油藏优势通道及井间连通性研究进展

蒋茜，屈亚光，吴家坤，赵宇

油气田开发

油藏优势通道及井间连通性研究进展

蒋茜1，屈亚光1，吴家坤2，赵宇3

（1. 长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100； 2. 西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆 克拉玛依 834000； 3. 中国石油新疆油田分公司工程技术研究院，新疆 克拉玛依 834000）

注水开发的老油田在注水开发的中后期会出现含水率高、产油量低等问题，因此对于水驱优势通道的识别成为了中高含水阶段主要的研究目标。基于对前人文献的调研，发现识别优势通道的方法主要运用模糊综合分析法，了解优势通道形成的原因以及影响因素，其包括储层的强非均质性、注水强度、原油黏度、岩石骨架结构等因素。储层连通性评价是油田开发的重要研究内容，介绍了井间连通性的分析方法，并通过建立井间动态反演模型定量分析油藏井间连通性，运用Rdos模拟能够更准确地了解油藏井间连通性、识别优势通道，对油田开发具有很好的指导作用。

水驱；优势通道；连通性；影响因素

目前，全国已开发的油田主要以注水开发为主，并且大部分已进入开发中后期[1-3]。经过注水反复冲刷，储层的骨架颗粒之间的接触类型会发生很大变化，骨架中的细颗粒不断被冲走，地层孔隙度、渗透率显著增加，从而逐渐形成优势通道[4]，而优势渗流通道严重影响注水开发效率，但对于如何治理优势通道，在这方面的研究还比较少。井间连通性是油藏开发过程中一项重要研究内容，一般从静态连通性和动态连通性进行考虑[5]，了解连通情况有助于提高水驱采收率，及时调整注水方案，避免盲目注水。近年来，基于动态连通性研究较多，动态连通性更能准确反映油藏井间连通的实际情况，为注水开发提供可靠的建议和方案。

1 优势通道的形成

1.1 优势通道识别

水流优势通道的发育情况不仅受储层分布及物性特征的影响，还与开发的方式有紧密的联系，因此需要综合运用多种方法对水流优势通道的发育分布及位置进行识别。识别优势通道的方法有多种，其中最常用的是模糊综合分析法[4]，这是一种对受到多种因素影响的事物或者现象做出一个总体评价的方法，根据影响优势通道形成的静态地层状况和动态生产表现特征，筛选出目标井的渗透率、孔隙度、注水压力等评价指标，通过计算各指标的权重，识别出优势通道。对于选取的评判指标一般考虑两个方面：静态指标和动态指标。储层非均质性是形成优势通道的内因，影响优势通道的静态参数有渗透率、孔隙度、油层厚度等；注水开发因素是优势通道形成的外因，则动态影响参数有注水强度、注水压力、注采比、剩余储量等。

1.2 优势通道形成原因

在油藏水驱开采时，由于储层各部分的渗透率大小不同，注入水会优先渗流阻力较小的高渗透层，长时间注水对储层进行冲刷、浸泡，造成储层骨架中的岩石颗粒发生掉落和运移，在水动力作用下，高渗透层的岩石骨架结构发生变化，使整个储层的参数发生变化，导致渗流的差异性，长期以此，差异越来越大，流体只流向渗流阻力较小的主通道，水驱开采效果逐渐降低[5]。

1.2.1 储层非均质性的影响

由于储层本身的非均质性，在对油藏水驱开采中，注入水会优先流往高渗透部位，如若长时间这样不均匀流动，会使高渗透层被冲刷程度远远高于低渗透层。随着注入水体积的不断增加，这种差异性变化会越来越明显，注入的水沿着低阻力、高渗透率的区域渐渐形成优势流动。当储层非均质性和注入水体积达到一定程度后，在这种优势流动的部位就形成了水流优势通道，形成这种水流优势通道完全是由于非均质性引起的渗流差异造成的。

1.2.2 原油黏度的影响

在注水开发过程中，除了对动力作用的影响，储层中的原油在采出运移过程中，储层岩石骨架颗粒也具有一定的冲刷和携带作用。将黏度不同的原油进行模拟冲刷实验，经过相同时间、相同动力冲刷后，黏度较高的原油冲刷出的含沙量较高，因流体的黏度越高，在其流动的过程中骨架孔隙壁面的摩擦力越大，导致在高强度的反复冲刷过程中骨架间的颗粒在这种条件下更容易脱落。流体黏度越高，携带的砂体的能力也越强，促进了砂岩颗粒的运移，从而形成优势通道。随着注水强度的增加，高渗透层与低渗透层的差异将更加明显，油水黏度差异越大，越容易形成优势通道。

