高含水停采油藏剩余油再聚集敏感因素研究

張建寧，尤啟東，郭文敏

（1.中國石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都225265；2.常州大學石油工程學院，江蘇常州213016）

高含水停采油藏剩余油再聚集敏感因素研究

張建寧1，尤啟東1，郭文敏2

（1.中國石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都225265；2.常州大學石油工程學院，江蘇常州213016）

在剩余油再聚集數學模型建立的基礎上，運用典型油藏地質模型利用數值模擬方法，分析研究了剩余油再聚集敏感因素及再富集規律。結果表明剩余油再聚集過程中受油藏內部驅動壓力、重力、浮力及毛管力的力學再平衡作用控制。剩余油富集規模受停采時間、停采前含油飽和度、原油性質、儲層非均質和構造等因素影響，油藏的微構造高點、腰部、平面滲透率高及砂體頂部是剩余油重新運移聚集的有利區帶?，F場通過側鉆、零星調整井、回采和水淹層挖潛，取得了良好增油效果。

長期停采油藏；剩余油再聚集；數學模型；敏感因素

礦場開發實踐表明高含水油藏長期停采后，基于地下流場動態條件的變化，剩余油會發生再聚集現象[1-2]。因此，分析研究停采油藏剩余油重新運移聚集機理及敏感因素，尋找剩余油再聚集或再富集規律，是油田開發后期挖潛與提高采收率的重要方向。通過開展高含水停采油藏剩余油再聚集敏感因素分析，分析研究剩余油重新運移的主控因素，在停產與半停產及廢棄油藏剩余油再富集區挖潛取得了較好的開發效果。

1 剩余油再聚集數學模型建模思路

剩余油再聚集過程主要包括初次運移和二次運移兩個階段。根據流體勢原理，高含水油藏停采后形成的負壓區，是油、水運移的主要通道。初次運移以注采壓力場或油藏內外邊底水能量差異形成的粘滯力為主，在油藏內部驅動壓差的作用下，可動剩余油和地層水較快地向低壓區域運移。當達到油藏內部的壓力平衡時，可動剩余油會在內部的重力、浮力和毛管力的作用下產生二次運移，最終與油藏有利構造、儲層變化帶匹配后聚集形成富集區帶。

1.1 初次運移數學模型

初期運移力學場平衡主要為停采后形成的殘余驅動力、粘滯力為主的地下油水滲流過程，該階段重力、毛管力較弱，可以忽略。以圖1所示的網格模型為基礎，根據油水運動方程，計算網格單元內X、Y、Z三個方向的油水流入、流出量，當達到壓力平衡條件時，根據網格內油水質量和體積的變化，可得到網格內的含油飽和度和含水飽和度。因此，初次運移數學模型可應用Eclipse數值模擬軟件黑油模型解決。

圖1 油水初次運移網格模型示意圖Fig.1 Grid model of primary migration of oil and water

1.2 二次運移數學模型

油水二次聚集后期運移力學場以重力、毛管力的平衡作用為主，此階段為油水二次聚集主要過程，該階段產生的網格間的油水置換，本質上為油水自發滲吸過程。建立以圖2所示網格模型，根據滲吸原理，油、水運動速度方向相反、大小相同，可得到在毛管力和重力平衡條件下，油水流入流出網格單元內的質量。

圖2 油水滲吸過程力學平衡示意圖Fig.2 Mechanical equilibrium of imbibitions of oil and water

當達到壓力平衡后，網格間主要在毛管力、油水重力差的作用下產生滲吸交換過程。以X方向為例，網格間i與i-1、i+1網格間油水交換速度公式如下：

同理可得到Y、Z方向流體交換速度。根據滲吸質量守恒方程，可得到任一網格內含油飽和度的計算模型如下：

公式1～3中：k為滲透率；kro、krw分別為油水相對滲透率；vxo-、vxo+分別為X方向油的的流出、流入速度；vyo-、vyo+分別為Y方向水的流出、流入速度；vzo-、vzo+分別為Z方向水的流出、流入速度；θ為油藏傾角；ρo、ρw分別為油水密度；Vf為網格體積；Soijk為網格內的初次運移后的含油飽和度；A為不同方向網格截斷面積；t為達到壓力平衡所需時間。

