非均质高孔渗岩层层间干扰实验规律分析

郑小冬，黄 鹏，潘 磊

（浙江煤炭地质局勘探一队，浙江湖州313000）

在油气田开采过程中，为降低开采成本，提高储层动用程度，经常会采用合层开采的方式进行开发，而多层非均质油藏在开发生产过程中层间矛盾突出，层间干扰现象会严重影响最终采收率，所以准确评价油井产能、合理划分开发层系，采取相应技术对策预测或降低层间干扰的影响是非均质油藏多层高效开采的前提[1-3]。本文针对高渗透率油藏合层开采进行物理模拟实验，对注采过程中因层间非均质性产生的层间干扰现象进行定量表征，建立注水与采出之间的关系及各地层生产过程中动用程度规律，对于高渗多层系油藏选择合理开采方式、提高生产效率具有一定的指导意义。

1 实验设计

1.1 实验原理

将不同渗透率级别的砂岩岩芯，装入不同的岩芯夹持器，每个岩芯夹持器模拟一个渗透率级别的储层，将岩芯夹持器并联，如图1所示，通过改变驱替压差、流体粘度和渗透率组合方式等外部条件来观察渗透率极差、生产压差以及原油粘度对合层开采条件下产生的层间干扰现象的影响，计算层间干扰系数，建立注水与采出之间的关系。

图1 层间干扰实验流程图

1.2 实验方案

将不同渗透率级差的岩芯进行组合，岩芯数据如表1所示，以相同ΔP1的驱替压差进行驱替，研究渗透率级差对层间干扰的影响；选择相同的岩芯组合，改变驱替压差为ΔP2进行水驱，研究驱替压差对层间干扰的影响；选择相同的岩芯组合，更改流体类型进行驱替，流体粘度对层间干扰的影响，实验方案见表2。本次实验共进行四组实验，最终结果取实验平均值。

表1 实验用岩芯物性统计表

表2 层间干扰实验方案

2 实验数据分析

2.1 层间干扰系数

多层合采的层间干扰系数是确定多层合采组合界限以及评价生产效果的一项重要参数，它能够反映出合采过程中开发效果所受到层间干扰影响的严重程度。它的物理意义是多层油藏注水合采时，相同含水情况下，层间干扰导致多层合采油井整体产液能力、产油能力相对分层开采降低的程度[4-6]。

为了更加直观地描述层间干扰对合采效果的影响，本次引入干扰系数的概念，便于分析各个因素对层间干扰严重程度影响的大小。

层间干扰系数通常用产量层间干扰来表达，即产量层间干扰系数，为单采产量和合采产量的差值与单釆产量的比值百分数，其值越大，反映产量受到层间干扰的程度越大[7]。

本文主要采用产量层间干扰系数层间与单层产量层间干扰系数进行分析，层间干扰系数确定主要通过油井测试的方法，该方法的优点是能够得到层间干扰的第一手资料，结果准确可信，缺点是长时间的测试影响油井生产时率，加之测试成本高，一般只在实验室进行实验时应用[8]。

2.2 单层驱替分析

在每组实验开始时，首先进行各岩芯单层驱替，以模拟在分层开采时各地层产量特征，了解各储层物性特征，便于分析计算多层驱替层间干扰系数及其影响因素。

通过分析岩芯单岩芯水驱瞬时流速对比图和单岩芯水驱流量图以及单岩芯油驱瞬时流速对比图和单岩芯油驱流量图可以看出，在不同渗透率岩芯进行单独驱替时，渗透率最高的岩芯驱替速度总是最快的，而相对的渗透率最低的代表500mD的岩芯驱替速度是最慢的，而压差对最终产量的影响比较直观，相同岩芯相同流体，压差越大，最终产量越大，以单岩芯水驱为例，1-3号岩芯作为渗透率1500mD级别的代表，其在20kPa的条件下驱替20min最终产水量为70.95mL，而将压差提高到40kPa后，20min最终产水量提高到132.81mL，提升倍率接近一倍。

流体粘度对单岩芯驱替的影响则要综合分析单岩芯水驱流量对比图与单岩芯油区流量对比图，如图2和图3所示，2-3号岩芯作为渗透率等级1500mD的岩芯，其在40kPa的条件下用水驱20min最终产量为90.28mL，将驱替流体由水换为粘度小于水的煤油后，20min之后的最终产量增长为191.14mL，可以大概得出结论，单独分析各个变量对单岩芯驱替的影响时，岩芯单驱最终产量与渗透率、驱替压力的变化成正比，与流体粘度的变化成反比。

