Ebano油田裂縫發育模式及水平井開發優化研究

王希賢

(中國石化國際石油工程公司，北京 100728)

0 引 言

具有孔縫雙重介質的裂縫性油藏，儲層非均質性強，平面上產能差別大，產量遞減快，一旦見水后含水上升快，甚至出現暴性水淹，采出程度較低，裂縫預測及高效開發對策成為行業的研究難題之一[1-3]。國內外學者在裂縫識別與預測[4-5]、裂縫建模[6]、裂縫型油藏開發對策方面[7]形成了較為成熟的技術方法，Ebano油田裂縫發育段長，儲層非均質性強，水平段長度選取600 m左右時，直井段離裂縫發育帶較遠，Ksf層底部斜井段往往遠離裂縫發育區，導致整井只能在水平段鉆遇Kan層裂縫。為了同時開發Ksf和Kan層，增加單井產能，減少鉆井成本，需進行井身結構、井身位置與裂縫關系優化。以往研究中上下裂縫是否連通，是區域連通還是局部連通無法確定，導致對井身結構和井身位置的設計產生影響，也無法確定合理的層系開發方式，因此，需對裂縫發育模式進行再研究。

1 油田概況

Ebano油田位于墨西哥灣西岸中部，Amaulipas省、San Luis Potosi省及Veracruz省交界處。構造位置上屬于Tampico-Misantla盆地Tamaulipas隆起帶(圖1)。Tampico-Misantla是墨西哥東部重要的含油氣盆地，位于西部馬德雷山脈隆起區與東部大陸架斷裂帶之間，已證實2套含油氣系統，分別為廣泛分布的侏羅-白堊系-第三系含油氣系統和盆地西部的晚、中侏羅-中侏羅含油氣系統，其中，前者是盆地最主要的含油氣系統[8]。在上述含油地層中，灰巖是最主要的儲集層，裂縫對油田的生產起著十分重要的影響。

圖1 Ebano油田構造位置

Ebano油田為淺層裂縫-孔隙型稠油灰巖油藏，石油地質儲量為6.3×108t，上白堊統Ksf和Kan海相陸棚邊緣相的灰巖儲層是Ebano油田的主力產層，油藏埋深為400～750 m。工區總體為西北高、東南低的低幅背斜，發育大量北東—南西向斷層[9]，含油面積為302 km2。Ebano油田由于地層淺，油氣運移距離長，受大氣淡水淋濾及氧化作用、生物降解、分異作用致使原油稠化，原油性質差、黏度高。地面原油密度為0.985 2～0.985 8 g/cm3，地下原油密度為0.948 3～0.953 2 g/cm3，屬稠—超稠油。40 ℃地面脫氣原油黏度為4 000 mPa·s左右；地下原油黏度為300～700 mPa·s。

Ebano油田1911年投入開發，初期采用直井開發，高峰期日產油最高達1.2×104t/d，隨后產量快速遞減。2008年后，利用新采集的二維地震資料，在裂縫描述和預測的基礎上，確定利用水平井開發，水平段選取600 m左右，單井初期日產油和累計產油大幅度回升。2019年日產油保持在870 t/d，綜合含水控制在34%，油田年綜合遞減率為14.5%。

2 裂縫識別預測及發育規律

2.1 裂縫發育規律

崔曉朵等[10]對Ebano油田的裂縫發育規律進行過研究，認為Ebano油田儲層裂縫以半開啟縫為主，占總裂縫的74%，其余為開啟縫(22%)和封閉縫(4%)，裂縫密度為0.2～0.8條/m。裂縫走向為近南北向，與斷層走向平行，封閉裂縫中的充填物為方解石。

Ebano油田Ksf和Kan儲集層主要為泥質灰巖和灰質泥巖頻繁互層，在Ksf層底部存在20～30 m區域灰質泥巖夾薄層頁巖。前人未對Ksf和Kan層中裂縫是否穿過泥巖夾層及Ksf層底部區域灰質泥巖層裂縫發育狀況進行過研究，對Ksf和Kan層是否為2個獨立的油藏還是上下連通油藏認識不清，導致開發布井時Ksf和Kan層采用分層系開發還是合采存在較大的爭議。

據新鉆井的成像測井資料可知，主要裂縫近南北向，次要裂縫近東西向，同時水平縫也較為發育，水平縫主要為層理縫。裂縫主要以張性裂縫為主，剪切裂縫較少。Ebano-2001井成像資料表明，從Ksf層到Kan層全井段均分布裂縫，區域灰質泥巖段裂縫也較為發育。Ebano-1057井的PLT測試資料顯示，在區域灰質泥巖段517～622 m處為裂縫發育段，日產油為9.20 t/d，為主力產層之一，大裂縫溝通了Ksf或Kan層。

