羅馬什金油田開發綜述

溫希娟 (大慶油田有限責任公司勘探開發研究院)

李發榮 (大慶油田工程有限公司)

羅馬什金油田開發綜述

溫希娟 (大慶油田有限責任公司勘探開發研究院)

李發榮 (大慶油田工程有限公司)

從地質構造、巖性和產層情況等方面描述了俄羅斯羅馬什金油田的地質概況,分階段對油田在開發過程中所遇到的問題、采取的措施及取得的效果進行了歸納總結;重點對油田目前開發狀況、現階段開發規劃及目前所采取的穩油控水措施進行了詳細的論述,并由此對油田開發前景進行了論證。

羅馬什金油田 開發階段 穩油控水 現狀 前景

1 油田概況

羅馬什金油田是俄羅斯僅次于薩馬特洛爾的第二大油田,發現于1948年,1952年投入工業性開發,是一個典型的陸臺型多油層油田。油田地層傾角小于1°,含油面積4 300 km2,其中油水過渡帶的面積占70%。地質儲量45×108t,可采儲量24×108t。

油田儲量主要來自陸源泥盆系油藏 (帕希亞組和克恩組),這里蘊藏著該油田80%以上的探明儲量。在下石炭統陸源沉積中也含有近10%的探明儲量。目前,油田共查明421個油藏[1],確立了22個含油層系,其中有18個獲得了工業油流。

泥盆系的 Д1Д0層為油田基本含油層。Д1儲層最多分為9個儲集層,總厚度可達20～50 m,有效厚度為10～15 m;Д0儲層最多分為3個儲集層,總厚度達7 m,有效厚度為4 m。主要產油層為 Д1層,埋藏深度1 650～1 850 m,由細粒砂巖組成。這些砂巖儲集層非均質性嚴重,滲透率為40～2 000 mD(平均 500 mD,1 mD=1.02×10-3μm2)。原油為輕油,儲集層原油為44°API,黏度為2.6～4.5 mPa·s,含硫1.5%～2.1%[2,3]。

砂巖儲集層的沉積環境主要是三角洲平原分流河道。整個油田呈現出的構造是一個由差異壓實作用形成的低走勢穹隆背斜,包含無數的由厚砂巖組成的構造高地。在這些構造高地的基礎上,油田劃分出21個生產區塊。這些區塊之間彼此獨立生產,并由注水井互相分隔。最初的高產區是西部區塊,后來逐漸擴展到其他地區。

2 油田開發

羅馬什金油田的發展已歷經50多年。在開發初期,該油田首次在世界上大規模成功進行了注水開發,加速了地下石油儲量的開采,大大提高了地層的原油采收率,是一個開發效果較好的老油田。到目前為止,羅馬什金油田已經開采了43%的原始平衡儲量,87%的A+B+C1級可采儲量[4]。開采量最多的為帕希亞地層的油藏 (總開采量的88%)。羅馬什金油田的開發可分為4個階段。

2.1 開發第一階段 (1948—1970年):原油產量上升階段

羅馬什金油田第一個總體開發方案是,在缺乏邊內注水經驗和對油田的地質結構研究程度很低的情況下編制的。這個總體開發方案存在一些原則性的失誤[2,3],主要表現為:①把油田切割為若干寬闊的多期開發系統,這就不得不在開發早期就關閉一些采油井,改變注水前緣;②在油藏內,油井和注水井間井距很大且分布不均勻;③在非常稀的井網基礎上,采油單元劃得過大,這就不能使所有的原油儲量得到有效的開發,不能保證達到設計的原油采收率。

由于開發層系的非均質性和分割性,油層波及范圍小 (52%),只有30%～70%的射開層位見到注水效果。從方案實施以來,只保留了主要的開發原則——邊內注水。采用邊內注水保證了較高的采油速度,在投資極少的條件下,確保了技術-經濟各項指標的提高和較高的原油采收率。

2.2 開發第二階段 (1971—1975年):原油穩產階段

羅馬什金油田第二個總體開發方案中消除了油田開發中的一些不足之處,補劃了幾個寬度為5～6 km的窄小地帶,使獨立開發的區塊增加到42個;將注水井排的注入壓力提高到地層壓力之上,而將采油井井底壓力降至飽和壓力;在中央地區采用點狀注水,而在邊緣地區采用選擇性注水;在邊緣地區均勻布井。

