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1、优势流场研究王忠和2， 刘显太1 ，王延忠1（1. 胜利油田地质科学研究院；2.美国IUT集团天津安迪科技发展有限公司）摘要：高含水油田开发的一个重点挖潜区域就是寻找平面上/纵面上的未波及和弱波及区域。多年来人们一直在试图寻求这方面的方法和技术。本文引入优势流场的概念并以此来导出了平面/剖面油藏渗流的优势（窜流）通道，同时也确定了弱势流场。 而弱势流场也正是平面上的油藏二次找油潜力区。 关键词：平面非均质性；优势流场；优势通道，流线模拟；井对间液通量 Predominant streamline fields studiesLIU xian-tai, WANG zhong-he, WANG y
2、an-zhong(Institute of geological sciences in Shengli oilfield, IUT Group Tianjin AndyTech Co,. Ltd.)Abstract: The way to identify the potential areas for a high water-cut oilfield is to locate non-swept/ weak-swept zones laterally and vertically. People have been trying to find such methods and tech
3、niques for years. In this study we bring in the concept of predominant streamline fields, and using it to locate reservoir channeling or thief zones, and non-swept/ weak-swept zones laterally and vertically at the same time. And of course, non-swept/ weak-swept zones are the good potential areas for
4、 further oil development.Key words: area heterogeneity; predominant streamline field; channeling, Streamline-simulation; fluid flow rate between well-pair一、前言非均质储层在注水开发过程中，储层物性参数、流体性质和渗流特征都发生了变化，特别是对非均质性较强的中高渗透注水开发油藏来说更是如此。目前，我们在研究油藏开发方面往往还是侧重于以层内纵向非均质为主即纵向挖潜，如厚油层顶部等1-7。这诚然是重要的，但我们必须意识到，其实平面上的未波及或弱波
5、及区更不容忽视，因为那代表着更大面积和更大潜力。平面上非均质性强是我国大部分油田的普遍特征之一，但目前存在的问题是：近乎均匀的布井方式和对平面上流体分布方向上巨大差异认识手段的匮乏，诸如此类的因素都已经成为我们对油藏平面上采出程度认识上的障碍。显然，任何技术，如果它能提高我们对井间非均质性的认识，了解流体平面流动分布的差异并使之得到量化，都将成为油藏工作者的雪中炭，而提供这样一些技术即“优势流场研究”，正是本文的主旨所在。审视以往油藏研究和开发方面我们的一些习惯性做法，有人不禁要问，油藏平面上的非均质性/各向异性是否曾经被严重低估了？如果没有，我们采取的一些实际工程做法如近乎均匀的井网部署、油
