海上零散薄油藏地層自流注水開(kāi)發(fā)實(shí)踐

宋春華，景鳳江，何賢科 （中海石油 （中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200030）

隨著油田勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，可供開(kāi)發(fā)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量越來(lái)越少，挖潛難度及接替儲(chǔ)量的發(fā)現(xiàn)難度也越來(lái)越大，因此已發(fā)現(xiàn)但受技術(shù)條件制約很難形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的非常規(guī)儲(chǔ)量如零散薄油層、低滲透油層的開(kāi)發(fā)，是緩解產(chǎn)量壓力、延長(zhǎng)油田經(jīng)濟(jì)壽命最直接而現(xiàn)實(shí)的途徑。由于薄油層垂向厚度小，利用常規(guī)定向井開(kāi)發(fā)，油層泄油面積有限，難以形成商業(yè)生產(chǎn)能力，而利用水平井尤其是多分支水平井可大幅提高單井產(chǎn)能，將單油層厚度的經(jīng)濟(jì)門(mén)檻降低至最低，從而實(shí)現(xiàn)薄油層儲(chǔ)量動(dòng)用的目的［1］。對(duì)于常規(guī)薄油層水平井開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)很多，尤其是地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的應(yīng)用，有效破解了常規(guī)薄油層開(kāi)發(fā)難題。但對(duì)于海上零散薄油藏，由于油層薄、油砂體小、儲(chǔ)量分散、天然能量弱，采用水平井開(kāi)發(fā)雖然可以改善初期單井產(chǎn)量，但隨后會(huì)出現(xiàn)地層能量不足，地層壓力下降迅速，單井產(chǎn)量減小急劇，無(wú)法從根本上解決零散薄油藏單井產(chǎn)量小、采收率低等問(wèn)題；如果采用注水開(kāi)發(fā)，雖然能解決上述問(wèn)題，但因海上油田開(kāi)發(fā)設(shè)施與陸地油田存在很大差異，相對(duì)于陸地油田來(lái)說(shuō)，海上油田增加平臺(tái)注水設(shè)施、注水處理設(shè)施和鉆專(zhuān)用注水井等，投入資金大，開(kāi)發(fā)成本很高，同時(shí)如果鉆專(zhuān)用注水井需要占用平臺(tái)上有限的井槽，因此海上零散薄油藏采用常規(guī)注水開(kāi)發(fā)從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)是不可行的。故提出這樣一種設(shè)想：利用薄油層上部地層水作為水源，通過(guò)井筒使上部地層水通過(guò)地層壓差自流注入到油層中，這種方法不但可以達(dá)到注水補(bǔ)充地層能量、提高采收率的目的，還可以節(jié)約平臺(tái)注水設(shè)備投資，省去專(zhuān)用鉆注水井的投資以及有限的井槽設(shè)施。

有關(guān)地層自流注水開(kāi)發(fā)理念，早在20世紀(jì)70年代國(guó)外已有這方面的研究［2，3］。筆者在1998年南海西部文昌油田ODP（油田總體開(kāi)發(fā)方案）油藏工程開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)自流注水開(kāi)發(fā)，該油田在開(kāi)發(fā)實(shí)施評(píng)價(jià)時(shí)，因地質(zhì)模式發(fā)生變化 （邊底水能量充足），這種開(kāi)采方式?jīng)]有實(shí)施。

中國(guó)海域A油田古近系漸新統(tǒng)H組第四砂組b油藏 （簡(jiǎn)稱(chēng)H4b），因油層厚度薄、儲(chǔ)量分散、天然能量弱，水平井開(kāi)發(fā)后初期產(chǎn)量高，生產(chǎn)一段時(shí)間后產(chǎn)量急劇下降，數(shù)值模擬研究表明，依靠天然能量開(kāi)采最終采收率為6.3%。根據(jù)油藏地質(zhì)特征結(jié)合平臺(tái)設(shè)施現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)地層自流注水井改善 “薄散”油藏開(kāi)發(fā)產(chǎn)量下降快、采出程度低的現(xiàn)狀，于2009年成功實(shí)施，并取得明顯開(kāi)發(fā)效果。該油田地層自流注水的開(kāi)發(fā)實(shí)踐，是在我國(guó)海上油田開(kāi)發(fā)中的首次應(yīng)用，同時(shí)也開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)油田 “特殊注水”開(kāi)發(fā)的先河。

1 地層自流注水開(kāi)發(fā)原理與理論計(jì)算

1.1 地層自流注水原理

自流注水實(shí)際就是被開(kāi)發(fā)的油藏與水藏間壓力平衡的過(guò)程 （圖1），自流注水中注水量的大小取決于采油速度、地層壓力差、油藏天然能量的大小以及水藏水體大小等［2］。

