多层水驱油藏层系划分优化及驱油效果预测方法

2021-06-15吴义志中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院山东东营257015

化工管理 2021年11期

吴义志(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257015)

0 引言

我国的油藏大部分属于陆相沉积的多层非均质油藏，由于层间固有的非均质和注采过程中层间渗流阻力的变化[1]，会导致各层吸水能力差异加剧和动用程度不均衡问题[2-3]。油田开发层系细分与组合是多层油藏改善层间动用程度差异的主要技术方法。而影响层系优化组合的因素较多，只有对关键的储层参数进行综合考虑和分析，才能科学合理地划分开发层系。

为了科学地划分开发层系，笔者运用k-means聚类方法[4]，将多层分均质储层进行合理的细分；以Buckley-Leverett水驱油理论为基础，运用油藏工程方法，推导了驱油前缘推进方程，建立了水驱突破前、后的采出程度的计算方法，对细分方案进行评价优选。本方法为多层非均质油藏细分层系和开发效果评价提供了科学依据和技术支持。

1 细分开发层系聚类方法

进入高含水期，开发层系划分方法中，通常需综合考虑动、静态油藏参数，根据油藏特点对建立不同参数的细分政策界限进行层系划分，但矿场实践中存在小层间不同参数相互影响，存在较强的主观性。

聚类分析法可以有效解决指标间相互不独立的多变量统计和分析问题。将一个小层作为一个样品，综合筛选主要表征参数，即观测指标有孔隙度、渗透率、地层压力和含油饱和度4个油藏参数，在最优分割的基础上，对分段数据进行变换，根据距离系数公式计算分段内各个小层的距离系数、表征样品间亲疏程度。通过聚类划分层系，由于客观地考虑了各因素权重对组合的影响，避免了人为的主观性。

k-means算法(也称k-均值)是一种广泛使用的聚类算法。它是将各个聚类子集内的所有数据样本的均值作为该聚类的代表点。算法的主要思想是通过迭代过程把数据集划分为不同的类别，使得评价聚类性能的准则函数达到最优。

将所研究的多层非均质储层属性参数作为两维向量，存储在数组中，利用以上算法，采用C++语言编制了层系细分的程序，可以快捷地实现层系划分。

2 细分开发层系采出程度计算方法

一维非活塞水驱油数学模型假设条件（1）一维等温渗流；（2）符合达西渗流定律；（3）岩石和流体不可压缩，且密度不变；（4）忽略重力和毛管力；（5）不同层物性不同，同一层为均匀孔隙介质。

据Buckley-Leverett前缘运动速度方程对于任一储层驱替过程描述。注入孔隙体积倍数：

式中：NPV为孔隙体积倍数(f)；为含水率导数(f)；W (t )累计注水体积(m3)；A、L、φ分别为模型的横截面积(m2)、长度(m)、孔隙度(f)；q为注水速度(m3/d); t为时间(d)。

前缘突破时间：

式中：ΔL为注采井距(m)。

前缘突破后继续注水，假设前缘突破产出端之后继续注水，根据注水时间求出注入体积倍数NPV之后，fw’=1/NPV，在Sw-fw-fw’图版中，读出出口端的含水饱和度和采收率(Swe，fwe)，此时应用Welge方程[15]，式(6)计算采收率。

对于多层油藏的注入体积倍数、产水率和采收率，需要根据计算各层单独数据之后，进行加权计算。

其中符号的下标表示第i层。

3 聚类方法层系划分及驱油效果实例

选取某断块油层为研究实例，为了更加全面地体现储层的物性，避免单一考虑储层渗透率作为层系划分依据带来的片面性，选取地层压力、孔隙度、渗透率和含油饱和度4个属性参数作为层系细分考虑的因素。为了更加科学地考虑各影响因素对层系划分影响的显著性，采用无量纲化的归一化处理方法。

考虑到该油藏的油井生产能力、目前注采工艺水平及经济因素，可以接受的开发层系可以分3～4个。表1是未细分和细分为3个和4个开发层系3个方案的结果，从渗透率变异系数、渗透率非均质系数、渗透率级差3个非均质的指标看，随着开发层系的细分，每个开发层系的均质性变好，为油层原油均衡动用奠定了基础。

利用表1划分的层系和建立的方程1～4组成的数学模型，可计算出前缘推进距离和注水PV数对应的采出程度。

方案1是12层笼统注采的情况，由于S4层渗透率非常高，渗透率变异系数和突进系数分别为0.43和6.03 (表2)，所以造成了水驱前缘推进速度较大差异。方案2划分了3个开发层系，从表2的非均质评价参数看I和III层系的均质性变好，但是II层系非均质性仍然较强。出现水驱前缘推进不均现象。如果分四套开发层系(方案3)，由于降低了各层系的非均质性，所以水驱前缘推进速度差异进一步减小。

表1 开发层系划分方案

图1显示了采用不同的层系开发时采出程度和注水孔隙体积倍数之间的关系。注采开发前期三方案的采出程度曲线重合，该阶段为无水采油期(曲线的转折点之前的阶段)，由于生产井未见水，注水量与产油量体积相同。水驱前缘在生产井突破后，继续注入水，所有层全部射开的笼统注采方式方案一最先产水，采出程度增长速率降低。根据曲线上的转折点位置推断随后方案二开始产水，方案三最后产水。由于见水层渗流阻力迅速减小，流量迅速增大，含水率迅速上升，使得驱油效果变差，采出程度增长缓慢。当累注水为3倍孔隙体积倍数时，3个方案对应的采出程度分别为40.2%、42.9%和45.1%。方案三的采出程度比方案二高2.2%，比方案一约高4.9%，可见在相同的注水量情况下，层系细分获得的采出程度更高。