1.2.3 注入速度的影响

我国对原油开采方式大都为水驱开采，但是每个地方每个阶段的油藏都具有一定的差异性，注采强度的大小要根据油藏本身的性质来决定，强注强采加速了优势通道的形成。根据实验室做不同注入速度的水动力冲刷实验，注入速度有5倍的差距时，在1天时间内，携带出的砂粒量差距可高达十倍，随着注采强度增大，注水速度越高，水动力作用在岩石骨架颗粒上的压力梯度就越大，越容易掉砂，导致出砂量急剧增加，这样就越容易形成高渗透层，从而优势通道更容易形成[6]。

1.2.4 储层骨架结构的影响

储层中的岩石骨架颗粒之间的接触关系主要以点接触、线接触和缝合接触为主。注水初期和中期，储层骨架颗粒之间的接触关系变化不大，而在初期含水阶段，注水对地层中岩石骨架结构的影响不大。储层岩体主要是由岩石骨架及骨架孔隙中的砂粒填充物所构成，储层岩石骨架颗粒之间的接触方式是影响渗流阻力的重要因素，特别是点接触最容易受到外力作用而产生物理变化。在高含水期，储层在大量注水和冲洗后，储层骨架颗粒支撑方式发生明显改变，并破坏了点接触和线接触，原孔隙中和岩石骨架颗粒之间的胶结物被冲走运移，导致原来的点接触和线接触处形成连通孔喉，连通孔喉的阻力小，渗透率高，形成渗流通道，因此长期以来，储层的非均质性增强，逐渐形成优势通道。

1.3 优势通道对开发效果的影响

目前水流优势通道已经成为制约水驱开发效果的一大重要因素，优势通道形成后，生产动态会发生明显变化，主要表现为以下几个方面：

1）含水快速上升，产油递减快。由于储层的非均质性，大孔道导流能力强，流速快，注水容易水窜，导致油井含水快速上升，注水驱油效率低，产油递减快。

2）存水率低，无效水循环严重。随着注水开发，水流优势通道在原始基础上进一步改造，水流多沿水流优势通道流走，驱油效率低，存水率下降[7]，注水开发利用效果差。

3）小层舌进[8]明显，剖面动用不均匀。由于储层剖面物性非均质性，高孔渗段的小层产液吸水能力强，导致在注采过程中出现小层舌进现象，剖面动用不均。

2 油藏井间连通性研究

优势通道的形成大大降低了生产效益，了解井间连通性，掌握注入水的流向，为后期注采方案的制定和堵水措施的优化实施提供参考，甚至可以了解地层剩余油的分布情况，给后期采油提供更准确的方向。

2.1 油藏连通性传统分析方法

确定油藏连通性的方法很多，如表1所示。

表1 油藏连通性分析方法

油藏连通性传统分析方法大体分为静态和动态分析方法[9-12]。油藏连通性静态分析法主要通过储层地质参数，研究地层静态连通性，具体方法有电测井曲线对比法、油藏参数比较法等；研究油藏动态连通性的方法有试井分析法、地球化学方法、示踪剂测试、数值模拟方法等。

2.2 Rdos模拟软件井间连通性分析

Rdos软件[13]是在前人研究成果基础上，对现有的地质建模和油藏数值模拟软件进行改造，实现建模数模一体化的软件。使用Rdos软件进行模拟，可以更为准确地了解油藏井间连通性、识别优势通道。软件的计算过程如图1所示。

图1 Rdos软件计算过程图

利用Rdos软件对试验区进行流动模拟和历史拟合，得到不同时间段注采井之间的注采关系，定量计算注采井之间的注采量。根据区域和局部上抽水井与生产井的注采关系，找出连续周期内流量管道相对较厚的井对。流线型管道越密越厚，该区域的流量就越大，流线管道越细，则流量越小，流量较大的通道确认为优势渗流通道。

2.3 井间动态连通性反演模型分析

2.3.1 多元线性回归模型

ALBERTONI[14]等提出了以注采井注采数据为根据，找到方法解决水驱过程中井间连通性问题，其为注采平衡的多元线性回归模型（BMLR）和注采不平衡的多元线性回归模型（MLR）。当油田在水驱不平衡时，采用MLR，在模型中，第口正产井的近似产液量表示为：

式中：—生产井总数；

—注水井总数。

2.3.2 容阻模型（CRM）

CRM模型[15]是研究井间连通性的重要数学模型之一，相比MLR更为复杂，其基本思想是：以每一注采井所控制的领域为一个基本单元，可以测得两个系数：权重系数和时间常量，为确定连通程度和井间流体储量，来反映该单元的电容性。通常用不平衡电容模型和平衡电容模型来确定井间连通性。

容阻模型是考虑压缩性的物质平衡方程[20]。考虑一采一注两口井，根据物质平衡原理，可以得到油藏条件下物质平衡方程：

上式说明在任何时刻，驱油体积中的总能量的损耗是由平均压力的变化引起的。由YOUSEF提出的基本的容阻模式，将生产井的产液量分为3部分，第一部分为初始产液量，第二部分为注入井注入量，第三部分为生产井井底压力变化引起的生产量信号。