但是,這一方案存在著本質上的缺點:由于油水帶的開采效果不理想,低滲透層和高產層的泥質含量在2%以上,因此不能保證開發層系有充分的注水波及范圍。井網密度不夠,油藏內井網分布不均勻,只在小范圍內進行了開發單元的細分,注水系統不完善等是造成注水波及范圍不充分的基本原因。

該階段的主要調整措施包括:增加注水井數;縮短注水井與采油井之間的距離;引入面積注水;在非均質嚴重區域進行選擇性注水;動用 Д0上產。

隨著更多的區塊投入生產,油田產量穩步上升,并于1970年達到8 150×104t的峰值產量。油田高產穩產的形勢一直持續到1976年,隨后開始下滑。

2.3 開發第三階段 (1976—1989年):原油產量下降階段

羅馬什金油田第三開發階段中,邊內注水的開發原則得到了進一步的發展。在第三個總體開發方案中考慮到了強化開發低產儲集層和油水帶中的儲量;優化砂層注水壓力,粉砂巖層注水壓力要提高到20～25 MPa或以上;將采油井的井底壓力降至下部無水承壓層和水淹層飽和壓力以下20%～25%,注采井數比增加為1∶3;為了細分開發單元鉆加密井,強化開采低產不連續層中的儲量并達到設計的原油采收率;廣泛采用提高地層原油產量的新的物理-化學方法等。此外,為了控制采出水,從1985年開始進行周期注水。

但是,由于油田前期開采速度過快及含水迅速上升,油田產量在不斷下滑。

2.4 開發第四階段 (1990—1993年):原油產量下降速度減緩

這一階段的主要任務是確定鉆探目標,以便使各種儲量都得到有效開發;進一步發展注水系統,優化注水和采油制度,調整開發過程;廣泛采用水動力法和三次采油法,以確保原油采收率達到和超過設計水平 (設計采收率為0.53,可能達到的采收率為0.6)。

3 開發現狀

3.1 油田現狀

按油田區塊對油田帕希亞-克恩沉積層的注水狀況和儲量動用情況進行了分析,結果顯示:注水波及到的地層原油采收率較高;儲量動用程度各異。

針對這些特點,油田采取了一系列的開發調整措施。在采取這些措施后,羅馬什金的原油產量保持穩定,而且綜合含水率20多年來一直穩定在87%的水平 。目前,油田原油采收率為49%,2008年羅馬什金油田的原油產量為1 520×104t。

3.2 現階段開發規劃

在目前所實施的第四個總體規劃中,為了達到設計的原油采收率,計劃采取下列措施:廣泛采用現代水動力學方法提高原油采收率;大量應用三次采油提高采收率方法;廣泛應用堵水改進工藝調整開發、控制采水量;大量采用近井地帶處理的有效方法,促進油井和產層工作。

為了將原油采收率提高到設計水平之上,計劃實施下列措施:對流動性小的剩余油和不可動剩余油成藏進行研究,并對這些油藏進行數量評價;采用多種方法提高初次和再次打開油層的效率;廣泛應用水平井技術以改善油層的儲集性、提高油層的含油量;采用物理場作用和生物技術方法;應用信息保障系統設計井間滲透率參數和油層自動化監測系統。

3.3 現階段穩油控水措施

進入油田第四開發階段以后,羅馬什金油田大都采用綜合地球物理方法提高原油采收率,包括:不穩定 (循環)注水;優化注入壓力和井底壓力;廣泛采用近井地帶處理工藝。14年來,在各開采區塊中共增產原油7 690×104t。具體措施有[5]:將低產井投入運行;完善注水系統;鉆新井等。

同時,近年來的研究發現,在油田開發后期采用側鉆井和側鉆水平井工藝最為合理,對于老采油區來講,這種強化采油的方法最具前景。其次,地層水力壓裂在近年來也得到廣泛應用。而在三次采油方法中,主要采用了提高波及效率和驅油效果的相關工藝[1-3]。

在提高原油產量和油層原油采收率的同時,降低伴生水的產量是開發后期調整工作的基本任務。羅馬什金穩定含水的主要措施有:不穩定注水和改變液流方向;關停無效益高水淹井,停止水淹層的生產,在無水區和微水淹區強化采油,從局部水洗層或油水帶中把油驅至含油帶,以及在高水淹段注水井中采用特殊工作制度[6];廣泛應用堵水改進工藝。采取上述措施后,伴生水減少到2×108t/a,注入水也相應減少,油田開發技術和經濟指標得到提高。含水率穩定在87%,油水比為1.4。

