復雜斷塊油藏開發潛力分析方法
——以灘海地區A油田為例

畢永斌，張雪娜，馬曉麗，劉道杰 ，陳 雷，但佳敏

（1.中國石油冀東油田分公司勘探開發研究院，河北唐山 063004；2.中國石油冀東油田分公司陸上油田作業區，河北唐山 063004；3.中國石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063004）

復雜斷塊油田受斷層控制，油水關系復雜。特殊的地表、地理環境導致工程地質條件也較復雜；同時井筒條件差，采油方式復雜，資料錄取難度大，常規油藏工程分析資料匱乏[1]。本文通過綜合分析影響灘海地區典型油田開發效果的主要因素，運用概率分析法形成了適合復雜斷塊油田開發潛力的分析方法，有效地解決了因資料不系統、不全面導致開發潛力分析難度大的問題，為明確復雜斷塊油田提高采收率技術對策提供了依據。

1 油田采收率公式推導

油藏第k層采收率：

式中：ERk為油藏第k層采收率，%；Swk為第k層含水飽和度，f；Swik為第k層束縛水飽和度，f；Awk為第k層平面水驅波及面積，km2；kA為第k層油層含油面積，km2；hwk為第k層油層縱向水驅波及厚度，m；kh為第k層油層厚度，m。

多油層集合體（油藏）采收率：

式中：ER為油藏采收率，%；wk為油藏平均含水飽和度，f；wi為油藏平均束縛水飽和度，f；h為油藏厚度，m；ED為油藏驅油效率，f；EP為油藏平面波及系數，f；EZ為油藏縱向波及系數，f。

對油藏縱向波及系數EZ的研究從生產角度包括兩重含義：一是對一個開發層系而言，由于層間非均質的影響，需研究水驅對各小層的影響[2，3]；二是對單層而言，需研究縱向水驅波及程度。由于灘海地區復雜斷塊油田縱向注采井段長、層數多，需分別深入研究兩重含義對提高開發潛力的影響，因此，為了本次研究需要，縱向波及系數中兩重含義的第一重定義為層間波及系數EZJ，第二重定義為層內波及系數EZN。

則多油層集合體（油藏）采收率式（2）可簡化為：

由式（4）可以看出，油藏采收率受驅油效率、平面波及系數、層間波及系數及層內波及系數四要素共同影響。含水飽和度是計算驅油效率的主要指標，而含油飽和度的變化是判斷水驅是否波及的關鍵，因此，飽和度是影響采收率計算的最重要因素。

對于多油藏集合體（油田），其含有多種油藏類型，各油氣系統具有的隨機性和復雜性導致不同類型油藏的驅油效率、平面波及系數、層間波及系數及層內波及系數具有離散性，難以直接計算油田采收率。假設離散后四要素分布具有可統計性，基于概率統計學方法，可采用Weibull統計分布函數對四要素的分布進行描述，統計分布密度函數表示為[4]：

式中：φ(αl)為統計分布密度函數；αl為樣本參數，l=1,2,3,4，分別代表油田驅油效率EDo、油田平面波及系數EPo、油田層間波及系數EZJo、油田層內波及系數EZNo；βl為第l個樣本離散系數，取值見文獻[4]；為樣本概率平均值。

將式（6）代入式（4）中，得到采收率ERo為：

2 開發潛力分析方法研究

油田開發受多因素綜合影響，各因素之間具有交叉性和疊加性，而與飽和度密切相關的平面波及系數、層間波及系數、層內波及系數以及驅油效率最為重要。因此，為了進一步分析四要素分別對油田提高采收率潛力的影響，以灘海地區A油田為例，分析計算了四要素，并提出四要素單位增長率可采儲量及單因素變化增加可采儲量極限兩個概念，建立了灘海地區復雜斷塊油田開發潛力的研究方法。

2.1 采收率四要素分析

2.1.1 驅油效率

通過巖心實驗可以得到巖樣的驅油效率。在灘海地區，受儲層非均質的影響，同一斷塊、同一層位、不同小層之間，甚至同一小層內部驅油效率的實驗值相差很大，如何確定A油田具有代表性的驅油效率會影響到對開發潛力的判斷。利用巖心實驗得到各油藏驅油效率數據，繪制灘海地區A油田各油藏驅油效率與頻率和累積頻率關系曲線（圖1），驅油效率呈正態分布，概率平均值為0.42，離散系數取15，由式（6）求得概率最高區域的驅油效率為0.43，即為該油田的驅油效率。

