張 戈，王端平，孫 國，肖淑明

（1.中國石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257068；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000）

人工邊水驅(qū)技術(shù)是近兩年勝利油區(qū)提出的一項水驅(qū)開發(fā)技術(shù)，該技術(shù)通過在復雜斷塊油藏構(gòu)造低部位大井距、大排量注水，來模擬天然強邊水驅(qū)，從而改善油藏的開發(fā)效果；對于特高含水后期復雜斷塊油藏，通過先注后采方式能夠使高度分散的剩余油重新運移聚集到構(gòu)造高部位，并且能夠有效地提高采收率[1-2]。但該技術(shù)在提高采收率機理、影響因素、區(qū)塊優(yōu)選標準以及開發(fā)技術(shù)政策等方面的研究仍處于探索階段，為此，筆者重點對人工邊水驅(qū)效果的影響因素進行敏感性研究，并在此基礎上建立其區(qū)塊優(yōu)選標準，以期為礦場應用提供理論支撐。

1 人工邊水驅(qū)模擬基礎模型

勝利油區(qū)辛1斷塊沙一段4砂層組（簡稱辛1Es14）是典型的反向屋脊窄條帶的人工邊水驅(qū)油藏，該斷塊在進行人工邊水驅(qū)前，僅有位于構(gòu)造高部位的1口井在生產(chǎn)，含水率為97.7%，產(chǎn)油量為1.1 t/d，其他生產(chǎn)井均因已達到極限含水率而關(guān)井。在進行人工邊水驅(qū)過程中，首先將注采井距增大到500～1000 m時再進行注水，總注水量為15×104m3，然后對構(gòu)造高部位油井進行扶停和補孔等措施，實施的4口生產(chǎn)井均獲得較高的產(chǎn)能，單井最高產(chǎn)油量達到40 t/d，采取自噴方式生產(chǎn)，采收率提高了5.9%。

為了研究油藏因素對人工邊水驅(qū)開發(fā)效果的影響規(guī)律，以辛1Es14斷塊油藏為例建立模擬基礎模型。該模型參數(shù)包括：含油面積為1.1 km2，石油地質(zhì)儲量為65×104t，原始水油體積比為10，埋深為1900 m，地層傾角為12.5°，孔隙度為0.25，滲透率為464×10-3μm2，油層厚度為8 m，含油條帶寬度為200 m，地下原油粘度為2.5 mPa·s。應用黑油模擬器模擬，共設計2套方案對不同油藏因素的敏感性進行模擬。方案1為常規(guī)邊緣注水直至區(qū)塊綜合含水率達到99%，注采井距為280 m；方案2為常規(guī)邊緣注水直至區(qū)塊綜合含水率達到97%，然后關(guān)閉油井，增大注采井距至540 m進行人工邊水驅(qū)。通過對比2套方案的采收率，來進行各影響因素敏感性研究。

2 人工邊水驅(qū)影響因素敏感性研究

借鑒常規(guī)水驅(qū)開發(fā)經(jīng)驗以及前人的研究成果，將復雜斷塊油藏人工邊水驅(qū)效果的影響因素劃為構(gòu)造因素主要包括地層傾角和斷塊面積，儲層因素主要包括油層厚度、平均滲透率和滲透率變異系數(shù)，流體因素主要包括地層油水粘度比、含油條帶寬度和原始水油體積比[3]，通過數(shù)值模擬技術(shù)對上述8個單因素的敏感性進行了逐一研究。

2.1 構(gòu)造因素

勝利油區(qū)復雜斷塊油藏多為反向屋脊斷塊，在構(gòu)造上，地層傾角以及斷塊面積是影響水驅(qū)效果的主要因素，地層傾角決定了水驅(qū)過程中的重力作用大小，斷塊面積決定了井網(wǎng)的完善程度以及注采井距，通過數(shù)值模擬技術(shù)研究了2個構(gòu)造因素對人工邊水驅(qū)效果的影響規(guī)律。

2.1.1 地層傾角

模擬結(jié)果表明，隨著地層傾角的不斷增大，常規(guī)注水開發(fā)和人工邊水驅(qū)采收率都隨之增大，且人工邊水驅(qū)采收率明顯高于常規(guī)注水開發(fā)的采收率。主要是由于地層傾角越大，剩余油重新聚集后的底部最小含油條帶越寬和含油高度越高，縱向水驅(qū)更加均衡，減弱了底部水淹速度；當油層厚度為8 m、條帶寬度為200 m和地層傾角大于8°時，提高采收率幅度較大。

