新莊油田窄條帶狀邊水稠油油藏水平井部署優化研究

韓 懷

(中國石化河南油田分公司,河南南陽 473132)

新莊油田窄條帶狀邊水稠油油藏水平井部署優化研究

韓 懷

(中國石化河南油田分公司,河南南陽 473132)

新莊油田南三塊為典型的窄條帶狀邊水稠油油藏,地層傾角較大,含油寬度較窄,常規直井開發邊水侵入快,開發效果差。為提高未動用儲量的采油速度和采收率,結合油藏地質特點,開展南三塊水平井部署優化研究,對水平井水平段軌跡及注采參數進行優選,實施后取得了好的開發效果。

新莊油田;稠油油藏;窄條帶狀;邊水;水平井;部署優化

1 概況

新莊油田南三塊位于泌陽凹陷北部斜坡帶東段,包括泌167、新淺25、新淺24三個斷塊,油藏含油寬度窄,含油面積小,平面疊合程度差,邊水活躍。南三塊上層系含油層位 H2Ⅲ1-H3Ⅰ7,地質儲量202.3×104t。受構造形態、斷層和砂體三方面的控制,南三塊油藏類型以斷層為遮擋條件的斷塊(斷鼻)油藏為主。油層沿斷層富集于斷塊高部位呈窄條帶狀展布,含油層段內有多個油水組合,油砂體無統一的油水界面,油藏均為層狀邊水稠油油藏。原油密度0.9460～0.9839g/cm3,50℃時地面脫氣原油粘度979.45～33499.44mPa·s,油層溫度下的脫氣原油粘度2700.91～57911.82mPa·s,屬于普通-特稠油范疇。

南三塊主要發育三條北東轉北東東走向北西掉正斷層(①、②、③號斷層)和一條北西走向西南掉的⑤號正斷層,其中①、②、③號斷層落差100～270 m,為上陡下緩的鏟狀斷層,且傾角較緩,在目的層段一般為 20°～30°(圖 1)。

圖1 新莊油田南三塊上層系含油面積疊加圖

油藏有以下特點:①油層埋藏淺,含油井段集中,油層埋深421.0～807.6m;②含油小層有效厚度較大,多數在5m以上;③含油寬度窄,面積小,疊合程度相對較差,含油寬度一般60～165m,含油面積0.05～0.24km2,剖面上油層均位于斷點之下沿斷層呈屋脊狀分布,含油高度一般40m左右。

2 南三塊水平井部署條件優化

水平井在抑制邊底水方面具有獨特的優勢[1],南三塊油藏地層傾角較大,含油寬度較窄,為提高該斷塊未動用儲量的采油速度及采收率,結合新莊油田南三塊油藏地質特征及國內外水平井在邊水稠油油藏的開發部署的經驗[2-4],利用數值模擬技術及實際生產情況對水平井水平段軌跡加以優化、對水平井注采參數進行優選。

2.1 含油寬度優化

數模模擬了油層厚度6m條件下,不同含油寬度對水平井開發效果的影響。數模計算了4個不同含油寬度下(80m、110m、140m 、165m)水平井的開發指標,結果表明(表1),隨著含油寬度的增加,水平井的產量呈上升的趨勢,含油寬度從80m增加到110m時,產油量由4168t增加到5228t,產量增加了1060t,含水由92.4%下降到76.6%,而含油寬度從110m增加到140m時,產油量只增加了242t,增加的幅度很小,含水和油汽比變化不大,根據數模研究結果,結合新莊油田南三塊的油層分布特征,認為110m含油寬度的油層部署水平井開發可以取得比較理想的開發效果。

表1 含油寬度對水平井吞吐效果的影響

另外,模擬研究了窄含油寬度油層水平井開發效果。在80m含油寬度條件下,計算了6m、9m油層有效厚度水平井的開發指標(表2)。數值模擬計算結果表明,隨著有效厚度的增加,累積產油量與油汽比均平穩增加,當有效厚度超過9m時,利用水平井開發才有經濟效益。

表2 窄含油寬度油層水平井開發效果預測

2.2 油層厚度優化

利用數值模擬計算110m含油寬度下,油層厚度對水平井開發的影響。

在110m含油寬度條件下,模擬計算了4m、6 m、9m油層有效厚度水平井的在不同油價下的經濟效益 (圖2)。根據經濟評價結果,4m油層在50＄/bbl下具有經濟效益。

