基于數(shù)值模擬的南海東部疏松砂巖稠油油田增產(chǎn)方法研究

張慶華，邢洪憲，魏裕森，孫挺，陳緣，趙穎，汪文星

1.中海石油（中國）有限公司 深圳分公司 （深圳 518000）2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司 （天津 300450）3.中國石油大學(xué)（北京） （北京 102200）

南海東部E 油田位于珠江口北部，油田主力儲層為三角洲前緣沉積，物性較好。主要油層位于韓江組，油層埋深1 101.7～1 407.1 m，包括7 個(gè)邊水油藏和5 個(gè)底水油藏，儲層巖性主要為長石石英砂巖，以細(xì)砂巖為主，膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主。 儲層屬于三角洲前緣沉積，儲層物性較好。 本油田的12 個(gè)油層屬于中孔隙度、中—高滲透率儲集層，主要油層的測井解釋孔隙度為23.7%～33.7%，滲透率（130.3~1 243.1）×10-3μm2。原油性質(zhì)較差，為高密度、高黏度和低含硫的重質(zhì)稠油。該油田投產(chǎn)后，大部分油井產(chǎn)能無法滿足最初油氣田開發(fā)設(shè)計(jì)要求， 經(jīng)過前期綜合分析判斷，該油田主要存在完井防砂[1-3]、地層能量不足[4]和原油流動(dòng)性差[5-6]等問題。

1 油田開發(fā)效果數(shù)值模擬

1.1 單井生產(chǎn)情況

根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，可將油井分為兩類：

1）第一類井特征：油井制度一定，即油嘴不變時(shí)，產(chǎn)液量較大，且產(chǎn)液量穩(wěn)定，但含水率很高，含水上升速度快。

通過數(shù)值模擬油井A10H 生產(chǎn)，18 個(gè)月后布置一口注水井A，注水速度168 t/d；通過注入井的加入改變油水分布，增強(qiáng)驅(qū)油效率，如圖1 所示。

2）第二類井特征：油井制度一定，即油嘴不變時(shí)，產(chǎn)液量較小，含水率較低，產(chǎn)油量也低。

對II 類井，主要通過近井地帶小型壓裂降低滲流阻力和完善注采井網(wǎng)補(bǔ)充地層能量。 模擬油井A9H 井進(jìn)行近井地帶小型儲層壓裂改造，定井底流壓生產(chǎn)1.2×107Pa，模擬生產(chǎn)情況：5 年單井累積油量由53 200 t 上升至57 960 t，如圖2 所示。

1.2 井間連通性分析

圖2 II 類井單井累積產(chǎn)量對比

A14 井于2018 年3 月注水，油井A3H、A6H 于1 個(gè)月后效果明顯，主要表現(xiàn)為產(chǎn)油量大幅增加，如圖3 所示。

2 油田開發(fā)敏感性分析

基于已有油藏模型， 選中A10H 井及對應(yīng)的主力油藏進(jìn)行關(guān)于原油黏度、密度、巖石壓縮系數(shù)、水體體積和油層溫度對產(chǎn)能的影響分析。 模擬該井生產(chǎn)條件為穩(wěn)產(chǎn)112 t/d 生產(chǎn)一段時(shí)間后，再遞減生產(chǎn)。

圖3 A6H 井生產(chǎn)曲線

2.1 原油黏度

設(shè)置原油黏度倍數(shù)分別為0.8、1、1.2、1.4， 基于模型模擬A10 井單井5 年累計(jì)產(chǎn)油量，然后進(jìn)行結(jié)果比較，如圖4 所示。 可以看出E 區(qū)塊的產(chǎn)量對原油黏度還是非常敏感的。 隨著原油黏度倍數(shù)增加，5年累積產(chǎn)油量減小。