圖1 自流注水模式示意圖

1.2 自流注水量與油藏壓力變化模擬研究

1.2.1 計(jì)算模型及求解方法

通常需注水的油藏水體能量弱，可近似視為封閉地層。砂巖油藏地層自流注水符合徑向流特征，適合達(dá)西定理?xiàng)l件，因此其注水量可近似用封閉地層中的一口注水井的擬穩(wěn)態(tài)流來(lái)估算［4～6］。計(jì)算方法是先用公式 （1）計(jì)算初始注水量，再利用公式 （2）計(jì)算相應(yīng)時(shí)間的平均地層壓力，最后利用公式 （3）計(jì)算新的井底流壓，這樣就可以計(jì)算不同時(shí)刻的注入量。

式中：Qwi為初始注水量，m3/d；K為滲透率，mD；h為地層厚度，m；pinj、pw1為分別為注入壓力和初始井底流壓，MPa；μw為地層水黏度，mPa·s；re、rw分別為泄油半徑和井筒半徑，m；qw為單位時(shí)間注水量，m3；t為注水時(shí)間，h；pi為原始地層壓力；MPa；Ct為綜合壓縮系數(shù)，MPa－1；（t）為t時(shí)刻平均地層壓力，MPa；pw2為注水t時(shí)刻的井底流壓，MPa。

1.2.2 油藏模擬計(jì)算

A油田H4b油藏具有油層超薄，單個(gè)油砂體面積小的特征，單井有效厚度小于3m，最薄的砂體僅0.8m；單砂體含油面積為0.3～1.0km2，天然能量弱。而距離 H4b油層150m左右上部第三砂組（H3）有約100m以上的厚水層，其地層水特征與第四砂組 （H4）基本相同，因此為地層自流注水提供了 “得天獨(dú)厚”的天然條件。

在三維地質(zhì)模型基礎(chǔ)上開(kāi)展地層自流注水開(kāi)發(fā)模擬研究，對(duì)自流注水井段形狀、距離等開(kāi)展研究［3，4］，結(jié)果表明，由于上部H3水層能量充足，地層水在地層壓差的作用下流入H4b油藏，地層能量得到明顯補(bǔ)充，井口壓力回升明顯，采油井產(chǎn)能和累計(jì)產(chǎn)油量明顯提高；同時(shí)模擬結(jié)果顯示，水平井段注水效果好于定向井段。單井累計(jì)產(chǎn)油比無(wú)注水時(shí)提高1倍，采收率提高15個(gè)百分點(diǎn)以上。

2 地層自流注水開(kāi)發(fā)實(shí)踐

2.1 儲(chǔ)層精細(xì)描述

H4b油藏具有油層薄、儲(chǔ)集層橫向變化快、單個(gè)油藏規(guī)模小等特征，決定了油藏精細(xì)描述的重點(diǎn)是對(duì)油藏頂面微構(gòu)造、油層厚度及油砂體分布范圍的準(zhǔn)確描述。Q－marine地震資料采集為開(kāi)展精細(xì)構(gòu)造描述和儲(chǔ)層研究提供了資料基礎(chǔ)［7］。由于Q－marine地震資料相對(duì)常規(guī)三維地震資料，其信噪比高、頻帶寬，成像清晰，便于開(kāi)展層位追蹤、精細(xì)構(gòu)造解釋和儲(chǔ)層反演。疊前深度偏移處理后波組特征好，小斷層波組錯(cuò)斷明顯、斷點(diǎn) “干脆”，尖滅等地質(zhì)現(xiàn)象明顯。在縱向上以小層為單元利用合成記錄標(biāo)定目的層位，平面上加密解釋測(cè)網(wǎng)，以達(dá)到準(zhǔn)確識(shí)別局部微構(gòu)造的目的。在精細(xì)構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上，充分利用鉆井資料，對(duì)每口井深度重新校正，使深度誤差小于0.5m，繪制小于5m等高距的砂體頂面精細(xì)構(gòu)造圖，為井位部署奠定基礎(chǔ)。

油層厚度及油砂體分布范圍是零散薄層精細(xì)油藏描述的重中之重，由于儲(chǔ)層薄，常規(guī)地震反演難以預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布，通過(guò)疊前深度偏移處理及縱橫波聯(lián)合反演，大大提高了零散薄油層儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，結(jié)合沉積微相研究，基本確定砂體分布范圍，在此基礎(chǔ)上建立三維精細(xì)地質(zhì)模型，為軌跡優(yōu)化及隨鉆跟蹤提供直接依據(jù)。圖2是精細(xì)三維孔隙度模型，在此基礎(chǔ)上通過(guò)軌跡優(yōu)化與LWD（隨鉆測(cè)井）旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向結(jié)合，使零散薄油層鉆遇率達(dá)到50%以上，充分發(fā)揮了水平井優(yōu)勢(shì)，提高了單井產(chǎn)量和注水受效率。

