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第45卷 第2期 新 疆 石 油 地 质Vol.45，No.2 2024年4月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGYApr.2024 文章编号：1001-3873（2024）02-0199-06 DOI：10.7657/XJPG20240208引用：王杰，黎鸿屿，吕栋梁，等.非均质油藏层间干扰室内实验优化 J.新疆石油地质，2024，45（2）：199-204.WANG Jie，LI Hongyu，LYU Dongliang，et al.Optimized Laboratory Experiment on Interlayer Interference in Heterogeneous Reservoirs J.Xinjiang Petroleum Geology，2024，45（2）：199-204.非均质油藏层间干扰室内实验优化王杰1，黎鸿屿2，吕栋梁2，钱川川1，周群茂1（1.中国石油 新疆油田分公司 勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；2.西南石油大学 石油与天然气工程学院，成都 610500）摘 要：多层非均质油藏在合注合采开发时，受储集层岩性、物性、地层压力、流体性质等因素影响，层与层之间相互干扰。早期开展的并联驱替室内实验，无法有效地模拟油藏多层合采时各层间的流体交换，且所定义的干扰系数的物理内涵与注水开发渗流过程不符。为此，建立串并联组合驱替实验模型，模拟储集层层内岩性的变化。通过研究串并联驱替实验下不同渗透率岩心的产油量、含水率以及采收率，对干扰系数进行验证和再认识。研究结果表明：层间干扰的实质是不同储集层渗流阻力随着时间的变化，导致储集层流量分配发生改变；储集层非均质性是多层合采过程中形成优势渗流通道的主要因素。研究结果为后续开展层间干扰相关实验设计和非均质油藏合理高效开发提供了参考依据。关键词：非均质油藏；层间干扰；干扰系数；驱替实验；并联；串联；岩心中图分类号：TE311 文献标识码：AOptimized Laboratory Experiment on Interlayer Interference in Heterogeneous ReservoirsWANG Jie1，LI Hongyu2，LYU Dongliang2，QIAN Chuanchuan1，ZHOU Qunmao1（1.Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,China;2.School of Petroleum Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China）Abstract：During the development of multilayer heterogeneous reservoirs through commingled injection and production,interference between layers occurs due to various factors such as reservoir lithology,petrophysical properties,formation pressure,and fluid properties.The previous laboratory experiments on parallel displacement failed to effectively simulate fluid exchange between layers during the commingled production of multiple layers,and the physical meaning of the defined interference coefficient does not align with the flow process in water injection development.In this paper,an experimental model of series-parallel combined displacement was established to simulate the variation of lithology within the reservoir layers.The oil production,water cut,and recovery rate of cores with different permeabilities in the experiments were investigated to verify and reunderstand the interference coefficient.The results show that interlayer interference