2.1.2 斷塊面積

受儲量規(guī)模及注采井距的限制，極復雜小斷塊油藏[4-6]（斷塊面積一般小于0.05 km2）最多只能形成一注一采開發(fā)井網(wǎng)，無法拉大注采井距，難以進行人工邊水驅(qū)，因此僅對斷塊面積為0.1～1.0 km2的油藏敏感性進行模擬。結(jié)果表明，斷塊面積越大彈性產(chǎn)率越高，常規(guī)注水補充能量之后采收率基本一致；人工邊水驅(qū)后采收率明顯提高，且隨著斷塊面積增大，提高采收率幅度增大，主要是由于人工邊水驅(qū)注采井距放大后，注水波及更加均衡，當斷塊面積大于0.3 km2后，提高采收率幅度逐漸變大（圖1）。

圖1 斷塊面積對人工邊水驅(qū)效果的影響Fig.1 Effect of block area on artificial edge water flooding

2.2 儲層因素

油層厚度影響層內(nèi)縱向水淹規(guī)律，平均滲透率影響毛管壓力及殘余油飽和度，平面非均質(zhì)性影響水驅(qū)平面波及的均勻程度，應用數(shù)值模擬技術(shù)研究3個儲層因素的敏感性對人工邊水驅(qū)效果的影響規(guī)律。

2.2.1 油層厚度

受重力影響，油層厚度越大，水沿油層底部推進越快，而推進速度同時又受地層傾角和含油條帶寬度的影響，地層傾角、油層厚度、最大含油條帶寬度和最小含油條帶寬度四者之間的關(guān)系式為

式中：L為最小含油條帶寬度，即油層底部條帶寬度，m；W為最大含油條帶寬度，即油層頂部條帶寬度，m；do為油層厚度，m；θ為地層傾角，（°）。

為了反映4個影響因素的共同作用，將油層厚度進行無因次處理，得到無因次油層厚度表達式為

式中：doD為無因次油層厚度。

無因次油層厚度越大，常規(guī)注水開發(fā)剩余潛力越大，這對于人工邊水驅(qū)是有利因素，但同時油藏底部水淹速度也越快，二者存在一個最優(yōu)平衡點。模擬結(jié)果表明，當無因次油層厚度小于0.25時，人工邊水驅(qū)提高采收率幅度逐漸遞增，說明常規(guī)注水開發(fā)剩余潛力的影響大于油藏底部水淹變快的影響；當無因次油層厚度大于0.25時，人工邊水驅(qū)提高采收率幅度逐漸遞減，說明油層底部水淹影響加劇，注水開發(fā)次生底水的水錐影響大于剩余潛力的影響，因此無因次油層厚度的最優(yōu)值為0.25左右（圖2）。

圖2 無因次油層厚度對人工邊水驅(qū)效果的影響Fig.2 Effect of dimensionless reservoir thickness on artificial edge water flooding

2.2.2 平均滲透率

由Carman-Kozeny公式[7]及毛管壓力公式[8]可以得到平均滲透率與毛管壓力的關(guān)系式為

式中：pc為毛管壓力，MPa；σ為界面張力，mN/m；θ為潤濕角，（°）；τ為孔喉迂曲度，流體質(zhì)點實際流經(jīng)路程長度與巖石外觀長度之比；K為平均滲透率，μm2；?為儲層孔隙度。

由式（3）可以看出，隨著平均滲透率的增大，毛管壓力減小。根據(jù)毛管壓力與油水過渡帶高度之間的關(guān)系可以看出，毛管壓力越小，油水過渡帶高度越低。因此，平均滲透率直接影響剩余油重新聚集的油水過渡帶高度，平均滲透率越大，油水過渡帶高度越高，重力作用下水淹速度越慢。同時，根據(jù)阿普斯對73個水驅(qū)開發(fā)油藏的統(tǒng)計結(jié)果[9]可以看出，油藏平均滲透率影響水驅(qū)殘余油飽和度，平均滲透率越大，水驅(qū)殘余油飽和度越小。在理論研究的基礎上，對平均滲透率的敏感性進行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明，人工邊水驅(qū)提高采收率幅度隨平均滲透率的增大而增大，當平均滲透率大于200×10-3μm2時，提高采收率幅度最大（圖3）。

圖3 平均滲透率對人工邊水驅(qū)效果的影響Fig.3 Effect of average permeability on artificial edge water flooding

2.2.3 滲透率變異系數(shù)

滲透率變異系數(shù)[10]是表征油藏非均質(zhì)性的重要參數(shù)，以河道型沉積特征為例，研究了滲透率在平面上的變化。模擬結(jié)果表明，滲透率變異系數(shù)越大，常規(guī)注水波及系數(shù)越小，采出程度越低。人工邊水驅(qū)后，在保持油井生產(chǎn)制度不變的情況下，人工邊水驅(qū)提高采收率的幅度隨滲透率變異系數(shù)增大而降低，當滲透率變異系數(shù)大于0.3后遞減速度加快，當人為減小高滲透率帶油井的生產(chǎn)壓差，也就是根據(jù)非均質(zhì)性對注采參數(shù)進行矢量化調(diào)配后，人工邊水驅(qū)提高采收率幅度隨滲透率變異系數(shù)增大而增大。因此，滲透率變異系數(shù)對人工邊水驅(qū)效果的影響，取決于注采參數(shù)與非均質(zhì)性的匹配關(guān)系，非均質(zhì)性越強對后期注采參數(shù)的調(diào)配要求越高，人工邊水驅(qū)的實施難度越大。

