許淺1 斷塊淺層疏松砂巖開發技術研究

仲廣軍，王 華，吳蘭平

（中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司試采一廠，江蘇江都 225265）

許莊油田許淺1 斷塊位于高郵凹陷南部，由真1、真2 兩條大斷層所夾持的斷階帶上。2002 年底上報探明含油面積0.8 km2，探明地質儲量181×104t，動用地質儲量181×104t。主要含油層系為E2d1，儲量分布在E2d11、E2d12兩個砂層組中。許淺1 斷塊于2001 年底投入試采，2003 年進行注水開發，主要采用邊部＋內部點狀注采井網。

該區E2d11儲層橫向變化較大，E2d12主要為濱淺湖沉積環境，其沉積微相為沙壩和灘，地層厚度為250～370 m，由南向北地層增厚展布，砂巖厚度由北向南厚度增大，由東向西砂巖儲層發育相對穩定。平面上，砂體分布規模小，呈土豆狀分布，表現出橫向變化大的特征。

1 油藏出砂研究

1.1 目前出砂狀況分析

地層砂可以分為兩種：充填砂和骨架砂。當流體流速達到一定值時，首先使充填于油層孔道中的未膠結的砂粒發生移動，油井開始出砂，這類充填砂的流出是不可避免的，而且起到疏通地層孔隙通道的作用；反之如果這些充填砂留在地層中，可能堵塞地層孔隙，造成滲透率下降、產量降低，因此充填砂不是防治的對象。當流速和生產壓差達到某一數值時，巖石所受的應力達到或超過它的強度，造成巖石結構破壞，使骨架砂變成松散砂，被流體帶走，引起油井大量出砂。油井出砂大體分為兩個階段：（1）由骨架砂變成自由砂，這是導致出砂的必要條件；（2）自由砂的移動。

只有滿足這兩個條件后才會引起出砂，對于第一階段來說，應力因素：如井眼壓力，原地應力狀態、巖石強度等是影響出砂的主要因素；液力因素：如流速、滲透率、粘度以及兩相或三相流動的相對滲透率等的作用主要表現在出砂的第二階段即運移由于剪切破壞而形成的松散砂。

1.2 出砂生產參數

經大量研究發現：絕大部分巖體都具有彈性體的特征。而波動理論及測井實踐表明：聲波在彈性介質中的傳播速度與其力學特征密切相關。因此，以聲波測井資料為基礎，結合密度、井徑、自然電位、自然伽瑪等測井資料可以進行地層強度連續預測，然后計算地層的出砂指數，進而計算地層的極限生產壓差和臨界產量。

1.2.1 臨界生產壓差

（1）Mohr-Coulomb 準則法：根據摩爾-庫倫準則，得到油井不出砂最小井底壓力，即臨界井底流壓為：

所以油井開始出砂時臨界生產壓差為：

ΔPcr＝Pe－Pwcr

式中：Δtp為縱波聲波時差，s/m；Vd為泥質含量；ρ巖石密度，g/cm3；H 為油藏中部深度，m；ν 為泊松比一般小于0.25；σzo為上覆巖層壓力，MPa；Pe為油藏外邊界處壓力MPa；β 為孔隙彈性介質Biot 常數。

（2）蘇聯學者：前蘇兩學者以巖層切向應力應小于巖石顆粒的固結力學為基礎，通過數學推導求出防止油井出砂的最低流壓方程：

其中：Pwcr為油井井底流壓，MPa；ρ 為巖石密度，kg/m3；β 為巖石壓縮系數，1/MPa；g 為重力加速度，9.8m/s2；H 為深度，m；φ 為地層傾角；μ 為泊松比；α 巖石顆粒摩擦系數；c 為巖石內聚力，MPa。

利用巖石力學和蘇聯學者方法計算臨界生產壓差結果基本保持一致，如果取安全系數0.8，則最大即臨界生產壓差為0.6 MPa，而且均有出砂可能。可見，根據許淺1 斷塊實際情況以及計算結果來看，單純利用油藏工程進行控砂很難實現（見表1）。

1.2.2 臨界速度 從Bratli 模型計算臨界速度表和巖石力學臨界生產壓差計算臨界速度結果可以看出許淺1 斷塊為0.269 m3/d·m，如果采用直井10 m 進行開發，臨界產液量分別為2.69 m3/d，即使小于臨界值，也存在局部出砂可能性，所以，許淺1 塊使用臨界速度生產避免出砂不可行。

表1 許淺1 塊臨界生產壓差計算結果

表2 臨界速度對比結果

2 剩余油規律研究

2.1 目前剩余油分布狀況

為使剩余油描述區域化，在各小層平面剩余油分析中，根據整體地質特征及斷層分布情況，將許淺1 塊區域劃為三部分進行研究。

2.1.1 E2d11-3、E2d11-4剩余油飽和度 兩小層砂體發育面積較小，儲層搌布性差，儲量較小，目前剩余油飽和度受邊水作用以及注水井許淺1-4 井影響，同時受砂體邊界控制，生產井許淺1-3 井周圍飽和度在0.5~0.6 之間，但大部分水淹嚴重。

