王守磊 耿站立 安桂榮

（1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 北京 100083； 2．中海油研究總院 北京 100028）

海上稠油油藏層間干擾系數(shù)確定新方法＊

王守磊1，2耿站立2安桂榮2

（1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 北京 100083； 2．中海油研究總院 北京 100028）

海上油田開(kāi)發(fā)一般采用多層合采方式，層間干擾嚴(yán)重，現(xiàn)有數(shù)值模擬軟件得到的層間干擾系數(shù)與礦場(chǎng)產(chǎn)能測(cè)試結(jié)果差別較大。提出了考慮擬啟動(dòng)壓力梯度確定層間干擾系數(shù)的油藏?cái)?shù)值模擬方法。以渤海SZ稠油油藏為例，利用束縛水下油相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)建立了SZ油藏?cái)M啟動(dòng)壓力梯度與儲(chǔ)層流度的關(guān)系式；數(shù)值模擬時(shí)根據(jù)油藏非均質(zhì)性情況設(shè)置平衡分區(qū)，利用THPRES關(guān)鍵字將兩個(gè)不同平衡分區(qū)間的門(mén)限壓力設(shè)置成擬啟動(dòng)壓力（擬啟動(dòng)壓力梯度乘以網(wǎng)格尺寸），實(shí)現(xiàn)了考慮擬啟動(dòng)壓力梯度的數(shù)值模擬過(guò)程。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明，利用本文方法模擬所得層間干擾系數(shù)與產(chǎn)能測(cè)試結(jié)果吻合程度提高。本文方法在海上稠油油藏合理劃分和調(diào)整開(kāi)發(fā)層系中有較好的實(shí)用性。

海上油田；稠油油藏；層間干擾；干擾系數(shù)；擬啟動(dòng)壓力梯度；油藏?cái)?shù)值模擬

海上油田一般采用多層合采的開(kāi)發(fā)方式，由于層間非均質(zhì)性強(qiáng)，層間干擾現(xiàn)象嚴(yán)重［1－6］。一般采用層間干擾系數(shù)［4－5］來(lái)表征層間干擾程度，正確評(píng)價(jià)層間干擾系數(shù)是確定層系劃分和調(diào)整方案的關(guān)鍵［7－10］。目前，研究層間干擾系數(shù)主要方法有礦場(chǎng)產(chǎn)能測(cè)試和油藏?cái)?shù)值模擬方法。礦場(chǎng)產(chǎn)能測(cè)試可以獲取油井合采和分采時(shí)第一手資料，但是產(chǎn)能測(cè)試成本高，并且需要油井投產(chǎn)后才能實(shí)施，限制了其在開(kāi)發(fā)方案編制中的應(yīng)用。油藏?cái)?shù)值模擬方法具有可重復(fù)性和成本低的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。然而，對(duì)于渤海SZ稠油油藏，數(shù)值模擬方法得到的層間干擾系數(shù)與礦場(chǎng)產(chǎn)能測(cè)試結(jié)果吻合程度不高。模擬過(guò)程中通過(guò)建立精細(xì)地質(zhì)模型、設(shè)置多個(gè)相滲分區(qū)和設(shè)定多種生產(chǎn)井工作制度等方式來(lái)充分刻畫(huà)和反映層間非均質(zhì)性及工作制度的影響，但是得到的層間干擾系數(shù)始終在0．35左右，而礦場(chǎng)產(chǎn)能測(cè)試得到的層間干擾系數(shù)在0．30～0．60范圍內(nèi)，兩者相差較大。

越來(lái)越多的研究表明，稠油的流動(dòng)為非線性滲流，存在擬啟動(dòng)壓力梯度［11－14］。因此，本文在層間干擾系數(shù)的研究過(guò)程中引入擬啟動(dòng)壓力梯度，建立了基于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法的層間干擾系數(shù)確定方法。首先，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定儲(chǔ)層和流體物性與擬啟動(dòng)壓力梯度的關(guān)系式，然后通過(guò)對(duì)擬啟動(dòng)壓力梯度的等效處理，實(shí)現(xiàn)考慮擬啟動(dòng)壓力梯度的數(shù)值模擬，從而可以通過(guò)典型井模型確定層間干擾系數(shù)，為油藏層系劃分和調(diào)整提供指導(dǎo)。

