水驅(qū)開發(fā)斷塊型油藏注采參數(shù)調(diào)整
——以大慶油田北二西F斷裂兩側(cè)斷塊為例

呂端川，吳偉

（1.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠，黑龍江 大慶 163000）

水驅(qū)開發(fā)斷塊型油藏注采參數(shù)調(diào)整
——以大慶油田北二西F斷裂兩側(cè)斷塊為例

呂端川1，吳偉2

（1.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠，黑龍江 大慶 163000）

為了實(shí)現(xiàn)斷塊型油藏安全有效的水驅(qū)開發(fā)，需要保證斷裂面兩側(cè)斷塊內(nèi)現(xiàn)有注采關(guān)系下的平衡地層壓力差小于斷裂的最大靜摩擦力。文中以斷塊為計(jì)算單位，把相同井網(wǎng)下注水井作為注液單元，采油井作為采液單元，求取斷塊內(nèi)平衡地層壓力。將斷裂兩側(cè)斷塊內(nèi)平衡地層壓力差值與斷裂最大靜摩擦力進(jìn)行比較，結(jié)果表明，F(xiàn)斷裂兩側(cè)斷塊內(nèi)現(xiàn)有注采條件下的平衡地層壓力差滿足安全生產(chǎn)的要求，但斷塊平衡地層壓力比原始地層壓力高，可以通過降低采油井的井底流壓，使斷塊內(nèi)平衡地層壓力回落至原始地層壓力。

水驅(qū)開發(fā)；斷塊型油藏；平衡地層壓力；注采參數(shù)

斷塊型油藏與其他巖性油藏不同的是，由于受斷裂的遮擋，其在注水開發(fā)時需要考慮斷裂的開啟壓力。對于由斷裂所分割的獨(dú)立油藏來說，斷塊內(nèi)的平衡地層壓力差不可以超過控圈斷裂的破裂壓力，否則控圈斷裂開啟，油藏被破壞，將導(dǎo)致漏油事故［1-6］。

前人總結(jié)了斷塊內(nèi)平衡地層壓力計(jì)算的不同方法，涉及滲流力學(xué)、數(shù)值模擬、物質(zhì)平衡、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等，每一種方法都有其局限性［7-13］。滲流力學(xué)方法和傳統(tǒng)物質(zhì)平衡方法對參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的收集要求較高，且計(jì)算過程繁瑣，數(shù)值模擬方法不可能完全體現(xiàn)出地下的流體壓力情況，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)方法不具有普遍適用性。本次研究根據(jù)物質(zhì)平衡方法，以區(qū)塊為單位計(jì)算斷塊內(nèi)的平衡地層壓力，且依據(jù)該計(jì)算結(jié)果對各斷塊的注采參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

1 研究區(qū)概況

F斷裂兩側(cè)斷塊位于大慶油田北二西西部斷層發(fā)育區(qū)，整體構(gòu)造平緩。研究區(qū)開發(fā)歷史長達(dá)40多年，主力含油層位有薩爾圖油層、葡萄花油層和高臺子油層，目前二次井網(wǎng)的目的層為薩爾圖油層。在松遼盆地北部構(gòu)造經(jīng)歷的斷陷、坳陷和反轉(zhuǎn)3個變形階段中，根據(jù)對斷層區(qū)地震資料解釋，判斷研究區(qū)二次井網(wǎng)目的層位的斷裂形成于坳陷階段的登婁庫-嫩江組斷層系。根據(jù)測井、鉆井、試油等資料，判斷研究區(qū)二次井網(wǎng)目的層位的沉積相類型主要為三角洲平原沉積，砂體連片發(fā)育。薩爾圖油層自上而下分3個油層組，砂體厚度為5～25 m，滲透率平均值為0.22 μm2。

