Research and Practice on Tapping Potential of Remaining Oil in Offshore Low Permeability Oilfields

Quanquan Liang, Yue Gu, Xiao Chen, Chenglin Liu

Shenzhen Branch of CNOOC Ltd., Shenzhen Guangdong

Abstract

Keywords

1. 引言

我國(guó)海上低滲油田儲(chǔ)量規(guī)模巨大，大多數(shù)油田開發(fā)進(jìn)入高含水期后產(chǎn)量遞減快，而陸上低滲油田的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)不適用于海上低滲油田的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)[1] [2] [3]。因此，亟需一種應(yīng)用于海上低滲油田開發(fā)中后期的提高采收率方法。目前，陸上各油田普遍都開展了剩余油分布及挖潛政策研究，通過剩余油精細(xì)描述，針對(duì)目標(biāo)區(qū)實(shí)施增產(chǎn)措施，提高了高含水期的開發(fā)效益與水平，而海上低滲開發(fā)后期油田也亟需經(jīng)濟(jì)有效剩余油挖潛措施[3] [4] [5] [6]。本文在油藏精細(xì)描述和剩余油精細(xì)表征的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)用MRC 儲(chǔ)層改造技術(shù)改善海上低滲油田開發(fā)中后期的開發(fā)效果，分析了該技術(shù)的海上適用性和提高采收率水平[7] [8]。

2. 油田開發(fā)現(xiàn)狀

LFQ 油田位于南海珠江口盆地北部坳陷帶內(nèi)珠I 坳陷的惠陸低凸起帶上。2500 油藏位于LFQ 油田珠江組下部，為一完整的穹隆背斜構(gòu)造，走向近東西向，屬構(gòu)造頂部較緩，翼部稍陡的短軸背斜，構(gòu)造圈閉面積16.4~19.9 km2，構(gòu)造平緩傾角小于3?，構(gòu)造完整，圈閉范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層。按油層物性特征可分為上部及下部：2500 油藏下部物性較好，是油田早期開發(fā)的主力油層，采出程度較高；2500 油藏上部又稱為α 層，是油田目前開發(fā)的主力油層。 2500 油藏α 層各小層滲透率在40~207 mD，70%區(qū)域的井點(diǎn)滲透率低于50 mD，少部分區(qū)域井點(diǎn)滲透率甚至低于10 mD，導(dǎo)致油井投產(chǎn)后產(chǎn)能嚴(yán)重不足，含水上升快，單井累積產(chǎn)油量低。α 層地質(zhì)儲(chǔ)量為646.47 × 104m3，目前采出程度僅為20.2%，綜合含水96.1%，具有較大挖潛空間，亟需開展儲(chǔ)層描述與剩余油分布研究，尋找經(jīng)濟(jì)有效的挖潛技術(shù)，釋放單井產(chǎn)能、提高油田采收率。圖1 為低滲油田開發(fā)后期剩余油挖潛綜合技術(shù)路線圖，首先通過儲(chǔ)層精細(xì)描述及剩余油表征尋找剩余油潛力區(qū)塊，再通過數(shù)值模擬進(jìn)行開發(fā)方式的優(yōu)選，結(jié)合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)選出最佳的開發(fā)方式，最后通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證開發(fā)方式的合理性。

Figure 1. Comprehensive technology roadmap 圖1. 綜合技術(shù)路線圖

3. 儲(chǔ)層精細(xì)描述及剩余油表征

本文以LFQ 油田α 層為研究對(duì)象，結(jié)合地震、測(cè)井等動(dòng)靜態(tài)資料，及開發(fā)評(píng)價(jià)井資料，開展測(cè)井資料合理應(yīng)用技術(shù)、儲(chǔ)層沉積(微)相研究、儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)研究、隔夾層精細(xì)研究、強(qiáng)非均質(zhì)儲(chǔ)層地質(zhì)模型優(yōu)選和特高含水期剩余油精細(xì)表征及其挖潛技術(shù)研究，形成一套特高含水期儲(chǔ)層精細(xì)描述、剩余油精細(xì)表征及其精細(xì)挖潛技術(shù)，指導(dǎo)油田后續(xù)增產(chǎn)措施方案的實(shí)施，提高油田產(chǎn)量和采收率。