2.2 注水開(kāi)發(fā)實(shí)踐

水平多分支井BO1井2007年投入開(kāi)發(fā)，投產(chǎn)6個(gè)月后，地層壓力下降近9MPa，產(chǎn)量由投產(chǎn)初期200m3/d下降至20m3/d。為緩解油田產(chǎn)量壓力，2008年設(shè)計(jì)并完鉆采油、注水功能于一井的BO2井（圖3），該井為一多底多分支水平井，不僅可以開(kāi)采H4b油藏、H4c油藏，同時(shí)兼鉆一個(gè)水平分支段達(dá)到地層自流注水的目的。自流注水于2009年1月成功見(jiàn)效，BO1井產(chǎn)量和壓力均有大幅度提高。注水前日產(chǎn)油量為20m3左右，油壓波動(dòng)、不穩(wěn)定，注水后日產(chǎn)油量提高到40m3左右，油壓相對(duì)穩(wěn)定。2009年2月25日BO1井關(guān)井，井口壓力由注水前的2MPa逐步回升到7.9MPa；2009年4月27日，BO1井重新開(kāi)井生產(chǎn)，產(chǎn)油量高達(dá)65m3/d，可以看出，自流注水后地層能量得到明顯補(bǔ)充。為此油藏開(kāi)發(fā)效果顯著改善，開(kāi)發(fā)效益穩(wěn)步提高。

圖2 A油田H4b零散薄油層三維孔隙度模型

圖3 采油、自流注水井示意圖 （BO2井）

3 地層自流注水應(yīng)用前景

海上A油田地層自流注水開(kāi)發(fā)技術(shù)在我國(guó)雖然為首次應(yīng)用，但國(guó)外早在20世紀(jì)70年代已有較大規(guī)模應(yīng)用。以沙特阿拉伯海上Khafji油田為例［5］，該油田1969年8月開(kāi)始投產(chǎn)，初始原油產(chǎn)量為4770m3/d，1972年又部署了15口生產(chǎn)井，原油產(chǎn)量增加到10485m3/d。1975年，油藏中部低壓區(qū)的生產(chǎn)氣油比快速增加，導(dǎo)致5口生產(chǎn)井關(guān)閉，原油產(chǎn)量降至5200m3/d，地層壓力下降到約18.3MPa，比原始地層壓力低6.9MPa，氣油比保持在280m3/m3左右，表現(xiàn)出典型的溶解氣驅(qū)油藏的特征。為了控制氣油比，并提高采收率，于1975年11月啟動(dòng)了邊緣 “自流注水”保壓開(kāi)采措施，將上部的Sec－ond Bharain層和Shuaiba層的地層水注入油層，至1977年11月先后有8口自流注水井投入注水，1980年，氣油比被控制在180m3/m3以下，油藏壓力保持在18MPa左右，原油產(chǎn)量保持在6360～7150m3/d。該油田通過(guò)地層自流注水取得了良好的開(kāi)發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)合海上A油田及國(guó)外大中型油田地層自流注水開(kāi)發(fā)實(shí)踐，地層自流注水開(kāi)發(fā)不僅可應(yīng)用于特小規(guī)模油田的注水開(kāi)發(fā)，還適用于需要注水的大型油田，是海上油田減少開(kāi)發(fā)投資、提高采收率開(kāi)發(fā)新途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

1）A油田H4b油藏地層自流注水研究和開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，多底、多水平分支井及 “地層自流注水”開(kāi)發(fā)技術(shù)，使零散薄油層單井產(chǎn)量為常規(guī)井的6～10倍，采收率比常規(guī)開(kāi)采提高15個(gè)百分點(diǎn)以上，有效破解了海上零散薄油層開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)瓶頸，其開(kāi)發(fā)實(shí)踐為海上中后期零散薄油層挖潛探索出了一條新的途徑。

2）根據(jù)A油田H4b油藏成功自流注水開(kāi)發(fā)實(shí)踐，以及國(guó)外大型油田規(guī)模性采用自流注水開(kāi)采方式，建議海上具備自流注水開(kāi)發(fā)條件的油田可以嘗試規(guī)模性自流注水開(kāi)發(fā)方式進(jìn)行開(kāi)采實(shí)踐。

［1］裴素安 .地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在冀東油田的應(yīng)用 ［J］.天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2006，29（4）：57～59.

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［4］陳元千，油氣藏工程計(jì)算方法 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1990.138～147.

［5］田平，陳月明 蘇慶申，等，凝析氣田自流注氣的數(shù)值模擬研究 ［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)報(bào)），1998，22（4）：45～48.

［6］伍軼鳴 .吉拉克凝析氣田自流注氣提高采收率方案研究 ［J］.天然氣工業(yè)，1993，19（2）：58～62.

［7］黃旭日 .國(guó)外時(shí)移地震技術(shù)的研究狀況 ［J］.勘探地球物理進(jìn)展，2003，26（1）：7～12.

［編輯］ 蕭雨