F斷裂兩側(cè)FE和FW斷塊內(nèi)砂層水淹程度不同。其中：FE斷塊內(nèi)高水淹砂層比例為5.6%，中水淹砂層比例為15.3%，低水淹砂層比例為25.1%，未水淹砂層比例為54.0%；FW斷塊內(nèi)高水淹砂層比例為8.9%，中水淹砂層比例為21.4%，低水淹砂層比例為22.5%，未水淹砂層比例為47.2%。2個斷塊內(nèi)油水界面彼此獨(dú)立，在進(jìn)行注水開發(fā)時，為了實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)，2個斷塊內(nèi)的平衡地層壓力需要滿足斷塊間平衡地層壓力差小于F斷裂開啟壓力的條件。

2 斷塊內(nèi)平衡地層壓力的計(jì)算

傳統(tǒng)的物質(zhì)平衡方法是指區(qū)塊內(nèi)注液量和采液量在滿足一定注采比關(guān)系下的物質(zhì)平衡：

式中：Qi為日注液量，m3；Qj為日采液量，m3；R為注采比。

2.1 注液單元的計(jì)算

利用吸水指數(shù)、注水井的井底流壓、地層壓力等參數(shù)，運(yùn)用式（2）計(jì)算區(qū)塊內(nèi)日注液量：

式中：I為吸水指數(shù)，m3/（MPa·d）；pl為注水井井底流壓，MPa；p為地層壓力，MPa。

利用區(qū)塊內(nèi)單口注水井的日注液量、注水井的井底流壓、同深度注水井測得靜壓等參數(shù)，運(yùn)用式（3）計(jì)算單口井的吸水指數(shù)：

式中：Qdwi為單口注水井日注液量，m3；pe為注水井靜壓，MPa。

2.2 采液單元的計(jì)算

利用區(qū)塊內(nèi)的注采比、原油體積系數(shù)、無因次采液指數(shù)、初期采液指數(shù)、地層壓力、油井井底流壓等參數(shù),運(yùn)用式（4）計(jì)算區(qū)塊內(nèi)的日采液量：

式中：Bo為原油體積系數(shù)；α為無因次采液指數(shù)；J為初期采液指數(shù)，m3/（MPa·d）；pwf為油井井底流壓，MPa。

利用區(qū)塊內(nèi)現(xiàn)今采液量、初期采液量等參數(shù)，運(yùn)用式（5）計(jì)算無因次采液指數(shù)：

式中：Qjn為現(xiàn)今采液量，m3；Qjb為初期采液量，m3。

利用區(qū)塊內(nèi)單口采油井的初期日采液量、原始地層壓力、初始井底流壓等參數(shù)，運(yùn)用式（6）計(jì)算初期采液指數(shù)：

式中：Qdjb為單井初期日采液量，m3；pb為原始地層壓力，MPa；pwfb為油井初始井底流壓，MPa。

利用單井日采油量和單井日采水量這2個參數(shù)，運(yùn)用式（7）計(jì)算單井日采液量在地下的體積：

式中：Qdoj為單井日采油量，t；Qdwj為單井日采水量，m3。

利用油田實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用式（8）計(jì)算原始地層壓力：

式中：g為重力加速度，m/s2；a，b為系數(shù)，由研究區(qū)確定；Hm為油層中部深度，m；Hk為補(bǔ)心海拔，m。

2.3 平衡地層壓力的計(jì)算

2.3.1 計(jì)算方法

根據(jù)注液量與采液量相等的關(guān)系，將注液量與采液量的計(jì)算式簡化后得傳統(tǒng)物質(zhì)平衡等式：

式中：No為采油井井?dāng)?shù)；Nw為注水井井?dāng)?shù)。

但是計(jì)算時需要的參數(shù)較復(fù)雜，且出現(xiàn)重復(fù)計(jì)算，易累積誤差，使結(jié)果偏離實(shí)際壓力較大。為此提出以斷塊為單位，將注水井和采油井分別作為獨(dú)立的注液單元和采液單元進(jìn)行計(jì)算。將各計(jì)算參數(shù)代入式（1），得到斷塊內(nèi)平衡地層壓力的計(jì)算式：