圖2 不同油價下開發水平井厚度界限

根據數模研究,新莊油田南三塊不宜整體采用水平井開發,在油價為50＄/bbl的條件下,只能在有效厚度超過4m、含有寬度大于100m的單油層部署水平井。隨油層厚度在一定范圍內增加,吞吐效果變好;但當油層增加到一定厚度20m時,再增加厚度對改善吞吐效果的影響變小。因此綜合分析認為,部署水平井厚度適宜在4～20m范圍內。

2.3 水平段垂向位置

水平井在油藏中的最佳位置也就是油層在縱向上動用程度、注入熱能利用率和采收率最高的位置。在水平井段位置的選擇上,除了考慮隔夾層、非均質程度及沉積韻律之外,還應考慮到由于注入蒸汽的超覆作用而使水平段上部加熱效果比下部好,稠油的重力泄油作用和向蓋、底層的熱損失等因素[5]。數值模擬表明,油層厚度在4～10m,水平段在距油層頂2/3處最合適,熱損失最小,峰值產量及采收率最高。

2.4 水平段長度

稠油熱采水平井段長度優化中,熱量利用率是一個比較關鍵的問題。注蒸汽熱采水平井存在著直、斜段井筒熱損失和水平段吸熱而造成的末端加熱效果變差的影響。受油藏條件、注汽、采油工藝條件的限制,對于油層深度、厚度和原油粘度不同的油藏,水平段長度并非越長越好,而是存在一個最佳水平段長度[6]。數模結果表明,200m與150m相比已沒有明顯優勢(圖3),因而熱采水平井段最佳長度為120～150m。

圖3 水平段長度對吞吐效果的影響

從新莊油田已投產水平井的實際開發效果進行分析,同一層位的四口粘度、厚度、構造位置、油層物性相當的4口水平井中,投產段長度僅為72m的新淺25-平5井日均產油達到17.8t,油汽比2.6,而投產段長度達到158m的新淺25-平4井日均產油僅有9.7t,油汽比0.8。當然其中注采參數、水平段位置、邊水及工作制度也會對水平井產量產生一定影響,但通過該層位四口水平井生產效果的對比,在優化注采參數的條件下,水平段長度控制在80m左右就可以取得很好的生產效果,說明水平段長度控制在80～150m為宜。

2.5 井網、井距確定

(1)井網確定。新莊南三塊受斷層控制,油砂體沿斷層在構造高部位呈條帶狀展布,具有含油面積小、含油寬度窄、平面疊合程度差、邊水活躍的特點。若油砂體采液(油)速度過高易導致邊水推進速度加快,造成油井過早水淹,從而影響蒸汽吞吐開發效果,故其井網密度不宜過大,根據油藏特點只能沿構造高部位部署一排開發井,形成不規則井網。

(2)井距確定。數值模擬表明,隨井距的增加,油汽比增加,但由于加熱半徑的影響,整體采出程度降低,考慮較高的采出程度和合理的油汽比,同時為防止汽竄形成井間干擾,井距在150m時較適宜,通過經濟評價,在35＄/bbl的情況下(表 3),采用150m井距的開發具有經濟效益。根據南三塊油砂體特點,結合數模研究結果確定南三塊蒸汽吞吐開發合理井距為100～150m。

表3 井距對蒸汽吞吐開發的影響

2.6 水平井構造位置

從新莊南三塊直井及定向井實際生產情況分析,構造位置越高,距離斷層越近,距離邊水越遠,累產油、日產油越高,含水越低,生產效果越好。但考慮到注蒸汽開發會對斷層封堵性會產生一定影響,為防止斷層開啟、確定距離斷層20～40m的距離適宜。如在新淺25斷塊部署的XD1井,該井為一口大斜度定向井,井身平行于斷層,油層距離斷層在5～30m之間,全井鉆遇油層58m,該井于2006年9月份投產,投產層位 H3II1,距離斷層21m,構造高度為海拔511m,投產井段為819.8～825.2m,831.4～842.4m,長度 16m,截至 2009年 7月 31日,合計生產時間915天21小時,蒸汽吞吐6個周期,累計產油3448.2t,累計注汽7897.4t,綜合含水51%,油氣比0.44,生產效果良好。而生產同一層位距離斷層較遠、構造位置較低的其它開發井,累計產油平均在2000t左右,較XD1井生產效果差了很多。根據直井及大斜度井的生產情況分析,說明水平井應盡量靠近斷層,部署在構造高點,因此新淺25斷塊水平井在實施過程中水平段位置基本平行于斷層,距離斷層在25～40m之間。

