海上油田儲采比變化規(guī)律研究

姚靖婕，李彥來，閆建麗，王欣然，李展峰

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

J油田位于渤海遼東灣北部海域L區(qū)塊，主要為湖相三角洲前緣沉積，儲層物性為中高孔滲，多年來陸續(xù)實施注水、注聚合物開發(fā)。目前油田處于開發(fā)中后期，含水率為88%，采出程度為30%，油田產(chǎn)量逐年遞減。海上油田受開發(fā)投資和平臺壽命的限制，投入高、開發(fā)周期短，多年來實施高速采油，導(dǎo)致遞減率增大，儲采比變化快。陸上油田對于儲采比變化規(guī)律的研究較為成熟，萬吉業(yè)[1]認(rèn)為儲采比小于12.0時油田將進(jìn)入遞減期；陳元千[2-3]認(rèn)為油氣田進(jìn)入遞減時的儲采比約為8.0～12.0；趙明、苑麗、夏連晶[4-13]等研究了儲采比與儲量替代率、采出程度、遞減率等因素之間的關(guān)系，并給出合理儲采比計算方法。這些經(jīng)驗和規(guī)律主要針對陸上油田，對于海上油田儲采比具有怎樣的變化規(guī)律，如何指導(dǎo)油田可持續(xù)開發(fā)是一個迫切需要解決的問題。因此，運用油藏工程和數(shù)值模擬2種方法，結(jié)合渤海J油田實際開發(fā)生產(chǎn)特點，對海上油田儲采比變化規(guī)律進(jìn)行了深入研究。

1 儲采比的定義

一般認(rèn)為油田的儲采比是指某年的剩余可采儲量與當(dāng)年實際年產(chǎn)量的比值。剩余可采儲量是指油田技術(shù)可采儲量與到某一年的累計產(chǎn)量之間的差值，可以取年初、年末或者年中剩余可采儲量[14-16]，文中采用的是年初剩余可采儲量。儲采比的表達(dá)式為：

(1)

式中：ω為儲采比；N為剩余可采儲量，104m3；NR為技術(shù)可采儲量，104m3；NP為累計產(chǎn)油量，104m3；Q為年產(chǎn)油量，104m3/a。

由式(1)可知，當(dāng)剩余可采儲量降低時，儲采比減小，當(dāng)小于一定下限值時，油田難以保持穩(wěn)產(chǎn)[10]，需要尋找新的儲量資源來提高油田技術(shù)可采儲量，從而保證油田的可持續(xù)開采。

2 儲采比與儲量替代率、遞減率的關(guān)系

2.1 儲采比與儲量替代率、遞減率關(guān)系

儲量替代率是指當(dāng)年新增可采儲量與年產(chǎn)油量的比值，其值越大表示儲量接替情況越好。目前國際主要大石油公司的儲量替代率一般為100%～150%[10,17]。

設(shè)第a年儲量替代率為：

Ta=ΔN/Qa

(2)

第a-1年儲采比為：

ωa-1=(NR,a-1-NP,a-1)/Qa-1

(3)

則第a年儲采比為：

(4)

式中：Ta為第a年儲量替代率，%；ωa為第a年儲采比；ωa-1為第a-1年儲采比；NR,a-1為第a-1年技術(shù)可采儲量，104m3；NP,a-1為第a-1年年初累計產(chǎn)油量，104m3；Qa為第a年產(chǎn)油量，104m3/a；Qa-1為第a-1年產(chǎn)油量，104m3/a；ΔN為第a年新增可采儲量，104m3。

將式(2)代入式(4)并整理得：

(5)

油田年遞減率為：

(6)

式中：Da為油田第a年遞減率，%。

將式(3)、(6)代入式(5)，整理后得：

(7)

式(7)即為儲采比與遞減率、儲量替代率的關(guān)系。

根據(jù)式(7)，取穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比為10.0，可作出進(jìn)入產(chǎn)量遞減階段第1年遞減率與同年儲采比的理論圖版(圖1a)。由圖1a可知，當(dāng)儲量替代率一定時，初始遞減率與同年儲采比呈正相關(guān)關(guān)系，初始遞減率越大，則同年儲采比越高。此時儲采比的升高是由于遞減率引起的，并非由于新增了可采儲量，因此無法借此判斷油田是否可以持續(xù)開發(fā)。

如果儲采比保持不變，式(7)可以變形為：

(8)

