基于物性及压降速率的新型压力指数研究与应用

2021-03-08张志军张维易华科良

复杂油气藏 2021年4期

张志军，张维易，魏俊，华科良，李芳，徐浩

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

我国大多数油田在利用天然能量生产后，转为注水开发，即二次采油。由于地下储层及流体的非均质性，以及生产制度的差异，导致注入水沿着某些高渗通道突进而造成注水利用率低。因此需要针对注入突进的井组开展调剖作业［1-6］，封堵高渗通道，扩大注入水的波及效率，进而提高采收率。而如何进行调剖井组筛选，是油藏工作者研究的课题之一，也是决定调剖效果的关键因素之一。

赵福麟［7］提出利用压力指数PI、FD来指导调剖选井，该方法虽然简单但存在数值范围小、可比性差、易引起误判、受测试计算时间影响大等问题。李宜坤等［8］提出修正注水井PI与地层参数和流体物性参数方法，但未考虑压降速率对压力指数值的影响，且受选取时间对压力指数的影响。陈存良等［9-10］虽完善了压力指数，但并未考虑储层物性及注入流体性质对压力指数的影响。其他学者通过模糊综合评判法［11］、数值模拟［12］等方法指导调剖选井，虽然选井的准确性增强，但操作复杂，可操作性大大降低。本文综合目前调剖选井决策方法，从常规PI决策技术出发，提出了一种操作简单、考虑因素全面且操作性强的新型压力指数方法，能够更加准确地指导调剖选井。

1 常规决策技术存在的问题

PI 决策技术［13］是指通过测定注水井井口压降曲线来计算注水压力指数，其计算公式为:

考虑到进行区块整体评估时各井关井前注入参数差异较大，因此对PI决策技术进行修正，修正后的PI计算公式为:

FD 决策技术是在PI 决策技术的基础上进行求解，即

式中，PI为压力指数，MPa；p为注入井关井后的井口压力，MPa；t0为压降测试时间（通常取90 min），min；PI G为修正后的PI值，MPa；h为地层厚度，m；Q为关井前的注水量，m3/d；G为区块吸水强度平均值，m3/（d·m）；FD为充满度，无量纲；p0为关井前井口压力，MPa。

根据FD的计算公式（3）可知，FD＜1，即使两个PI值差异较大，FD值的差异也不明显，特别是对低渗透油藏，因此直接利用FD 决策技术来调剖选井存在较大误差。

而PI 决策法虽然计算值差异较易区分，但没有考虑储层的物性以及压降，很容易造成选井失误。如图1（a）、（b）所示。

当S1=S2时，由图1（a）PI决策法，PIw1＞PIw2，W2井需要调剖，图1（b）中的PIw1=PIw2，两井或同时调剖。然而实际上根据压降曲线变化趋势，W1 井压力降落速度更快，比较而言W1井更需要调剖。

当S1＞S2 时，W1 井压降曲线包围的面积大于W2 井，即W1 井对应的PI值大于W2 井，则W2 井需要调剖。但实际上由于W1 井的压降曲线变化剧烈，则W1井更应该调剖。

而只有当S1＜S2时，W1井压降曲线包围的面积小于W2 井，则W1 井更需要调剖，与利用PI决策的结论一致。

同时由图1（a）可以看出，选取不同的关井时间对PI值同样有较大影响。

图1 井口压降曲线示意（图中S1、S2分别表示W1、W2井压降曲线包络面积）

由以上条件分析可知:采用PI 决策技术指导调剖选井时，只有在部分情况下才能准确，在其他情况下容易造成选井偏离实际情况而达不到最优的调剖选井结果。因此需要完善PI决策技术，以更好地指导调剖选井工作。

2 新型计算方法的建立

基于前人研究成果可知:PI 方法仅考虑了压降曲线包络的面积及测试时间，未考虑压降变化速率，因此需要在新型决策方法上考虑压降速率对决策的影响。

根据前人认识，压力指数或压降曲线形态与储层渗透率呈反比关系，即渗透率越大，压力传播速度越快，压力指数越小；注入流体黏度越大，流动能力越低，压力传播越慢，其压力指数越大；注水强度越大，井口及近井附近压力越高，其压力指数越大；而压降速率变化越快，说明压降曲线越陡，其压力指数越小。

因此结合储层物性、注入流体黏度、注水强度、压降速率及PI 决策方法，建立一种新型压力指数NPI:

式中，Q为关井前注入量，m3/d；μ为注入流体黏度，mPa·s；k为吸水段储层渗透率，10-3μm2；h为吸水段储层有效厚度，m；pc为关井至tc时井口压力，MPa。

