苏北盆地复杂断块油藏多夹层模式划分及控油规律

王智林， 刘炳官， 尤启东， 孔维军， 张建宁

(1.中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院， 扬州225009；2.中国石化江苏油田分公司勘探开发管理部， 扬州 225009； 3.中国石化江苏油田分公司采油一厂，江都 225265)

油藏进入开发后期高含水阶段时剩余油分布受诸多因素影响，其中，夹层所形成的渗流屏障和渗流差异是影响剩余油分布以及水驱油藏开发的重要因素[1-2]。复杂断块油藏由于其含油层系多，储层厚度差异大的地质特征，在不同的夹层分布形态下，剩余油的分布更加复杂[3-5]。

Pooladi-Darvish等[6]基于二维数值模型研究了气顶及底水油藏中，夹层连续性对蒸汽辅助重力泄油(SAGD)生产规律的影响。Ipek等[7]通过数值模拟研究了在SAGD开发中，通过循环压力操作提高油藏渗透率的可行性。岳大力[8]采用水驱油实验，总结了夹层长度、注采井与夹层位置关系、射孔位置等因素对剩余油分布的影响。屈亚光等[9]基于理想层内夹层模型，研究了夹层对韵律性储层射孔位置的影响，夹层分布位置及范围对反韵律储层水驱效果的影响。刘超等[10]采用数值模拟方法研究了夹层规模、发育位置对海上厚层剩余油分布的影响。李红英等[11]通过室内实验对比了注水井和采油井钻遇夹层条件下聚合物驱剩余油分布的异同。周凤军等[12]利用岩心驱替研究了不同韵律底层对早期注聚剩余油分布及生产动态的影响。李巍[13]基于包含两个不连续隔层的理论模型研究了SAGD过程中夹隔层对蒸汽腔的扩展规律、含水率以及开采程度的影响。吴光焕[14]根据夹层厚度、位置、渗透率及面积的不同建立了17个单夹层模型，通过数值模拟研究了不同模型对于蒸汽辅助重力泄油效果的影响。但上述研究均采用发育单个夹层的模型，没有考虑到多个夹层共同作用下对于剩余油分布的综合影响，也难以体现出复杂断块油藏含油层系薄但发育夹层多的地层特征。首先通过井间连续多夹层理论模型研究了多夹层性质对剩余油分布的影响，基于此进一步建立了注采井分别钻遇不同类型多夹层的16种井间驱替模型，然后归纳典型类型，总结了“多驱少”和“少驱多”型储层的剩余油分布规律，以期为复杂断块多夹层油藏水驱剩余油分布的预测及不同夹层类型储层的差异化挖潜提供理论指导和借鉴意义。该方法可有效解决当前研究所用单夹层模型预测剩余油可靠性不足的问题，更准确地模拟实际复杂断块油藏中的多夹层分布模式及其控油规律。

1 复杂断块油藏多夹层驱替模式分类及表征

1.1 复杂断块多夹层储层夹层模式划分

以J油田为例，根据统计成果，以夹层形式存在的小层最多有四个砂体。由此建立垂向夹层分布类型及驱替模式，建立A、B、C、D、E、F、G、H共计8种夹层垂向分布类型，如图1所示。其中，B、C、D均属于三砂体模型，E、F、G属于两砂体模型，H属于单砂体模型。通过数模对比发现B、C、D三种类型和E、F、G三种类型的剩余油分布及采出程度相差不大，因此将上述夹层分布类型归纳为Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ四种分布模式。

图1 基础夹层分布模式划分与归纳Fig.1 The division and classification of basic interlayer distribution pattern

1.2 复杂断块油藏注采井间多夹层驱替模式建立

以一注一采的基础驱替单元来看，注入井和采出井钻遇的夹层类型都无外乎这四种模式，则注采井间夹层匹配关系可总结为16种垂向夹层驱替模式，如表1所示。16种模式中，基本型共6种，必然组合型，由基本型模式组合形成，共4种，其余6种经分析也可由基本组合模式构成。因此，将注采井间夹层驱替模式可简化为6种基本模式。

