2014, Vol. 26
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2. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院, 广东 广州 510240
2. Research Institute, Shenzhen Branch, CNOOC, Guangzhou, Guangdong 510240, China
目前，常用油藏概念模型和实际模型分别进行开发机理和具体注水技术政策研究[1]。概念模型是将储层的主要地质特征典型化和概念化，使其成为某一区块有代表性的模型，模型中各层物性参数多为研究区的平均值，并可以根据研究需要作适当调整。概念模型一般是形状规则的平板模型，各层的属性均质，采用规则井网或井网的一个渗流单元，没有生产历史，不需历史拟合。实际模型是采用专业建模软件对一个具体油藏的构造、流体、地质属性和开发历史进行建模，建模过程复杂，耗时长，历史拟合难度大。针对这两种模型存在的不足，提出一种新的油藏建模思路油藏特征模型，其建模过程和历史拟合相对简单，可以进行开发机理和实际油藏具体注水技术政策的研究。
1 油藏特征模型介绍 1.1 油藏特征模型的定义油藏特征模型是指能够反映油藏主要地质特征、井网特征、生产特征、渗流特征和剩余油分布特征的模型。它从实际油藏的全部储层和生产开发历史中抽取主要的储层、井网和生产特征，可以反映主要地质特征和开发特征控制下这个实际油藏的流体渗流特征和剩余油分布特征。油藏特征模型有别于概念模型和实际模型，它具有以下特点：（1）反映油藏地质特征和开发特征的程度超过概念模型，如能够反映储层平面非均质、井网演变和油井生产特征，可进行较多的影响因素分析；（2）模型不能反映油藏全部的地质信息和开发特征，但由于考虑了主要的地质特征和开发特征，它能够反映实际油藏中的渗流特征和剩余油分布特征；（3）以实际油藏为背景建立的油藏特征模型可以进行注水技术政策研究，指导油田开发实践。
1.2 油藏特征模型组成针对油藏特征模型需要反映的5 个主要特征，在油藏特征模型的基础上进行注水技术政策研究时将油藏特征模型分为3 个部分：（1）地质特征属性，主要包括构造特征、储层特征和流体分布，其中储层特征最为重要；（2）开发特征属性，即井网特征和生产特征，主要反映油藏开发过程中由于井网演变、加密及层系调整等导致的井网变化和生产动态变化；（3）渗流机理属性，油藏数值模拟中必须考虑各种驱油机理和工艺措施在数模中的实现，不同的驱油机理和工艺措施引起油藏的渗流特征不同。只有结合地质特征属性和开发特征属性，对驱油机理和工艺措施深入模拟，才能正确地拟合生产动态历史，得到剩余油分布规律，进行生产动态预测。
1.3 油藏特征模型建立步骤 1.3.1 建立油藏地质特征模型的范围油藏挖潜的前提是存在大量剩余油，因此用于注水技术政策研究的油藏特征模型也必须反映实际油藏的剩余油富集模式，所以，应该根据油藏的剩余油富集模式来确定建立油藏特征模型的区域。
1.3.2 地质特征属性地质特征属性主要是对储层的纵向非均质、平面非均质和层内非均质的描述，它的建立分3 步：首先，确定各层各地质属性的平面分布趋势；然后，由井点数据统计各层各地质属性的数学分布类型和数字特征；最后，由数学分布类型和数字特征产生属性值，按照各层属性的平面分布趋势进行赋值。
研究表明[2-6]：储层纵向上和平面上的地质属性分布具有明显的随机性，但又具有一定的统计规律。因此，可以利用概率论和数理统计的方法来确定地质属性的数学分布类型和数字特征（均值、方差、最大值和最小值），研究储层纵向或平面非均质的分布规律。一般情况下，厚度和孔隙度符合正态分布，渗透率符合对数正态分布或伽马分布( $\Gamma (x)$、$\Gamma \left( {\sqrt x } \right)$ 和 $\Gamma (x^2)$)。同时，提出用平面抽象地质分布这一概念来描述储层平面非均质特征，它可以反映储层平面上不同位置的地质属性的相对大小，用来描述各层地质属性的平面分布趋势。图 1 说明了地质特征属性建立流程，它包含了建立实际油藏中某一层渗透率的平面抽象地质分布的过程。
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| 图1 地质特征属性建立流程 Fig. 1 Procedure of the establishment of geological characteristics property |