區域灰質泥巖段是否發育大裂縫，與該處的應力密切相關。當灰質泥巖層厚度大于4 m時[11-12]，其破裂應力急劇增加，大型裂縫較難發育，只有在應力較大的花狀斷裂帶或規模較大的離散斷層區，Ksf和Kan層底部可能存在一些大的宏觀裂縫；在離散的小斷層，Ksf和Kan層底部裂縫相對不發育。據此特征推斷在花狀斷裂帶Ksf和Kan層通過大裂縫溝通，其他區Ksf和Kan層為2個相互獨立的油藏。

根據斷裂帶附近取心井Ebano-1040、Ebano-1053、Ebano-1057井觀察的裂縫密度差異及取心井距離散斷層或斷裂帶的距離可以推測斷層相關裂縫發育帶的寬度小于500 m，隨著距斷層距離逐漸增大，裂縫密度逐漸變小，主要裂縫帶寬度為200～300 m。

綜合取心井巖心觀察、成像測井及PLT測試資料，該區裂縫發育規律為近垂直裂縫和近水平裂縫構成網狀裂縫系統，斷層規模較大區裂縫溝通Ksf和Kan層，離散小斷層區Ksf和Kan層不連通，平行斷層的主要裂縫發育帶寬度一般小于300 m。

2.2 裂縫分類及開發特征

為了進一步描述裂縫在縱向上的連通關系和在平面上的分布狀況，利用新采集的2D地震資料，結合鉆測井結果確定裂縫儲層發育帶的反射特征，采用相干屬性預測裂縫儲層發育帶。裂縫發育帶表現為雜亂、空白反射特征；裂縫儲層欠發育帶表現為強反射特征；相干體在裂縫發育帶有良好的響應，斷層規模越大，斷層周圍對應的裂縫儲層越發育。結合裂縫發育程度及油井產量劃分3類裂縫發育區(圖2)：Ⅰ類，雜亂、弱反射特征，相干體縱向貫穿、橫向規模大，裂縫發育，Ksf和Kan層上下連通，且連通性好；Ⅱ類，弱反射特征，相干體有異常、范圍小，裂縫發育，Ksf和Kan層上下連通，連通性一般；Ⅲ類，目的層較連續，相干體異常少，主要為微細裂縫區，Ksf和Kan層上下不連通。由于裂縫規模和連通性不同，3類裂縫發育區具有不同的生產特征。

圖2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類裂縫發育區相干體特征Fig.2 The characteristics of coherence cube in type Ⅰ、Ⅱ and Ⅲ fracture development areas

Ⅰ類裂縫發育區初期產量高，遞減較緩。初期高產，平均單井日產油為16.57 t/d；高產穩產期長，一般為3 a以上。遞減率相對較緩，初始年遞減率為22.8%左右。Ⅰ類井裂縫規模大，滲流能力強，對產量累計貢獻高(98.2%)。基質憑借微裂縫的溝通作用，對后期低產期產能可以起到一定貢獻，但對產量的累計貢獻較低，僅為1.8%。

Ⅱ類裂縫發育區具有初期產量較高、遞減快等生產特征。初期平均單井日產油為13.71 t/d，1 a后快速遞減至5.71 t/d以下，維持長期低產。初始年遞減率大于24.4%，6～12個月后遞減減緩，年遞減率降至10.0%以下。Ⅱ類井鉆遇離散裂縫，雖然裂縫滲透率能力強，初期日產油較高，但裂縫儲量規模小，比Ⅰ類井裂縫的貢獻略低(76.4%)，Ⅲ類裂縫發育區具有初期產量低、遞減較緩等典型特征。生產初期平均單井日產油為6.00 t/d，維持長期低產穩產。初始遞減率較大，年遞減率為36.0%。后期遞減緩慢，遞減率在10.0%以下。Ⅲ類井不發育大裂縫，僅發育微裂縫，雖然微裂縫的滲流能力比大裂縫弱，油井初期日產油低，但微裂縫發育程度高，持續開采基質中的儲量，使油井保持長時間穩產，基質產量累計貢獻達到36.6%。

而基質借助微裂縫的溝通，經過長期的低產穩產累計貢獻達到23.6%。

2.3 油藏類型及特征

Ebano油田的巖性主要為泥質灰巖、灰質泥巖及頁巖，沉積范圍廣，厚度相對穩定，灰質泥巖的厚度一般為2.00～8.00 m，泥質灰巖的厚度一般為0.50～2.80 m，頁巖的厚度較薄，一般為0.05～0.25 m，垂向上頻繁互層，基質儲層非均質性強，具有明顯的層狀結構。由于油氣運移主要沿斷層運移，而Ebano油田屬于低孔特低滲油藏，油氣橫向運移距離短，只能選擇性充注在斷層周邊裂縫帶及物性好的基質儲層，在斷裂帶附近成藏。受基質儲層呈層狀分布及裂縫發育的雙重因素控制，Ebano油田為層控的裂縫-孔隙稠油灰巖油藏。