4 油田發展前景

羅馬什金油田保持最佳開采狀態的主要經驗之一是不斷增加新儲量,在羅馬什金油田開發的50多年間平衡儲量增加了66%,可采儲量增加了62%。預計經過今后的補充勘探、地質模型的精細化以及提高原油采收率新方法的廣泛應用,油田儲量將會繼續增加。

4.1 補充勘探

按照韃靼斯坦的開采方法,依靠對泥盆系和石炭系局部含油層系的補充勘探,平衡表內儲量將不斷增長。目前,韃靼斯坦已發現400多個前景區塊,其中C1級儲量的增長估計為:平衡表內儲量38.5×108t,可采儲量10.56×108t。

4.2 提高原油采收率

4.2.1 開采已動用儲量

羅馬什金油田通過反復采用現代提高采收率方法及地層自動化監控和管理系統來提高已動用儲量的原油采收率。這些工藝可保證以相對較高的最終原油采收率高速開采油藏儲量。高滲透陸源儲層或碳酸鹽巖儲層 (高產油藏)中含低黏原油油藏儲量屬于這一類儲量。

例如,在羅馬什金油田塔什利亞爾區的2個高產區塊中,通過采用現代水動力提高原油采收率方法 (循環注水,改變地層中液體滲流方向)和開發調整措施使原油采收率達到了0.6～0.65,區塊目前仍在生產。

4.2.2 提高難采儲量油藏的開發效果

難采儲量投入有效開發的必要條件是將其劃分為獨立的開發區塊,通過封堵水洗層位、增鉆注入井和生產井、充分考慮地層地質特點等措施,使每個區塊都成為一個獨立的系統。

近十幾年來,羅馬什金油田開發出大量開采難采儲量的綜合工藝并廣泛應用,其中包括:低滲透儲層和泥巖陸源儲層的綜合開發工藝;高黏原油儲層的綜合開發工藝;碳酸鹽巖儲層的綜合開發工藝。其中,鉆水平井和多底井是發展方向。羅馬什金油田的試驗證明,通過鉆水平井和多底井提高油藏注水波及可從本質上提高原油采收率。

4.2.3 剩余油儲量開采

羅馬什金油田將可動剩余油和流動性小的剩余油作為油田開發后期攻堅的重點目標。目前,油田主要通過下列方法進行剩余油儲量的開采。

(1)細化地質構造

羅馬什金油田開發后期將主要精力放在了細化開發單元地質構造上。例如,在羅馬什金油田巴甫洛夫區塊采用了更加完善的地球物理研究方法(CINTEL系統 TABC方法),將 Д1層劃分成四類巖石,這樣在整塊高產地層就被劃分成滲透差值較小的地層,能夠合理采用最先進的提高原油采收率方法。通過這種途徑,地層 (特別是高產地層)的可采儲量將會增長。

在開采初期,羅馬什金油田確定了主力油層儲集巖的標準值,但到了上世紀80年代,這些標準值變大,儲集巖范圍相應縮小。由于根據地球物理測井確定油層孔滲性的現行方法沒有考慮到非均質地層類型的不同,導致根據地球物理測井和巖心分析數據得出的參數值出現了很大偏差。現在,通過細化非常規孔隙結構滲透性巖層,圍巖中的可滲低孔隙巖層則被視為平衡表內儲量增長的一大主力。專家預測,平衡表內儲量中它們的份額不低于15%[5]。

(2)精細地質模型

目前,油田建立了含有2000～3000萬個構造單元的精細地質模型,這些構造單元分布于羅馬什金油田的21個區塊,形成了對井的資料、地球物理和工業資料以及模擬結果進行分析的構架基礎[6]。該模型可以更精細地分析開發對象,劃分出儲集層中性質變差、無法波及到的地帶,在這些地帶采取措施開采原油剩余儲量。

油田在長期生產過程中,通過采用分層細化地質構造、確定儲集巖的標準參數等新方法進行地質建模[7],可確定剩余油的結構和分布;而將地質體劃分成獨立的開發單元則可對開發單元的儲量動用情況進行統計分析,這樣就可采取合理的剩余油增產措施,以保證注水地層波及范圍最大化,達到較高的原油采收率。