开发特征属性就是对油藏开发历史中主要井网特征和生产特征的抽提，即在分析油藏井网演变特征的基础上确定油藏特征模型的生产动态数据，建立流程如图 2 所示。井的生产数据设计的原则是：（1）确定油藏特征模型范围内的油、水井的实际生产动态数据；（2）所有生产井采用井组控制，只给定井组的产油数据；（3）所有注水井采用定注水量控制，各注水井的注水量相同，并且保证所有水井注水量之和等于特征模型范围内总的注水量。
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| 图2 开发特征属性建立流程 Fig. 2 Procedure of the establishment of development characteristics property |
油藏数值模拟中要考虑各种驱油机理的作用和各种工艺措施的模拟，如毛管力作用、表面活性剂降低界面张力作用、聚合物增黏作用等，以及酸化压裂、调剖堵水、水平井流入控制、多段井以及分注井的模拟等。
为了快速建立油藏特征模型，编制了油藏特征模型建模辅助软件，该软件可以建立实际研究区块的油藏特征模型，对各层地质属性（顶深、厚度、孔隙度、渗透率）数据进行处理，生成Eclipse 可用的生产动态数据，最后采用商业数值模拟软件Eclipse 进行模拟计算。
2 实例应用孔二北是一个长轴半背斜构造，油层埋深1 206.8∼1 434.8 m，主要含油层位是N$g_{{\rm{Ⅱ}}}$ 和N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$油组。储层具有特高孔特高渗的特征，平均孔隙度31.8%，渗透率以大于2 000 mD 为主，地下原油黏度72.09 mPa⋅s。油藏发育边底水，其中N$g_{{\rm{Ⅱ}}}$ 发育边水，N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$ 发育底水，初期采用天然能量开发，1979年为保持地层压力，转为注水开发。
2.1 孔二北油藏特征模型建立目前，孔二北剩余油主要富集在构造高部位和主力含油层位，特征模型范围应该位于断层附近，平面大小要体现井网特征和平均井排距大小，纵向上包括5 个主要挖潜目标层位：N$g_{{\rm{Ⅱ}}}$$^3_1$、N$g_{{\rm{Ⅱ}}}$$^3_2$、N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$$^1_2$、N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$$^1_3$和N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$$^2_1$。
2.1.1 地质特征属性将特征模型的顶部构造近似处理为一个斜面构造，由等值线数据和井点数据确定各层地质属性的平面分布趋势，即平面抽象地质分布，统计井点数据发现各层的孔隙度和厚度符合正态分布，渗透率除N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$$^1_3$符合$\Gamma \left( {{x^2}} \right)$分布，其他层符合$\Gamma \left( x \right)$ 分布。由于N$g_{{\rm{Ⅱ}}}$$^3_1$单层厚度较大，考虑其韵律性，按层内渗透率变异系数0.5纵向上分为2层。考虑底水的存在，将N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$$^2_1$纵向上细分为5 个层(图 3）。并且，考虑到特征模型范围内N$g_{{\rm{Ⅱ}}}$3和N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$1之间隔层分布稳定，将层间垂向传导系数设为0。
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| 图3 孔二北油藏特征模型 Fig. 3 Kongerbei reservoir characteristic model |
以油藏开发阶段和重要层系井网调整时刻为依据将油藏开发历史划分为4 个阶段，确定各阶段井网特征和生产特征。由目前井网特征反推得到各不同阶段的井网特征，目前沿断层基本布置了3 排井，边部为注水井，腰部一排生产井夹有注水井，靠近断层顶部为一排生产井（图 4）。模型中所有生产井井组控制，只确定井组的产量数据，各注水井注水量相同。
