氣頂邊水油藏水平井開發效果影響因素分析*

張迎春 童凱軍 鄭浩 呂坐彬 潘玲黎

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院)

氣頂邊水油藏水平井開發效果影響因素分析*

張迎春 童凱軍 鄭浩 呂坐彬 潘玲黎

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院)

結合錦州X油田E s3-I斷塊氣頂邊水油藏地質特征及開發特點，建立了典型氣頂邊水油藏地質模型，通過試驗設計方法對6個影響油氣采收率的因素進行了優化組合，利用數值模擬軟件對各個組合方案進行了模擬運算，進而分析了水平井開發效果的影響因素及其敏感程度，結果表明:油環水平井井數對該類油藏原油采收率的影響程度最大，而氣頂動用情況則對該類油藏天然氣采收率的影響程度最大;油環原油最終采收率對其他影響因素的敏感程度依次為水平段垂向位置、原油采油速度、儲層各向異性、氣頂動用情況、隔層分布以及隔層分布與氣頂動用的交互作用。

氣頂邊水油藏水平井采收率影響因素試驗設計方法

對于采用水平井開發的氣頂邊水油藏［1］，由于其滲流機理較一般油藏類型更為復雜，為了改善水平井開發效果，有必要對影響最終采收率的因素進行細致研究和分析。傳統做法只能定性分析單因素對某種開發指標的影響程度，無法了解因素間的交互作用給開發指標造成的影響。為此，引入試驗設計方法，通過多因素多水平的試驗研究，有效地設計、篩選出影響開發效果的顯著因素，進而深入認識該類型油藏的開發規律。筆者以渤海海域錦州X油田E s3-I斷塊為例，利用試驗設計方法來組合各個因素，利用數值模擬軟件對組合方案進行計算，分析評價了各個因素水平對于利用水平井開發氣頂邊水油藏最終采收率的影響程度，為下一步開發部署及開發調整提供參考依據。

1研究區地質概況

錦州X油田沙河街組是“十一五”期間渤海油田投入開發規模最大的氣頂砂巖油藏。該油田內古近系沙二段發育著一系列受構造控制的短軸背斜氣頂油藏，其中又以探井A所處斷塊(E s3-I)最為典型。E s3-I斷塊是一個帶大氣頂、邊底水、窄油環的砂巖油藏(氣頂指數2.03、水體倍數5～8倍、油環平面寬度小于600 m)，主要發育辮狀河三角洲沉積，巖性以細砂巖為主，儲集層平均滲透率325 mD，平均孔隙度25%，屬于中高孔滲儲層;地面原油密度0.878 g/cm3，地層原油粘度0.71 mPa·s，原始氣油比為70 m3/m3，屬于典型的輕質飽和原油;ODP開發方案中井位部署以定向井開發為主，采用平行流體界面穿多層鉆進方式部署了一批水平井。

2模型建立及試驗方案組合設計

2.1 地質模型建立

研究區儲層砂體分布連續、穩定，具有統一的油、氣、水界面。分析E s3-I油藏特點，綜合地質基礎研究、測井分析及帶油環油藏建模方法研究，結合地層存在一定傾角的特點，以地質建模軟件Petrel采用順層網格建模及加密方法描述了油環分布，建立起典型的氣頂邊水砂巖油藏概念模型(圖1)。為了充分描述油環內油井氣竄、水錐形態，平面上網格尺寸為25 m×25 m，垂向上網格尺寸平均大小為1～2 m，模型的基本參數如表1所示。此外，模擬油環區地質儲量OIIP為177×104m3，氣頂區地質儲量GIIP為12×108m3，氣頂指數2.5，水體倍數15倍。

2.2 試驗設計

對于一個具體的氣頂油藏，最終開發指標通常涉及到地質、工程以及經濟等多方面的因素影響，如果存在的影響因素太多，一方面開展單因素優化不能確定出哪些因素是主控影響因素，另一方面全面優化工作將顯得費時費力;而應用試驗設計方法能夠較少次數的運算擴展設計的空間，可以大大提高優化設計的效率，已經被廣泛應用于各種工程領域［2-5］。本文借助Minitab軟件，利用試驗設計方法研究了E s3-I氣頂邊水油藏水平井開發過程中包括地質、油藏、工程等不同因素對于最終采收率的影響，具體因素及水平見表2。