注水井現(xiàn)今井底流壓、注水井現(xiàn)今靜壓、采油井現(xiàn)今井底流壓、采油井原始地層壓力可以根據(jù)油田生產(chǎn)動態(tài)資料獲取；原油體積系數(shù)可根據(jù)油田生產(chǎn)實(shí)踐計(jì)算所得，為常數(shù)。

2.3.2 計(jì)算值與實(shí)測值對比

F斷裂兩側(cè)FE斷塊和FW斷塊的面積分別為0.29，0.22 km2（見圖1）。由于只在FE斷塊內(nèi)進(jìn)行了地層壓力的實(shí)測，因此，以FE斷塊為例，進(jìn)行平衡地層壓力計(jì)算值與實(shí)測值的對比。

圖1 F斷裂兩側(cè)井網(wǎng)分布

采油井參數(shù)確定。二次井網(wǎng)油井B1-D1-429的現(xiàn)今井底流壓為1.93MPa。FE斷塊內(nèi)2口油井B1-D1-429，B1-D1-430的現(xiàn)今日采液量分別為11.08，10.09m3，計(jì)算得到斷塊內(nèi)日采液量為21.17m3，初期日采液量分別為14.65，3.70m3，由式（5）計(jì)算得到無因次采液指數(shù)分別為0.75，2.72，平均值為1.74；初始井底流壓分別為1.15，1.50MPa，根據(jù)其射孔深度（分別為944.9，929.8 m）、補(bǔ)心海拔（分別為153.2，152.8 m）數(shù)據(jù)，由式（8），結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，得到參數(shù) a，b 分別為38，0.082，原始地層壓力分別為10.08，9.96MPa，平均為10.02MPa；由式（6）計(jì)算得到初期采液指數(shù)分別為1.64，0.43m3/（MPa·d），平均為1.04m3/（MPa·d）。

芨嶺巖體是龍首山地區(qū)最大的巖體，巖體南帶巖性主要是富鈉的中酸性花崗質(zhì)巖類，在巖漿演化過程中鈉被交代進(jìn)入熱液，形成富鈉的再平衡混合巖漿水，巖構(gòu)造破碎帶遷移富集，形成沿馬路溝斷裂及其次級斷裂發(fā)育堿交代型鈾礦化；而巖體北帶主要分布墩子溝群燧石條帶灰?guī)r(大理巖)，相對富硅，在巖漿混染作用下形成相對富硅質(zhì)溶液，因而形成沿革命溝斷裂分布的硅質(zhì)脈型鈾礦。

注水井參數(shù)確定。二次井網(wǎng)水井B2-6-428的現(xiàn)今井底流壓為21.86MPa，靜壓為14.15MPa，現(xiàn)今日注液量為58.33m3，水井B2-6-429的現(xiàn)今日注液量為51.00m3，得到斷塊內(nèi)現(xiàn)今日注液總量為109.33m3，由式（1）、式（2）計(jì)算得到現(xiàn)今吸水指數(shù)平均為7.09m3/（MPa·d），區(qū)塊整體的吸水指數(shù)為14.18m3/（MPa·d），由式（4）計(jì)算得到斷塊內(nèi)的注采比為5.16。

以井為單位，將各參數(shù)按照平均值求取后代入傳統(tǒng)物質(zhì)平衡等式（見式（9）），計(jì)算得到F724-W斷塊的平衡地層壓力為8.62MPa。

以斷塊為單位，將各參數(shù)按注水井和采油井分別代表的注液部分和采液部分求取后，代入傳統(tǒng)物質(zhì)平衡等式，得到FE斷塊的平衡地層壓力為12.27MPa。

以斷塊為單位，將各參數(shù)按照注水井和采油井分別代表的注液部分和采液部分求取后，代入調(diào)整后的物質(zhì)平衡等式（見式（10）），計(jì)算得到FE斷塊的平衡地層壓力為11.73MPa。

在完成斷塊平衡地層壓力計(jì)算的2個月之后，實(shí)測了B1-D1-429井和B1-D1-430井的靜壓。測試結(jié)果顯示，在油層中部靜壓分別為9.76，13.25MPa，平均為11.50MPa。