圖4 不同原油黏度與累積產(chǎn)油量關(guān)系

2.2 原油密度

設(shè)置原油密度倍數(shù)分別為0.8、0.9、1、1.1 倍，基于模型模擬A10 井單井5 年累積產(chǎn)油量，然后進(jìn)行結(jié)果比較，如圖5 所示。 可以看出E 區(qū)塊的產(chǎn)量對原油密度還是相對敏感。 隨著原油密度倍數(shù)增加，5年累積產(chǎn)油量減小。

圖5 不同原油密度與累積產(chǎn)油量關(guān)系

2.3 巖石壓縮性

設(shè)置巖石壓縮系數(shù)分別為0.5、1、1.5、2 倍，基于模型模擬A10H 井5 年累積產(chǎn)油量， 然后進(jìn)行結(jié)果比較，如圖6 所示。 可以看出E 區(qū)塊的產(chǎn)量對巖石壓縮系數(shù)不敏感， 不同的壓縮系數(shù)對產(chǎn)量基本沒有影響。

圖6 不同巖石壓縮系數(shù)與累積產(chǎn)油量關(guān)系

2.4 水體體積

設(shè)置水體體積倍數(shù)分別為0.5、1、1.5、2 倍，基于模型模擬A10H 井5 年累積產(chǎn)油量, 然后進(jìn)行結(jié)果比較，如圖7 所示。 可以看出E 區(qū)塊的產(chǎn)量對水體體積不敏感，不同的水體體積對產(chǎn)量基本沒有影響。

圖7 不同水體體積與累積產(chǎn)油量關(guān)系

2.5 油層溫度

設(shè)置油層溫度降低5 ℃、升高5 ℃、升高10 ℃時(shí)，分別計(jì)算A10H 井5 年累積產(chǎn)油量，然后進(jìn)行結(jié)果比較，如圖8 所示?？梢钥闯鐾ㄟ^溫度影響儲層流體黏度和密度， 進(jìn)而影響產(chǎn)油速度這一結(jié)果非常明顯。 A10H 井生產(chǎn)油層的溫度升高10 ℃，累計(jì)產(chǎn)油2 940 t，與黏度對產(chǎn)量的敏感性相比，溫度對產(chǎn)量影響稍小一些。

圖8 不同油層溫度與累積產(chǎn)油量的關(guān)系

2.6 儲層各參數(shù)敏感程度分析

從以上模擬結(jié)果得出： 原油黏度和密度對單井產(chǎn)能影響最明顯，油層溫度次之，而巖石壓縮性和水體體積對于單井產(chǎn)能并不敏感，如圖9 所示。油藏壓力的影響主要是能量補(bǔ)充方面的影響。

《馮孝將子》述東晉廣州太守馮孝將之兒馬子，年二十余，夜夢見一女子，年十八九，自言是北海太守徐玄方女，不幸為鬼所殺，乞馬子相救，愿為其妻。馬子按約定日期祭墳、開棺，見女尸完好如故，遂抱歸細(xì)心調(diào)養(yǎng)。一年后肌膚氣力悉復(fù)如常，遂騁為妻，生二男一女。這篇小說中祭墳、開棺全由馬子主持，與《牡丹亭》第35出《回生》中全由柳夢梅操辦類似，而與話本中柳夢梅稟明父母再行開棺不同。

圖9 不同物性參數(shù)對生產(chǎn)影響的敏感性分析

3 油藏生產(chǎn)歷史擬合

截至2018 年11 月全區(qū)共有14 口生產(chǎn)井、1 口注水井投產(chǎn)。根據(jù)油藏油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，采用定產(chǎn)油量生產(chǎn)，通過調(diào)整不同的油藏連通性、儲層品質(zhì)、油層局部滲透率和相滲曲線來擬合全區(qū)產(chǎn)油和產(chǎn)液量以及單井井底流壓、產(chǎn)水量和含水率。

