式中：K2为某一时刻的渗透率场，μm2；r2为改变后某一时刻喉道半径，μm；r2＞r1，r2是时间的函数。

平均渗透率增加：

1.3 利用流线数值模拟器进行历史拟合

依据渗透率时变关系，利用流线数值模拟器准确拟合了北二西东块聚驱开发历史，为优势渗流通道量化提供了基础数据。通过全区开发历史拟合曲线对比表明（图2），考虑了渗透率时变模型的聚驱开发历史拟合效果更好，单井符合率85%以上。同时，流线数值模拟器计算的含油饱和度与密闭取心井实测含油饱和度对比变化趋势基本一致，表明流线数值模拟方法比较准确刻画了水驱和聚驱流体动态变化规律。

图2 全区开发历史拟合结果对比Fig.2 Comparison of development history fitting results in whole region

1.4 优势渗流通道综合识别指数数学模型的建立

由于优势渗流通道的形成是长期对油藏改造的结果，因此，优势渗流通道定量表征参数应具有可累积，可量化的属性，能从动静时空方面量化识别优势渗流通道。选取了井间过水倍数、渗透率变化值、注水效率和含水饱和度作为关键参数。井间过水倍数体现了注入水体流动的方向性，渗透率变化值表示了储层物性内在变化性，注水效率代表注入流体油藏波及性，含油饱和度表示了变化发生时间和程度。上述关键参数反映了流体在油藏中渗流特征，从动静时空方面综合描述了优势渗流通道性质。

针对研究区块五点法井网每个存在受效关系注采井对，为每个油层定义综合识别指数，描述优势渗流通道发育程度，第i个井对第j层综合识别指数是井间过水倍数、渗透率变化值、注水效率和含水饱和度函数，建立优势渗流通道综合识别指数数学模型为：

式中：dk，ij为第i个井对第j层k个关键参数标准化值，无因次；λk，ij为第i个井对第j层第k个关键参数权重系数，无因次；Eij为第i个井对第j层综合识别指数，无因次。

根据初值迭代方法结合专家经验给出了关键参数权重，关键参数权重确定见表1。通过综合识别指数数学模型计算得出研究区块第i个井对第j层综合识别指数，作为考虑多因素综合影响后优势渗流通道识别指标，按照综合识别指数大小，对北二西东块聚驱开发区所有注井对包含的油层确定划分了4个优势渗流通道级别（表2）。

表1 关键参数确定Table1 Determination of key parameters

表2 优势渗流通道划分级别Table2 Rank of preferential seepage channels

2 应用实例

为了验证基于流线数值模拟技术的优势渗流通道综合识别指数数学模型的准确性，应用该方法计算了北二西东块不同开发阶段优势渗流通道综合识别指数，并与实际吸水剖面测试资料进行对比（图3）。对比结果表明，新方法计算值与实测结果高度吻合，如1996年，计算的PI222和PI312、PI32单元综合识别指数处于强优势渗流通道范围（＞0.6），而吸水剖面测试曲线显示在上述层位吸水量明显增大，表明建立的方法能够准确识别聚驱后优势渗流通道分布部位。

通过该方法计算了北二西东块不同开发阶段优势渗流通道综合识别指数量化演变过程。计算结果绘制栅状图（图4）。从图4可以看出，1994年注聚前，由于经历了近30年的水驱开发，油藏局部存在优势渗流通道，形成低效、无效循环。该区块1996年注聚合物，2001年聚驱处于含水低值期，由于聚合物增加水相黏度和滞留引起油层渗透率下降产生的剖面调整作用，与注聚前相比，综合识别指数总体处于小于0.3的范围，优势渗流通道得到明显控制。2003年处于注聚后期，由于产油高峰期已过，油水相对流动能力发生了改变，局部区域出现优势渗流通道，需要采取调剖控水措施。2013年已进行后续水驱10年，强优势渗流通道大面积发育，经统计，全区共1 286个井对层，其中优势渗流通道井对层356个，所占比例27.7%，优势渗流通道厚度比例占总厚度的18.5%。

图3 B2-5-P36井不同时期优势渗流通道与实际剖面测试结果对比Fig.3 Comparison of dominant seepage channels with actual profile test results in different stages of well B2-5-P36

图4 北二西东块不同开发阶段优势渗流通道综合识别指数空间分布Fig.4 Composite identification index distribution of dominant seepage channels in B2D block at different development stages

典型区块研究结果表明，建立的新方法可准确识别和量化优势渗流通道的时空演化过程，该方法克服了常规方法需要连续测试资料、耗费高的问题，具有快速、准确、价格低廉的优点。

3 结论

1）聚驱后优势渗流通道高度发育，致使低效、无效循环严重，是制约聚驱后进一步提高采收率的技术瓶颈之一。

2）依据典型聚驱区块开发数据，建立地质模型，筛选了描述优势渗流通道的关键参数，建立了渗透率时变模型和综合识别指数数学模型，建立了基于流线数值模拟技术的优势渗流通道识别方法，为快速识别优势渗流通道提供了工具。

3）典型区块计算结果表明，基于流线数值模拟技术的优势渗流通道识别方法与实测数据高度吻合。