is essentially a phenomenon that the variation of flow resistance of reservoir layers with time leads to alteration in flow distribution within the layers.Reservoir heterogeneity is identified as a key factor in forming dominant flow channels during commingled production.The research results provide a reference for designing interlayer interference experiments and developing heterogeneous reservoirs rationally and efficiently.Keywords：heterogeneous reservoir;interlayer interference;interference coefficient;displacement experiment;parallel;series;core多层非均质油藏在合注合采开发过程中，层间存在相互干扰1，严重影响油藏的开发效果。正确地认识层间干扰实质是解决层间干扰问题的关键2-3。为了更好地解释层间干扰现象，引入了多种干扰系数的概念4-10。为了研究层间干扰对注水开发效果的影响机理，前人开展了一系列实验研究：针对纵向非均质储集层的多层长岩心并联水驱油实验11；利用物理实验结合油田生产资料，定量表征了海上稠油油藏多层合采过程中，不同含水阶段的层间干扰现象12；利用长岩心并联水驱油室内物理模拟实验，研究稀油条件下，不同非均质层层间干扰现象及其规律13。上述岩心并联水驱油实验把各层完全隔开，无法准确模拟油藏多层合采时各层之间的流体交换，也没有对干扰系数的合理性进行验证。前人所定义的干扰系数主要是基于现场试验数据和室内岩心并联驱替实验测试数据定义和求取的。2018 Xinjiang Petroleum Geology.Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License收稿日期：2023-10-27 修订日期：2023-12-11基金项目：中国石油天然气股份有限公司科技专项（2023YQX10206）第一作者：王杰（1991-），男，湖北荆州人，高级工程师，硕士，油气田开发，（Tel）15719075231（Email）yc_通讯作者：黎鸿屿（2000-），男，四川西昌人，硕士研究生，油气田开发，（Tel）17778507566（Email）2024年新 疆 石 油 地 质显然，这样定义的干扰系数，仅仅是为了解释现场试验和室内实验中不同测试条件下的结果存在差异的客观现象，其本质是一种数值分析方法，在实际应用中存在以下不足：前期定义的干扰系数仅限于解释干扰作用导致的多层合采产油（液）能力低于分注分采时各层产油（液）能力之和的现象14，不能体现油藏渗流场在不同注采方式下对产油（液）能力影响的差异，无法解释层间干扰现象的物理内涵15-18；干扰系数为时间的函数，但现场只能进行单点测试，不能按照定义进行完整的系统性测试，因而无法基于现场单点实测结果得到干扰系数的变化规律；传统岩心并联驱替实验仅模拟了层间完全隔开的合注合采过程，没有反映层间窜流对层间干扰的影响，不能准确表征油藏合注合采过程中的层间干扰现象。针对前期研究存在的问题，并结合前人的研究思路19-25，对层间干扰实验进行改进，设计同时存在压力干扰与流体交换的干扰模拟实验，建立了岩心串并联驱替实验模型，并与前期岩心并联驱替实验结果对比，验证改进后实验的合理性。1 实验设计1.1 实验方案对层间非均质干扰实验调研可知，该实验大致可以分为2大类：一类为一维岩心驱替实验；另一类为三维大模型驱替实验。分析当前几种典型的干扰系数定量表征模型，最终确定建立以单采采油指数和合采采油指数作为衡量指标以及以单采采出程度和合采采出程度作为衡量指标的2种干扰系数求取方法：(t)=i=1nJdoi(t)-i=1nJhoi(t)/i=1nJdoi(t)（1）(t)=i=1nErdi(t)-i=1nErhi(t)/i=1nErdi(t)（2）式中 Erdi单采时第i层的采出程度；Erhi多层合采时第i层的采出程度；i第i层；Jdoi单采时第i层的采油指数，m3/（dMPa）；Jhoi多层合采时第i层的采油指数，m3/（dMPa）；n总层数；t时间，s；采油指数干扰系数；采出程度干扰系数。干扰系数的物理意义是油藏多层注水合采时，相同含水率情况下，层间干扰导致多层合采油井整体产液能力和产油能力相对单层开采降低的程度。干扰系数随含水率的变化，反映了多层合采过程中，层间干扰对油井整体产液能力和产油能力的影响程度随含水率的变化情况。本文考虑到能够较准确地模拟压力以及渗透率，因此，实验采用一维岩心驱替实验装置进行研究。