6、藏的泄油和波及半径、调驱半径设计的考虑等等，这些渗透着“圆盘或大饼”等均质的概念而与平面上强烈的非均质性/各向异性的概念又如此之自相矛盾和格格不入，又如何解释呢？至此，我们是否应该考虑换个思路，往前迈一步？而优势流场研究可以给出一些思路。引入优势流场概念的目的是使我们不但要了解油藏流体纵向上的流动特点，而且要较为准确地了解其横向上的流动特征，解决诸如平面/剖面上水窜的问题，确定未波及区和弱波及区并使其得到量化，这对于增强中高含水油田的深度开发的目的性和提高二次找油的效率等都是很重要的。同时优势流场研究在计算油水分布及预测、调整注采比、进行加密井部署、提高对中高含水期剩余油分布规律的认识、实现良
7、性的油田深度开发及调整等方面具有不可替代的作用。本文包括三部分逐层递进的内容：首先介绍优势流场的相关概念，然后阐述优势流场研究的理论基础和量化方法，最后通过结合实例对优势流场理论进行进一步阐述，从而使读者对该理论产生全面、直观和清晰的认识，能够由此得出如下结论：就增进对中高渗透砂岩储层油藏平面上采出程度的认识、调整注采方案、确定加密井的位置和最终提高石油采收率等课题而言，优势流场研究具有重要意义。二、优势流场的概念2.1优势流场的定义在油藏上，流场的定义是指：在渗流力学作用下地下流体在三维多孔介质中的流动范围；在该区域内，每一最小体积代表单元8都存在着液体及流体运动的驱动力（压力梯度)。需要指
8、出的是真实油藏的压力梯度比我们用大网格模拟获得的或我们想象的都要复杂的多。优势流场一般是指局部多孔介质体内的流场强度明显强于与之体积相当的邻近介质体内的流场强度。其明显的特征为注采井间导液量较大并且井间导液量与注水井的波及体积的比值也比较大，在其后期往往伴随有流体流速快、过水倍数大、含水率高等特征。优势流场最大的优势为它能将影响油藏流体流动的诸多因素考虑在内进行数学流线法求解，从而可以对储层和流体共同作用的动态结果流场进行综合直观的表达。这可能是我们研究油藏和其中流体运动规律的最好方法之一。优势流场研究将为我们进一步深入和全面地了解我们的目标油藏提供一个宽广的平台和跳板。多方位、多途径、多层次
9、的动态油藏描述方法可能会因此而不断涌现。其实，以前我们对油藏的认识往往是从“静”到“静”，即从“静止”的角度得到“静态模型”。而优势流场研究可以使我们从“静动”到“动态”的油藏，它是被油田开发改造过了的油藏，就是说我们在开发初期所看到的是 “青少年油藏”，随开发生产的继续使之成长为了“中年油藏”，国外通常称后者为“成熟油田”（Mature Field）。进入成熟油田后，油藏具有不少“青少年油藏”不具备的特征，而优势流场的形成就是其中之一。因此我们研究油藏从流场和优势流场入手有如下几方面的好处：首先，优势流场的强度的可量化性，即：注采井对间的导液量及其波及体积能既直接又准确地刻画优势流场的强度和
10、在三维空间上的存在形式，这正是我们一直想知道的。在三维空间内流线的多寡是可量化的，每一条流线代表的液通量也是可量化的；其次是优势流场的流线流动速度的可量化性， 即：由于我们引入时间飞片的概念，流线在任意时刻到达位置都可以量化。流场三维空间上的存在形式通过三维可视化的形式得到了再现，其次所代表的流体流量也同时得到计算，这是其他方法不具有的功能。再次是流场具有可变化性，即：不同时期调整注采关系，或者增加新井时流场会相应地发生变化。但这并不影响我们对优势流场的研究，因为我们观察的是注采井在长期历史中的积累效应，所以在某一时刻的变化不影响我们对全部面貌的认识。对某一区块（油藏）而言，优势流场分布是有规
11、律可循的，某时段的变化会提供更多油藏流动性的信息。也正因为流场具有可变化性，我们才可以通过对比研究“青少年油藏”和“中年油藏“找到任何我们想了解的油藏信息，正如我们要想做试井就必须人为的改变局部油藏的流动状态一样。需要注意的问题是，我国陆相盆地由于沉积和其后的改造（在漫长的地质历史时期和近期的油藏开采等改造）使油藏平面上的非均质性乃至各向异性进一步加强。河流沉积和迁移、三角洲沉积物源推进的方向性、储层微层理结构裂缝在平面上不同方向的展布情况、连通情况的差异等都可以表现为油藏平面上较为强烈的非均质性/各向异性。审视以往油藏研究和开发的一些习惯性做法，我们不禁要问，油藏平面上的非均质性/各向异性是