2.1.2 E2d12-1剩余油飽和度 圖3 為許淺1 斷塊E2d12-1小層上下韻律段目前剩余油飽和度分布圖，從圖中可以看出：（1）邊水侵入首先進入小層底部，上部飽和度較高；剩余油飽和度為0.45 左右；（2）區域3 邊水侵入最為嚴重，純油區為區域3 東部及北部斷層附近，其他位置基本上處于完全邊水侵入區域；（3）區域1 基本上動用程度很低，飽和度較高，均在0.6 以上；（4）區域2靠近北部小斷層附近飽和度較高，有一定潛力。

2.1.3 E2d12-2、E2d12-4剩余油飽和度 從圖4、圖5 中可以看出：該小層為土豆狀單砂體，面積小，飽和度為0.6。

2.1.4 E2d12-3剩余油飽和度 圖6 為許淺1 斷塊E2d12-3小層上下韻律段目前剩余油飽和度分布圖，從圖中可以看出：（1）該小層剩余油飽和度表現為上部飽和度高，下部飽和度低；（2）區域3 范圍內砂體動用程度較低，飽和度基本上在0.6 以上，但是含油面積小；（3）區域2 飽和度高的位置在許淺1 井與許淺1-8 井連線東北部，飽和度在0.6 以上。

圖1 E2d11-3 小層目前剩余油飽和度

圖2 E2d11-4 小層目前剩余油飽和度

圖3 E2d12-1 目前剩余油飽和度

圖4 E2d12-2 小層目前剩余油飽和度

圖5 E2d12-4 小層目前剩余油飽和度

2.1.5 E2d12-5剩余油飽和度 圖7 為許淺1 斷塊E2d12-5小層上下韻律段目前剩余油飽和度分布圖，從圖中可以看出：（1）區域1 為純水；（2）區域2 在靠近東部斷層附近有砂體分布，但面積較小，飽和度在0.55 以上；（3）該小層主要含油面積為區域3，內部飽和度呈現上高下低的分布，上面飽和度在0.6 以上，下面在0.52 以上；（4）區域2 受邊水所控制，越靠近東北部斷層，飽和度越高。

2.1.6 E2d12-8剩余油飽和度 從圖8 中可以看出：該小層基本上處于油水過渡帶范圍內；飽和度最高的位置位于許淺1-19 井周圍，飽和度為0.6 左右，其他位置飽和度逐步降低至純水狀態。

圖6 E2d12-3 目前剩余油飽和度

圖7 E2d12-5 目前剩余油飽和度

圖8 E2d12-8 小層目前剩余油飽和度

2.2 區域剩余油分析

從表3 許淺1 斷塊小層統計結果可以看出：（1）剩余地質儲量/剩余可采儲量集中在E2d12-1、E2d12-3和E2d12-5小層；從飽和度分布來看，層內上部剩余油飽和度略大于下部；（2）各小層含油面積內剩余油飽和度平均值在0.5 以上，其中E2d12-1、E2d12-3小層內部頂部剩余油飽和度在0.6 以上，飽和度較高。

從許淺1 斷塊目前剩余油狀況來看，主要調整工作重點應放在完善注采井網上。

3 小井距可行性論證

3.1 合理井網密度法

根據胡斯努林法改進和完善的公式：

式中：ER為最終采收率，小數；n 為井網密度，口/平方千米；k 為有效滲透率，μm2；μo為地下原油粘度，mPa·s。

合理井網密度為單位面積加密到最后一口井時的井網密度，在這個井網密度條件下，最后一口加密井新增可采儲量的價值等于這口井基本建設總投資和投資回收期內操作費用的總和，由此則有：

表3 許淺1 斷塊小層統計結果

式中，V-單位面積儲量，×104t/km2；△ERV-每平方公里新增可采儲量。由此，便可在計算機上用試湊法算得合理井網密度，再代回式中便可反求出經濟合理采收率。

按照油價3 000 元/噸，許淺1 斷塊鉆井成本250萬元計算，可以看出合理井網密度為32.4 口/平方千米，許淺1 斷塊含油面積約0.80 km2，合理井數為26口，從目前許淺1 斷塊總井數21 口可以看出，還有5口井余地，但具體還要考慮許淺1 斷塊實際含油情況以及剩余油分布狀況。

4 認識與建議

（1）從許淺1 斷塊目前剩余油狀況來看，主要調整工作重點應放在完善注采井網上。

（2）巖石力學和蘇聯學者方法計算許淺1 斷塊臨界生產壓差結果基本保持一致，取安全系數0.8，則最大即臨界生產壓差為0.6 MPa，可見，只要投入生產，基本上均會出砂，所以單純利用油藏工程降低生產壓差進行控砂很難實現。

（3）許淺1 斷塊臨界速度為0.269 m3/d·m，如果采用直井10 米進行開發，臨界產液量分別為2.69 m3/d，但是即使小于臨界值生產，也存在局部出砂可能性，所以，該塊使用臨界速度生產來避免出砂不可行。

（4）在現有注采井網的基礎上，重點解決平面矛盾，實施平面上加密完善，實現多點少采，控制儲層出砂，同時兼顧構造西部的滾動評價。

（5）對于目前出砂嚴重井，應注重從工藝的角度進行防砂，依靠最低生產壓差方法一方面難以控制，另一方面就儲層狀況而言，在臨界生產壓差下不能滿足正常開發要求。

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