砂巖油田注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整方法

高海龍,柳朝陽(yáng),王倩,楊永強(qiáng)

1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 研究院，西安 710075; 2.延長(zhǎng)油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西 延安 716000； 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 成礦作用與成礦過程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083

0 引言

油氣田開發(fā)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，根據(jù)油氣藏類型、地層能量、含水及產(chǎn)量等眾多開采參數(shù)特征的不同，油氣田開采階段有不同的分類方法[1]?？梢园春畡澐珠_發(fā)階段，如童憲章在20世紀(jì)80年代初曾提出如下的按含水劃分：①低含水(含水0%～25%)、②中含水(含水25%～75%)、③高含水(含水75%～90%)和④特高含水(含水90%以上)等4個(gè)開發(fā)階段[2]；也可以按油氣田開發(fā)全過程劃分：即油藏投產(chǎn)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、產(chǎn)量遞減和低產(chǎn)等4個(gè)階段[3]；也可以按產(chǎn)能建設(shè)、注水開發(fā)、調(diào)整治理和綜合調(diào)整治理等劃分油氣田的開采階段；還有按開采方法劃分:一次采油階段、二次采油階段和三次采油階段[4]。采液速度和采油速度是其中兩個(gè)重要的指標(biāo)，依照其變化可以把油田不同開采階段劃分為3種模式，即提液穩(wěn)產(chǎn)模式、穩(wěn)液降產(chǎn)模式和降液控水模式[5--6]。而針對(duì)不同的油氣藏類型和不同的開發(fā)模式，在油氣田不同的開發(fā)階段，注采結(jié)構(gòu)中存在的問題也是不同的，因此注采結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要方法和調(diào)整的效果都是不同的。

油田注采結(jié)構(gòu)調(diào)整是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程, 不僅涉及到油藏工程方面研究, 而且也涉及到采油工藝先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，開采涉及到復(fù)雜的物理化學(xué)過程[7]。在油田注采結(jié)構(gòu)分析中既要發(fā)揮調(diào)整井、分層注水(堵水、壓裂)和優(yōu)選油井工作制度等作用，也要搞好油田注采結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)整。首先要搞清注水狀況和地下油、水的分布狀況以及不同油層的開采狀況, 同時(shí)掌握油田不同油井、不同油層的生產(chǎn)能力、含水率和壓力變化等[8],并在這個(gè)基礎(chǔ)上研究油田的各種采油潛力。重視各種潛力，了解注采結(jié)構(gòu)調(diào)整、穩(wěn)油控水的必要條件，就可以著手編制油田進(jìn)行注水、采液、含水結(jié)構(gòu)分析和穩(wěn)油控水等注采結(jié)構(gòu)總體方案的優(yōu)化調(diào)整。

1 優(yōu)化調(diào)整注采結(jié)構(gòu)的必要性

國(guó)內(nèi)外許多不同類型、不同開發(fā)階段砂巖油田的注水開發(fā)采油的案例表明, 通常由于非均質(zhì)性的油層導(dǎo)致了油田開發(fā)的不均衡,往往滲透率高的好油層最先開采、最先水淹，且最先進(jìn)入高含水期；而低滲透率的油層開采推后，甚至無(wú)法動(dòng)用,通常需要加密調(diào)整才能得到動(dòng)用。高儲(chǔ)量油田的開采常常是由易到難, 開發(fā)井網(wǎng)也由稀到密,開發(fā)層系也是由粗到細(xì)。而不同油田的不同含水階段,其開采也因地下油水分布和油水井開采條件的不同,油田穩(wěn)產(chǎn)的具體做法也是變化的。通過研究分析國(guó)內(nèi)外一些注水開發(fā)砂巖油田中、高含水期開發(fā)資料[5--10],發(fā)現(xiàn)采用“提液穩(wěn)產(chǎn)”模式開發(fā)的水驅(qū)油田,其初期的采油速度一般不太高，隨著含水率上升,通過提液油田穩(wěn)產(chǎn)期可達(dá)7～12年, 而提液的主要措施包括增加開發(fā)井?dāng)?shù)、擴(kuò)大生產(chǎn)壓差和改善滲流條件等，同時(shí)逐步采用各種措施提高產(chǎn)液量以彌補(bǔ)可能出現(xiàn)的產(chǎn)量遞減。然而采用“提液穩(wěn)產(chǎn)”模式開發(fā)的油田，穩(wěn)產(chǎn)期綜合含水率通常低于80%，其采油速度通常低于2%,經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較差。采用“穩(wěn)液降產(chǎn)”模式開發(fā)的油田,初期采油速度高，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間較短,通常不超過6～8年,經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較好[11]。