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| 图4 孔二北目前井网 Fig. 4 Well pattern in Kongerbei at present |
孔二北后期挖潜主要采用周期注水技术，目前已经开展了周期注水先导试验，在数值模拟时需要充分考虑周期注水的作用机理，也就是毛管力和弹性力的作用[7-12]。
2.2 油藏特征模型拟合对建立的油藏特征模型进行无因次指标拟合，可以看出油藏特征模型含水率和采出程度关系曲线拟合较好（图 5），建立的油藏特征模型能够基本反映实际油藏的生产动态。此外，从油藏特征模型三维图（图 3）中还可以看出剩余油富集区为构造高部位（断层附近）和平面低渗透区以及井网不完善区，能够反映出断块油藏的剩余油分布特征。在油藏特征模型的基础上进行周期注水参数优化研究。
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| 图5 油藏特征模型含水率和采出程度关系拟合 Fig. 5 FOE-FWCT match of reservoir characteristic model |
采用平面同步注水初步优选合适的间注周期（表 1），注90 d 停210 d 的方案由于注水速度大，对管线压力有很高要求，所以可优先选择注120 d停180 d 的方案。
| 表1 孔二北平面同步注水时不同间注周期的计算结果 Table 1 Recovery of different water injection periods in Kongerbei |
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周期注水方式应该根据油藏具体的地质特征和注采关系确定[13-14]。针对孔二北实际的地质特征和目前的井网特征，将平面上的注水井分为两组：P21、P26 和P31 为井组1，P32 和P33 为井组2，以实现平面上注水井轮注。将纵向上各层分为两个注水层段：N$g_{{\rm{Ⅱ}}}$ 油组和N$g_{{\rm{Ⅲ}}}$ 油组，以实现层间轮注，即层停井不停。另外，由于断块油藏中井网不完善，造成断层附近油井长期单向受效，剩余油富集。所以，在周期注水中必须控制主要出液方向，增加断层一侧的来液强度。为此，在周期注水方式优化时增加油井注停方案，即P22、P23、P24 和P25 等第二排油井在注水井注水时停产，停注时采油，第一排油井一直采油。表 2 列出了孔二北不同周期注水方式采出程度（其中，平面同步注水指平面上所有注水井同时注水同时停注；平面异步注水指平面上注水井组1 和2 轮换注水；纵向异步注水指所有注水井同时在注水层段1 和2 间轮换注水；平面纵向异步交叉指在一个注水周期内的前半周期内注水井组1 只在注水层段1 注水，而注水井组2 只在注水层段2 注水；在后半周期内注水井组1 只在注水层段2 注水，而注水井组2 只在注水层段2 注水）。可以看出，纵向异步注水中注150 d 停150 d，且油井注停（注水时第二排生产井停产，停注时生产，第一排油井一直生产）的效果最好。
| 表2 孔二北不同周期注水方式采出程度 Table 2 Recovery of different cyclic water injection modes in Kongerbei |
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在最优的周期注水方式基础上，将周期注水量模拟为常规注水量的30%，60%，80% 和90% 时，最终采出程度相差不大，但地层压力差别很大，油藏压力比常规注水分别小1.40，1.00，0.50 和0.25 MPa，故为了保持油藏压力，周期注水量不得小于常规注水量的80%。
3 结论（1）针对概念模型和实际模型存在的不足，提出了一个能够反映油藏主要地质特征、井网特征、生产特征、渗流特征和剩余油分布特征的油藏特征模型，并在分析油藏特征模型组成的基础上提出了建立油藏特征模型的详细思路和具体步骤。
（2）以实际油田为例详细介绍了建立油藏特征模型的具体过程，验证了利用油藏特征模型进行注水技术政策研究的优越性和可靠性。
（3）孔二北断块采用纵向异步注水注150 d/停150 d，且第二排油井在注水时停产，停注时生产，第一排油井一直生产，可以取得很好的开发效果。
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