蔡 晖，刘英宪，马奎前，姜瑞忠，张福蕾

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459；2.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

0 引 言

经长期注水开发后海上油藏高含水阶段优势通道逐渐形成，区块开发矛盾日渐突出，综合调整越来越难，驱替的不均匀性导致流场强弱的非均匀分布，油水井间逐渐形成优势流场，优势流场区域吸水量大、流体流速快，注入水很难再提高水驱波及体积[1-4]。前人对流场的研究聚焦于优势通道表征、大孔道识别和流场评价等方面[5-9]。流场划分的等级数量要适当，等级数量过多会使流场评价过于复杂，增加了流场评价的任务量，流场调整措施也因等级的繁杂而不具有针对性；等级数量过少则导致典型流场不能得到有效的表现，流场认识过于浅显[10-12]。以往的学者在进行流场强度划分时大多使用4～5级，流场级别划分方法有2类，一类是专家经验法，即人为划分流场等级，此方法虽结合油田具体情况，但缺少实际数据依据；另一类方法是单纯通过聚类分析的数学方法进行划分，虽然考虑数据整体范围，但缺少对油藏学科专业理论的考虑，脱离油田实际生产状况[13-15]。为解决上述问题，在分析流场参数关系曲线规律基础上，利用曲线的典型特征，确定特征分级点，提出特征分级点法分级流场，分级点具有普适性，且有明显物理意义。

1 海上油藏流场评价参数定义

利用海上油藏高含水阶段的开发特点分析2类参数，第1类是已有的参数，包括丰度、采油速度、注水速度；第2类是新提出的参数，有水分流量、总通量、油通量、水通量和动用系数。

水分流量表征了目前油藏中水、油的相对流动能力及波及状况，可分析水相是否处于优势。

(1)

式中：Fw为水分流量，%；λo为油相的流度，mD·(mPa·s)-1；λw为水相的流度，mD·(mPa·s)-1；Kro为油相相对渗透率；Krw为水相相对渗透率；μw为水相黏度，mPa·s；μo为油相黏度，mPa·s。

驱替倍数是油藏累计通过的流体体积与孔隙体积之比。在模拟时，其数值大小受网格划分影响。相同注入体积下，网格划分越长，驱替倍数越大，定义总通量这一新参数来进行表征。

总通量是流过油藏某一横截面的累计流体体积与横截面积的比值，其大小不受网格划分的影响，可表征油藏所受水相和油相的累计冲刷程度。当通过网格横截面流体体积一定时，网格长度减小一半，驱替倍数增大一倍，而总通量保持不变。

(2)

式中：Mn为总通量，m；Qd为d方向上横截面累计通过的流体体积，m3；Ad为d方向上横截面积，m2；Qx为x方向上横截面累计通过的流体体积，m3；Ax为x方向上横截面积，m2；Qy为y方向上横截面累计通过的流体体积，m3；Ay为y方向上横截面积，m2；Qz为z方向上横截面累计通过的流体体积，m3；Az为z方向上横截面积，m2；d为x、y、z方向。

水通量是流过油藏某一横截面的累计水相体积与横截面积的比值，可表征油藏所受水相的累计冲刷程度，水相作为驱替的一方，其分布直观表现油藏驱替状况，体现优势流场存在的部位。

(3)

式中：Mw为水通量，m；Qwd为d方向上横截面累计通过的水相体积，m3；Qwx为x方向上横截面累计通过的水相体积，m3；Qwy为y方向上横截面累计通过的水相体积，m3；Qwz为z方向上横截面累计通过的水相体积，m3。

油通量是流过某一横截面累计油相体积与横截面积比值，可表征油藏所受油相的累计冲刷程度。

(4)

式中：Mo为油通量，m；Qod为d方向上横截面累计通过的油相体积，m3；Qox为x方向上横截面累计通过的油相体积，m3；Qoy为y方向上横截面累计通过的油相体积，m3；Qoz为z方向上横截面累计通过的油相体积，m3。

油藏的采出程度为：

(5)

式中：ER为油藏的采出程度，%；As为油藏平面波及面积，m2；h为油藏厚度，m；φ为油藏孔隙度，%；A为油藏平面面积，m2；hs为油藏纵向波及厚度，m；Soi为原始含油饱和度，%；So为含油饱和度，%；Sor为残余油饱和度，%。

