夹层性质对厚层底水油藏水驱规律的影响

任超群，李文红，孔令辉，张鹏，宋智聪

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

夹层性质对厚层底水油藏水驱规律的影响

任超群，李文红，孔令辉，张鹏，宋智聪

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

厚油层层内夹层是控制油井水驱规律的主要因素，尤其在底水油藏中，夹层的存在引起地层流体流线的改变，不同的夹层性质导致不同的改变效果，进而影响油藏水驱规律的变化，甚至改变整个油藏的水驱模式。以文昌油田某油组为例，分析了厚油层层内夹层的分布特征，并对夹层控制下的油井水驱规律进行剖析，利用该油组资料建立数值模型，采用油藏数值模拟方法分别研究了夹层不同渗透性、分布形态、组合方式等夹层性质下的水驱规律特征及剩余油分布特征。结果表明，夹层发育范围、渗透性、分布模式等性质是影响油井水驱规律的主要因素，不同的夹层性质表现出不同的水驱规律，在此规律指导下的稳油控水措施取得较好的效果。

厚层；底水油藏；夹层性质；水驱规律；挖潜

Key words：thick layer；bottom-water reservoir；interlayer property；waterflooding pattern；potential tapping

夹层主要是指储层内部不渗透或低渗透，能够对油气的流动、运移或聚集产生作用的条带，其不能完全阻止或控制流体的运动，但对流体渗流速度与渗流效果具有较大影响[1]。目前对夹层的研究主要针对夹层的成因、类型和分布规律等方面，而对夹层的形态、渗透性等因素对水驱规律的控制作用研究则较少。采用直井开发厚层底水油藏，夹层的分布、组合形态、渗透性等因素决定了油藏水驱规律，同时对中后期剩余油分布起较为重要的控制作用，因此如何深入认识夹层对水驱规律的影响并进一步指导下部调整挖潜显得尤为重要。

1 油田基本概况

文昌油田某油组为扇三角洲平原～前缘的分流河道相，该油组的储层厚度大，分布广，物性较好，砂岩毛厚109.53 m～147.1 m，油层厚度59.38 m～101.1 m，孔隙度20.8%～27.2%，渗透率115 mD～1 011 mD，为受断鼻构造控制的底水作用为主的中细砂岩油藏。

该油组自2008年投产以来，有6口定向井生产，截止到2016年底，综合产油能力260 m3/d，综合含水率达到85.7%，采出程度45.8%。该油组地层能量充足，产能水平保持较好。该油组储层厚度大，油藏纵向非均质性强，其储层内泥质夹层发育，导致层间产出不均、水驱特征差异较大。

2 夹层分布特征

该油组储层为直接入海的扇三角洲沉积，主要发育扇三角洲前缘亚相的水下分流道、河口坝、支流间湾等沉积微相。夹层类型主要包含泥质夹层与物性夹层[2]。

泥质夹层是地层中泥质含量较高而使孔渗性变差的一类地层。岩性包括泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，主要分布在分流河道间、海泛泥等沉积微相中。储层中下部发育一套分布范围较广，对比性强的泥质隔层为海侵过程中形成的海泛泥岩。

物性夹层是因为地层的泥质含量、沉积物粒度变化等因素使得孔渗性在横向上变差的一类地层，主要发育于单期水道砂体的底、顶部以及多期水道砂体之间或是砂坝之间。物性夹层规模小，厚度薄，一般小于2 m，局部层段较厚横向上可对比性差，分布不稳定，一般形成为夹层。

3 夹层性质对水驱规律的影响研究

3.1 底水锥进机理

3.1.1 无夹层模式如油藏中不存在隔板性质的夹层[3，4]，底水直接向井底锥进（见图1（a）），底水锥进的距离为油井射孔的避水高度，即ho－hp。根据渗流力学理论，得到底水锥进的真实速度为[5]：

稳定生产时油井产量公式为：

由式（2）求出Δp代入式（1），得该类油井见水时间计算公式为：

3.1.2 不渗透夹层模式对于带有不渗透率夹层的底水油藏来说，底水首先锥进到夹层的边缘，然后绕过夹层，再沿着径向距离向井底锥进（见图1（b））。油井见水时间由两部分组成：从a点锥进到b点的时间tab和从b点锥进到c点的时间tbc，根据上述推导及平面径向流渗流理论，得出该类油井见水时间tb。