3 水平井部署與實施效果分析

3.1 水平井部署

根據水平井優化結果,水平井部署原則:①含油寬度110m左右;②油層厚度在4～20m之間;③水平段距頂2/3位置;④水平段長度控制在80～150m;⑤水平井井距在100～150m之間。

在南三塊新淺25斷塊 H3I1、2、3小層部署了10口水平井,在泌167斷塊部署了1口水平井。在新淺24斷塊 H2III3、H3III4層部署了3口水平井,合計在新莊南三塊部署了14口水平井。方案設計單井日產油8.0t,建產能2.6×104t,截至2009年底14口水平井全面投產。平均日產油水平9.3t,最高日產油水平32t,取得了好的開發效果。

3.2 水平井實施效果分析

水平井的生產情況受構造位置、物性、注汽質量、原油性質、水平段長度、目的層厚度,水平段位置等諸多因素影響。同一層位水平井原油性質、厚度、物性基本相似,具備可對比性,從新淺25斷塊優選了 H3I21層新淺25-平2、新淺25-平3、新淺25-平4、新淺25-平5四口水平井的生產效果進行了對比(表4)。

表4 新淺25斷塊 H3I21層第一周期生產效果對比表

四口同一層位的水平井中生產情況最好的是新淺25-平5井,投產水平段長度72m,油層厚度6.4m,該井日均產油17.8t,峰值產油32t,水平段平行于等高線,構造高度和新淺25-平4井相當。注汽強度19.5t/m,注汽速度288t/d,距頂70%位置,距斷層45m,距油水邊界80m。

根據這四口井的生產情況總結認為:①距邊水越遠,含水上升越慢。②從平4與平5井生產井情況對比,認為注汽強度在20t/(d·m)左右比較合適。③投產段長度僅有72m的新淺25-平5井生產效果最好,說明新淺25斷塊水平段投產長度適宜在70～100m之間。

不同層位水平井對比分析:新淺25斷塊水平井分布于4個層位,H3I1、21、22、3小層,4個小層原油性質及含油寬度基本相當,但油層厚度有差異,從不同層位優選了生產效果較好的水平井進行比較。從實際生產情況分析,認為水平井的投產長度從43m到72m,油層厚度從4m到6.4m,水平井能夠取得較高的日產油和油氣比。分析認為新淺25斷塊水平井投產段長度適宜控制在70m以上,而對于投產段長度相當的三口水平井,隨著厚度的增加,日產油也相應提高。雖然水平段長度較短,其它三口井也取得了不錯的生產效果,說明注汽強度適宜大于20t/(d·m)。

4 取得的認識

(1)對南三塊這一類窄條帶狀邊水稠油油藏,必須從水平段空間位置、含油寬度、油層厚度、射孔段長度及定向射孔方式、注采參數及抑制邊水等方面開展優化,采取水平井開發可取得好的開發效果。

(2)鑒于目前研究手段的限制,對于礦場注采參數及抑制邊水等方面的優化仍然需要進行攻關。

[1] 孟立新,任寶生.稠油底水油藏地質研究及水平井調整實踐[J].西南石油學院學報,2006,28(4):35-38

[2] 孫國彭尚謙.永8復雜斷塊油藏水平井地質優化設計[J].油氣地質與采收率,2002,9(4):55-57

[3] 郭肖杜志敏.非均質性對水平井產能的影響[J].石油勘探與開發,2004,(1):91-93

[4] 王瑞和,張玉哲,步玉環,等.射孔水平井產能分段數值計算[J].石油勘探與開發,2006,33(5):630-633

[5] 范子菲,宋文杰,周繼濤.確定水平并水平段、垂直井射孔段最優位置方法研究[J].石油勘探與開發,1995,22(3):72-75

[6] 陳德民,周金應,李治平,等.稠油油藏水平井熱采吸汽能力模型[J].西南石油大學學報,2007,29(4):102-106

編輯:彭剛

TE313

A

2010-03-21;改回日期:2010-05-04

韓懷,高級油藏工程師,1964年生,1989年畢業于石油大學(華東)采油工程專業,從事油藏工程研究及管理工作。

1673-8217(2010)06-0069-04