YOUSEF[16]等在提出容阻模型的同时，用2个实际油田的数据对模型进行了验证。NEUYEN[17]等将该模型应用于德克萨斯州西部二叠纪盆地的一个水驱油田。油田运营商首次将该模型应用于实际的水驱油田，取得了较好的效果。容阻模型的应用分为3个部分：调整阻力容量模型参数；确定最佳注水方案；根据最优注水方案调整实际注水量，分析新注水方案实施后的实际生产数据。分析认为，基于容阻模型的注水方案变更后第一年效果良好。

2.3.3 基于INSIM方法的井间连通性分析

赵辉教授首次提出INSIM方法[18]，其原理是将储层划分为由井间传导率和连通体积组成的一系列连通单元，建立物质平衡方程，求出井点油水动态指标，通过历史动态拟合反求连通参数。考虑油、水、岩石压缩性，忽略毛细管力、重力作用，以第口井为对象，其油藏条件下物质平衡方程为：

—生产时间；

—单井泄油区的平均压力；

—单井产液量或注入量；

将平衡方程经过一系列整理计算，可以得到时刻与-1时刻的压力关系，从而求得时刻各单井泄油区的平均压力，进而可以得出各井间连通单元内流体流动方向及流量：

得到连通性模型压力分布和井间流量分布后，以井点为计算对象，就可以基于贝克莱前缘理论进行饱和度追踪，进而可以预测井点油水产出动态。基于油藏井间动态连通性模型[19]，以含水率、日产油量、累产油等作为拟合动态数据，以各连通单元的模型参数作为自变量，利用贝叶斯等反问题理论，考虑模型参数实际约束问题，建立历史拟合数学模型[20]，对历史拟合数学模型求解，通过反演得到井间动态连通特征。

3 认识与建议

本文对优势通道形成的原因进行了分析，主要原因为油藏地层的非均质性强，加上长期注水开发，储层含水率高，岩石骨架长期浸泡在水中导致骨架脱落产生物理变化，从而形成优势通道。而通过优势通道对开采效果的影响分析可以看出，目前优势通道是对水驱开采方式的最大的阻碍，其解决方法可以采用CO2泡沫驱技术，来封堵渗透率较强的优势通道。

油藏是一个动力学平衡系统，注采井连通性的特征表现为，注水井的注入量的改变引起生产井的产液量改变，由此来判断井间连通性，但由于油藏连通性分析的各种方法实施起来都较为困难，则判断结果主观性较强。对于井间连通性分析模型，一般采用多元线性回归模型、容阻模型、多井注采模型等。其中多元线性回归模型所反演的井间连通性与实际油藏相差较大，根据在油藏中的实际情况，信号在传播过程具有时滞性和衰减性，则这种反演模型结果并不准确；而对于容阻模型，可以对注入信号进行过滤，再通过数值模拟验证，则该模型反演结果比较可靠。

在实际注水采油过程中，优势通道的形成在所难免，通过注水井和采油井之间的动态变化关系，根据优势通道的识别方法，实时观察注采动态，对优势通道进行封堵，进一步优化注水方案，调整注水量，提高采油效率。由于地层中渗流的通道较为复杂，建议更多的研究人员可以将堵塞区域更加准确的定位，既保证井间连通性，又能有效阻止优势通道的渗流。

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Research Progress of Superior Reservoir Channels and Interwell Connectivity

11,2,3

（1. College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China;2. Western Drilling Karamay Drilling Company, Karamay Xinjiang 834000, China;3.Engineering Technology Research Institute of PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay Xinjiang 834000, China）

The old oil fields developed by water injection are in the middle and late stage of water injection development, which will have the problems of high water cut and low oil production. Therefore, the identification of water drive dominant channels has become the main research goal at this stage. According to the previous literature research, main identifying method of dominant channels is the fuzzy comprehensive analysis method to analyzethe dominant channel formation reasons and influencing factors, mainly including the strong heterogeneity of reservoir, water injection strength and viscosity of crude oil and rock skeleton structure and other factors. The reservoir connectivity evaluation is an important research content in oilfield development, some methods of interwell connectivity analysis were introduced, and through the establishment of interwell dynamic inversion model, quantitative analysis was carried out on the reservoir connectivity between wells, and Rdos simulation was used to more accurately understand the reservoir interwell connectivity, identify channel advantages, which has a good guiding role for oilfield development.

Water flooding; Dominant channel; Interwell connectivity; Influencing factor

TE349

A

1004-0935（2022）02-0261-05

中国石油科技创新基金项目，致密砂岩气藏多尺度流动规律及流场耦合研究（项目编号：2016D-5007-0208）。

2021-08-05

蒋茜（1996-），女，四川省广安市人，硕士研究生在读，研究方向：油气田开发技术。

屈亚光（1984-），男，湖北省荆州市人，高级工程师，博士，2011年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发专业，研究方向：油气田开发工程方面的教学和科研。