通過計(jì)算值與實(shí)測值的對比，認(rèn)為以斷塊為單位，按照調(diào)整后的物質(zhì)平衡等式計(jì)算值與實(shí)測值接近，可以進(jìn)行平衡地層壓力的預(yù)測。

2.4 FW斷塊和FE斷塊內(nèi)平衡地層壓力的計(jì)算

FW斷塊內(nèi)二次井網(wǎng)油井B1-D1-428，B2-6-427的現(xiàn)今井底流壓分別為2.32，2.02MPa，斷塊內(nèi)油井的平均現(xiàn)今井底流壓為2.17MPa。根據(jù)其射孔深度（分別為934.4，935.6 m）、補(bǔ)心海拔（分別為153.3，155.7 m）數(shù)據(jù)，由式（8）計(jì)算得到原始地層壓力分別為10.00，9.99MPa，平均為9.99MPa。二次井網(wǎng)水井B2-6-426的現(xiàn)今井底流壓為21.12MPa，靜壓為12.62MPa。研究區(qū)原油體積系數(shù)為1.35，結(jié)合日產(chǎn)數(shù)據(jù)（斷塊內(nèi)日產(chǎn)液量為36.54m3，日注液量為97.33m3），將各參數(shù)代入斷塊內(nèi)平衡地層壓力計(jì)算式（10）中，得到FW斷塊的平衡地層壓力為10.96MPa。

根據(jù)FE和FW斷塊內(nèi)平衡地層壓力計(jì)算結(jié)果，結(jié)合各斷塊內(nèi)的采液量和注水量數(shù)據(jù)，分別繪制各斷塊內(nèi)的注采平衡模板（見圖2、圖3）。

圖2 FE斷塊內(nèi)注采壓力平衡圖版

圖3 FW斷塊內(nèi)注采壓力平衡圖版

3 F斷裂可承受最大壓差的計(jì)算

斷裂形成后，其破裂壓力小于完整巖層的破裂壓力。靜止期的斷裂再次發(fā)生破裂的最小應(yīng)力值等于斷面上的最大靜摩擦力［14-16］。根據(jù)Byerlee滑動準(zhǔn)則，利用斷面摩擦因數(shù)、斷面所受最大主應(yīng)力、斷面所受剪應(yīng)力、地下流體壓力變化量等參數(shù)，運(yùn)用（11）計(jì)算斷面上最大靜摩擦力f：

式中：μ為斷面摩擦因數(shù)；σn為3 個主應(yīng)力 σ1，σ2，σ3在斷面上引起的正應(yīng)力，MPa；τn為3個主應(yīng)力在斷面上引起的剪應(yīng)力，MPa；Δp為斷裂所能承受的兩側(cè)斷塊內(nèi)平衡地層壓力的最大壓力差，MPa。

根據(jù)F斷裂的埋深、傾角、走向等斷層屬性、斷面摩擦因數(shù)以及研究區(qū)地層壓力，計(jì)算得到在注水層位薩爾圖油層范圍內(nèi)，F(xiàn)斷裂所能承受的兩側(cè)斷塊內(nèi)的平衡地層壓力的最大壓力差為3.60～6.00MPa。

4 注采參數(shù)的調(diào)整

根據(jù)上述斷塊內(nèi)平衡地層壓力的計(jì)算結(jié)果，F(xiàn)斷裂兩側(cè)斷塊的平衡地層壓力差為0.77MPa，小于F斷裂的可承受最大壓力差，不會造成F斷裂的活動，此時斷裂是靜止的。