斷層規模不同、裂縫發育的分隔性及基質儲層非均質強的特點造成了油藏性質的復雜性，表現為油水系統復雜，不同斷塊有不同的油水界面。由于基質儲層呈層狀，在縱向上存在多套油水系統。

裂縫和細裂縫極不發育，以基質孔隙為主要儲集空間的儲層，物性較好時，往往為低產油層，不具有經濟價值；物性較差時，油氣運移時排驅壓力高，不能有效驅替孔隙水，鉆遇此類儲層往往為油水同出或為水層。

3 水平井產能影響因素

根據油藏研究結果，確定油藏的有效驅油半徑為250 m左右，近年來沿裂縫發育帶部署井距為500 m左右的井網，井位沿斷層分布，水平井段方向垂直于裂縫帶發育方向，油田不存在規則的井網，開發效果好。該區高角度天然裂縫發育，注水開發易造成注水突進；鄰區同一區域內Panuco油田開展蒸汽吞吐試驗失敗，而常規注降黏劑方式采油效果較好；此外該區塊地面不具備注水和注蒸汽條件，新上地面設備投資大，投資風險高。油田天然能量充足，因此，采用天然能量開發，數值模擬僅考慮物性、裂縫、黏度及水平段長度的影響。

3.1 儲層物性

基于Ebano油藏Ksf和Kan層基質巖心孔滲測試結果，建立基質的單重介質模型，對不同孔隙度賦予相應的滲透率，預測并對比基質物性對產能的影響，在油藏黏度為155 mPa·s，油井最小井底流壓為0.2 MPa，直井生產Ksf層，水平井長度為600 m的模擬條件下，結果如表1所示。由表1可知：直井初期日產油小于0.40 t/d，水平井初期日產油小于0.56 t/d，而現場單井最小經濟產量為0.40 t/d，因此，純基質儲層不具有經濟產能，基質物性對油井產量影響小。

表1 模型物性及預測參數Table 1 The physical properties and predicted parameters of the model

3.2 裂縫發育程度

收集了研究區51口水平井的泥漿漏失量數據，分析漏失量與產能關系，認為產能與泥漿漏失量關系明顯，泥漿漏失量越大，裂縫越發育，相應的產能越高。

模擬井底流壓為3 MPa時，以直井開采Ksf層，模擬結果如表2所示。由表2可知：模型儲量相同的條件下，油井初期日產油隨滲透率的升高而快速升高，裂縫滲流能力直接決定了油井產能高低，裂縫滲透率為5 mD時，油井初期日產油為2.85 t/d，而裂縫滲透率達到5 000 mD時，初期日產油高達1 142.86 t/d，是鉆遇微裂縫儲層油井的400倍。可見，裂縫越發育，裂縫滲流能力越強，油井產能越高。裂縫發育程度和裂縫滲流能力是影響油井產量的主控因素之一。

表2 裂縫模型中滲透率對初產的影響Table 2 The effect of permeability on initial production in the fracture model

3.3 原油黏度

利用數值模擬對比地下原油黏度為155、310、620 mPa·s對產能的影響。原油黏度對水平井產能影響較為明顯，隨著原油黏度增加，水平井初期日產油明顯降低(圖3)。原油黏度是影響油井產能的又一主要因素。

圖3 不同黏度下初期日產油Fig.3 The initial daily oil production at different viscosities

3.4 水平井段長度

Ebano油田在鉆井過程中若鉆遇較大裂縫，鉆井液漏失嚴重，往往導致卡鉆繼而不得不提前完井，因此，完鉆水平井的水平段長度有差異，水平段長度為400～700 m。由于主要裂縫帶寬度為200～300 m，油井產能與水平井段長度關系不明顯，水平段長度不是影響產能的主要因素。

研究區南部區塊裂縫較北部區塊明顯發育，而北部原油黏度明顯高于南部原油，且原油產能整體上也體現出南高北低的特征。數值模擬結果和實際生產均表明裂縫和原油黏度是決定Ebano油井產能的主控因素。

4 水平井優化設計

國內外研究表明[12-13]，利用大斜度井和水平井是提高裂縫鉆遇率和高黏油藏產能的有效方法。因此利用數值模擬方法對斜井段與裂縫的夾角、水平段的長度進行分析，研究其對高角度裂縫性碳酸鹽巖稠油油藏油井產能的影響。

4.1 斜井段與裂縫夾角

分別設置斜井段與裂縫的夾角為45 °和90 °，研究夾角對產能的影響(圖4)。模擬結果顯示，斜井僅鉆遇一條大裂縫的情況下，斜井段與裂縫的夾角對水平井產能影響不大。