由式(6)定义动用系数Eφ：

(6)

式中：Eφ为动用系数。

可推导得出油藏采出程度的表达式：

ER=EAEZEφED

(7)

式中：EA为油藏平面波及系数；EZ为油藏纵向波及系数；ED为油藏的驱油效率。

油藏平面波及系数和纵向波及系数是采出程度宏观尺度上的表现，而Eφ和ED是微观尺度上的表现形式，Eφ说明微观孔隙上原油的动用情况，将其定义为动用系数，该值可直观说明油藏高倍冲刷时微观驱替状况，反映剩余油分布，可表征高含水阶段流场的动态特征。

在中低含水阶段，以增大EA为提高采收率的首要目标，目的是建立开发单元的储层连通性；在中高含水阶段，以增大EZ为目标，目的是研究夹层的分布及储层非均质性，得到宏观剩余油类型和分布；在高含水阶段，以增大Eφ为目标，目的是掌握储层渗流非均质性、优势通道类型及分布、微观剩余油类型及分布。

2 流场表征参数选取

采用自主研发的流场模拟软件输出相关参数值，建立模型模拟开发过程，采用反九点井网，参数分布见图1。模拟得到各参数与水分流量的关系曲线(图2～8)。不同阶段的动态特征随水分流量而变化，分析各曲线变化规律，总结各参数对驱替的影响，筛选适宜海上油藏流场表征的参数。

图1 参数分布示意图

图2 丰度与水分流量的关系

图3 采油速度与水分流量的关系

图4 注水速度与水分流量的关系

图5 水通量与水分流量的关系

图6 油通量与水分流量的关系

图7 总通量与水分流量的关系

图8 动用系数与水分流量的关系

分析各曲线规律，选取水分流量、水通量和动用系数作为流场表征参数，具体原因如下。

(1) 水分流量是评价海上油藏流场潜力的重要指标。针对油田后期高含水，水分流量能明确体现目前含水所处阶段，且水分流量与多参数存在明显联系，可反映不同阶段的特征。

(2) 水通量是海上油藏是否为优势流场的重要体现。水通量与水分流量大致为指数关系，曲线存在明显的上升拐点。水通量体现油藏所受累计水驱效果，且与水分流量有明显单调关系。此外，水通量与油通量、总通量关系密切，且曲线特征与二者存在一定的相似之处。

(3) 动用系数是海上油藏流场动用程度大小的重要体现。动用系数随水分流量增加先快后慢，在水分流量达到73%左右增速又提高。动用系数能从微观角度对油相从微观孔隙中采出给予较好解释，且动用系数与丰度的曲线规律恰好相反，其反向变化体现出丰度的变化。

(4) 采油速度和注水速度的关系曲线变化波动幅度较大，且曲线非单调，无法划分不同驱替阶段流场级别，不能较好表征流场，故不使用采油速度和注水速度来表征海上油藏流场。

3 流场分级方法

将通量强度定义为水通量的对数，则流场评价体系包含3个参数，即水分流量、动用系数和通量强度。通量强度的数学公式为：

L=lnMw

(8)

式中：L为通量强度。

在分析流场参数关系曲线规律的基础上，利用曲线的典型特征，确定特征分级点，利用特征分级点法进行流场分级。根据通量强度的定义绘制通量强度与水分流量关系曲线，如图9所示，通量强度随水分流量增大单调递增，且中间一段时期曲线近似满足线性关系。此直线段线性拟合如式(9)所示，对于直线段部分，已知水分流量可直接求得通量强度。

图9 通量强度与水分流量特征点示意图

L=0.0527Fw-0.4485

(9)

曲线前期增速放缓，直到水分流量为22%时增速趋于一致，稳步到水分流量为73%后增速开始上升。据此得到流场分级的2个特征点，即水分流量为22%、73%。22%之前阶段，储层得到水驱波及，驱替从无到有，通量强度较低，油藏以油相流动为主，动用程度低，开发潜力大。22%至73%阶段，通量强度随驱替稳步上升，开发潜力较大，原油驱出较容易，无需过多驱替能量。73%阶段以后，采出程度较大，虽有一定开发潜力，但开发剩余油难度加大。

对于海上油田水分流量大于73%的阶段，后期仍有较大的潜力，但开发状况复杂，开发周期长。高含水阶段需采取针对性的调整措施，有必要继续探究73%之后阶段的特征分级点。