3.1. 儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)

如圖2 所示，根據(jù)儲(chǔ)層特征與資料實(shí)際情況，本次研究從地震、井兩方面的分析與處理入手，針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層，采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法(PNN)分別進(jìn)行了密度體和自然伽馬體的預(yù)測(cè)。

Figure 2. Technology roadmap 圖2. 技術(shù)路線圖

1) 地震資料分析與拓頻處理。本次研究搜集了2014 年采集處理的單方位地震處理成果及新老資料雙方位融合地震處理成果，雙方位融合處理成果比單方位處理成果擁有更多的細(xì)節(jié)。對(duì)于薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)來說，有必要提高地震資料高頻部分的能量，以增強(qiáng)預(yù)測(cè)效果。目前，拓頻算法有很多，單純通過數(shù)學(xué)算法盲目提高地震頻率是不可接受的。本次研究采用譜蘭化方法，通過對(duì)井震綜合分析，對(duì)地震頻譜進(jìn)行整形，在確保不把噪聲水平提高到不可接受的水平前提下，改善地震資料的分辨率。

2) 聲波時(shí)差曲線重構(gòu)。研究區(qū)鉆穿、鉆遇目的層的井有14 口具有實(shí)測(cè)的聲波時(shí)差曲線，分析發(fā)現(xiàn)，在α 層頂部附近部分井的聲波時(shí)差曲線受井眼擴(kuò)徑影響嚴(yán)重，這種影響會(huì)導(dǎo)致合成記錄與井旁道相關(guān)性差，也會(huì)導(dǎo)致初始反演模型失真，有必要通過重構(gòu)消除井眼擴(kuò)徑對(duì)聲波時(shí)差曲線的影響。

3) 儲(chǔ)層響應(yīng)特征分析。通過不同巖性的密度-自然伽馬交匯圖分析，發(fā)現(xiàn)：密度曲線對(duì)α 層的砂巖與鈣質(zhì)砂巖具有較好的分辨性，大于2.42 g/cm3基本為鈣質(zhì)夾層，反之為砂巖儲(chǔ)層；自然伽馬曲線對(duì)2500下部的砂巖與泥質(zhì)夾層具有較好分辨性，大于110 API 基本為泥質(zhì)夾層，反之為砂巖儲(chǔ)層。因此，應(yīng)對(duì)α層和2500 下部分別預(yù)測(cè)密度體和自然伽馬體，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層及夾層預(yù)測(cè)。

4) 概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)。PNN 網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)需要在井旁地震道提取大量的RSA (Rock Solid Attribute)屬性，包括：瞬時(shí)屬性、子波屬性、幾何屬性、地球物理屬性、AVO 屬性、功率譜屬性、波形統(tǒng)計(jì)屬性等等。由于本次研究只對(duì)疊后資料進(jìn)行屬性分析，因此提取了除AVO 屬性和幾何屬性外的所有其他屬性。

在排球比賽場(chǎng)地的一側(cè)看臺(tái)上設(shè)置一臺(tái)高速數(shù)碼攝像機(jī)，為了采集全場(chǎng)數(shù)據(jù)，攝像機(jī)架設(shè)在一個(gè)離水平地面5m高平臺(tái)上的三腳架上，拍攝測(cè)試隊(duì)的整個(gè)比賽過程，整個(gè)比賽共打了四局，比賽結(jié)果為測(cè)試隊(duì)3∶1戰(zhàn)勝對(duì)手，然后利用芬蘭產(chǎn)的計(jì)算機(jī)軟件(AS-4)對(duì)拍攝的比賽錄像進(jìn)行解析，從而獲得運(yùn)動(dòng)員在比賽過程中有關(guān)彈跳的生物力學(xué)參數(shù)。該軟件的優(yōu)點(diǎn)是不需要明確攝像機(jī)三維空間位置和參數(shù)就可以進(jìn)行分析。該程序可以直接得到運(yùn)動(dòng)員在比賽中的起跳與落地、彈跳高度以及動(dòng)作時(shí)間的坐標(biāo)關(guān)系。另外，還可以計(jì)算出實(shí)時(shí)彈跳高度與實(shí)驗(yàn)室測(cè)得最大高度的百分比。

