渤海S油田小氣頂油藏水平井開(kāi)發(fā)策略研究

廖　輝，石洪福，付　蓉，孔超杰，凌浩川

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津　300452)

氣頂(邊水)的存在是氣頂油藏開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)同時(shí)也是其困難所在。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，消耗的能量能夠從氣頂(邊水)中得到補(bǔ)充，同時(shí)也會(huì)給油井生產(chǎn)帶來(lái)諸如氣竄等一系列問(wèn)題[1]。有研究表明，水平井對(duì)抑制氣竄和水錐具有良好的效果，因此，對(duì)于氣頂邊水油藏，運(yùn)用水平井開(kāi)發(fā)，具有一定的可行性[2,3]。即便如此，氣頂氣竄、底水錐進(jìn)還是無(wú)法避免[4]。且采油速度過(guò)大，垂向位置不合理等因素都會(huì)導(dǎo)致開(kāi)井見(jiàn)氣，表現(xiàn)為油井氣油比過(guò)高，產(chǎn)氣量過(guò)大，油井減產(chǎn)，氣頂驅(qū)油效率低下，另外氣頂能量過(guò)快消耗，還會(huì)導(dǎo)致原油侵入氣頂造成油環(huán)回采困難等問(wèn)題。因此，對(duì)于氣頂油藏，需要研究合適的開(kāi)發(fā)方式，使氣頂區(qū)和油環(huán)區(qū)壓力保持相對(duì)平衡，使得油氣界面保持相對(duì)穩(wěn)定，充分利用天然能量，使采出程度最大化。渤海S油田發(fā)現(xiàn)多個(gè)帶有小氣頂?shù)纳绑w，這些砂體具有較為可觀的儲(chǔ)量。已經(jīng)動(dòng)用的幾個(gè)砂體在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，均存在一定氣竄現(xiàn)象，表現(xiàn)為開(kāi)井見(jiàn)氣或氣油比居高不下，對(duì)油井正常生產(chǎn)產(chǎn)生了一定影響。以渤海S油田為例，綜合運(yùn)用油藏工程方法和數(shù)值模擬方法研究探索了水平井垂向位置、采油速度、注水時(shí)機(jī)等因素對(duì)氣頂油藏開(kāi)發(fā)的影響，以期找到適合該油田小氣頂弱邊底水油藏特點(diǎn)的開(kāi)發(fā)方式。

1　水平井垂向位置

氣頂邊水油藏由于兼有氣頂油藏和邊水油藏的雙重特征，油藏條件復(fù)雜，開(kāi)發(fā)難度大。如何避免氣或水單向突破，充分利用天然能量開(kāi)采具有重要作用。在此建立了一個(gè)氣頂邊水油藏的物質(zhì)平衡方程式。對(duì)于此類油藏，運(yùn)用物質(zhì)平衡方程推導(dǎo)出了氣頂指數(shù)與垂向位置的關(guān)系式。假設(shè)氣侵量為Ge，水侵量為We，那么，采出油量+采出水量=巖石孔隙體積膨脹量+邊水侵入量+氣頂膨脹量+油藏內(nèi)巖石及孔隙體積膨脹量。

每采出1%地質(zhì)儲(chǔ)量的平均地層壓降[5]：

(1)

那么

α=L1/L2

(2)

B0Np+Wp=Ge+We+(1+m)NBoiCtΔP

(3)

(4)

根據(jù)上式得出氣頂指數(shù)與壓力的關(guān)系，如圖1所示。

對(duì)于地層能量充足的油藏，且氣頂指數(shù)越大時(shí)，應(yīng)當(dāng)將水平井水平段布置在靠近油層下部，當(dāng)氣頂指數(shù)為0.4～0.9時(shí)，將水平段布置在油層下1/5～中1/2處；當(dāng)氣頂指數(shù)為0.1～0.4時(shí)，將水平段布置在油層上1/4～上1/3處。對(duì)于天然能量較弱，氣頂和水體都較小的油藏，則只能注水開(kāi)發(fā)。

2　油藏模型的建立

氣頂油藏在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，隨著采出流體體積不斷增加，油氣界面不斷下移，以達(dá)到氣頂驅(qū)替原油的目的[6]。但是氣頂?shù)腻F進(jìn)又影響著油井的正常生產(chǎn)，使油井過(guò)早見(jiàn)氣，氣油比升高，油井越早見(jiàn)氣越不利于氣頂驅(qū)油。因此，要想提高氣頂驅(qū)油效率，最重要的方法之一就是推遲油井見(jiàn)氣時(shí)間。

油井的見(jiàn)氣時(shí)間又與采油速度有關(guān)。采油速度的大小對(duì)油氣界面的下移會(huì)產(chǎn)生一定影響。采油速度越高，地層能量消耗越快，氣頂錐進(jìn)速度越快，氣頂氣竄，見(jiàn)氣時(shí)間越短。但是采油速度對(duì)油氣界面下移的影響十分復(fù)雜，不能簡(jiǎn)單的通過(guò)油藏工程方法來(lái)計(jì)算，而且油藏工程方法主要適用于油田開(kāi)發(fā)中后期，對(duì)資料要求也較高[7]，為此，只能借助于油藏?cái)?shù)值模擬方法。