1.2 实验材料实验用油为煤油；实验用水为模拟地层水，氯离子含量为2 524.7 mg/L，矿化度为17 578.8 mg/L；实验岩心为砂岩及砂砾岩岩心，其基础数据见表1。1.3 实验仪器实验装置如图1和图2所示，主要实验仪器：真空泵；精密电子天平，精度达到0.000 01 g；岩心夹持器，耐压100 MPa，耐温200，岩心长度为08 cm；高精度驱替泵，耐压70 MPa，驱替速度为0.00120.000 mL/min，泵体积为500 mL，精度为0.001 mL。1.4 实验步骤（1）岩心并联水驱油实验 在定压差和定流量条件下进行驱替实验：测试岩心气测孔隙度及气测渗透率，再将岩心抽真空后饱和模拟地层水；将岩心分别装入驱替装置，测试水相渗透率；对岩心油驱水，建立束缚水饱和度，再分别采用定压差以及定流量的驱替方式，对岩心水驱油，求取岩心残余油饱和度；将岩心洗油烘干后，再次对岩心油驱水，建立束缚水饱和度，并与步骤中的束缚水饱和度对比，直至束缚水饱和度与步骤中的基本接近；按照储集层情况选择岩心组合，分别采用定压差以及定流量的驱替方式，进行并联驱替，驱替至组合岩心含水率至98%，计算总驱油效率和每个岩心的驱油效率，与步骤的驱油效率对比。（2）岩心串并联水驱油实验 岩心进行气测孔隙度及气测渗透率测试，再将岩心抽真空后饱和模拟地层水；将岩心分别装入驱替装置，测试水相渗透率；对每个岩心油驱水，建立束缚水饱和度，再以定流量的驱替方式，对每个组合岩心水驱油，求取组合表1 实验岩心基础数据Table 1.Basic data of experimental cores岩心编号3-34-3Z3Z5X4Z6X1X3长度/cm6.056.135.245.125.825.255.825.83直径/cm2.532.552.422.412.542.442.542.54干重/g67.5364.4252.0949.4053.6050.8453.8055.63孔隙度/%20.8025.8326.7627.6226.4230.7021.0821.08气测渗透率/mD9.9215.1940.5957.8369.8999.3447.0421.11水相渗透率/mD4.459 48.006 137.993 546.790 263.658 953.492 242.990 718.265 8200第45卷 第2期王杰，等：非均质油藏层间干扰室内实验优化岩心残余油饱和度；将岩心洗油烘干后，再次对每个岩心油驱水，建立束缚水饱和度，并与步骤中的束缚水饱和度对比，直至束缚水饱和度与步骤中的基本接近；将岩心装入岩心串并联水驱油实验装置，驱替至组合岩心含水率至98%，计算总驱油效率，并与步骤的驱油效率对比，确定干扰程度。图1 不同渗透率岩心并联水驱油实验装置Fig.1.Setup for parallel waterflooding experiments with cores of different permeabilities2 实验结果分析结合前期层间干扰实验研究思路，设计定流量和定压差2种条件下的分注分采及合注合采驱替方式，开展油藏多层水驱油物理模拟实验。2.1 定压差岩心并联驱替实验及结果分析定压差单采驱替和合采驱替时的驱替压差均为1 MPa，实验结果见表2。从定压差驱替实验结果来看，驱替效果有所波动，合采初期各岩心产油量较单采均有所降低，低渗透率岩心降幅较大，达到最大累计产油量的时间均有所延长，但最终驱替效果基本一致，各岩心间不存在干扰现象，与前期层间干扰实验研究的理论成果存在差异，分析其原因：对同一岩心而言，其在单采和合采时岩心两端压力几乎一致，其渗流动力与阻力也是相同的；对于不同岩心来说，多岩心并联驱替时不DocDocDocumenumentPtresCl:yPcsCl:sCl:yPcsCl:sCl:yPcsCl:sCl:yPcsCl:aPenMnMnMnMagent Y图2 不同渗透率岩心串并联水驱油实验装置Fig.2.Setup for seriesparallel combined waterflooding experiments with cores of different permeabilities2012024年新 疆 石 油 地 质存在流体交换，不存在干扰的物质基础；由于驱替压差相同，驱替初期，流体会优先向渗透率大的区域流动，形成优势渗流通道。2.2 定流量岩心并联驱替实验及结果分析定流量单采驱替和合采驱替时，单个岩心驱替速度为2 mL/min，岩心并联驱替速度为8 mL/min。对相同含水率情况下的干扰系数进行处理，高渗透率岩心含水率达到98%时，将其关闭，此时并联岩心含水率为85%，以此为含水率上限，将每个岩心的单采采油指数累加与合采采油指数对比，进行干扰系数分析。相较于单采（图3a、图3b），合采时岩心Z6采收率大幅度提升（图3c），岩心X3和Z6含水率上升明显滞后（图3d），这是由于合采初期，各岩心注入水量按渗流能力自动分配，合采时高渗透率岩心驱替动力大于单采时驱替动力，使得高渗透率岩心的产油能力和最终驱油效率较分注分采时得到提升，而低渗透率岩心的产油能力和最终驱油效率较分注分采时受到抑制。实验中，单采驱替速度为2 mL/min，合采驱替速度为8 mL/min，理论上，若存在层间干扰，单采采油指数会大于合采采油指数。