图2 单岩芯水驱流量对比图

图3 单岩芯油驱流量对比图

2.3 双层驱替分析

将各组三个渗透率级别的岩芯两两组合，分别进行以压差40kPa和20kPa的水驱和油驱实验，来实现对双层驱替层间干扰现象规律的研究。

可以发现在双层驱替时，各渗透率组合模式在不同压差及驱替流体粘度时的特点，其中各渗透率级别的岩芯可以等效看作不同地层的非均质性，在合采时会产生曾经干扰现象，影响产液量，不同压差可以看作生产压差，而驱替流体的不同的影响也可以等效看作地层中不同粘度的原油对层间干扰现象影响的大小。

由表3和表4可得知，当低渗地层与中渗地层合采时，当生产压差降低时，中渗地层产量显著降低，单层干扰系数由0.45提高到0.50，相反，低渗地层干扰系数降低，与单采时对比损失较中渗层小，说明在低中渗层双层合采时，减低生产压差有助于降低低渗层层间干扰现象，降低生产消耗，但总体干扰系数升高。

表3 双层合采产液量统计表

表4 双层合采干扰系数统计表

当低渗地层与高渗地层合采时，低渗地层产量较与中渗地层合采时变化不大，而高渗地层的产量与单采时对比有显著降低，由于两层渗透率极差增大，总体干扰系数升高，所以不建议将低渗地层与高渗地层组合开采。

当中渗地层与高渗地层合采时，由于均为偏高渗透率地层，中渗地层与高渗地层的层间干扰系数与组合低渗地层合层开采时相较都有所增长，原因为两地层互相干扰，形成窜流无法达成最有效率开采。

2.4 三层驱替分析

通过将各组岩芯三个渗透率级别的岩芯并联，模拟不同渗透率的地层，进行以压差40kPa和20kPa的水驱和油驱实验，观察各岩芯驱替程度，来实现对三层驱替层间干扰现象规律的研究。

通过分析四组岩芯单岩芯水驱瞬时流速对比图和单岩芯水驱流量图以及单岩芯油驱瞬时流速对比图和单岩芯油驱流量图可以看出，图4和图5为渗透率分别为475mD、1019mD和1468mD的三块同一组岩芯分别用蒸馏水和煤油按照ΔP1ΔP2压差进行合采的瞬时流速对比图，其中ΔP1=20kPa，ΔP2=40kPa，通过对比可知，在合采时各渗透率等级岩芯产液量无论在任何压差下，都出现了不同程度的下降，由此可以得出，在多层驱替的情况下确实会出现严重的层间干扰现象。

图4 三岩芯水驱瞬时流速对比图

图5 三岩芯油驱瞬时流速对比图

在三层驱替的情况下，通过计算，得知ΔP1压差下其干扰系数为0.16，ΔP2干扰系数为0.09，由前方公式可知干扰系数越大，其层间干扰现象越严重，综合分析实验数据表明，压差越小，多层驱替过程中层间干扰越严重。

通过对比图可以看出，再将注入流体更改为煤油后，煤油粘度小于水，所以在相同压差情况下，用煤油驱替流速更快，计算在ΔP1压差下水驱干扰系数为0.16，而油驱干扰系数为0.01，得知其他条件相同的情况下，注入流体粘度越大，层间干扰现象越严重，油驱的各个渗透率地层动用程度更大，产量分配更合理，所以层间干扰现象更小。

2.5 合层开采干扰系数期望

针对上述若干种合层开采情况以相同设备及条件，进行额外三组重复实验，通过注入产出关系计算每组实验的层间干扰系数，并对数据进行异常值剔除处理，将最终结果进行算术平均，得出并绘制垂向不同渗透率并联驱替干扰系数期望表（表5）。

表5 垂向不同渗透率并联驱替干扰系数期望表

3 结论

通过对上述实验中不同渗透率构型单元并联开采干扰单因素、多因素影响规律的实验，得到以下结论：

（1）对于多层不同渗透率构型单元合采条件下，在恒压方式下建立各层产量随时间变化关系，通过对各个影响因素的分析发现：各层渗透率、粘度、压力存在差异的多层油藏合采过程中由于平衡井底流压会带来各层之间的干扰，降低各层产量，在开采过程中的层间干扰会对开发产生不利影响。

（2）在并联驱替过程中，在其他变量相同的情况下，渗透率极差、生产压力和流体粘度会对层间干扰现象产生影响，其中随着压力升高或流体粘度的减小或者渗透率极差的减小，层间干扰现象减轻，有助于提高各产层的动用率，提高生产效率。

（3）对于多层并联开采油井进行层间干扰分析时，可以通过分析油井合采产量与单采产量的损失程度，即层间干扰系数定性判断油井层间干扰程度。如果层间干扰程度较低，可采用合采方式进行开发；如果层间干扰程度较大，可考虑采用多层分采的方式进行开发。