當(dāng)儲量替代率為0時，式(8)變?yōu)椋?/p>

(9)

根據(jù)式(8)，取儲采比為5～12，作儲量替代率與進(jìn)入產(chǎn)量遞減階段初始遞減率的關(guān)系曲線(圖1b)。由圖1b、式(9)可知，當(dāng)儲量替代率為0時，要保持儲采比不變，油田的產(chǎn)量是遞減的，儲采比與遞減率成倒數(shù)關(guān)系，即穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比越低，則初始遞減率越高。若要提高年產(chǎn)量，儲量替代率必須大于100%；若儲量替代率小于100%，產(chǎn)量就會發(fā)生遞減。

圖1 儲量替代率與產(chǎn)量遞減率、儲采比理論關(guān)系

2.2 穩(wěn)產(chǎn)階段儲采比與儲量替代率關(guān)系

如果油田處于穩(wěn)產(chǎn)階段，年產(chǎn)量基本保持不變，則Da=0，式(7)變?yōu)椋?/p>

ωa=ωa-1+Ta-1

(10)

由式(10)可知：①如果油田新增可采儲量等于當(dāng)年產(chǎn)油量，則儲采比保持不變；②如果新增可采儲量小于當(dāng)年產(chǎn)油量，則儲采比下降，需要挖掘油田潛力，尋找新的儲量資源；③如果新增可采儲量大于當(dāng)年產(chǎn)油量，則儲采比上升，此時油田具備穩(wěn)產(chǎn)的儲量條件。

若儲量替代率Ta為0，式(10)變?yōu)椋?/p>

ωa=ωa-1-1

(11)

由式(11)可知，儲量替代率為0時，穩(wěn)產(chǎn)期儲采比逐年減少1.0。如果穩(wěn)產(chǎn)期長，則穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比必然較低，由此導(dǎo)致初始遞減率增大。

3 儲采比與開發(fā)時間、累計產(chǎn)量、采出程度關(guān)系

由經(jīng)驗公式[18-20]可得：

lnωa=A-Blnt

(12)

lnωa=α-βlnNP

(13)

lnωa=γ-δlnR

(14)

式中：t為開發(fā)時間，a；R為采出程度，%；A、B、α、β、γ、δ為擬合系數(shù)。

由式(12)、(13)、(14)可知，儲采比與開發(fā)時間、累計產(chǎn)量、采出程度均成雙對數(shù)直線關(guān)系。隨著油田不斷開采，累計產(chǎn)油量逐漸增大，采出程度升高，儲采比逐漸下降。

4 儲采比與采油速度關(guān)系

運用油藏數(shù)值模擬軟件Eclipse建立一個由2個反九點井網(wǎng)并排組成的數(shù)值模型，模型基礎(chǔ)參數(shù)依據(jù)J油田地質(zhì)油藏特征選取：注水井為2口，采油井為13口，模型網(wǎng)格數(shù)為61×31×20，模型地質(zhì)儲量為248.67×104m3，平均滲透率為1 500 mD，孔隙度為26%，原始地層壓力為17.1 MPa，原油密度為0.931 g/cm3，原油黏度為26.0 mPa·s。初期采用定產(chǎn)油量生產(chǎn)，采油速度(V)變化范圍為2%～10%，由此得到采收率、儲采比、累計產(chǎn)油、穩(wěn)產(chǎn)時間以及遞減率的變化規(guī)律(表1)。由表1可知，采油速度越高，穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比越小，初始遞減率越大，穩(wěn)產(chǎn)時間越短。由年產(chǎn)油量與時間關(guān)系曲線(圖2a)可知，隨著逐年開采，年產(chǎn)油量先保持穩(wěn)定，后逐年遞減，穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比即為儲采比下限值。采油速度越小，穩(wěn)產(chǎn)時間越長，穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比越高，初始遞減率越小。由儲采比與采油速度關(guān)系曲線(圖2b)可知，儲采比與采油速度在雙對數(shù)條件下呈直線關(guān)系，采油速度越大，儲采比越小。此外，通過數(shù)值模擬研究得到儲采比和遞減率的關(guān)系與經(jīng)驗公式(9)也是一致的。