1 層間干擾系數(shù)確定方法

1．1 擬啟動(dòng)壓力梯度實(shí)驗(yàn)測(cè)定

1．1．1 測(cè)定方法

本文通過(guò)恒流法測(cè)定巖心的擬啟動(dòng)壓力梯度［15］，實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。實(shí)驗(yàn)采用的7塊巖心取自于渤海SZ稠油油藏，巖心參數(shù)見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)用油取自目標(biāo)油田井口脫水原油，并與航空煤油混合配制到目標(biāo)油田井區(qū)地下原油黏度。實(shí)驗(yàn)用水為與地層水礦化度相同的模擬地層水。

圖1 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程圖Fig．1 Flow chart of displacement experiment

表1 實(shí)驗(yàn)用巖心參數(shù)Table 1 Core parameters in the experiment

主要儀器：高壓驅(qū)替泵，排量范圍為0～50 cm3／min，壓力0～70 MPa；恒溫箱，溫度范圍為10～150℃，精度±0．1℃；精密壓力表，0．4級(jí)。

主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）根據(jù)SY／T5336－2006［16］，進(jìn)行巖樣的準(zhǔn)備；

2）根據(jù)SY／T5345－2007［17］，采用油驅(qū)水法建立束縛水飽和度；

3）將建立了束縛水飽和度的巖心放入夾持器，并施加圍壓；

4）依次設(shè)定泵的流量為0．001、0．005、0．01、0．05、0．1、0．2和0．5 mL／min，泵入實(shí)驗(yàn)用油對(duì)巖心進(jìn)行驅(qū)替，待流動(dòng)穩(wěn)定后記錄相應(yīng)的壓力；

5）逐漸增加泵的流量，并記錄不同流量下的壓力值；

6）更換巖心，重復(fù)以上步驟，得到7塊巖心的擬啟動(dòng)壓力梯度（表1）。

1．1．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述7塊巖心的擬啟動(dòng)壓力梯度與流度關(guān)系曲線（圖2），回歸建立目標(biāo)油田擬啟動(dòng)壓力梯度與流度的關(guān)系式為

式（1）中：Gp為巖心擬啟動(dòng)壓力梯度，MPa／m；K 為巖心空氣滲透率，mD；μ為原油黏度，mPa·s。

圖2 渤海SZ稠油油藏流度與擬啟動(dòng)壓力梯度關(guān)系曲線Fig．2 Relationship between mobility and pseudo startup pressure gradient of SZ heavy oil reservoir in Bohai oilfield

由式（1）可以看出，隨著流度的降低，擬啟動(dòng)壓力梯度呈冪指數(shù)形式增大。與同類(lèi)油藏相比［18－19］，相同流度下SZ油藏?cái)M啟動(dòng)壓力梯度更大，非線性滲流更強(qiáng)。

1．2 擬啟動(dòng)壓力梯度等效模擬

利用商業(yè)數(shù)值模擬器Eclipse軟件進(jìn)行模擬時(shí)，流體從一個(gè)網(wǎng)格流向另外一個(gè)網(wǎng)格，如果相鄰的兩個(gè)網(wǎng)格屬于不同的平衡分區(qū)，則需要克服門(mén)限壓力（最小壓力差）才能發(fā)生流動(dòng)；軟件中THPRES關(guān)鍵字可以設(shè)置不同平衡分區(qū)之間的門(mén)限壓力。若將兩個(gè)平衡分區(qū)之間的門(mén)限壓力設(shè)置成擬啟動(dòng)壓力（擬啟動(dòng)壓力梯度與網(wǎng)格尺寸乘積），就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)擬啟動(dòng)壓力梯度的等效模擬［20］。利用THPRES關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)擬啟動(dòng)壓力梯度的等效模擬主要分為兩步，首先設(shè)置網(wǎng)格的平衡分區(qū)，然后設(shè)置不同平衡分區(qū)之間的門(mén)限壓力。

1．2．1 平衡分區(qū)的設(shè)置

Eclipse軟件中通過(guò)EQLNUM關(guān)鍵字設(shè)置網(wǎng)格所屬平衡分區(qū)。對(duì)于平衡分區(qū)的設(shè)置，需要根據(jù)油藏非均質(zhì)性情況確定。