基于油藏開發(fā)敏感性分析結(jié)果、 測井曲線數(shù)據(jù)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，首先對E 油田初始油藏儲量進(jìn)行了擬合， 然后對14 口生產(chǎn)井按定產(chǎn)油量生產(chǎn)，分別擬合了井底流壓和產(chǎn)水量及1 口注水井按照定注入量生產(chǎn)，擬合了井底流壓，結(jié)果如圖10 所示。該稠油油藏的產(chǎn)油和產(chǎn)水速度對初始含油飽和度非常敏感，通過對已知油水界面進(jìn)行微調(diào)，使得初始的產(chǎn)油和產(chǎn)水量得到了很好的擬合，如圖10 所示。 油層垂向滲透率對區(qū)塊水平井見水時(shí)間影響大， 結(jié)合測井曲線和室內(nèi)巖心分析， 對垂向滲透率進(jìn)行了合理調(diào)整， 使得各口生產(chǎn)井的見水時(shí)間都得到了很好的擬合，如圖11 所示。

圖10 全區(qū)產(chǎn)油量和含水率擬合

圖11 單井產(chǎn)油量、產(chǎn)液量、井底流壓和含水率擬合結(jié)果

4 壓裂井生產(chǎn)參數(shù)模擬優(yōu)化和效果

依據(jù)現(xiàn)有的壓裂施工能力， 進(jìn)行基于數(shù)值模擬的壓裂增產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化和效果研究， 對于現(xiàn)有的產(chǎn)能低的井進(jìn)行壓裂增產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化， 同時(shí)考慮平臺上的壓裂施工能力以及經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 裂縫間距優(yōu)化

模型假設(shè)：A12H 井壓裂后溝通了整個(gè)H-17 和H-18 油藏，根據(jù)模型做壓裂后生產(chǎn)動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化裂縫參數(shù)。 模擬裂縫間距分別為40 m、60 m、80 m、100 m、120 m， 裂縫半長20 m， 裂縫導(dǎo)流能力100 μm2·cm 時(shí)，生產(chǎn)預(yù)測見表1。

表1 裂縫間距對產(chǎn)能影響

結(jié)果表明：在一定生產(chǎn)時(shí)間段內(nèi),裂縫間距越小,初期產(chǎn)油量越大， 產(chǎn)液量和產(chǎn)油量均隨著裂縫條數(shù)的增加而增大；但隨著生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行，裂縫間開始出現(xiàn)干擾，裂縫條數(shù)增加但日產(chǎn)油增大趨勢逐漸減小。從5 年累積產(chǎn)油量可以看出，在裂縫間距小于80 m后，再縮短裂縫間距，累積產(chǎn)油增大趨勢非常緩慢，裂縫條數(shù)對增產(chǎn)的影響很有限。 綜上該井最優(yōu)裂縫條數(shù)為6～7，即裂縫間距80～100 m。

4.2 裂縫半長優(yōu)化

裂縫半長分別為10、20、30、40、50 m，模擬裂縫間距為100 m，裂縫導(dǎo)流能力100 μm2·cm 時(shí)，生產(chǎn)預(yù)測見表2。

表2 裂縫半長對產(chǎn)能的影響

模擬結(jié)果表明，隨著裂縫長度增加，泄油面積增大，產(chǎn)油量增加，尤其對于初期單井日產(chǎn)油量，增幅很大。 在裂縫半長大于30 m 的情況下，由于產(chǎn)量過大引起了含水量的快速增加， 導(dǎo)致日產(chǎn)油速度反而下降得快，5 年累積產(chǎn)油增加達(dá)到一定程度后，累積產(chǎn)量增幅減小?？紤]到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素，對于該井來說，最優(yōu)裂縫半長20～30 m。

4.3 裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化

導(dǎo)流能力為60 μm2·cm、80 μm2·cm、100 μm2·cm，120 μm2·cm，裂縫半長為30 m，模擬裂縫間距為100 m（6 條縫）時(shí)，生產(chǎn)預(yù)測見表3。

