渤海南部中輕質(zhì)油藏采油速度界限確定

陽曉燕，張建民，張占華，陳曉明，王 龍

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

針對高投入、高風險的海上油田，提高采油速度是獲取高產(chǎn)量的有效途徑[1-2]。然而，油藏采油速度過高，易加快邊底水、注入水突破，遞減率加快[3-4]，因此，對合理采油速度界限的研究顯得極為重要[5-7]。渤海南部油田以中輕質(zhì)油藏為主，黏度為0.4～16.0 mPa·s。投產(chǎn)初期，部分井區(qū)采油速度高，需對各區(qū)塊、單井進行生產(chǎn)制度優(yōu)化，確保油田和區(qū)塊的合理開發(fā)。基于Leverett函數(shù)式以及相對滲透率經(jīng)驗公式，建立采油速度與含水率、遞減率的理論模型，并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，提出渤海南部中輕質(zhì)油藏的合理采油速度界限。

1 采油速度理論模型

在油田動態(tài)分析中，產(chǎn)水率是一個重要的指標，即Leverett函數(shù)表達式[8-9]：

(1)

式中：fw為含水率，%；Kro、Krw為油、水相對滲透率；μw為地層水黏度，mPa·s；μo為地層原油黏度，mPa·s。

為便于應(yīng)用，常將相對滲透率的比值表示為含水飽和度的函數(shù)[8]，即：

(2)

式中：Sw為含水飽和度；a、b為相對滲透率曲線回歸參數(shù)。

水驅(qū)油效率表達式為[8]：

(3)

式中：R為采出程度；Swi為束縛水飽和度。

聯(lián)立式(1)～(3)，對方程兩邊求導，可得：

(4)

式中：t為時間變量，a。

當dt=1時，即建立采油速度模型為：

(5)

式中：vo為采油速度，%；Fw為年含水上升速度，%。

從式(5)可以看出，一個油田是否適合高速開發(fā)，油田的固有屬性決定其開發(fā)規(guī)律[10]。油田束縛水飽和度和相對滲透率曲線對采油速度影響較大，含水階段的變化以及對開發(fā)效果的需求也決定著油田合理采油速度的取值。為更直觀地描述不同采油速度對油田開發(fā)效果的影響，建立遞減率與采油速度的理論模型。

當油田進入遞減階段后[11-13]，建立遞減率與含水率的表達式，通過推導得：

(6)

式中：Dt為遞減率，%；Ql為階段產(chǎn)液量，m3；Qo為階段產(chǎn)油量，m3。

對式(6)進一步推導，可建立遞減率與含水率的表達式：

(7)

將式(7)代入式(4)，可建立采油速度對遞減率影響的數(shù)學模型：

Dt=vob(1-Swi)fw

(8)

2 采油速度影響因素圖版

利用油田或者區(qū)塊相對滲透率曲線，確定相對滲透率曲線回歸參數(shù)，進而確定該油田的采油速度圖版。以渤中35-2油田為例，通過回歸該油田油水相對滲透率比值與含水飽和度的關(guān)系曲線，可得b=21.76。將b值以及束縛水飽和度代入式(5)、(8)，可建立采油速度相關(guān)圖版(圖1、2)。可以看出，油田的相對滲透率曲線對油田的開發(fā)策略有決定性作用。

圖1 不同采油速度下年含水上升速度隨含水率變化曲線

圖2 不同含水率下采油速度對年遞減率的影響

采油速度對油田年含水上升速度及年遞減率影響較大，采油速度越高，年含水上升速度越快。隨著采油速度的增加，遞減率逐漸加大，過高的采油速度將對油田后續(xù)開發(fā)帶來不利影響。然而，海上油田考慮平臺壽命問題[14-15]，采油速度過低，平臺壽命期內(nèi)采出程度有限。為此，對于海上油田，需結(jié)合平臺壽命內(nèi)的采出程度，進一步確定油田的合理采油速度。

3 合理采油速度的確定

根據(jù)渤中35-2油田地質(zhì)情況，在油田已鉆井方案基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬法進行研究。設(shè)置4個不同方案，對應(yīng)的生產(chǎn)壓差分別為0.5、1.0、1.5、2.0 MPa，對應(yīng)的采油速度分別為1.9%、3.8%、6.0%、7.3%。數(shù)值模擬結(jié)果見表1。

表1 合理采油速度研究數(shù)據(jù)

由表1可知，隨著初期采油速度增加，采收率逐漸降低；采油速度小于6.0%時，對采收率的影響不大，采油速度大于6.0%后，對采收率影響較大；海上油田平臺壽命有限(20 a)，隨著采油速度增加，平臺壽命內(nèi)采出程度逐漸增加，然后降低，采油速度存在最優(yōu)值。