1）假設(shè)油藏平面均質(zhì)，如圖3a所示，平面滲透率為100 mD，最少需要設(shè)置2個(gè)平衡分區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)擬啟動(dòng)壓力梯度的模擬。平衡分區(qū)的設(shè)置采取以下方法：第1行的第1個(gè)網(wǎng)格設(shè)置為平衡分區(qū)1，第2個(gè)網(wǎng)格設(shè)置為平衡分區(qū)2，依次重復(fù)直至該行結(jié)束；第2行的第1個(gè)網(wǎng)格設(shè)置為平衡分區(qū)2，第2個(gè)網(wǎng)格設(shè)置為平衡分區(qū)1，依次重復(fù)直至該行結(jié)束；其他行按照第1行和第2行設(shè)置方式重復(fù)即可。這種設(shè)置方法稱之為“交替賦值法”。如圖3b所示，對(duì)于任一網(wǎng)格，其所屬平衡分區(qū)與相鄰的4個(gè)網(wǎng)格所屬平衡分區(qū)都不相同，流體從該網(wǎng)格流向任一網(wǎng)格都須克服2個(gè)平衡分區(qū)的門(mén)限壓力。

圖3 平面均質(zhì)油藏平衡分區(qū)設(shè)置示意圖Fig．3 Schematic diagram of equilibrium region for homogeneous reservoir

2）若油藏平面非均質(zhì)，設(shè)置平衡分區(qū)時(shí)，如果一個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)一個(gè)平衡分區(qū)，那么平衡分區(qū)的個(gè)數(shù)等于網(wǎng)格數(shù)，平衡分區(qū)數(shù)目過(guò)大會(huì)影響數(shù)值模擬運(yùn)算速度。在此提出一種簡(jiǎn)化方法，首先根據(jù)滲透率劃分為幾個(gè)不同的區(qū)間，同一滲透率區(qū)間可視為均質(zhì)。由前述可知，每個(gè)均質(zhì)區(qū)間最少需要設(shè)置2個(gè)平衡分區(qū)，則共需要設(shè)置2倍區(qū)間個(gè)數(shù)的平衡分區(qū)。如圖4a所示，根據(jù)滲透率劃分為3個(gè)區(qū)間，黃色區(qū)域?yàn)?0～120 mD，淺綠色區(qū)域?yàn)?00～400 mD，藍(lán)色區(qū)域?yàn)?00～800 mD。如圖4b所示，在黃色區(qū)域內(nèi)設(shè)置2個(gè)平衡分區(qū)，分別為1、2；在淺綠色區(qū)域內(nèi)設(shè)置2個(gè)平衡分區(qū)，分別為3、4；在藍(lán)色區(qū)域內(nèi)設(shè)置2個(gè)平衡分區(qū)，分別為5、6。每個(gè)均質(zhì)區(qū)間內(nèi)平衡分區(qū)設(shè)置按照前述“交替賦值法”進(jìn)行設(shè)置。

圖4 平面非均質(zhì)油藏平衡分區(qū)設(shè)置示意圖Fig．4 Schematic diagram of equilibrium region for heterogeneous reservoir

1．2．2 門(mén)限壓力的設(shè)置

平衡分區(qū)設(shè)置完成后，需要給定任意2個(gè)平衡分區(qū)之間的門(mén)限壓力。首先確定2個(gè)平衡分區(qū)對(duì)應(yīng)的滲透率區(qū)間的平均值，取兩者中較小者作為公式（1）中滲透率計(jì)算項(xiàng)，得到擬啟動(dòng)壓力梯度，然后乘以網(wǎng)格尺寸就得到了2個(gè)平衡分區(qū)之間的門(mén)限壓力。例如，圖4b中平衡分區(qū)2、3對(duì)應(yīng)的滲透率區(qū)間平均值分別是100、350 mD，選用滲透率為100 mD計(jì)算擬啟動(dòng)壓力梯度，再乘以網(wǎng)格尺寸即可得到門(mén)限壓力。

2 實(shí)例應(yīng)用

2．1 典型模型建立

建立渤海SZ稠油油藏B6井一注一采數(shù)模模型，如圖5所示。網(wǎng)格數(shù)為35×21×22，網(wǎng)格尺寸為20 m×20 m×3．5 m?？v向第1～5層為Iu油組（第1井段），第6～12層為Id油組（第2井段），第13～22層為II油組（第3井段），各小層為平面均質(zhì)及層間非均質(zhì)。

每一層設(shè)置2個(gè)平衡分區(qū)，相鄰分區(qū)間門(mén)限壓力通過(guò)式（1）計(jì)算。以第1層為例，該層滲透率為3 800 mD，原油黏度為202 mPa·s，計(jì)算得到擬啟動(dòng)壓力梯度為0．026 7 MPa／m，網(wǎng)格尺寸為20 m，則相鄰分區(qū)之間的門(mén)限壓力為0．53 MPa。

圖5 渤海SZ稠油油藏B6井油藏?cái)?shù)模模型示意圖Fig．5 Schematic diagram of reservoir simalation model of Well B6of SZ heavy oil reservoir in Bohai oilfield