其中模型中隱含毛管力的計算求取。毛管力的大小一般基于因次分析得出的半經驗無因次函數J（Sw）函數來表征，J函數和毛管力關系表達式如下：

對于具有不同K和φ巖樣的毛管力曲線，進行標準經處理，對數據點進行回歸，可得到一條能夠代表儲層特征的平均無因次J（SwD）曲線：

式中：PcHg為汞毛管壓力，MPa；σHg為汞界面張力，mN/m；θHg為汞潤濕角；Sw為濕相飽和度，f；A、B為回歸系數。

將實驗室應用壓汞法測得的毛管力進行轉換，可得到實際模型毛管力的計算公式：

2 剩余油再聚集敏感因素分析

2.1 典型油藏地質模型參數選取及建立

以江蘇油田ZW蘇62井區E2d2、Z44K2t1、C7E2s17三個高含水停采油藏儲層地質參數、流體參數和停采前殘余油飽和度平均參數，建立典型油藏地質理論模型。模型中的滲透率為200×10-3μm2，孔隙度為0.222，地面原油密度為0.84g/cm3，體積系數為1.1，地下原油黏度為2.5 mPa·s,壓縮系數為11.06×10-4MPa-1，初始殘余油飽和度為0.44，等效無因次含油飽和度為0.494。利用壓汞毛管力曲線，得到J函數擬合參數A=0.086 234，B=-1.926 37。

2.2 再聚集敏感參數分析

在建立典型油藏地質模型的基礎上，應用Eclipse數值模擬軟件2008.1版中的黑油模型模擬初次運移過程。當初次運移達到壓力平衡時，將得到的剩余油飽和度及數據體導入自主開發的二次運移模型軟件中，繼續模擬滲吸交換過程。通過改變模型中的地質及流體性質參數，模擬各種因素對剩余油再聚集的影響。根據模擬結果，分析敏感因素如下。

1）停采時間。隨著停采時間的增加（圖3），砂體重力分異作用開始出現，由于毛管力小于油水密度差引起的重力作用，下部剩余油開始向上漂移，最終形成上部含油飽和度高，下部含油飽和度低的剩余油二次聚集特征；從含水率變化可以看出隨著時間的增加，含水率開始下降，當時間達到36個月時，含水下降速度明顯降低，到78個月時趨于穩定。

2）地層傾角。隨著構造傾角的增加（圖4），垂向上停采砂體上部剩余油飽和度明顯高于下部；平面上，上部剩余油飽和度頂部高于腰部，下部剩余飽和度頂部略低于腰部；從含水率變化來看，頂部含水率隨著停采時間增加，含水率降低，而腰部隨著停采時間的增加，含水率開始上升，從構造傾角影響程度來看，當構造幅度小于15度時，變化不明顯，當大于15°時，具有明顯變化特征。

圖3 停采時間與含水率關系曲線Fig.3 Relation curve of stop production time and water content

圖4 構造傾角與含水率關系曲線Fig.4 Relation curve of structure dip and water content

3）砂體厚度。隨著砂體厚度的增加（圖5），垂向上停采砂體上部剩余油飽和度明顯高于下部；從含水率變化來看，在停采時間一定的情況下，隨著砂體厚度的增加，含水率略有降低趨勢，當厚度達到8 m時，含水率基本保持穩定。

圖5 砂體厚度與含水率關系Fig.5 Relation curve of sandstone thickness and water content

4）平面非均質性。平面上剩余油的二次聚集總是向著滲透率高的位置運移（圖6），最終平面平衡后，低滲部位剩余油飽和度略低于高滲部位；隨著平面滲透率級差的增加，含水率呈降低的趨勢，從降低幅度來看，滲透率相差兩倍為一界限值。

