氣頂邊水油藏水平井開發(fā)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(fā)研究院)

氣頂邊水油藏水平井開發(fā)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(fā)研究院)

結(jié)合錦州X油田E s3-I斷塊氣頂邊水油藏地質(zhì)特征及開發(fā)特點(diǎn)，建立了典型氣頂邊水油藏地質(zhì)模型，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對6個影響油氣采收率的因素進(jìn)行了優(yōu)化組合，利用數(shù)值模擬軟件對各個組合方案進(jìn)行了模擬運(yùn)算，進(jìn)而分析了水平井開發(fā)效果的影響因素及其敏感程度，結(jié)果表明:油環(huán)水平井井?dāng)?shù)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(huán)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(yàn)設(shè)計(jì)方法

對于采用水平井開發(fā)的氣頂邊水油藏［1］，由于其滲流機(jī)理較一般油藏類型更為復(fù)雜，為了改善水平井開發(fā)效果，有必要對影響最終采收率的因素進(jìn)行細(xì)致研究和分析。傳統(tǒng)做法只能定性分析單因素對某種開發(fā)指標(biāo)的影響程度，無法了解因素間的交互作用給開發(fā)指標(biāo)造成的影響。為此，引入試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，通過多因素多水平的試驗(yàn)研究，有效地設(shè)計(jì)、篩選出影響開發(fā)效果的顯著因素，進(jìn)而深入認(rèn)識該類型油藏的開發(fā)規(guī)律。筆者以渤海海域錦州X油田E s3-I斷塊為例，利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來組合各個因素，利用數(shù)值模擬軟件對組合方案進(jìn)行計(jì)算，分析評價了各個因素水平對于利用水平井開發(fā)氣頂邊水油藏最終采收率的影響程度，為下一步開發(fā)部署及開發(fā)調(diào)整提供參考依據(jù)。

1研究區(qū)地質(zhì)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(fā)規(guī)模最大的氣頂砂巖油藏。該油田內(nèi)古近系沙二段發(fā)育著一系列受構(gòu)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(huán)的砂巖油藏(氣頂指數(shù)2.03、水體倍數(shù)5～8倍、油環(huán)平面寬度小于600 m)，主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積，巖性以細(xì)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?xì)庥捅葹?0 m3/m3，屬于典型的輕質(zhì)飽和原油;ODP開發(fā)方案中井位部署以定向井開發(fā)為主，采用平行流體界面穿多層鉆進(jìn)方式部署了一批水平井。

2模型建立及試驗(yàn)方案組合設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)模型建立

研究區(qū)儲層砂體分布連續(xù)、穩(wěn)定，具有統(tǒng)一的油、氣、水界面。分析E s3-I油藏特點(diǎn)，綜合地質(zhì)基礎(chǔ)研究、測井分析及帶油環(huán)油藏建模方法研究，結(jié)合地層存在一定傾角的特點(diǎn)，以地質(zhì)建模軟件Petrel采用順層網(wǎng)格建模及加密方法描述了油環(huán)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(huán)內(nèi)油井氣竄、水錐形態(tài)，平面上網(wǎng)格尺寸為25 m×25 m，垂向上網(wǎng)格尺寸平均大小為1～2 m，模型的基本參數(shù)如表1所示。此外，模擬油環(huán)區(qū)地質(zhì)儲量OIIP為177×104m3，氣頂區(qū)地質(zhì)儲量GIIP為12×108m3，氣頂指數(shù)2.5，水體倍數(shù)15倍。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對于一個具體的氣頂油藏，最終開發(fā)指標(biāo)通常涉及到地質(zhì)、工程以及經(jīng)濟(jì)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(yōu)化不能確定出哪些因素是主控影響因素，另一方面全面優(yōu)化工作將顯得費(fèi)時費(fèi)力;而應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法能夠較少次數(shù)的運(yùn)算擴(kuò)展設(shè)計(jì)的空間，可以大大提高優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域［2-5］。本文借助Minitab軟件，利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法研究了E s3-I氣頂邊水油藏水平井開發(fā)過程中包括地質(zhì)、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(zhì)模型

表1 典型氣頂邊水油藏?cái)?shù)值模型基本參數(shù)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(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了六因素二水平的部分析因試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)共計(jì)32次，試驗(yàn)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(yōu)，即自變量對考察指標(biāo)是正面影響還是負(fù)面影響。設(shè)計(jì)出各因素的組合方案之后，在E s3-I氣頂邊水油藏地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，利用Eclipse E100黑油模擬器對各個方案進(jìn)行模擬運(yùn)算，并以模擬運(yùn)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(jié)果見表3。

表3 典型氣頂邊水油藏部分響應(yīng)面分析方案與試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果