根據(jù)平衡地層壓力與原始地層壓力的比較，F(xiàn)E斷塊內(nèi)平衡地層壓力超過原始地層壓力1.71MPa，F(xiàn)W斷塊內(nèi)平衡地層壓力超過原始地層壓力0.97MPa。為了保持地層壓力的穩(wěn)定性，根據(jù)注采壓力平衡圖，可以在保持注水井井底流壓的前提下，降低采油井的井底流壓，以使平衡地層壓力值逐漸回落到原始地層壓力大小。在FE斷塊內(nèi)采油井的井底流壓由1.93MPa降低到1.50MPa時，則平衡地層壓力預(yù)計(jì)回落至10.43MPa；在FW斷塊內(nèi)采油井的井底流壓由2.17MPa降低到1.50MPa時，則平衡地層壓力預(yù)計(jì)回落至10.38MPa。此時兩斷塊間的平衡地層壓力差僅為0.05MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于F斷裂的最大靜摩擦力，不會使斷裂發(fā)生活化，能夠保證斷塊內(nèi)安全生產(chǎn)。

5 結(jié)論

1）斷塊型油藏在注水開發(fā)過程中，小砂層內(nèi)的地層壓力變化明顯，為了滿足生產(chǎn)作業(yè)，注入壓差和生產(chǎn)壓差等參數(shù)需要根據(jù)平衡地層壓力的改變而調(diào)整。

2）斷塊型油藏在注水開發(fā)過程中，平衡地層壓力可以根據(jù)物質(zhì)平衡法計(jì)算。并且以斷塊為單位，將斷塊內(nèi)注水井和采油井分別表示注液部分和采液部分，以減少參數(shù)的疊加復(fù)合，達(dá)到更準(zhǔn)確預(yù)測平衡地層壓力的目的。

3）F斷裂兩側(cè)FE斷塊和FW斷塊內(nèi)，現(xiàn)有注采條件下的平衡地層壓力差值小于斷裂滑動時的最大靜摩擦力，能夠保證油藏安全生產(chǎn)。

4）水驅(qū)開發(fā)導(dǎo)致FE和FW斷塊內(nèi)平衡地層壓力升高，根據(jù)注采壓力平衡圖，可以在保持注水井井底流壓不變的情況下，減小采油井的井底流壓，以增加采油井的生產(chǎn)壓差，使地層壓力回落。

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（編輯 史曉貞）

Injection-production parameter adjustment of water flooding development:taking two fault-blocks on both sides of F Fault of Daqing Oilfield Bei′erxi as examples

LYU Duanchuan1,WU Wei2
(1.School of Geosciences,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China;2.No.6 Oil Production Plant,Daqing Oilfield Co.Ltd.,PetroChina,Daqing 163000,China)

In order to realize the safe and effective water flooding development for fault-block reservoir,the balance formation pressure difference of the fault-blocks on both sides of the fault is ensured to be less than the fault maximum static friction force under existing injection-production relationship.Under the same well pattern,taking fault-block as the calculating unit,the injection wells as the injection fluid unit,and the production wells as the liquid production unit,the fault-block balance formation pressure was calculated to compare the balance formation pressure difference of the fault-blocks on both sides of the fault with the fault maximum static friction force.The results show that under the condition of current injection-production the balance formation pressure difference of F Fault meets the requirements of safety in production,but the fault-block balance formation pressure is higher than the original formation pressure.Reducing the production wells bottom hole flowing pressure can return the balance formation pressure to the original formation pressure.

water flooding development;fault-block oil reservoir;balance formation pressure;injection-production parameter

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“考慮斷層巖成巖程度的張性斷層側(cè)向封閉性定量評價(jià)”（41602154）

TE347

A

10.6056/dkyqt201706017

2017-05-18；改回日期：2017-09-14。

呂端川，男，1987年生，在讀博士研究生，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)資源與地質(zhì)工程。E-mail：duan227@126.com。

呂端川，吳偉.水驅(qū)開發(fā)斷塊型油藏注采參數(shù)調(diào)整：以大慶油田北二西F斷裂兩側(cè)斷塊為例［J］.斷塊油氣田，2017，24（6）：813-816.

LYU Duanchuan，WU Wei.Injection-production parameter adjustment of water flooding development：taking two fault-blocks on both sides of F Fault of Daqing Oilfield Bei′erxi as examples［J］.Fault-Block Oilamp;Gas Field，2017，24（6）：813-816.