油田注水開發(fā)過程中, 依據(jù)其產(chǎn)液量的變化而進(jìn)行油田地面工程建設(shè)和改造程度，所以在油田注水開發(fā)過程中,首先要注意油田含水上升率的變化, 尤其是液/油比值的變化。因?yàn)殡S著含水率的上升,液/油比值的增長(zhǎng)也將急速地加快,導(dǎo)致地面集輸、注水系統(tǒng)和污水處理等地面工程項(xiàng)目需要相應(yīng)調(diào)整和改造。如果頻繁調(diào)整，會(huì)大大影響油田穩(wěn)產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。在很多情況下,如油田含水率達(dá)到80%時(shí),要想繼續(xù)保持油田穩(wěn)產(chǎn),應(yīng)盡量減少提液穩(wěn)產(chǎn)措施，避免由于頻繁改造地面工程，而造成經(jīng)濟(jì)效益降低。因此，只有創(chuàng)造出一條適合油田自身高含水期“穩(wěn)水控油”開發(fā)的新模式,才能獲得較好的開發(fā)效果和較高的經(jīng)濟(jì)效益。

2 注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整中存在的常見問題

注采結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到油田的開發(fā)效果，在油氣田不同的開發(fā)階段，注采結(jié)構(gòu)中存在的問題也是不同的。如新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)方案地質(zhì)方面的研究主要是基于地震資料開展的，在地質(zhì)方面的認(rèn)識(shí)如構(gòu)造、儲(chǔ)層和沉積等通常與實(shí)際地質(zhì)情況有較大的出入；而在油田開發(fā)的中后期則常因注、采等生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料的計(jì)量、采集不準(zhǔn)確而導(dǎo)致對(duì)剩余油分布的認(rèn)識(shí)不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響注采結(jié)構(gòu)的調(diào)整?？傊?，注采結(jié)構(gòu)調(diào)整中存在的問題較多，歸納起來(lái)主要有以下7個(gè)方面[12--14]。

微構(gòu)造方面的問題新區(qū)投產(chǎn)通常是根據(jù)少量探井、評(píng)價(jià)井的鉆探成果，在以地震資料的構(gòu)造解釋為主形成的構(gòu)造圖基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)井位的部署，由于受地震資料精度所限，構(gòu)造圖的精度往往不夠，微構(gòu)造通?？坍嫴怀鰜?lái)，從而成為注采結(jié)構(gòu)調(diào)整的一個(gè)重要影響因素。

儲(chǔ)層、沉積微相方面的問題新區(qū)開發(fā)方案通常是依據(jù)少量探井、評(píng)價(jià)井，在地震反演描述的儲(chǔ)層分布、物性和沉積相、沉積微相基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)井網(wǎng)的部署，因此新區(qū)方案井網(wǎng)難以保證是最佳開發(fā)井網(wǎng)。

剩余油分布方面的問題油田無(wú)論是原始地層能量開發(fā)階段還是注水開發(fā)階段，油田經(jīng)過一段時(shí)間開發(fā)后，油氣在儲(chǔ)層中的分布變得極為不均勻而分散，因此剩余油分布的研究則成為注采結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)鍵因素。

開發(fā)中后期注采結(jié)構(gòu)適應(yīng)性較差問題因?yàn)橛蜕绑w主體部位長(zhǎng)期注水好, 則層間干擾大；而砂體邊緣部位、上傾尖滅部位在注水時(shí)其對(duì)應(yīng)差、動(dòng)用更差。

注水井配注不達(dá)標(biāo)和超注問題如果部分注水井、注水層段超配注水,導(dǎo)致調(diào)整、控制難度大；而另一部分注水井、注水層段達(dá)不到配注要求。