3.2. 精細(xì)地質(zhì)建模

1) 構(gòu)造建模；2) 屬性建模；3) 儲(chǔ)量計(jì)算；4) 模型粗化；5) 模型優(yōu)選。

3.3. 剩余油表征

在精細(xì)地質(zhì)研究和地質(zhì)建模成果基礎(chǔ)上，針對(duì)LFQ 油田α 層開展數(shù)值模擬研究，實(shí)現(xiàn)了剩余油精細(xì)表征(如圖3 所示)。在遵循數(shù)值模擬歷史擬合原則的前提條件下，定油進(jìn)行單井含水率、井底流壓擬合。數(shù)值模擬的擬合結(jié)果經(jīng)過與深度井以及過路井不同完鉆時(shí)間的含水飽和度測(cè)井結(jié)果相比較，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可靠性。

Figure 3. Residual oil saturation field diagram of α layer in LFQ oilfield 圖3. LFQ 油田α 層剩余油飽和度場(chǎng)圖

4. 油藏?cái)?shù)值模擬研究

在儲(chǔ)層精細(xì)描述及剩余油表征的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬技術(shù)，研究了采用原水平井水力壓裂、調(diào)整井(直井和水平井)及MRC (老井眼上側(cè)鉆一個(gè)或多個(gè)分支井眼)的增產(chǎn)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)增效，并優(yōu)選措施。

4.1. 數(shù)值模擬方案設(shè)計(jì)

此次數(shù)值模擬研究以LFQ 油田α 層20H2 井為例，研究海上低滲油田開發(fā)后期，生產(chǎn)井暴性水淹后，剩余油經(jīng)濟(jì)挖潛措施。圖4 為20H2 井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線，可以看出20H2 井含水率極高，經(jīng)濟(jì)效益差，亟需增產(chǎn)改造措施。在本節(jié)將以20H2 井為目標(biāo)，研究針對(duì)海上低滲老油田天然能量開采后期的剩余油挖潛對(duì)策及效果評(píng)價(jià)。

Figure 4. Production dynamic curve of Well 20H2 in alpha layer of LFQ oilfield 圖4. LFQ 油田α 層20H2 井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

措施評(píng)價(jià)：1) 原水平井壓裂；2) 調(diào)整井(直井)；3) 調(diào)整井(水平井)；4) MRC(多分支水平井)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)：1) 增產(chǎn)效果；2) 經(jīng)濟(jì)增效。

4.2. 增產(chǎn)效果對(duì)比

通過數(shù)值模擬分析了LFQ 油田α 層20H2 井在2016 年6 月后各類增產(chǎn)措施的效果，如圖5 各類增產(chǎn)措施的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線所示，原方案繼續(xù)生產(chǎn)時(shí)，由于原水平井附近剩余油飽和度低，且暴性水淹，產(chǎn)油速度接近0，含水率接近100%，剩余油挖潛效果極差；當(dāng)在原水平井基礎(chǔ)上進(jìn)行水力壓裂措施時(shí)，瞬時(shí)產(chǎn)油量高，但含水率上升速度快，產(chǎn)油速度下降快，剩余油挖潛改善效果差；當(dāng)在原水平井基礎(chǔ)上采用MRC 技術(shù)改造措施時(shí)，提高了產(chǎn)油速度，剩余油挖潛改善效果好；當(dāng)采用直井挖潛時(shí)，提高了產(chǎn)油速度，但剩余油挖潛改善效果差于MRC；因此，采用MRC 多分支技術(shù)后，剩余油挖潛效率高，增產(chǎn)效果好。

Figure 5. Production dynamic curves of various production increase measures 圖5. 各類增產(chǎn)措施的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