4.3建立油田開發后期新觀念

近年來,擔任韃靼聯合石油公司總地質師穆斯利莫夫通過反復對比研究認為,油田的 (甚至小油田)開發時間不低于100年,并且油田主要開發期都在公認的第四階段。這一開發階段需要更為細致的研究,不應將其視為含水率緩慢上升、原油產量不斷下降的時期。

在羅馬什金油田第四個總體規劃中提到,應用提高原油采收率方法將使油田穩定開采期延長至2032年,考慮到國家稅收政策的細化,原油開采期將延長至2065年。如果通過應用提高原油采收率方法、儲集巖標準值降低的概念以及改變與儲集巖標準值相關的油田地質模型,油田的預測開采量得到證實,那么羅馬什金油田 Д1Д0層的平衡表內儲量,特別是可采儲量將會增長,油田開發期將維持150～200年[4]。這樣算來,油田開發后期將占據整個油田開發期70%～80%,因此必須加大對油田開發后期的研究。

4.4 加大對油田后期階段的研究

4.4.1 油田后期開發特點

在油田開發后期,各類油田參數較開發初期都發生了巨大的變化,然而至今設計者仍在延用油田開發的改進規劃,并沒有考慮油田的上述特點[1,4],這樣客觀上就會降低原來設計的原油采收率。所以,老油田開發系統的完善需要考慮在長期生產過程中因技術原因導致的改變。此外,必須考慮諸如生產井和生成設備的長期物理磨損之類的復雜因素。

4.4.2 油田后期異常現象

通過近10年來的基礎研究,認為伴隨著油氣向地殼和沉積蓋層上層的周期性注入,地球深部脫氣過程是具備一定地質構造條件的規律性現象[7],其表現為地層深部的油流指示非常之多。根據平衡表內儲量,羅馬什金發現的系列油藏已經開采殆盡,然而這里的石油開采仍在繼續。

同時,油田針對原油物理化學屬性、油層參數水動力特點、主力油層的井工作特點,以及原油密度和黏度變化的周期性進行了系列研究。結果發現Д1Д0油層中最有可能的“另類”油流不論在空間上,還是時間上都具有點狀特點,而這一現象沒有明顯的直接標志,否則在羅馬什金油田開發和開采的50多年間這一現象早就會被發現。

羅馬什金油田多年的開發研究顯示,隨著開發措施的實施,油田剩余油性能正在惡化,原油密度在有規律地增加。然而,明尼巴耶沃地區在原油密度總體加大的背景下,其單井原油密度測定值卻呈現周期性減小的現象。此外,通過分類分析揭示了異常參數井,包括原油累計產量異常高的39口井,這些井中每口井的原油累計產量都超過了100×104t,在其他井產量普降的情況下這些井的產量會“突然”上升。

圖1 2005年起羅馬什金油田原油儲量開采動態及儲量增長預測

上述種種現象與采油量下降的“規律”產生巨大反差,需要專門進行調查研究。

羅馬什金油田原油采收率發展前景見圖1。

5 結論及建議

(1)羅馬什金油田的開發經驗證明,油田開發后期是一個復雜的過程,不應簡單將其視為含水率緩慢上升、原油產量不斷下降的時期。在油田開發后期,通過采取有效的挖潛措施可以使原油產量和綜合含水保持穩定。

(2)大型油田開發的各個階段都需要實施儲量接替,在羅馬什金油田開發的50多年間平衡儲量增加了66%,可采儲量增加了62%。預計今后通過補充勘探、細分地質層系、精細地質模型以及提高原油采收率新方法的廣泛應用,油田儲量將會不斷增加,油田可采期將不斷延長。

(3)在地質條件方面,大慶油田與羅馬什金油田有許多類似的地方。研究羅馬什金油田的開發歷程及各個階段的開采技術,了解它開發過程中的成功經驗和教訓,對于科學合理地開發我國類似油田有較大的參考價值。因此,建議在以后的工作中加大對該油田的關注力度,加強油田間的互訪,盡可能地通過電子商務、學術交流等各種手段,更多地獲取該油田的最新資料。

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[2]巢華慶.俄羅斯大型特大型油氣田地質與開發[M].北京:石油工業出版社,1998.

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10.3969/j.issn.1002-641X.2010.12.002

2010-03-10)