但是实验结果表明，合采初期，合采采油指数远高于单采采油指数（图3e），采油干扰系数为负（图 3f），与前期类似实验的结果不一致，不符合干扰系数的物理意义。综上所述，与定压差驱替相比，定流量驱替时，由于单采与合采时各岩心驱替动力改变，干扰系数按照（1）式和（2）式求取。但此时各岩心间没有流体交换，且该实验得到的干扰系数与前期类似实验获得的干扰系数差异较大，说明前期定义的干扰系数的物理内涵与岩心并联驱替实验的物理过程不符，前期基于岩心并联驱替实验所定义的干扰系数无法有效反映多层合采时的渗流情况，也无法解释层间干扰现象。图3 不同渗透率岩心并联水驱油实验结果Fig.3.Results of parallel waterflooding experiments with cores of different permeabilities2.3 岩心串并联驱替实验及结果分析在岩心并联驱替的基础上，进行岩心串并联驱替实验，模拟同时存在压力干扰与流体交换的驱替效果，单采时将2个岩心串联驱替，合采时通过六通阀将串联岩心连通，实验使用高低渗透率（岩心X1串岩心4-3）、中中渗透率（岩心X3串岩心Z3）和低高渗透率（岩心3-3串岩心Z6）3种岩心串联组合，采用定流量驱替。水窜沿着最小渗流阻力的流线发生，对比单采时的岩心采收率（图4a）和含水率（图4b），高低渗透率岩心串联组合的见效时间明显滞后（图4c、图4d），低渗透层的原油启动受到抑制，采油干扰系数仅在中期为负（图4e、图4f）。岩心串并联驱替实验能有效模拟出油藏层间干扰下的驱替流动，层间干扰现象较之表2 定压差岩心并联驱替实验结果Table 2.Results of parallel waterflooding experiments under a constant pressure difference驱替时间/s043661992523477401 3133 013单采各岩心产油量/mL3-30.010.300.350.400.550.700.800.800.804-30.010.610.640.800.941.101.601.802.00Z30.010.800.951.101.101.101.101.101.10Z50.010.500.801.401.501.501.501.501.50合采各岩心产油量/mL3-30.010.100.130.200.400.600.800.800.804-30.010.150.260.560.600.701.001.402.00Z30.010.500.851.001.051.101.101.101.10Z50.010.350.521.311.331.361.401.501.50202第45卷 第2期王杰，等：非均质油藏层间干扰室内实验优化前的实验有了明显优化，干扰现象明显。由此可以看出，岩心串并联组合的模式在合采时同时存在层间的压力干扰与流体窜流，合采时的流体流动路径和流动阻力变化，更加符合油藏情况。前期定义的干扰系数只能表征不同驱替状态造成的产量变化的影响，不能从本质上去表征层间干扰与流体窜流，层间干扰的实质是不同储集层渗流阻力变化随着时间的变化，带来储集层流量分配的改变，主要影响因素是储集层非均质性，但渗流阻力和流量分配是动态变化的，比描述非均质静态属性更复杂。图4 不同渗透率岩心串并联水驱油实验结果Fig.4.Results of seriesparallel combined waterflooding experiments with cores of different permeabilities3 结论（1）岩心并联驱替实验无法准确描述油藏层间干扰情况，通过改进岩心串并联驱替实验，可有效描述油藏的层间干扰情况，并且证实前期定义的干扰系数只能表征不同驱替状态带来的产量变化的影响，不能从本质上描述层间干扰问题。（2）前期定义的干扰系数未考虑油藏多层合注合采过程中渗流场动态变化的影响，其物理内涵与注水开发渗流过程不符，该系数仅能表征多个油层的整体产油能力在不同注采方式下的数值差异，无法解释层间干扰现象的实质，原干扰系数的定义是不合理的，无法得到有效应用。（3）层间干扰的实质是不同储集层渗流阻力随着时间的变化，造成储集层流量分配的改变。合层开采过程中，形成优势渗流通道的影响因素是储集层非均质性。避免层间干扰的关键是延缓优势渗流通道的形成。参考文献：1 王猛，叶青，袁丙龙，等.基于量化参数的储层非均质性分布规律研究：以涠西南凹陷为例 J.断块油气田，2020，27（5）：597-602.WANG Meng，YE Qing，YUAN Binglong，et al.Distribution regularity research of reservoir heterogeneity based on quantitative parameters：A case study of Weixinan sag J.FaultBlock Oil&Gas Field，2020，27（5）：597-602.2 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