4.3. 經(jīng)濟(jì)增效對(duì)比

如表1 各類增產(chǎn)措施的經(jīng)濟(jì)增效對(duì)比所示，對(duì)于海上低滲油田開發(fā)后期，剩余油飽和度低，含水率高，當(dāng)在原水平井基礎(chǔ)上進(jìn)行壓裂措施時(shí)，海上壓裂措施費(fèi)用高，雖然瞬時(shí)產(chǎn)油量增高明顯，但累積增油量低，經(jīng)濟(jì)增效差；當(dāng)采用MRC 多分支技術(shù)時(shí)，利用分支水平井動(dòng)用了更多的剩余油，累積增油量高，且相對(duì)于布置一口水平井，增產(chǎn)措施費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)增效更高；當(dāng)布置一口直井挖潛剩余油時(shí)，有效動(dòng)用面積小，累積增油量較水平井低，經(jīng)濟(jì)增效差于MRC 多分支井；因此，采用MRC 多分支技術(shù)時(shí)，增產(chǎn)措施費(fèi)用低，剩余油動(dòng)用儲(chǔ)量大，經(jīng)濟(jì)開采效益最佳。

Table 1. Comparison of economic efficiency of various production increase measures 表1. 各類增產(chǎn)措施的經(jīng)濟(jì)增效對(duì)比

數(shù)值模擬結(jié)果表明，海上低滲油田開發(fā)后期，開發(fā)水平井附近剩余油飽和度低，含水率高，為改善生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，在原水平井基礎(chǔ)上進(jìn)行水力壓裂增產(chǎn)措施時(shí)，雖然增油量得到大幅度提升，但由于開發(fā)水平井附近剩余油飽和度低，導(dǎo)致了產(chǎn)油量遞減速度快，含水率急劇上升，且海上壓裂成本極高，所以采用壓裂措施不具備經(jīng)濟(jì)性；當(dāng)采用調(diào)整井(直井)開發(fā)時(shí)，較采用調(diào)整井(水平井)開發(fā)動(dòng)用程度更低，經(jīng)濟(jì)效益較差；當(dāng)采用MRC 多分支技術(shù)時(shí)，剩余油挖潛效果好，較調(diào)整井(水平井)增產(chǎn)措施費(fèi)用低，更適用于海上低滲油田開發(fā)后期的剩余油經(jīng)濟(jì)挖潛。

5. 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐及認(rèn)識(shí)

MRC 技術(shù)是集精細(xì)地質(zhì)油藏描述、井眼軌道設(shè)計(jì)、側(cè)鉆技術(shù)、鉆井液設(shè)計(jì)、精確地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、多分支獨(dú)立完井技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)于一體的技術(shù)集成，各技術(shù)不斷發(fā)展完善，使得MRC 作業(yè)越來越高效，效果不斷提升。精細(xì)地質(zhì)油藏描述技術(shù)對(duì)零星剩余油分布進(jìn)行準(zhǔn)確刻畫，又為MRC 作業(yè)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，是油井取得高產(chǎn)的保障。

5.1. MRC 技術(shù)實(shí)施策略

精細(xì)地質(zhì)油藏描述技術(shù)對(duì)零星剩余油分布進(jìn)行準(zhǔn)確刻畫，為MRC 作業(yè)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，是油井取得高產(chǎn)的保障。井眼軌道設(shè)計(jì)在防碰的前提下，結(jié)合鉆井工具的造斜能力保證能達(dá)到設(shè)計(jì)靶點(diǎn)。懸空劃槽側(cè)鉆技術(shù)依靠鉆具自重實(shí)現(xiàn)劃槽，使分支井眼與老井眼分離。在懸空劃槽時(shí)，當(dāng)劃槽點(diǎn)狗腿度小于4.5?/30m，采用牙輪鉆頭+帶彎角的馬達(dá)鉆具進(jìn)行作業(yè)；當(dāng)劃槽點(diǎn)狗腿度大于4.5?/30m，采用PDC 鉆頭 + 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具進(jìn)行作業(yè)。鉆井液性能對(duì)MRC 井的效果具有重要影響，既要保證井壁穩(wěn)定、井眼清潔，又要滿足潤(rùn)滑防卡、防漏堵漏和儲(chǔ)層保護(hù)的要求。精確地質(zhì)導(dǎo)向是MRC 作業(yè)實(shí)施效果的保證，也是整個(gè)作業(yè)的關(guān)鍵所在。MRC 作業(yè)的儲(chǔ)層一般較薄，且作業(yè)過程中要追求更好物性的儲(chǔ)層，這就要求導(dǎo)向工具及時(shí)反饋可靠的地層數(shù)據(jù)，隨鉆跟蹤人員利用這些數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，保證分支井眼有效長(zhǎng)度盡可能長(zhǎng)。在作業(yè)過程中，向已打開的分支中替入合適的暫堵劑，形成暫時(shí)的屏蔽作用，避免另一分支返出的泥漿、巖屑進(jìn)入該分支，造成二次污染。