數(shù)值模擬過(guò)程中井的生產(chǎn)完全按照礦場(chǎng)產(chǎn)能測(cè)試流程進(jìn)行控制。首先全井段生產(chǎn)，然后依次是第1井段、第2井段、第3井段生產(chǎn)。采取定液量生產(chǎn)方式，全井段和各井段產(chǎn)液量以產(chǎn)能測(cè)試時(shí)液量為參考。

2．2 結(jié)果對(duì)比

SZ稠油油藏B6井礦場(chǎng)測(cè)試與數(shù)值模擬結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，當(dāng)在數(shù)模模型中考慮擬啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，計(jì)算所得的層間干擾系數(shù)與礦場(chǎng)測(cè)試結(jié)果更為吻合。

表2 渤海SZ稠油油藏B6井礦場(chǎng)測(cè)試與數(shù)值模擬結(jié)果表Table 2 Results of field test and numerical simulation for Well B6of SZ heavy oil reservoir in Bohai oilfield

依據(jù)本文方法，建立了其他測(cè)試井模型，得到SZ油藏不同油井層間干擾系數(shù)，見(jiàn)表3。由表3可以看出，考慮擬啟動(dòng)壓力梯度所得到的層間干擾系數(shù)與礦場(chǎng)測(cè)試結(jié)果吻合程度更高，驗(yàn)證了本文方法的正確性。

表3 渤海SZ稠油油藏不同油井層間干擾系數(shù)Table 3 Interference coefficients of different wells of SZ heavy oil reservoir in Bohai sea

3 結(jié)論

基于Eclipse軟件的THPRES關(guān)鍵字，通過(guò)設(shè)置平衡分區(qū)和平衡分區(qū)間門(mén)限壓力，可以實(shí)現(xiàn)擬啟動(dòng)壓力梯度在商業(yè)數(shù)模軟件中的等效處理，從而獲得更為準(zhǔn)確的層間干擾系數(shù)。實(shí)例應(yīng)用表明，考慮擬啟動(dòng)壓力梯度的數(shù)值模擬所得的層間干擾系數(shù)與礦場(chǎng)測(cè)試結(jié)果吻合程度較高，本文方法在海上稠油油藏合理劃分和調(diào)整開(kāi)發(fā)層系中具有較好的實(shí)用性。

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A new method of determining the interlayer interference coefficient in offshore heavy oil reservoir

WANG Shoulei1，2GENG Zhanli2AN Guirong2
（1．China University of Geosciences，Beijing100083，China；2．CNOOC Research Institute，Beijing100028，China）

Multilayer commingled production is generally applied to develop offshore oilfield，which causes serious interlayer interference．The interlayer interference coefficient obtained by current reservoir simulation software is different from field productivity test．A new method to determine interlayer interference coefficient is proposed by considering pseudo startup pressure gradient in reservoir simulation．Taking SZ heavy oil reservoir in Bohai oilfield as an example，the relationship between pseudo startup pressure gradient and mobility is established by oil－water displacement experiment．The reservoir simulation considering pseudo startup pressure gradient is realized by firstly determining the equilibrium region of each grid according to the heterogeneity，and then setting the threshold pressure between two different equilibrium regions（the product of pseudo startup pressure gradient and grid size）．Field application shows that interlayer interference coefficient obtained by the method agrees with field productivity test．The method can be applied to the development layer division and adjustment．

offshore oilfield；heavy oil reservoir；interlayer interference；interference coefficient；pseudo startup pressure gradient；reservoir simulation

TE323

A

王守磊，耿站立，安桂榮．海上稠油油藏層間干擾系數(shù)確定新方法［J］．中國(guó)海上油氣，2017，29（5）：90－95．

WANG Shoulei，GENG Zhanli，AN Guirong．A new method of determining the interlayer interference coefficient in offshore heavy oil reservoir［J］．China Offshore Oil and Gas，2017，29（5）：90－95．

1673－1506（2017）05－0090－06

10．11935／j．issn．1673－1506．2017．05．012

＊“十三五”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“中海油油氣開(kāi)發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略研究（編號(hào)：2016ZX05016－006－006）”部分研究成果。

王守磊，男，2013年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事海上油田油藏工程和滲流理論方面的工作。地址：北京市朝陽(yáng)區(qū)太陽(yáng)宮南街6號(hào)院 A座（郵編：100028）。E－mail：wangshl53＠cnooc．com．cn。

2016－12－02 改回日期：2017－03－31

（編輯：楊 濱）