表1 井间夹层驱替模式

2 典型夹层模式控油规律对比

首先基于典型模型对比了夹层数目、发育规模、展布位置等因素对剩余油分布模式及开发动态特征的控制作用。

2.1 夹层数目的影响

分别设计了夹层规模为贯通注采井，夹层厚度为砂层厚度的1/10，夹层数目为1、2、3、4的对比方案，水驱结束时饱和度分布如图2所示。

由图2可见，单夹层模型的剩余油分布受重力分异和夹层隔挡作用共同控制。夹层将整个砂体划分为夹层上下两个流动单元，注入水相由于重力作用沿油层下部突进，也使得上下两个单元的吸水量，波及系数以及采收率均表现出明显的差异性。仅从“夹层上”流动单元来看，剩余油的分布同样受到重力作用影响，单元内各纵向小层(网格)的水驱前缘呈阶梯状突进。这种“阶梯状”是由于网格计算的离散性带来的，推测在一个真实的均质储层中，其水线的突进应为由上至下逐级递进且前缘为连续变化[10]。从整个模型的剖面上来看，若夹层不存在，整个模型的水线突进也应符合上述规律。再对比单夹层模型的水线前缘形态，可以看出，夹层的隔挡进一步加剧了重力分异带来的吸水剖面的非均质性。

图2 不同夹层数目下的剩余油分布Fig.2 Effects of interlayer numbers on residual oil distribution

对比“全夹层”(贯通注采井)模式下不同数量夹层剩余油分布，随夹层数增多，吸水剖面的均匀程度明显升高，即夹层的发育抑制了水线突进及其导致的波及效率的非均质性。并且在多夹层储层中剩余油的富集部位都是在夹层下缘。对比单夹层的剩余油分布，夹层增多起到了切割水相前缘的作用，缓解了相邻流动单元间差异性。一方面均匀了前缘水线，增大了储层的纵向波及系数，因此一旦见水即为全井段的见水，故含水率较高；另一方面也使得剩余油的富集程度逐渐降低(图3)。需要说明的是，在实际的剩余油挖潜工作中，多夹层的剩余油分布也变得更加零散，这会一定程度增大剩余油动用的难度[15]。

图3 夹层数量对含水率和纵向波及系数的影响Fig.3 Effect of interlayer number on water-cut and vertical sweep efficiency

2.2 夹层规模的影响

基于单夹层模型，设计了夹层长度(无因次)分别为0.2、0.4、0.6、0.8四组方案，夹层位于储层中部，相同注采条件下水驱结束时饱和度分布如图4所示。

图4 不同夹层规模下的剩余油分布Fig.4 Effects of interlayer size on residual oil distribution

由图4可见，夹层规模越大，水线前缘及吸水剖面越均匀。分析认为，夹层的存在一定程度上抑制了夹层上水相由于重力作用引起的向下运移，存在一个“导流”作用，并且夹层规模越大，这种“导流”作用越显著，对应夹层同水平位置的剩余油被波及范围越大，剩余油富集程度越低[16]。夹层无因次长度较小时，砂体中下部水淹程度严重，上部剩余油较为富集；夹层无因次长度较大时，夹层纵向遮挡作用增强，剩余油主要富集在储层顶部及夹层下缘。即夹层规模越大，纵向波及系数越大。但当夹层无因次长度大于0.6时，纵向波及系数随夹层规模增大趋势明显变缓，即当夹层规模大到一定程度后，其对于剩余油分布的影响作用就会减弱。同时由于夹层的“导流”作用，生产井底的水相“点突破”变为长井段“线突破”，最终含水率也随之小幅增加(图5)。此外，即使夹层长度为0.2，其最终的纵向波及系数也要高于2.1中的单夹层模式。这也验证了上文中，“单夹层模式下夹层会加剧重力分异引起的低部位水相突进”的结论。

图5 夹层规模对含水率和纵向波及系数的影响Fig.5 Effect of interlayer size on water-cut and vertical sweep efficiency

2.3 夹层展布位置的影响

设计了夹层位于储层上部、中部及下部三种夹层模型，水驱结束时各方案饱和度分布如图6(a)所示。夹层位置越低，纵向上吸水剖面、水相波及的非均质性就越强，水驱开发效果越差，剩余油的富集程度越高。夹层位置处于储层下部时，其水平方向已经远低于剩余油富集区，很难分割动用剩余油，对水相向下运移的抑制作用降低，起不到均匀水线，增大波及的作用[17]。夹层位于高部位时，就直接分割剩余油富集区，通过“导流”作用增大剩余油动用效果。此时剩余油的富集位置主要是油层的顶部及夹层的下部。因此，当夹层位于上部时，砂体中上部波及较为均匀，最终的含水率较高；当夹层位于下部时，其纵向阻隔作用减弱，纵向波及系数也最低[见图6(b)]。

图6 夹层展布位置对开发效果的影响Fig.6 Effects of interlayer position on oil recovery performance