綜合考慮海上油田開發(fā)時間與開發(fā)成本，以平臺壽命內(nèi)的采出程度為依據(jù)，同時考慮平臺的日處理能力、遞減率、含水率等確定采油速度界限。研究結(jié)果表明，采油速度過低，在有限的時間里采出程度遠小于油田的采收率，當采油速度增至6%以后，在平臺壽命期間，采出程度基本與采收率保持一致。如果油藏實施強注強采，采油速度過高，則會破壞地下油水關(guān)系，造成邊水、底水突進或油層水淹，使得油井含水上升急劇，遞減率加快。因此，渤海南部中輕質(zhì)油藏合理采油速度應(yīng)控制在6%以內(nèi)。

4 實例分析

4.1 指導油田開發(fā)方案編制

墾利10-4油田主要受構(gòu)造、斷層控制，為層狀構(gòu)造油藏，砂體縱向疊合好，縱向油層多，原油黏度為4.86～5.92 mPa·s，平均滲透率為762.7×10-3μm2，平均孔隙度為29.1%，為中、高孔滲儲層。在油田開發(fā)方案編制過程中，探井測試比采油指數(shù)為11.56 m3/(d·MPa·m)，計算單井產(chǎn)能高，油田初步方案確定開發(fā)井22口，油田初期采油速度能達到7%。然而，渤海南部已有一個采油速度為7%的油田，含水快速突破，產(chǎn)量遞減加大，對于油田開發(fā)產(chǎn)生負面影響。結(jié)合墾利10-4油田基礎(chǔ)資料，論證該油田合理采油速度為4.5%。對此進行方案優(yōu)化，最終確定開發(fā)井為17口，既降低了開發(fā)成本，又保證了油田的合理開發(fā)。2016年油田全面投產(chǎn)，含水上升緩慢，產(chǎn)量保持穩(wěn)定，生產(chǎn)形勢良好(圖3)。

圖3 墾利10-4油田日產(chǎn)油、含水率隨時間變化曲線

4.2 指導新油田高效開發(fā)

渤中35-2油田位于渤海南部海域，構(gòu)造均受斷層控制，形成眾多的斷鼻、斷塊及斷背斜圈閉，斷裂系統(tǒng)復雜，平均孔隙度為29.7%，平均滲透率為1 000×10-3μm2，為中、高孔滲儲層；地面原油密度為889 kg/m3，地層原油黏度為3.42 mPa·s，為中輕質(zhì)油藏。

該油田于2014年5月投產(chǎn)，根據(jù)研究結(jié)果，分井區(qū)確定區(qū)塊采油速度，油田整體采油速度控制在6%以內(nèi)，可取得較好的開發(fā)效果。實際生產(chǎn)中，結(jié)合產(chǎn)量目標，基于新油田多做貢獻的原則，依據(jù)理論研究圖版，對邊底水較強的砂體適當控制采油速度，對儲量規(guī)模較大、單井控制儲量較高的砂體以及邊部注水、高部位的生產(chǎn)井，應(yīng)適當提高采油速度生產(chǎn)(表2)。

投產(chǎn)以來，該油田產(chǎn)量形勢穩(wěn)定，連續(xù)4 a超過開發(fā)方案設(shè)計產(chǎn)量(表3)。油井含水上升緩慢，年自然遞減始終控制在理論曲線之內(nèi)，開發(fā)效果良好。合理的采油速度既保證了產(chǎn)量目標，又有效地控制了油田遞減，為油田的高效開發(fā)提供了保障。

表2 渤中35-2油田各井區(qū)采油速度優(yōu)化

表3 油田整體開發(fā)方案與實際年產(chǎn)量對比

4.3 指導老油田綜合調(diào)整

渤中34-1油田主力層位為明化鎮(zhèn)組，平均孔隙度為30.7%，平均滲透率為1 210×10-3μm2，為高孔、高滲儲層，地層原油黏度為1.02～12.60 mPa·s，為中輕質(zhì)油藏。該油田于2007年投產(chǎn)，經(jīng)過動態(tài)認識及滾動擴邊，地質(zhì)儲量翻倍，油田處于中含水階段，采油速度不足2.0%。結(jié)合油田開發(fā)規(guī)律以及合理采油速度策略，將采油速度提高至3.0%。由于油田多數(shù)生產(chǎn)井可以達到設(shè)計生產(chǎn)壓差，為此，2014年提出綜合調(diào)整方案，進行局部加密，進一步完善注采井網(wǎng)，提高油田儲量動用程度。該油田綜合調(diào)整方案增加27口井，2015年10月綜合調(diào)整結(jié)束，全面投產(chǎn)，新增產(chǎn)能近1 500 m3/d，油田開發(fā)效果變好，采收率大幅提高(圖4)。

圖4 渤中34-1油田開發(fā)效果

5 結(jié) 論

(1) 合理的采油速度對海上油田的高效開發(fā)至關(guān)重要。通過理論推導，建立了采油速度與含水率、遞減率的理論模型，并建立相關(guān)圖版，由此可確定油田的合理采油速度。該圖版對中輕質(zhì)油藏合理采油速度的確定具有指導性。

(2) 利用油藏數(shù)值模擬技術(shù)可確定采油速度界限，為海上中輕質(zhì)油田高效開發(fā)提供依據(jù)。

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