圖1 典型氣頂邊水油藏地質模型

表1 典型氣頂邊水油藏數值模型基本參數取值表

表2 典型氣頂邊水油藏采收率影響因素及其水平

借助試驗設計方法進行了六因素二水平的部分析因試驗，模擬試驗共計32次，試驗開展主要有3個目的:①確定所研究的自變量中哪一個最重要;②確定自變量之間是否存在重要的交互作用;③確定自變量的2個水平中哪一個最優，即自變量對考察指標是正面影響還是負面影響。設計出各因素的組合方案之后，在E s3-I氣頂邊水油藏地質模型基礎上，利用Eclipse E100黑油模擬器對各個方案進行模擬運算，并以模擬運算得出的油氣采收率來評估各個影響因素的重要性，分析因素之間的交互作用效果，部分結果見表3。

表3 典型氣頂邊水油藏部分響應面分析方案與試驗模擬結果

3模擬結果分析與討論

3.1 單因素影響分析

通過對不同方案的運算結果開展統計分析，可以繪制出各個考察因素對評價指標影響的半正態分布圖(圖2、3)，其中半正態分布圖的橫坐標代表各因素在兩水平之間變化時引起的相應原油、天然氣指標平均值的變化，縱坐標代表累計概率。該圖由代表不同因素及其相互之間的交互影響分布散點構成。其中大部分對評價指標影響不顯著的因素點將構成一條相關關系較好的直線，而對評價指標影響較為顯著的因素點將會偏離該直線段，并且具有影響越顯著偏離程度越大的特點。如果某種因素從低值水平到高值水平變化時引起評價指標的減少，那么其影響是負面的;反之，如果引起評價指標增大則說明其作用是正面的［6］。

由圖2可以看出，對于利用天然能量開發條件下的帶大氣頂油環油藏而言，影響原油采收率最顯著的因素排序為:開發井數＞水平段垂向位置＞油環采油速度＞儲層各向異性＞氣頂動用情況＞隔層分布＞隔層分布與氣頂動用的交互作用。

圖2 典型氣頂邊水油藏原油采收率統計分析圖

圖3 典型氣頂邊水油藏天然氣采收率統計分析圖

由圖3可以看出，各個考察因素對油藏天然氣采收率影響的重要程度由高到低依次排序為:氣頂動用情況＞水平段垂向位置＞隔層分布＞儲層各向異性＞隔層分布與儲層各向異性的交互作用＞油環采油速度。

另外，通過對回歸模型的方差分析也可以了解各因素對評價指標的影響程度。由于篇幅有限，本次研究選取天然氣采收率為代表，對前述試驗設計結果進行方差分析，結果見表4。通常將方差(P)值(Prob＞P)小于或等于0.05作為顯著性檢驗水平: P＜0.05表明模型或參數有顯著的影響;P＜0.01表明有高度顯著的影響。由表4可以看出，油藏天然氣采收率評價模型P＜0.000 1，表明此模型在被研究的整個回歸區域擬合較好;氣頂動用情況(D)P＜0.000 1、水平段垂向位置(E)P=0.008屬于有高度顯著的影響因素，隔層分布(A)P=0.042 6屬于有顯著的影響因素，這三者對天然氣采收率有著較顯著的影響。其中，氣頂動用情況及水平段垂向位置對天然氣采收率大小呈現明顯的正效應，隔層分布則呈現負效應。由此可認定，這三者為其主要影響因素，而其他因素及交互影響因素P均大于0.05表明對天然氣采收率影響不顯著。

表4 典型氣頂邊水油藏天然氣采收率統計模型方差分析

3.2 因素交互作用影響分析

從圖4可以看出，對于原油采收率，各因素之間的交互作用模式大致可以劃分為3種類型，分別為無交互作用模式(圖4a)、弱交互作用模式(圖4b)及強交互作用模式(圖4c)。對于強交互作用模式而言，氣頂動用情況對于原油采收率的影響程度在不同隔層分布地層中是不一樣的。當地層中沒有穩定隔層分布時，油藏氣頂動用與不動用相比，原油采收率將損失2.7%;而當地層中有穩定隔層分布時，油藏氣頂后期利用氣井動用與不動用相比，原油采收率僅僅損失1.3%。

如前所述，對于天然氣采收率，影響最顯著的3個因素分別為氣頂動用情況(D)、水平段垂向位置(E)及隔層分布(A)，而其他交互因素對天然氣采收率影響不顯著，這里不再重點敘述。

圖4 典型氣頂邊水油藏3種因素間交互作用模式(原油采收率)