圖4 不同斜井段與裂縫夾角對產量的影響Fig.4 The effect of different inclined intervals and fracture angles on production

4.2 水平段長度

在鉆遇一條大裂縫的前提下，設計水平段長度分別為200、400、600、800 m，研究水平段長度對產量的影響(圖5)。模擬結果顯示：水平段長度不同，油井初期日產油卻較為接近，初期遞減略有差異，累計產油量隨水平段長度增加而增加，600 m后累計產油量基本無變化，分析認為，產量變化的略微差別是受鉆遇微裂縫規模影響所致。

圖5 不同水平段長度產能對比Fig.5 The comparison of production capacity with different horizontal section lengths

4.3 水平井段優化

數值模擬結果表明，水平段與裂縫的夾角及水平段長度對水平井產能影響不大。Ebano油田主要以高角度縫為主，與大斜度井相比，采用垂直裂縫方向的水平井可以在Kan層中鉆遇更多的裂縫。由于研究區開發目的層為Kan和Ksf，采用水平井段長度為600 m左右的水平井開發時，水平段雖然可以穿過整個裂縫發育帶，但受裂縫發育規律控制，僅部分井段鉆遇裂縫發育帶，且難以兼顧Ksf開發。為了同時動用Ksf和Kan層，根據數值模擬情況，進行短水平井段優化設計。

4.3.1 靶點層位的確定

Ⅰ類裂縫區Ksf和Kan層上下連通性好，裂縫發育，產能高，可合采，水平段選擇在Ksf層，以遠離底水，進一步增加無水采油期；Ⅱ類裂縫區Ksf和Kan層上下連通，但連通性一般，可通過直井或者斜井連通后實施合并開采；Ⅲ類裂縫發育區Ksf和Kan層完全不連通，可實施分層開采。

4.3.2 井身軌跡及水平段合理長度

根據裂縫發育規律，主要裂縫發育段長度小于300 m，I類裂縫發育區水平段和斜井段可穿過Ksf層主要裂縫區；Ⅱ類和Ⅲ類裂縫發育區，200 m左右的水平段鉆遇Kan層裂縫，靶前位移200 m左右后斜井段同時鉆遇Ksf層底部的裂縫發育段，同時開發Kan和Ksf層，提高油井產能。

4.3.3 優先開發原油黏度低的區域

由于南部區域的原油黏度低于北部，加之工區南部較北部花狀斷裂多，級別大，且泥質含量低，裂縫帶更發育，因此，開發時應優先開發南部。后期開發北部時，可考慮加熱降黏措施，以提高北部井的產能。

5 應用效果

2020年1～3月Ebano油田采用斜井段穿過Ksf層底部裂縫，200 m左右水平段鉆遇Kan層主要裂縫發育段的井身結構，在油田東南部進行了先導開發試驗。采用先進的MPD充氮氣短半徑欠平衡水平井鉆井技術，優化鉆具結構，合理使用螺桿鉆具，同時利用GR隨鉆測井進行連續跟蹤確定目的層位，水平段鉆進全部實現“一趟鉆”，未出現泥漿漏失現象。完鉆7口井斜井段和水平段同時鉆遇裂縫，增加了裂縫流動單元，提高了單井的初始產能。7口井平均初期日產油達22.9 t/d，比預測高50%。2020年平均初期日產油是2012年至2014年的141%，2020年1～10月累計采油2.5×104t。

6 結 論

(1) Ebano油田儲層裂縫發育區以半開啟縫為主，裂縫又可分為高角度縫和水平縫，水平縫主要為層理縫，構成復雜的網狀系統裂縫，斷層相關的主要裂縫發育帶寬度小于300 m。

(2) 根據裂縫發育程度及油井產量劃分3類裂縫發育區：Ⅰ類裂縫發育區Ksf和Kan層上下連通性好、產能高，采用合采方式，水平段設在Ksf 層；Ⅱ類裂縫發育區Ksf和Kan上下連通，但連通性一般，可采用斜井連通后合采，水平段位置可根據井區裂縫發育狀態確定；Ⅲ類裂縫發育區Ksf和Kan層不連通，采用分層開采。

(3) Ebano油田為層控的裂縫-孔隙型稠油灰巖油藏，油水系統復雜，不同斷塊有不同的油水界面。

(4) 裂縫和原油黏度是決定油井產能的主控因素，斜井段與裂縫的夾角及水平段長度對水平井產能影響不大。優先開采南部低黏度區域，后期可利用加熱技術開采北部高黏度區域。

(5) 研究區采用短半徑斜井和短水平井段，根據裂縫分類采用不同的開發策略同時開發Ksf和Kan層，油井產能提高了50%，對后期的開發具有一定的借鑒意義。