表1 油藏數(shù)值模擬結(jié)果

圖2 油藏數(shù)值模擬結(jié)果

5 礦場應(yīng)用

5.1 J油田儲采比變化規(guī)律分析

5.1.1 儲采比與儲量替代率、遞減率變化規(guī)律

J油田于1999年投產(chǎn)，整個開發(fā)階段中，儲采比主要經(jīng)歷4次上升(圖3)：第1次是在2001年，由于年產(chǎn)量達(dá)到峰值后迅速遞減，遞減率增大導(dǎo)致儲采比升高；第2次是2009年，油田新平臺的投產(chǎn)以及注聚合物的實施，可采儲量增加，儲采比升高；第3次是2012年油田進(jìn)行儲量挖潛，新增可采儲量，儲采比再次升高；第4次則是由于2014年產(chǎn)油量嚴(yán)重遞減導(dǎo)致的。由新增可采儲量導(dǎo)致的儲采比升高后，油田具有穩(wěn)產(chǎn)的潛力；由遞減率增大導(dǎo)致的儲采比上升，油田無法保證穩(wěn)產(chǎn)。最終得到J油田儲采比下限值為9.4，低于9.4時，油田需要進(jìn)行儲量挖潛，尋找新的儲量資源以保證油田可以持續(xù)開采。

圖3 J油田儲采比和年產(chǎn)油量與時間關(guān)系

5.1.2 儲采比與開發(fā)時間、累計產(chǎn)量、采出程度

取穩(wěn)定開采階段生產(chǎn)數(shù)據(jù)分別作儲采比與生產(chǎn)時間、累計產(chǎn)量和采出程度關(guān)系曲線(圖4)。由圖4可知，儲采比與生產(chǎn)時間、累計產(chǎn)量和采出程度在雙對數(shù)條件下呈直線關(guān)系，隨著不斷開發(fā)，累計產(chǎn)量逐漸增加，采出程度不斷升高，儲采比逐漸下降，這一變化規(guī)律符合式(12)～(14)。受儲量以及產(chǎn)量波動的影響，相關(guān)性也有所變化，當(dāng)產(chǎn)量保持穩(wěn)定的情況下，儲采比與生產(chǎn)時間、累計產(chǎn)量和采出程度的相關(guān)性最好。

圖4 儲采比與生產(chǎn)時間、累計產(chǎn)量、采出程度變化關(guān)系

5.2 L區(qū)塊儲采比變化規(guī)律分析

J油田隸屬于渤海L區(qū)塊，優(yōu)選L區(qū)塊11個油田，分析儲采比與采油速度、遞減率之間的關(guān)系(表2)。

表2 L區(qū)塊各油田儲采比、采油速度和遞減率統(tǒng)計

由表2可知，L區(qū)塊各油田穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比為4.6～10.4。由儲采比與采油速度以及初始遞減率關(guān)系曲線(圖5)可知，采油速度越高，儲采比越低(圖5a)；儲采比越低，則初始遞減率越大(圖5b)，符合式(9)變化規(guī)律。當(dāng)儲采比高于穩(wěn)產(chǎn)期末值時油田具備穩(wěn)產(chǎn)的潛力；反之，油田無法保證在現(xiàn)有儲量資源的前提下繼續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，需要深挖油田潛力，尋找新的儲量資源，使油田能夠持續(xù)生產(chǎn)。不同的油田穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比不同，油田的挖潛時機(jī)不同。對于海上油田，儲采比變化快，并不是低于8.0～12.0就一定不能穩(wěn)產(chǎn)，各油田還需根據(jù)各自地質(zhì)油藏特點得出合理的儲采比下限值，這樣才能更好地指導(dǎo)油田開發(fā)。

6 結(jié) 論

(1)通過大量數(shù)據(jù)分析和理論研究，并結(jié)合油藏工程和數(shù)值模擬方法，得到了儲采比與各影響因素之間的關(guān)系。利用這些規(guī)律可以有效地分析油田實際儲采比變化。

(2)穩(wěn)產(chǎn)期末儲采比越低，初始遞減率越高，為保證油田持續(xù)穩(wěn)定開采，需要較高的儲采比。由新增可采儲量引起的儲采比增長，油田具備穩(wěn)產(chǎn)潛力；由遞減率增大引起的儲采比增長無法保證穩(wěn)產(chǎn)。

(3)海上油田采油速度高，儲采比變化快，不能認(rèn)為儲采比的下限值一定在8～12的范圍，需結(jié)合自身地質(zhì)油藏特點切實得到符合油田生產(chǎn)規(guī)律的儲采比，找準(zhǔn)挖潛時機(jī)，才能指導(dǎo)油田高效開發(fā)。

圖5 儲采比與采油速度、遞減率關(guān)系