需要说明的是，公式（4）中的渗透率和有效厚度并不是射孔段的全部数据，而是该井实际吸水层位对应的渗透率与有效厚度。若直接采用射孔段的数据，势必会造成计算结果偏大而影响井组筛选。

对于注水井，注入流体黏度即为水的地下黏度；而对于化学驱注入井，注入流体黏度为化学药剂溶液地下黏度，这里采用张志军等［14］的聚合物地下黏度求解方法，即

由此可以得出:对于注水井，新型压力指数NPI为:

对于化学驱注入井，新型压力指数NPI为:

对存在水/化学驱干扰的区块进行调剖选井时，需要根据注入流体的差异选择合适的公式予以计算和筛选。

新型压力指数既考虑了储层及流体物性，又考虑了压降速率，同时规避了测试时间和测试前排量带来的影响，有效规避了常规压力指数PI、充满度FD及已有成果中的计算复杂性，能更加准确地指导调剖选井。

3 实例应用

渤海Z 油田是河流三角洲沉积复合体，储层非均质严重，地下原油黏度80～150 mPa·s。由于地下原油黏度较大，常规水驱动用储量较难，因此近年来在部分区域开展化学驱先导试验，通过增大驱替相流度来扩大波及。为提高试验效果，需要对区块内的注入井进行选择性调剖，以抑制窜流对开发效果的影响，其余区域进行水驱。以下是针对化学驱及水驱区块开展新型压力指数的矿场验证。

3.1 水驱区块

Z 油田C 区块投产早，目前该区块整体高含水，需要稳油控水措施。为筛选出优先实施整体调剖的目标井组，利用C 区注入井压降曲线，结合PI、FD决策及新型压力指数方法，筛选出亟需稳油控水的目标井组。区块吸水强度平均值为10.57 m3/（d·m）。C区块各评价方法结果见表1。

对比表1 中FD 评价方法可知，C 区块各井FD值差异小，无法利用FD值结论进行井组筛选，这也与前文的论述相一致。

对比表1中PI决策方法与新型压力指数决策方法可知:二者的结论大部分一致，仅C9、C12 井结论不一致，现针对C9、C12 井进行分析。两口井压降曲线如图2所示。

表1 C区块不同方法调剖选井决策对比

由图2可知:测试初始阶段，C12井较C9井压力下降速度更快；测试后期C12井压力明显再次下降，而C9 井压力趋于稳定。由井组受益井动态可知，C12 井组含水85%，且部分受益井含水上升速度明显高于C9 井组。因此C12 井较C9 井更应进行调剖。综上可知，新型压力指数决策方法与现场分析结果一致性更强，说明NPI决策方法更加合理，对矿场的指导性更强。

图2 渤海Z油田C9、C12井压降曲线

根据筛选结果，推荐C12、C14、C57 三口井进行调剖作业。调剖作业后，调剖前后三口井PI值及NPI值见表2。由表2 可知，调剖后封堵效果较好，压力指数均有大幅提高。

表2 调剖前后三口井PI值及NPI值

三个井组均有降水增油效果，截至目前增油4 775 m3，典型受益井降水幅度5%，日增油幅度8.3 m3/d，因调剖作业刚完成，调剖最大效果待进一步观察。典型受益井生产曲线如图3所示。

图3 C区调剖典型受益井生产曲线

3.2 水/化学驱区块

Z 油田D 区块自2018 年D6、D11 井开始进行化学驱技术，但随着作业的继续，区块内已存在含水上升速度过快、产剂浓度过高等现象，因此需要对区块进行选井调剖。区块吸水强度平均值9.81 m3/（d·m）。由于注入流体的变化，其地下黏度必然存在差异，因此在进行新公式验证前，需求解化学药剂的地下黏度。根据文献［14］的方法，以注液量的对数为横坐标，以井口压力与注入量的比值为纵坐标，进行线性拟合，求得D6井注入流体的地下黏度为1.89。

利用试验区块的井口压降曲线，分别利用PI 决策技术和新型NPI 方法进行了调剖选井决策，各井参数计算结果见表3。

表3 D区块不同方法调剖选井决策对比

根据决策结论，新型NPI 方法与PI 决策技术结论基本一致，仅在D13 井的评判时存在问题，因此针对D6、D11、D13 井进行分析。由图4 可知，三口井中D6、D13 井压力初始下降速度快，且随着关井的继续，D13 井压力降幅更大，直至测试结束，D13井压力仍是三口井中的最低值，因此相对于D6、D11井，D13井更应进行调剖。推荐D13、D6、D11井组开展调剖作业，为保证化学驱效果，结合矿场现状，先对D6井进行调剖，下一步再对D13、D11井调剖。