圖1 灘海地區A油田驅油效率與頻率和累積頻率關系曲線

2.1.2 平面波及系數

對于整裝且相對均質的油藏，根據井網形式、注水方式、儲層滲流特征、注水量等參數可以計算出不同布井方式下的平面波及系數。但對于灘海地區復雜斷塊油藏，斷塊面積大多小于1 km2，平面相變快，油砂體呈條帶狀或土豆狀分布，難以形成完善的注采井網。縱向上，油層層數多、規模大小不一，不同斷塊油層的集中發育段存在差別，導致井網對油砂體的控制程度低。顯然，在該地區無法應用常規方法計算平面波及系數，而這一參數又是計算體積波及系數、量化平面矛盾不可或缺的。雖然該地區地質條件復雜，給平面波及系數的計算帶來較大難度，但通過對現有地質條件和認識水平的分析，找到了一種確定平面波及系數的可行方法，即小層數模法。在以單砂層為單元的儲層精細描述基礎上，建立精細地質模型，數值模擬各小層剩余油分布，根據含油飽和度的變化，確定波及系數；首先根據新鉆井投產初期含水情況，確定未動用區含油飽和度界限，定量描述各小層的平面動用狀況，運用概率法得出油田平面波及系數。

A油田經過20多年的開發，完鉆井數多，井網密度大，目前井距130～180 m，精細油藏描述精度達到單砂層，為精細數值模擬奠定了基礎。目前新鉆井為老區的二次開發加密調整井，可以認為初期含水10%以下是水驅未波及區域。統計這部分井投產初期含水與含油飽和度關系（圖2），含油飽和度58%以上的區域可以界定為未波及面積。通過對各小層剩余油分布面積的統計，計算得出各油藏的平面波及系數。根據平面波及系數與累積概率關系曲線（圖3），得到平面波及系數概率平均值為0.48，離散系數取15，求得概率最高區域的平面波及系數為0.50。

圖2 A油田投產初期含水與含油飽和度關系

圖3 A油田平面波及系數與頻率和累積頻率關系曲線

2.1.3 層間波及系數

層間波及系數也與含油飽和度變化有關，常用計算方法為產液剖面法，用產液層厚度與總射開厚度的比值近似代替層間波及系數。當某一區塊產液剖面資料比較多時，該方法比較準確。但由于灘海地區大部分井斜角30°以上，以機采井為主，受井筒條件和技術條件的限制，多數井無法取得分層產液資料。考慮到該區注水井吸水剖面資料錄取比較及時，連續性較好，可對比性強，同時吸水層的含油飽和度也發生了變化，因此，可以采用吸水剖面和產液剖面綜合分析法，即油井產液層厚度與注水井吸水厚度之和除以油井射開油層厚度與注水井射開厚度之和，得到各井組層間波及系數。該種方法雖然比不上應用油井產液剖面計算得到的數值準確，但在深斜井、大位移條件下，不失為一種計算層間波及系數的有效方法。

根據該方法計算得出A油田各油藏的層間波及系數，運用概率統計方法，繪制層間波及系數與頻率和累積頻率關系曲線（圖4），層間波及系數呈正態分布，求得其概率平均值為0.49，離散系數取15，求得概率最高區域的層間波及系數為0.51。

2.1.4 層內波及系數

對于層內波及系數的確定，關鍵取決于油層水淹層解釋的準確性，即如何準確地判斷含油飽和度是否變化。為了提高復雜斷塊油藏水淹層解釋的精度，以巖石物理實驗為依據、以常規測井資料為基礎，運用電阻率降低法、徑向電阻率法、自然電位幅度異常法以及電阻率降低系數與產水率交匯圖法，尋找和歸納油層含油飽和度變化前后的測井響應差異（圖5），從而識別水淹層及水淹部位，并根據層內水淹狀況計算出水淹波及系數。運用該方法，近幾年來在該區塊開展了大量的水淹層測井評價工作，并經投產驗證具有較高的準確性。

在確保油藏層內波及系數計算值準確性的基礎上，通過統計近幾年新鉆井各油層水淹狀況及波及系數，基于概率統計方法，繪制層內波及系數與頻率關系曲線（圖6），層內波及系數呈正態分布，其概率平均值為0.68，離散系數取15，求得概率最高區域的層內波及系數為0.71。

2.2 四要素單因素潛力

四要素單因素變化是指假設平面波及系數、層間波及系數、層內波及系數、驅油效率四要素之一變化，其他不變。

2.2.1 四要素單因素變化單位增長率

四要素單因素變化單位增長率是指單因素變化每提高1%可采儲量的增加值。其中平面波及系數變化單位可采儲量增長率NRPU、層間波及系數變化單位可采儲量增長率NRZJU、層內波及系數變化單位可采儲量增長率NRZNU以及驅油效率變化單位可采儲量增長率NRDU的計算公式分別為：

其中，EPoi+1-EPoi= 0.01；EZJoi+1-EZJoi= 0.01；EZNoi+1-EZNoi= 0.01；EZDoi+1-EZDoi= 0.01。