12、否曾经被严重低估了？如果没有，我们采取的一些实际工程做法如均匀的井网部署、油藏的泄油和波及半径、调驱半径设计的考虑等，这些渗透着“圆盘或大饼”等均质的概念与平面上强烈的非均质性/各向异性的概念又如此之自相矛盾和格格不入，又如何解释呢？至此，我们是否应该考虑换个思路，往前迈一步？而优势流场研究可以给出一些思路。2.2优势流场与优势通道的主要异同点由于油层的后期改造和非均质性的影响，在油田开发中容易形成局部的窜流通道，有的人将其称之为“大孔道”。而“大孔道”这个术语有把概念引入微观之嫌，从而偏离达西定律。因此，我们还是应用窜流通道的概念以此来对应我们所要论述的优势通道。对以往所说的窜流通道研究基本
13、上都是局限在静态属性的范畴和定性描述的阶段，应用起来还是往往着眼于纵向上的泛泛描述，从流动角度上讲其可视化和可量化性都很差。本文所要论述的优势通道是与优势流场相对应的一个概念。简单地讲，优势流场在时间上的积累形成了优势通道，就是说优势流场在某个条带或较小的区域，如井对间，形成了一定时间后，其流线所经的路径就相对固定了。它就往往具有流体流速快、过水倍数大、含水率高和剩余油饱和度较低等特点，这时我们就说优势流场已经转化成优势通道。但在优势流场形成初期，并不具备上述特点，因此优势流场又有别于优势通道。在判断优势通道时，需要将优势流场的表征参数（流体强度指数）与PV数指数、采出程度及注水效率等参数结合
14、，才能判断优势通道的形成及所处阶段。总的来讲，优势流场能更好的反映平面/纵向上的非均质性，还能反映由油品性质/注采强度等造成的动态非均质性和方向性，在空间上有一定的延展范围；在用数学流线法计算流场时，流向所经过路径的饱和度、波及体积、泻油面积等都同时得到计算，加上目前完备的计算机三维可视化能力，流线的三维流动线路，饱和度三维分布等都能得到很好可视化和可量化的展示。三、优势流场的描述与表征 概括地讲，优势流场的表征分为四种形式，即：图像、录像、图像+数字，和数字表格的形式。流场的图像表征形式是流线在二维和三维上的分布直接以图像展现出来，当然对于多层的地质模型，分层流场也可以得到展现；流场的录像表
15、征形式是将流线在空间上的展布和随时间变迁在电脑上直接记录下来，随即反复重播以便流线在三维空间上分布可以得到详细分析和研究。流场的图像+数字表征形式是注入井与相对应的采油井之间的水的流通量以图像+数字的形式展现出来，注入井和采油井之间用直线连接，直线上标注的数字表示从注入井到采油井的水的流通量。若某水井与某油井分配因子9大，则说明该水井流入到此油井的流体多，贡献值大。油井分配因子有三种表达方式，一是以流体的绝对流量表示，二是按占总注入量百分数表示，三是用线条粗细表示。流场的数字表格表征是指注入井和采油井在每个时段（如某年）的水的流通量以数字表格的形式展现出来。可以以年为单位观察每一对对应井组的水
16、的流通量是多少。在流场直观图像表达中，曲线线条表示流体质点流动的路线和方向，每根线条代表一定的流体流通量，线条越密集，流通量越大。表征流场的流线图有XY、YZ、XZ二维及任意角度的三维流线图，此外，可根据需要选取任意井组的上述流线图进行研究。同一流线可以用不同的颜色表示流动时间长短从而反映流水速度。3.1 流线描述方法优选我们知道表征流场的最好方法是流线场，那么流线的获得或描述就是关键。通过对多种数值方法技术的筛选和比较，改进流线法 (MSL) 数值模拟技术最适合进行流场的描述和表征，所以选用改进流线法 (MSL) 数值模拟技术。MSL方法是通过流线模拟技术来研究优势流场，实现优势流场的定量描述，揭示优势流场控制下的剩余油形成机制和分布规律，指导寻找剩余油富集区。改进流线法MSL在物质守恒方面精度高，而有限元和有限差分在物质守恒方面对于注水采油的中后期/中高含水期的油田存在着较为严重的物质守恒问