3模擬結(jié)果分析與討論

3.1 單因素影響分析

通過對不同方案的運(yùn)算結(jié)果開展統(tǒng)計(jì)分析，可以繪制出各個考察因素對評價指標(biāo)影響的半正態(tài)分布圖(圖2、3)，其中半正態(tài)分布圖的橫坐標(biāo)代表各因素在兩水平之間變化時引起的相應(yīng)原油、天然氣指標(biāo)平均值的變化，縱坐標(biāo)代表累計(jì)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(diǎn)構(gòu)成。其中大部分對評價指標(biāo)影響不顯著的因素點(diǎn)將構(gòu)成一條相關(guān)關(guān)系較好的直線，而對評價指標(biāo)影響較為顯著的因素點(diǎn)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(diǎn)。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(biāo)的減少，那么其影響是負(fù)面的;反之，如果引起評價指標(biāo)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(fā)條件下的帶大氣頂油環(huán)油藏而言，影響原油采收率最顯著的因素排序?yàn)?開發(fā)井?dāng)?shù)＞水平段垂向位置＞油環(huán)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(tǒng)計(jì)分析圖

圖3 典型氣頂邊水油藏天然氣采收率統(tǒng)計(jì)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?yàn)?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(huán)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(biāo)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(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)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(yàn)水平: P＜0.05表明模型或參數(shù)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(qū)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(xiàn)明顯的正效應(yīng)，隔層分布則呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)。由此可認(rèn)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(tǒng)計(jì)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(qiáng)交互作用模式(圖4c)。對于強(qiáng)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(dāng)?shù)貙又袥]有穩(wěn)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(dāng)?shù)貙又杏蟹€(wěn)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(diǎn)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(yīng)用效果

在深化區(qū)域地質(zhì)研究和油氣田開發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，明確E s3-I斷塊氣頂油藏堅(jiān)持走“先采油后采氣”的開發(fā)模式，將原油采出程度最大化放在開發(fā)任務(wù)的首要位置。對于水平井開發(fā)的油環(huán)油藏，影響原油采收率最重要的3個主控因素分別為開發(fā)井?dāng)?shù)(即單井控制儲量)、水平井在油環(huán)中所處的垂向位置及油環(huán)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(chǔ)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(fā)(單井原油控制儲量30×104m3)、水平段位于油環(huán)內(nèi)距離油水界面1/3處、油環(huán)初期整體以3.5%的采油速度開采且后期動用氣頂?shù)姆绞介_發(fā)效果將取得最優(yōu)，25年累計(jì)產(chǎn)油量188×104m3，原油采收率30%;累計(jì)產(chǎn)氣量17×108m3，天然氣采收率70%。

E s3-I油藏于2009年12月在油環(huán)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(jì)產(chǎn)油量69×104m3，階段原油采出程度達(dá)到11%，累計(jì)產(chǎn)氣量1.06×108m3;單井初期最高日產(chǎn)油量450 m3，平均日產(chǎn)油量200 m3，平均日產(chǎn)氣量2.1×104m3;目前單井平均日產(chǎn)油量90 m3，平均日產(chǎn)氣量2.7×104m3。這充分表明，采用水平井優(yōu)化開發(fā)參數(shù)開采抑制了E s3-I斷塊油藏氣頂氣竄，取得了較好的開發(fā)效果(圖5)。

圖5 E s3-I氣頂邊水油藏開采現(xiàn)狀圖

5結(jié)論

(1)利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法綜合考慮了隔層分布、儲層各向異性、開發(fā)井?dāng)?shù)、水平段垂向位置、氣頂動用情況及油環(huán)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(huán)水平井開發(fā)井?dāng)?shù)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(huán)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(yīng)用結(jié)果表明，采用水平井優(yōu)化開發(fā)參數(shù)開采能夠抑制氣頂邊水油藏氣頂氣竄，從而達(dá)到改善該類油藏水平井開發(fā)效果的目的，對于指導(dǎo)該類油藏進(jìn)一步高效開發(fā)具有重要意義。

［1］楊慶紅，童凱軍，張迎春，等．利用水平井開發(fā)大氣頂窄油環(huán)油藏研究與實(shí)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(fā)大氣頂弱邊水油藏早期采油速度研究［J］．石油天然氣學(xué)報，2011，33(5):106-110．

［3］康曉東，張賢松，馮國智，等．基于均勻設(shè)計(jì)的聚合物驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)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(shè)計(jì)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(qiáng)，王洪輝，向陽，等．開發(fā)概念方案優(yōu)化的正交設(shè)計(jì)缺陷及解決方法［J］．天然氣工業(yè)，2007，27(4):101-103．

［6］周宗明，張賢松，李保振，等．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在凝析氣藏后期注水開發(fā)方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．天然氣工業(yè)，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(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2007CNBO0415)部分研究成果。

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

2012-07-17