2.3 流體因素

主要研究了地層油水粘度比、原始含油條帶寬度以及水體體積的敏感性，油水粘度比影響油水兩相的流動能力，原始含油條帶寬度影響見水時間，水體體積影響驅(qū)替能量，通過數(shù)值模擬技術(shù)研究了3個流體因素對人工邊水驅(qū)效果的影響規(guī)律。

2.3.1 地層油水粘度比

模擬結(jié)果表明，人工邊水驅(qū)受地層油水粘度比影響較大，尤其是油水粘度比大于50后，提高采收率幅度下降較快，這與勝利油區(qū)實際邊底水驅(qū)斷塊開發(fā)規(guī)律的統(tǒng)計結(jié)果一致，因此實施人工邊水驅(qū)的斷塊油藏地層油水粘度比最好小于50。

2.3.2 含油條帶寬度

含油條帶寬度主要影響了常規(guī)注水開發(fā)注采井距和人工邊水驅(qū)時邊水距油井的距離，含油條帶寬度越大，邊水距油井的距離越遠。人工邊水驅(qū)提高采收率幅度受到常規(guī)注水開發(fā)剩余潛力和人工邊水驅(qū)時油井含水上升速度影響，含油條帶寬度與油井井距比值越小，常規(guī)注水開發(fā)剩余潛力越大，但人工邊水驅(qū)油井含水上升速度也越快，兩者的作用存在一個平衡點，在該平衡點附近，人工邊水驅(qū)提高采收率幅度最大。模擬結(jié)果表明，該平衡點含油條帶寬度與油井井距比值為0.5，當比值小于0.5時，剩余潛力作用更大，人工邊水驅(qū)提高采收率幅度遞增；當比值大于0.5后，油井含水率上升速度加快影響更大，提高采收率幅度遞減（圖4）。

圖4 含油條帶寬度對人工邊水驅(qū)效果的影響Fig.4 Effect of oil zone width on artificial edge water flooding

2.3.3 原始水油體積比

原始水油體積比能夠體現(xiàn)復雜斷塊油藏的封閉程度，原始水油體積比越大，能量衰減越慢，油藏封閉程度越低，越接近于強邊水驅(qū)開發(fā)。模擬結(jié)果表明，完全依靠天然能量開發(fā)時，原始水油體積比越大，能量保持越好，采收率越高；原始水油體積比越小，人工邊水驅(qū)提高采收率幅度越大，說明油藏越封閉人工邊水驅(qū)效果越好。

3 復雜斷塊油藏人工邊水驅(qū)區(qū)塊優(yōu)選標準

根據(jù)上述油藏單因素影響規(guī)律研究結(jié)果，制定復雜斷塊油藏人工邊水驅(qū)區(qū)塊優(yōu)選標準如下：①地層傾角、油層厚度及含油條帶寬度3個因素相互關(guān)聯(lián)，當油藏參數(shù)取值位于三者關(guān)系圖版（圖5）對應油層基線右側(cè)時，認為人工邊水驅(qū)效果較好；②斷塊面積大于0.3 km2；③平均滲透率大于200×10-3μm2；④滲透率變異系數(shù)大于0.3；⑤地層油水粘度比小于50；⑥封閉弱邊水油藏。

需要說明的是，該優(yōu)選標準不是判斷油藏是否適用人工邊水驅(qū)的界限，而是滿足優(yōu)選標準的復雜斷塊油藏進行人工邊水驅(qū)的效果更好。

圖5 地層傾角、油層厚度及含油條帶寬度關(guān)系Fig.5 Relationship among angle of bedding，reservoir thickness and oil zone width

4 結(jié)束語

油藏因素對人工邊水驅(qū)效果的影響規(guī)律研究以及人工邊水驅(qū)區(qū)塊優(yōu)選標準的建立，提高了人工邊水驅(qū)技術(shù)的區(qū)塊優(yōu)選效率及可靠性，并為該技術(shù)的開發(fā)技術(shù)政策制定提供了依據(jù)。從礦場試驗來看，人工邊水驅(qū)能夠有效提高復雜斷塊油藏開發(fā)效果，但該技術(shù)仍處于探索階段，尤其是對于合理注采井網(wǎng)、注采參數(shù)的研究需要與實際區(qū)塊緊密結(jié)合，只有因地制宜地制定相應實施方案才能取得較好的開發(fā)效果。

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