本文以S油田某生產(chǎn)區(qū)塊為研究區(qū)，該區(qū)氣頂指數(shù)0.4，地層平均滲透率1 000 mD，原油密度0.87 g/cm3，平均孔隙度27%，原始地層壓力16.9 MPa，地層原油粘度16.8 mPa·s，原始?xì)庥捅龋?3.4 m3/m3。利用Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件建了一個(gè)機(jī)理模型，平面上劃分為均勻網(wǎng)格,其網(wǎng)格尺寸為10 m×10 m,在垂向上共劃分了13層網(wǎng)格, 平均網(wǎng)格尺寸為1 m。

3　采油速度的影響

采油速度的大小對(duì)于氣頂油藏中水平井的生產(chǎn)起著重要作用。設(shè)計(jì)采油速度為1.0%、1.5%、2.0%、3.0%、4.0%共5種不同采油速度方案進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果如圖2、圖3、圖4所示。

隨著采油速度由1%增大到3%，采出程度和累產(chǎn)油量迅速降低，采油速度由3%增大到4%，采出程度和累產(chǎn)油量降低程度變得平緩。采油速度過(guò)大，地層能量消耗迅速，氣頂下侵，地層脫氣，油井油氣同采，會(huì)加速天然能量的消耗，產(chǎn)生過(guò)多天然氣，嚴(yán)重影響油井正常生產(chǎn)，導(dǎo)致油井采出程度減小。通過(guò)對(duì)研究區(qū)水平生產(chǎn)井Z1H生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析后，通過(guò)縮嘴降低采油速度，氣油比明顯下降，并且維持在較低水平。

4　注水時(shí)機(jī)的影響

注水補(bǔ)充能量是油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中常用的一種技術(shù)。但是對(duì)于天然能量充足的油層，可以先依靠天然能量衰竭開(kāi)采，再注水補(bǔ)充地層虧空能量繼續(xù)開(kāi)發(fā)，而對(duì)于天然能量較弱或有一定天然能量的油田，則需要根據(jù)情況選擇早期注水或者開(kāi)采一段時(shí)間后再注水補(bǔ)充能量。那么依靠天然能量衰竭開(kāi)采多長(zhǎng)時(shí)間后轉(zhuǎn)注水開(kāi)發(fā)能使采出程度和累產(chǎn)油量達(dá)到最大化呢？這就涉及到一個(gè)注水時(shí)機(jī)問(wèn)題。

設(shè)計(jì)了氣頂指數(shù)為0.4，注水時(shí)機(jī)及壓力保持水平分別為0.99、0.98、0.97、0.96、0.95、0.9、0.85倍地層壓力以及原始地層壓力等八個(gè)壓力水平下的注水方案，結(jié)果如圖5、圖6所示。

模擬結(jié)果顯示，隨著地層壓力的降低，注水時(shí)機(jī)的延后，累產(chǎn)油量和采出程度不斷降低。對(duì)于能量較弱的地層，應(yīng)早期注水開(kāi)發(fā)，對(duì)于地層能量較強(qiáng)的地層，先衰竭開(kāi)采一段時(shí)間后再實(shí)行注水能取得較好的開(kāi)發(fā)效果，采出程度較早期注水稍大。因?yàn)榈貙幽芰枯^充足的地層，擁有充足的能量將油舉升到地面，延后注水更能節(jié)約成本。由圖6可以看出早期注水利于延遲見(jiàn)氣時(shí)間。氣錐侵入油井后，開(kāi)始注水，效果并不好，此時(shí)油井油氣同采。地層剛開(kāi)始有氣侵跡象時(shí)注水，效果較好，如方案4，亦即地層壓力降低到0.97倍原始地層壓力時(shí)為氣頂油藏開(kāi)發(fā)的分界線，低于0.97倍地層壓力注水，油井會(huì)出現(xiàn)油氣同采。

5　結(jié)論

建立了渤海S油田氣頂油藏機(jī)理模型，綜合運(yùn)用油藏?cái)?shù)值模擬和油藏工程方法，從理論上評(píng)價(jià)氣頂能量強(qiáng)弱及水平井垂向位置優(yōu)化，優(yōu)化了采油速度以及注水時(shí)機(jī)，針對(duì)氣頂油藏開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出了“防、控、補(bǔ)”三步策略，并將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，成功指導(dǎo)了S油田氣頂油藏水平井的布井開(kāi)發(fā)及工作制度優(yōu)化。該方法對(duì)渤海其它油田小氣頂油藏及氣頂指數(shù)較大油藏同樣具有一定借鑒意義。

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