圖6 平面非均質與含水率關系Fig.6 Relation curve of areal heterogeneity and water content

5）垂向非均質性。受重力作用影響，垂向上，上部滲透率越低，垂向上部剩余油飽和度與下部越接近；上部滲透相對下部越高，上部剩余油飽和度越高，上下剩余油飽和度差別越大；隨著垂向滲透率級差的增加，含水率呈降低趨勢，從降低幅度來看，滲透率相差4倍為一界限值（圖7）。

圖7 垂向非均質與含水率關系Fig.7 Relation curve of vertical heterogeneity and water content

6）剩余油飽和度。受重力作用影響，垂向上，平均含油飽和度越高，上部剩余油飽和度與下部差別越大；隨著無因次含油飽和度的增加，含水率呈明顯降低的趨勢。從降低幅度來看，無因次油飽和度大于0.3時，含水率快速降低，可見無因次飽和度0.3為一界限值（圖8）。

圖8 無因次含油飽和度與含水率關系曲線Fig.8 Relation curve of dimensionless oil saturation and water content

7）原油性質。隨原油密度和油水黏度比的增加，無論是油藏頂部還是腰部，含水都呈增加趨勢。油水黏度比高于20后，油藏頂部及腰部含水差異變化不大。主要原因為原油性質變差，油藏中剩余油運移、滲吸速度降低，在相同停采時間下，再聚集富集后的剩余油飽和度增加幅度小。分析數模結果，油水黏度比20為一界限值（圖9）。

8）滲透率。滲透率越高，油水初次運移的速度和二次運移的滲吸速度越快。根據數模結果，隨著滲透率的增加，油藏構造高部位和腰部含水均呈下降趨勢，油藏高部位的含水下降幅度要大于腰部。從下降幅度看，滲透率大于50×10-3μm2含水下降幅度明顯加快（圖10）。

圖9 油水黏度比與含水率關系Fig.9 Relation curve of viscosity of oil and water and water content

圖10 滲透率大小與含水率關系Fig.10 Relation curve of permeability and water content

根據上述單因素敏感性研究結果，高含水長期停采油藏剩余油再富集受停采時間、停采前含油飽和度、地層傾角、原油性質、儲層厚度、非均質性及滲透率等因素控制。

3 長期停采油藏剩余油再聚集富集規律

對比高含水油藏停采前后含油飽和度變化表明，平面上單砂體上部剩余油飽和度呈現增加趨勢，油水過渡帶范圍擴大，而靠近斷層附近由于毛管力作用，含油飽和度略有降低；下部剩余油飽和度呈現降低的趨勢，油水過渡帶范圍進一步擴大，下部剩余油飽和度從靠近斷層附近及油水過渡帶內，含油飽和度均有所下降。平面上滲透率高值區域，后期含油飽和度增加幅度較大，低滲區帶含油飽和度呈現明顯下降，表明高滲區帶的油水交換、滲吸作用大于低滲區帶。隨著地層傾角的增加，單砂體上部剩余油飽和度增加較明顯，下部剩余油飽和度下降幅度變大，表明重力分異作用大于毛管力作用，使下部原油上漂能力增強。

總之，高含水油藏長期停采后，剩余油飽和度變化與構造深度具有一定規律[3]。即構造低部位整體上含油飽和度進一步降低，腰部由于本身含油飽和度不高，經歷停采平衡后，飽和度增幅較大，而構造高部位及斷層附近剩余油飽和度本身較高，經歷長期停采后，含油飽和度會有所降低。因此，長期停采油藏剩余油再聚集后，剩余油相對富集區主要集中在停采砂體腰部以上區域及平面上滲透率高值區的頂部。

4 長期停采油藏挖潛實踐

在分析研究剩余油重新聚集敏感因素和再富集規律的基礎上，結合油藏地質構造，對Z41K2t1、Z44K2t1、C7E2s17等高含水長期停采油藏開展了側鉆、零星調整井、回采和水淹層挖潛工作。2013年以來，實施側鉆井及零星調整井7口，措施回采原高含水層及鄰井高含水后長關停采的水淹層5井次，均獲得了成功，累計增油1.4836×103t。以下是兩口挖潛成功井的實例。