由相对渗透率曲线可以得到油水相对渗透率比值半对数曲线(图10)。相对渗透率比值曲线只有中间段为直线段，直线段的线性拟合公式为：

图10 油水相对渗透率比值曲线

lg(Kro/Krw)=-14.529Sw+9.556

(10)

直线段上下部分发生偏离，存在上下拐点，即上拐点含水饱和度为0.601、下拐点含水饱和度为0.658。将偏离直线段上拐点定义为高含水阶段油水渗流拐点，高含水阶段油田的开发呈现新的渗流特征，水相渗流阻力减小，耗水量增大，水油比上升，油藏开始进入低效开发。

由相渗曲线绘制水分流量与含水饱和度关系曲线，将油水渗流拐点所处的含水饱和度0.601对应到曲线上。由图11可知，拐点对应的水分流量为90%，据此得到第3个分级点。

图11 水分流量与含水饱和度曲线特征点示意图

综上，第1个特征分级点为通量强度与水分流量关系曲线直线段左端点，第2个分级点为直线段右端点，第3个分级点为油水相对渗透率比值曲线直线段上拐点。每个分级点前后开发状况存在差异，分级点的确定既有方法上的可操作性，又兼顾了油藏开发各阶段的实际情况。

4 流场分级结果

通过特征分级点法将海上油藏流场划为“三点四级”。利用水分流量体现流场潜力，根据每一级流场的潜力特征由高到低依次为高潜力、潜力、低潜力、弱潜力；利用动用系数描述流场的动用状况，根据每一级流场动用特征由弱到强分为弱动用、低动用、高动用、强动用；利用通量强度识别优势流场，根据每一级流场优势特征由弱到强分为非优势、弱优势、优势、强优势。根据每一级流场水分流量、动用系数和通量强度的定量对应关系得到评价指标各级的数值范围如表1～3所示。利用3种指标综合表征海上油藏流场，通过特征分级点法将流场分为4级，将此流场表征体系命名为“三点四级”三指标流场表征法。

表1 油藏“三点四级”流场潜力划分结果

表2 油藏“三点四级”流场动用划分结果

表3 油藏“三点四级”流场优势划分结果

水分流量反映油藏潜力和油水两相相对关系，动用系数反映油藏动用状况。通量强度主要反映水相累计驱替强度，用于识别优势流场的位置，在前两者得到潜力和动用级别基础上起辅助作用，得到油藏优势流场级别，达到表现优势通道的目的，进而有针对性地采取措施。

5 应用实例

S油田A26井组处于构造高部位，平均流体黏度约为60 mPa·s。井网形式前期为反九点井网，2010年加密为联合井网(定向井+水平井)，井组有1口加密水平井L18H，中心生产井A26井未转注，井网并非严格的行列井网形式。A26井组的流场分级结果如图12所示。由图12可以看出，水分流量主要为Ⅳ级，动用系数大部为II级，通量强度主要为Ⅲ级。油藏大部分区域的开发潜力较小，注水井附近的动用系数明显达到Ⅳ级，模型中部级别较低，并将油藏分为2个动用程度较高的区域。模型下部2口注水井的存在导致下方通量强度达到Ⅳ级，该区域存在明显的优势通道，导致周围部分油井得不到有效的驱替。针对A25井至A30井间的弱动用流场区域，水驱波及程度低，采取小井距加密的井网调整措施，在A25井和A30井之间加密1口注水井，改善注采对应关系，增大该区域的动用系数。

图12 A26井组流场分级示意图

6 结 论

(1) 基于海上油藏高含水阶段的生产特点提出了4种新参数，即总通量、油通量、水通量和动用系数。

(2) 根据自制模拟软件输出的参数结果绘制了水分流量关系曲线，分析曲线的变化规律，选取水分流量、动用系数和水通量3个海上油藏流场表征参数。

(3) 定义通量强度，利用水分流量、动用系数和通量强度三者协同建立流场表征体系。利用通量强度与水分流量关系曲线的线性段特征、油水相渗比值半对数曲线直线段上拐点确定3个特征分级点，即水分流量为22%、73%和90%，提出“三点四级”三指标流场表征法，确定流场潜力、流场动用和流场优势的分级标准。