由式（4）可知，当夹层分布较广，即rb较大时，平面径向流tbc所占比例较大，即底水自夹层边缘锥进至井底所花时间较长，在生产动态上表现为边水驱特征；当夹层分布范围较小，rb较小，平面径向流tbc所占比例小，表现为底水驱特征。

3.1.3 半渗透夹层模式对于带有半渗透夹层的底水油藏来说，底水穿过半渗透率夹层后锥进至井底（见图1（c））。根据渗流理论得出该类油井见水时间tsb。

图1 底水锥进示意图

当夹层厚度Δhb为0 m或夹层渗透率与储层渗透率相等（β=1）时，夹层消失，式（5）转化为式（3）；当夹层渗透率为零（β=0）时，底水无法锥进，采用式（4）计算。

3.2 夹层渗透性对水驱规律的影响

根据岩心描述、测井响应等地质分析，该油组夹层分类标准为：孔隙度＜14%，渗透率＜10 mD；夹层细分为两类，一类为泥质夹层，电阻率为1 Ω·m～3 Ω·m，声波为90 μs/ft～120 μs/ft，另一类为物性夹层，电阻率＞4 Ω·m，声波为70 μs/ft～90 μs/ft。

采用油藏数值模拟软件Eclipse进行机理分析与研究。为了解夹层不同渗透性对水驱规律的影响，参考B5井测井解释四套夹层分布模式（见图2）及考虑底水油藏避射情况，机理模型中修改对应夹层的各小层渗透率，分别为0 mD、0.01 mD、0.1 mD、1 mD、5 mD、10 mD共6个方案。

图2 B5井测井解释成果图

图3 不同渗透性夹层开发效果图

计算结果（见图3）表明：在夹层发育的厚层底水油藏中，夹层的渗透性对直井开发效果影响较大。不同夹层渗透性开发效果情况如下：0 mD<0.01 mD<0.1 mD<（1 mD～10 mD）。这是由于当夹层渗透性较差甚至不渗透时，其对底水的阻挡较为明显，导致下部未射孔储层段储量动用较少，大量剩余油富集在夹层下部，总体开发效果较差；当该类夹层具有一定渗透性时，既能阻挡底水的快速锥进，又能保证能量的供给，充分动用整个区块储量，提高最终采出程度（见图4）。当夹层渗透率大于1 mD时，由于不同渗透率的夹层对底水封堵能力的不同，造成油井见水特征及见水机理存在较大的差异，当夹层渗透率约为1 mD时，水驱模式以边水锥进为主；当夹层渗透性变好时，如渗透率增加至10 mD，水驱模式由边水锥进向底水锥进过渡，且偏向底水锥进模式（见图5）；因此，当定向井射孔段下部夹层不发育时，水驱模式以底水锥进为主，此时需调整开发策略避免底水快速锥进。

图4 不同渗透性夹层水驱后期剩余油分布图

3.3 夹层分布形态对水驱规律的影响

储层中夹层分布复杂，既包含大范围分布的泥岩夹层，也存在分布不稳定，连续性较差的物性夹层等。在模型中考虑五种夹层平面分布形态：（1）全区广泛分布；（2）全区大范围分布；（3）局部小范围分布；（4）井点处分布；（5）井点处无夹层分布（见图6）。

结果表明，大范围分布的低渗透夹层对厚层底水油藏水驱规律具有明显影响，该类夹层能够抑制底水锥进，水驱模式以边水锥进为主，开发效果较好；夹层渗透性相对较差的油井以边水驱动模式为主，夹层渗透性相对较好的油井以底水驱动模式为主；井点处分布低渗透夹层对底水基本无阻挡作用，水驱特征表现为见水快、底水锥进的特征。