4.1 利用老井挖潛高含水停采后再聚集形成的剩余油

C7E2s17高部位的油井在2003年12月因高含水關井，關井前日產油0.2 t，含水96.7%。2012年12月對長期停采的構造腰部的老井C58井水淹層頂部補孔，初期日產油29 t，含水8.5%；至2014年10月日產油6.6 t，含水87.5%，累增油6 635 t。

4.2 利用側鉆挖潛高含水停采砂體聚集形成的剩余油

Z41K2t1地層傾角13.9°，油藏自2010年因高含水停采，停采前采出程度20.89%，綜合含水98.8%。2013年，在油藏構造高部位距離老井50m實施了1口側鉆井CZ41-8。CZ41-8井鉆遇油水同層6層31.4 m，2013年7月投產下部同層1層7.8 m的頂部3 m，初期日產油10.8 t，含水50%，后提液生產，2014年10月日產油5.9 t，含水97.5%，已累產油2 920 t。

5 認識與結論

1）高含水停采油藏再聚集過程可分為初次運移和二次運移兩個階段。前者以油藏內部驅動壓差、粘滯力為主，運移速度較快；后者主要以毛管力、重力（浮力）為主，運移速度較慢，滲吸機理以油水滲吸交換作用形式剩余油再聚集。

2）高含水停采油藏剩余油再聚集主要受油藏地質和動態控制因素影響。儲層非均質、構造自然特征等決定了后期再聚集的場所，停采前的剩余油飽和度、停采時間及原油性質對剩余油再聚集的過程控制具有重要影響。

3）高含水停采油藏挖潛的篩選需要滿足一定條件。理論上最佳政策界限為：停采時間超過36個月，地層傾角大于15°，地層厚度超過8 m，平面滲透率級差大于2，垂向非均質系數大于4，無因次含油飽和度大于0.3，油水黏度比低于20，滲透率大于50× 10-3μm2。

4）高含水停采油藏再聚集開發挖潛要綜合考慮各種敏感因素的影響。長期停采井的挖潛需要綜合考慮儲層的非均質性、微構造和停采時間等因素，才能取得較好的挖潛效果。

[1]蒲玉國，吳時國，馮延狀，等.剩余油“勢控論”的初步構建及再生潛力模式[J].西安石油大學學報（自然科學版），2005，20（6）：7-11.

[2]王建，胡罡.強化開采及油氣重新運移聚集形成剩余油機理研究[J].科學技術與工程，2012，12（5）：3744-3746.

[3]王慶，賈東，馮品剛，等.微構造識別方法及利用浮力開發油田[J].石油勘探與開發，2003，30（1）：65-67.

（編輯：楊友勝）

Study on the sensitive factors of the residual oil reaccumulation of high water cut non-mining reservoir

Zhang Jianning1,You Qidong1and Guo Wenmin2
(1.No.1 Oil Plant of Jiangsu Oilfield,SINOPEC,Jiangdu,Jiangsu 225265,China; 2.School of Petroleum Engineering,Changzhou University,Changzhou,Jiangsu 213016,China)

∶On the base of the mathematical model of the residual oil reaccumulation,the sensitive factors and its law have been ana?lyzed and studied through typical reservoir geological model with numerical simulation.The research results show that residual oil distribution and accumulation law are controlled by the hydrodynamics,gravity,buoyancy and capillary pressure.The accumula?tion scale is affected by the stoptage time,the oil saturation,crude property,the formation heterogeneity and geological structure. The high microstructure,the waist,the high permeability in the flat surface and the top of the formation in a reservoir are good area to the residual migration and accumulation.The field results have obtained good stimulation effects with the technology that using sidertracking wells,a few adjustment wells,restoring the production of high water cut formation and tapping the potential in waterflooded zone.

∶non-mining reservoir,residual oil reaccumulation,mathematical model,sensitive factors

2015-01-12。

張建寧（1971—），男，高級工程師，油田開發研究和生產管理。