3 高含水复杂断块油藏多夹层控油模式

3.1 目标区块物性及机理模型建立

3.2 “多驱少”型夹层驱替模式

在1.2节中的6种基本注采井间多夹层驱替模式中，将Ⅱ-Ⅰ型、Ⅲ-Ⅰ型、Ⅳ-Ⅰ型三种模式归纳为“多驱少”型驱替模式，并以Ⅰ-Ⅰ型为基础对比模式。对比四种模式下剩余油分布形态，水驱至极限含水率时的剩余油饱和度分布如图7所示。

由图7可见，随夹层数量的增加，由于生产井周无隔层的影响，近生产井端剩余油受重力作用，储层底部垂向指进特征显著[18]。虽然近生产井端无夹层直接影响，但远端夹层的遮挡与“导流”作用仍使生产井端剩余油区出现明显的分段特征。纵向上，各“分段”内也表现出水相受重力向下部运移的特征，使得储层下部水淹最为严重[19]。总体上水相前缘则呈现分段指进的特征，对比各分段的剩余油区长度，由上至下逐级变短。分析认为，由于重力的作用，注入水在近注入井区域内就形成了上少下多的层内分流特征，在夹层的“引导”下，驱替至生产井端的水量保持了这种纵向上的差异性，导致剩余油的范围反过来表现为上多下少。从四种多驱少型剩余油富集区位置来看，剩余油主要集中在油井附近且距离储层顶面约3/4范围内。在重力分异和夹层隔挡双重作用下，剩余油的分布规律可以描述为“层间分段，逐级递减”。

图7 “多驱少”型驱替模式剩余油分布Fig.7 Residual oil distribution of more to less displacement mode

3.3 “少驱多”型夹层驱替模式

在6种井间夹层驱替模式中，将Ⅰ-Ⅱ型、Ⅰ-Ⅲ型、Ⅰ-Ⅳ型归纳为少驱多型，同样以Ⅰ-Ⅰ型模型为基础对比方案。对比四种模式下的剩余油分布，结果如图8所示。对于“少驱多”型的夹层模式，夹层直接分割剩余油区，近生产井端被分割成了多个流动单元。各流动单元内，重力分异作用显现，剩余油集中在夹层间单砂体的上部紧贴夹层下缘的区域。在多夹层储层内部，夹层位置越低，其所分割的流动单元内的剩余油富集程度越低。从横向上的剩余油分布长度来看，由于注水井端无夹层的分割，纵向上各层水线密度的非均质性较“多驱少”型更强，横向剩余油区长度差异也更大。因此，对于该类夹层模式储层，上部夹层的剩余油比重更大，是挖潜措施的首要考虑对象。

图8 “少驱多”型驱替模式剩余油分布Fig.8 Residual oil distribution of less to more displacement mode

4 典型多夹层油藏剩余油挖潜对策

4.1 目标油藏驱替模式划分及剩余油潜力评价

将目标区31口井采用垂向驱替模式划分方法进行划分，并分别评价各砂体投产情况、砂体发育和动用潜力，结果如表2所示。

表2 C3油田代表井驱替模式划分及剩余油潜力评价

4.2 挖潜措施实施效果

考虑潜力层与目前开井情况，设计4口井9砂体的补层措施。高部位富集区采用300 m井距部署3口定向井以满足富集区剩余油挖潜需要。

5 结论

(1)在多夹层储层中，高含水期剩余油的分布受重力分异和夹层遮挡作用共同控制。发育单夹层的储层中，夹层的隔挡会一定程度上加剧重力分异引起的纵向剩余油分布及波及效率的非均质性。而在多夹层储层中，夹层的增多则会缓解这种非均质性。

(2)夹层存在时中高含水期易形成隔夹层共同遮挡型剩余油。随夹层数量增加，下部夹层形成的剩余油富集程度变差；随夹层规模的增大，夹层控制的剩余油规模变小；夹层位于油层下部时的剩余油富集规模要大于位于中上部。

(3)多夹层油层高含水期纵向上的剩余油分布规律为“层间分段，逐级递减”。“多驱少”型夹层模式下剩余油主要富集在储层上部及各夹层下缘位置，“少驱多”型夹层模式下剩余油集中在夹层间单砂体的上部，且相比“多驱少”型其上部夹层的剩余油比重更大，是剩余油挖潜的首要目标。夹层数量多于一定程度后，其水驱后的控油作用明显减弱。

(4)本文提出的多夹层驱替模式划分方法可作为高含水油藏剩余油分布快速预测的有效手段，为剩余油挖潜提供决策依据。