4應用效果

在深化區域地質研究和油氣田開發設計的基礎上，明確E s3-I斷塊氣頂油藏堅持走“先采油后采氣”的開發模式，將原油采出程度最大化放在開發任務的首要位置。對于水平井開發的油環油藏，影響原油采收率最重要的3個主控因素分別為開發井數(即單井控制儲量)、水平井在油環中所處的垂向位置及油環采油速度，而各個因素之間的交互影響作用相對較弱。在此基礎上，開展了主控因素的單因素分析，得出E s3-I油藏以14口水平井開發(單井原油控制儲量30×104m3)、水平段位于油環內距離油水界面1/3處、油環初期整體以3.5%的采油速度開采且后期動用氣頂的方式開發效果將取得最優，25年累計產油量188×104m3，原油采收率30%;累計產氣量17×108m3，天然氣采收率70%。

E s3-I油藏于2009年12月在油環下部1/3處先后完鉆7口水平井。截至2012年5月，7口水平井累計產油量69×104m3，階段原油采出程度達到11%，累計產氣量1.06×108m3;單井初期最高日產油量450 m3，平均日產油量200 m3，平均日產氣量2.1×104m3;目前單井平均日產油量90 m3，平均日產氣量2.7×104m3。這充分表明，采用水平井優化開發參數開采抑制了E s3-I斷塊油藏氣頂氣竄，取得了較好的開發效果(圖5)。

圖5 E s3-I氣頂邊水油藏開采現狀圖

5結論

(1)利用試驗設計方法綜合考慮了隔層分布、儲層各向異性、開發井數、水平段垂向位置、氣頂動用情況及油環采油速度等諸多因素對氣頂油藏油氣采收率的影響程度。研究表明，油環水平井開發井數對原油采收率的影響程度最大，而氣頂動用情況則對天然氣采收率的影響程度最大;油環原油最終采收率對其他影響因素的敏感程度依次為:水平段垂向位置、原油采油速度、儲層各向異性、氣頂動用情況、隔層分布以及隔層分布與氣頂動用的交互作用。

(2)應用結果表明，采用水平井優化開發參數開采能夠抑制氣頂邊水油藏氣頂氣竄，從而達到改善該類油藏水平井開發效果的目的，對于指導該類油藏進一步高效開發具有重要意義。

［1］楊慶紅，童凱軍，張迎春，等．利用水平井開發大氣頂窄油環油藏研究與實踐［J］．中國海上油氣，2011，23(5):313-317．

［2］張迎春，童凱軍，葛麗珍，等．水平井開發大氣頂弱邊水油藏早期采油速度研究［J］．石油天然氣學報，2011，33(5):106-110．

［3］康曉東，張賢松，馮國智，等．基于均勻設計的聚合物驅注入參數優化方法［J］．中國海上油氣，2008，20(2):99-101．

［4］趙金省，張明，李天太，等．基于均勻設計的泡沫滲流阻力因子影響因素研究［J］．鉆采工藝，2009，32(4):74-76．

［5］王厲強，王洪輝，向陽，等．開發概念方案優化的正交設計缺陷及解決方法［J］．天然氣工業，2007，27(4):101-103．

［6］周宗明，張賢松，李保振，等．實驗設計法在凝析氣藏后期注水開發方案設計中的應用［J］．天然氣工業，2010，30(8):29-33．

(編輯:楊濱)

An analysis of the factors to influence development of oil reservoirs with gas cap and edge water by horizontal wells

Zhang Yingchun Tong Kaijun Zheng Hao LüZuobin Pan Lingli
(Bohai Oilfield Exploration and Development Research Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452)

In combination with the geology and development features of E s3-I faulted-block oil reservoir with gas cap and edge water in X oilfield，a geological model was built for the typical reservoirs with gas cap and edge water．An experimental design method was used to optimize the combination of six factors to influence hydrocarbon recovery，and the optimized combinations were modelled respectively by using a set of numerical simulation software．Finally，the factors to influence development of these reservoirs by horizontal wells and their sensitivity were analyzed．The results have shown that the impact of horizontal well number in the oil ring on oil recovery is the greatest in these reservoirs;and that the exploitation degree of gas cap has the greatest impact on gas recovery in these reservoirs．The other factors to affect the oil ring recovery are the vertical position of horizontal segments，the oil production rate，the reservoir anisotropy，the exploitation degree of gas cap，the barriers and the interaction between the barriers and the exploitation degree of gas cap，with their sensitivity descending．

oil reservoir with gas cap and edge water; horizontal well;recovery;factor;experimental design method

*中國海洋石油總公司“十一五”重點科技攻關項目(2007CNBO0415)部分研究成果。

張迎春，男，高級工程師，1999年畢業于中國石油大學(北京)石油工程專業，獲碩士學位，主要從事油氣田開發方面的研究工作。地址:天津市塘沽區609信箱(郵編:300452)。E-mail:zhangych2@cnooc．com．cn。

2012-07-17