不同裂縫導(dǎo)流能力模擬結(jié)果表明： 裂縫導(dǎo)流能力越大，產(chǎn)油量增加；當(dāng)導(dǎo)流能力在80～120 μm2·cm的區(qū)間變化時(shí)，5 年累積產(chǎn)油量差別不大。而在導(dǎo)流能力小于60 μm2·cm 時(shí)， 導(dǎo)流能力增大對累積產(chǎn)量影響明顯。 該油藏優(yōu)化的人工裂縫導(dǎo)流能力為40～60 μm2·cm。

表3 裂縫導(dǎo)流能力對產(chǎn)能的影響

5 能量補(bǔ)充參數(shù)優(yōu)化和效果

5.1 注水速度

基于歷史擬合結(jié)果，模擬一口注水井A20 井補(bǔ)充H-21 油層地層能量， 同時(shí)影響該層剩余油重新分布。 設(shè)定注水速度為70 t/d、140 t/d、210 t/d、280 t/d 時(shí)，其他生產(chǎn)井按照2018 年6 月3 日的生產(chǎn)水平定產(chǎn)油量。 模擬3 年后全區(qū)累積產(chǎn)油變化情況，見表4。

表4 注水速度對產(chǎn)能影響

從模擬結(jié)果可以看出， 當(dāng)注入速度達(dá)到210～280 t/d 時(shí)，過大的注入量會(huì)導(dǎo)致水快速突進(jìn)，含水上升快，兩相滲流阻力增大，從而影響產(chǎn)油量。 所以再補(bǔ)充地層能量， 合適的注入速度會(huì)對產(chǎn)油影響很大，對于A20 井位的注水井來說，合適的注入速度為140 t/d。

5.2 注水井網(wǎng)

依據(jù)E 油田現(xiàn)有生產(chǎn)情況和歷史擬合結(jié)果，模擬剩余油分布， 進(jìn)行基于數(shù)值模擬的能量補(bǔ)充參數(shù)優(yōu)化和井網(wǎng)布置。 布置了3 口注水井A20，A21，A22，與A14 井組成一個(gè)井網(wǎng)單元。新布置3 口井單井注入速度均為140 t/d，A20，A22 注入層位為H-21。 A21 注入層位為H-18 和H-21。

布置3 口注水井后，自2018 年6 月開始生產(chǎn)，1 年全區(qū)累積產(chǎn)油2.93×105t，3 年全區(qū)累積產(chǎn)油5.95×105t，對比僅有A14 井注入時(shí)，3 年全區(qū)累積產(chǎn)油增加了近20%（表5）。

表5 增加注水井對產(chǎn)量的影響

6 結(jié)論

1）根據(jù)已有的油藏模型對E 油田進(jìn)行了生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析，把油井分為兩類，第一類需要能量補(bǔ)充提高產(chǎn)量， 第二類需要通過小型壓裂完善儲層間的連通和改善井附近的表皮以提高產(chǎn)量。

2）根據(jù)已有的油藏模型對E 油田進(jìn)行了敏感參數(shù)分析，其中原油黏度和密度對產(chǎn)量的影響較大，油層溫度次之， 巖石壓縮性和水體體積對產(chǎn)量的影響可忽略。

3）根據(jù)分析結(jié)果，以E 油田油藏模型為基礎(chǔ)進(jìn)行油藏歷史擬合， 很好地?cái)M合了油藏儲量以及單井的產(chǎn)量。

4）以已有油藏模型為基礎(chǔ)，對油井的壓裂效果進(jìn)行了模擬，分析了不同裂縫條數(shù)、裂縫半長和導(dǎo)流能力對產(chǎn)量的影響， 得出最優(yōu)裂縫間距為80～100 m，最優(yōu)裂縫半長20～30 m，最優(yōu)裂縫導(dǎo)流能力40～60 μm2·cm。

5）以擬合后的模型為基礎(chǔ)，對油藏的能量補(bǔ)充參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化， 得出了合適的注入速度為140 t/d，并且通過新增3 口注水井形成注采井網(wǎng)， 模擬全區(qū)3 年累積產(chǎn)油量增加20%。