5.2. MRC 技術(shù)實(shí)施效果

目前，MRC 技術(shù)已在LFQ 油田進(jìn)行了工業(yè)化推廣應(yīng)用，主要用于老井通過MRC 技術(shù)改造儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)剩余油經(jīng)濟(jì)開采。如表2 所示，自2012 年第一口MRC 井成功實(shí)施以來，LFQ 油田共實(shí)施了9 井次MRC 作業(yè)，平均分支數(shù)2 條，平均分支長(zhǎng)度580 米，均取得了較好的增產(chǎn)效果，累計(jì)增油36.5 × 104m3。由圖6 作業(yè)前與作業(yè)后日產(chǎn)油與含水率的關(guān)系曲線中可以看出，老井通過MRC 技術(shù)改造后，產(chǎn)油量提高了491%，單井含水率平均下降18%，極大的提升了剩余油挖潛效率。

MRC 技術(shù)在LFQ 油田取得了顯著的增產(chǎn)成效，且其施工工期短，成本低，已經(jīng)成為L(zhǎng)FQ 油田挖潛剩余油最有效的技術(shù)手段。后期還將在已實(shí)施MRC 的井再次進(jìn)行MRC 作業(yè)，進(jìn)一步增大油藏接觸面積，建立立體滲流體系，進(jìn)一步增大泄油面積，提高最終采收率。

6. 結(jié)論

1) 結(jié)合地震、測(cè)井等動(dòng)靜態(tài)資料，及開發(fā)評(píng)價(jià)井資料，開展測(cè)井資料合理應(yīng)用技術(shù)、儲(chǔ)層沉積(微)相研究、儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)研究、隔夾層精細(xì)研究、強(qiáng)非均質(zhì)儲(chǔ)層地質(zhì)模型優(yōu)選和特高含水期剩余油精細(xì)表征及其挖潛技術(shù)研究，形成一套特高含水期儲(chǔ)層精細(xì)描述、剩余油精細(xì)表征及其精細(xì)挖潛技術(shù)，指導(dǎo)油田后續(xù)增產(chǎn)措施方案的實(shí)施，提高油田產(chǎn)量和采收率。

2) 在精細(xì)儲(chǔ)層描述研究的基礎(chǔ)上，研究了各增產(chǎn)措施的經(jīng)濟(jì)開發(fā)有效性，數(shù)值模擬結(jié)果表明MRC儲(chǔ)層改造技術(shù)可有效動(dòng)用井周圍剩余油，經(jīng)濟(jì)效益最佳，適合海上低滲油田開發(fā)后期剩余油挖潛。

3) MRC 儲(chǔ)層改造技術(shù)在老井眼上側(cè)鉆出一個(gè)或多個(gè)分支井眼，能有效增大油層接觸面積，提高低滲透油藏剩余油動(dòng)用程度，并提高油田最終采收率。MRC 技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)都影響著最終實(shí)施效果，確保各個(gè)環(huán)節(jié)最優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能最大化。

4) MRC 技術(shù)工期短、成本低，增產(chǎn)效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益巨大，是低滲透油藏高效開發(fā)的重要技術(shù)手段，在LFQ 油田區(qū)域具有很大的推廣空間。