式中：N為動用地質儲量，104t；NRPU為平面波及系數變化單位可采儲量增長率，104t；RZJUN為層間波及系數變化單位可采儲量增長率，104t；NRZNU為層內波及系數變化單位可采儲量增長率，104t；NRDU為驅油效率變化單位可采儲量增長率，104t；EPoi+1為第i+1個平面波及系數，f；EPoi為第i個平面波及系數，f；EZJoi+1為第i+1個層間波及系數，f；EZJoi為第i個層間波及系數，f；EZNoi+1為第i+1個層內波及系數，f；EZNoi為第i個層內波及系數，f；EZDoi+1為第i+1個驅油效率，f；EZDoi為第i個驅油效率，f。

由于考慮單因素變化，對于目前井網開發條件下，NRPU、NRZJU、NRZNU及NRDU均可以求出。按照上述公式，計算出灘海地區A油田四要素單因素變化單位增長率，結果表明該油田四要素單因素變化單位增長率以轉換驅替方式提高驅油效率最大，提高層間波及系數次之。

2.2.2 四要素單因素增加可采儲量極限

四要素單因素變化增加可采儲量極限是指單因素變化達到極限后可采儲量增加值。各單因素變化達到極限后可采儲量增加值的計算公式分別為：

式中：NRPmax為平面波及系數變化增加可采儲量極限，104t；NRZJmax為層間波及系數變化增加可采儲量極限，104t；NRZNmax為層內波及系數變化增加可采儲量極限，104t；NRDmax為驅油效率變化增加可采儲量極限，104t。

2.2.3 四要素單因素極限值的確定

前人研究成果表明[5–7]，影響極限驅油效率的主要影響因素是油水黏度比（或其他驅替介質）、油層巖石孔隙結構和巖石表面潤濕性，其中黏度比是最主要的影響因素。為了研究A油田極限驅油效率，通過對不同驅替介質（聚合物、泡沫、CO2、N2以及烴類氣）開展一維驅替實驗、細管實驗以及長巖心驅替實驗，優選驅替方式，進而得出驅油效率的極限值，結果表明該油藏烴類氣驅效果最優，驅油效率為0.76。

對于波及系數的極限值，戴斯（Dyes）[8]、余啟泰等人進行了大量的研究工作，總結出了平面波及系數及厚度波及系數的計算公式。在不考慮經濟因素的條件下，通過加密調整的不斷完善以及流度比的增大，在含水率為1時，平面波及系數極限可以達到1；當同一開發層系內打開的油層數較少或單層開采時，層間波及系數也可以達到1，此時，厚度波及系數即等于層內波及系數。所以，平面波及系數、層間波及系數以及層內波及系數的極限值均可以為1。

將A油田四要素目前開發條件下的數值以及極限值代入式（12）～（15）中，可以得到四要素單因素變化增加可采儲量的極限值（表1）。從表1中可以看出，該油田提高層間波及系數增加可采儲量極限值最高，占38.8%，其次為轉換驅替方式。

表1 A油田四要素單因素潛力分析增加可采儲量對比

3 應用效果

在上述研究成果的指導下，在A油田開展了層系細分井網重組、精細注采調整、深部調驅以及氣驅先導試驗工作。通過精細刻畫剩余油平面、層間及層內的分布，立體部署層系井網，平面上以提高剩余儲量控制程度為目的，以油藏分布為約束，優化井網平面部署；縱向上以提高動用程度為目的，相近組合，細分層系，縮小開發井段，達到了挖掘平面及層間潛力的目的；通過提高分注率、深部調驅等進一步減緩油藏層間及層內矛盾，不斷改善水驅狀況；同時積極論證轉換驅替方式潛力，優選實施CO2重力驅[9–10]，提高驅油效率，挖潛剩余油。多技術組合調整后A油田日產油由135 t上升至215 t，含水基本保持穩定，自然遞減及綜合遞減分別下降10.9%和16.9%，階段可采儲量增加87.4×104t，階段采收率提高7.5%，取得了較好的開發效果（表2）。

表2 A油田主要開發指標對比

4 結論

（1）以各油藏飽和度變化為依據，建立提高采收率四要素計算概率統計方法，有效地解決了復雜斷塊油田因資料不系統、不全面導致開發潛力分析難度大的問題，為明確復雜斷塊油田提高采收率技術對策提供了依據。

（2）四要素單因素變化單位增長率及單因素增加可采儲量極限值是影響各油田采收率的主要因素，可進一步明確完善水驅、改善水驅、轉化驅替介質提高最終采收率的潛力方向，進而制定有針對性的措施與技術組合，力求疊加效果最大化提高采收率。