3.4 夹层组合方式对水驱规律的影响

夹层的存在导致地下渗流场发生变化，多套夹层的存在使渗流场的变化更为复杂，造成不同生产井的不同生产特征。

图5 夹层渗透性大于1 mD早期水驱特征示意图

模型采用不同的夹层组合方式来研究其对水驱规律的影响。考虑三种夹层（k=0.1 mD）的不同组合方式：（1）夹层大范围分布，厚度为5 m；（2）三套夹层大范围分布，厚度为1 m；（3）三套夹层不连续分布，交错组合，厚度为1 m（见图7，图8）。计算结果表明，夹层大范围分布时，总体上一套厚层与多套薄层开发效果相当，多套薄层略好，夹层下部“屋檐油”富集；夹层以局部交错分布时，开发效果较好，既能延缓底水的锥进，又能较好动用下部储量。

图6 不同夹层分布模型物性及剩余油饱和度分布图

图7 不同夹层组合模型物性及剩余油分布图

4 实例应用

根据夹层分布模式及夹层性质对油井水驱规律的影响特征认识，文昌油田该油组水驱规律主要受夹层性质的影响，底水区油井（B5井）在生产过程中表现为典型的边水驱动特征（见图9）。

B3井为构造高部位的一口定向生产井，钻遇油水界面，射孔段位于储层中上部，射孔层段以小范围夹层发育为主，射孔段下部发育较大范围夹层，生产过程中水驱特征以边水为主，底水为辅的边底水水驱特征，出水段以下部射孔段为主。产出剖面测井结果（见图10）显示下部层段含水率较高，结合水驱模式分析，该井于后期卡掉下部产层后，含水从84%下降至55%，初期日增油25 m3（见图11），措施效果较好。

图8 不同夹层组合方式开发效果图

图9 B5井测试曲线图

图10 B3井产出剖面测试图

5 结论

（1）在大范围低渗夹层控制下的油井水驱模式以边水锥进为主，井点处分布低渗透夹层对底水基本无阻挡作用，水驱特征表现为见水快、底水锥进的特征。

（2）不同夹层渗透性模式下的油井水驱模式差异较大，夹层渗透性相对较差的油井以边水驱动模式为主。

（3）夹层大范围分布时，一套厚夹层与多套薄夹层开发效果相当；夹层以局部交错分布时，开发效果较好，既能延缓底水的锥进，又能较好动用下部储量。

图11 B3井测试曲线图

（4）在准确认识油井水驱规律特征的基础上，采取相应的稳油控水措施能够获得较好的措施效果。

符号说明：

ΔP-生产压差，MPa；K-地层水平渗透率，D；Kv-地层垂向渗透率，D；Φ-储层孔隙度，小数；μw-地层水黏度，mPa·s；St-油井总表皮，无因次；qo-油井产量，m3/ks；μR=μw/μo-水油黏度比，无因次；β-夹层渗透率与油层渗透率的比值，无因次；rw-油井完井半径，m；re-油井泄油半径，m；ho-井点处的含油高度，m；hp-藏油层顶部起算的油层打开厚度，m；Δhb-半渗透夹层厚度，m；rb-夹层半径，m。

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Influence of interlayer properties on water flooding law of thick bottom reservoir

REN Chaoqun，LI Wenhong，KONG Linghui，ZHANG Peng，SONG Zhicong
（Zhanjiang Branch，CNOOC（China）Co.，Ltd.，Zhanjiang Guangdong 524057，China）

Interlayer within thick oil layer is the major contributors to waterflooding pattern in oil wells.Especially in the bottom-water reservoir,the interlayer would influence the streamlines of fluid in the formation.Different characters lead different changes and waterflooding law,indeed change the waterflooding pattern in the whole reservoir.This paper,with Wenchang oilfield X oil unit as an example,analyzes distribution features of interlayer within thick oil layer and their impact on waterflooding pattern in oil wells.On the basis of numerical model established with relevant data,the paper,by means of numerical stimulation,studies the waterflooding pattern and residue oil distribution under the influence of different interlayer property which includes permeability,distribution pattern and combination.The result shows that the scope,permeability and distribution pattern of the interlayer are the major factors which influence the waterflooding pattern.The different interlayer characters lead to different waterflooding patterns.Good results can be achieved through the water-controlling measures under this law.

TE327

A

1673-5285（2017）06-0056-08

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.012

2017－04-19

任超群，男，工程师，2011年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业，现主要从事油田开发方面的工作，邮箱：renchq@cnooc.com.cn。