油田井下技術(shù)狀況持續(xù)變差的問題隨著油田開發(fā)的進(jìn)行，套管錯(cuò)斷、破裂、漏失和變形的井?dāng)?shù)將急劇增加。

技術(shù)及工藝問題現(xiàn)有技術(shù)手段不能很好地解決厚油層內(nèi)細(xì)分挖潛調(diào)整的需要，以及工藝落后的問題。

3 注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的主要方法

3.1 幾種注采結(jié)構(gòu)調(diào)整的方法

方凌云等認(rèn)為油田開發(fā)注采結(jié)構(gòu)調(diào)整主要包括開發(fā)層系、井網(wǎng)的階段性及較大規(guī)模的調(diào)整[15]。但在注采井網(wǎng)的條件基本不改變的情況下, 采取各種地質(zhì)措施、工藝改進(jìn)措施,通過調(diào)整油、水井的注采強(qiáng)度和生產(chǎn)壓差, 從而不斷擴(kuò)大注入水的波及體積, 可以改善油田開發(fā)的效果。秦同洛等[16]認(rèn)為，油田開發(fā)注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整包括層系、井網(wǎng)、驅(qū)動(dòng)方式和開采工藝等方面的調(diào)整。

綜合考慮不同的專家、學(xué)者在研究注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整時(shí)，由于儲(chǔ)層特征、油氣藏類型、井網(wǎng)和開發(fā)階段等諸多因素的不同，給出的注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整方案也是不一樣的。歸納起來(lái)，注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整分為注水結(jié)構(gòu)的調(diào)整和采液結(jié)構(gòu)的調(diào)整兩大類；也可以分為注采井層的調(diào)整和注采量的調(diào)整，無(wú)論是注還是采又分別有不同的調(diào)整方法。有時(shí)為了達(dá)到注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的目的, 一定要先對(duì)沉積微相、地層構(gòu)造及剩余油分布進(jìn)行精細(xì)的研究，根據(jù)地層構(gòu)造特點(diǎn)調(diào)整注采結(jié)構(gòu)，并根據(jù)微構(gòu)造研究進(jìn)行注采井網(wǎng)適應(yīng)性分析，從而提高油井改層、調(diào)整注水量等措施的效果[17--19]。

構(gòu)造特點(diǎn)調(diào)整注采結(jié)構(gòu)主要進(jìn)行微構(gòu)造研究、注采井網(wǎng)適應(yīng)性分析，調(diào)整措施通常為油井改層和調(diào)整注水量。通過構(gòu)造精細(xì)分析, 確定微構(gòu)造高點(diǎn)、斷層位置、分流線及砂體邊緣相等為剩余油富集區(qū)，并采取相應(yīng)的注采調(diào)整措施,明顯效果。

沉積微相特點(diǎn)調(diào)整注采結(jié)構(gòu)主要開展沉積微相研究和生產(chǎn)井層分布狀況的分析，其調(diào)整的主要步驟包括優(yōu)選河床、河道亞相調(diào)剖堵水、優(yōu)選射孔層位和井段、避射底部強(qiáng)水淹段，按沉積相帶調(diào)整好壓力場(chǎng)分布, 控制高壓區(qū)高壓層注水。

3.2 注水結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要方法

根據(jù)油田地質(zhì)研究成果，結(jié)合注水井的地質(zhì)特點(diǎn)和注水工藝措施，主要有以下4方面的方法[20--22]。

進(jìn)行注水結(jié)構(gòu)的平面調(diào)整,完善或調(diào)整注采系統(tǒng)主要是在注采關(guān)系不完善的地區(qū)，主要通過轉(zhuǎn)注老油井、修復(fù)套損注水井或適當(dāng)補(bǔ)鉆新注水井，進(jìn)而改變注采井?dāng)?shù)比和注水方式，使原設(shè)計(jì)注采系統(tǒng)盡量完善。

進(jìn)行注水結(jié)構(gòu)的縱向調(diào)整，提高注水井的分注率針對(duì)砂巖油田不同油層儲(chǔ)量動(dòng)用情況和含水狀況,進(jìn)而不斷提高注水井分注率。

第一消除欠注井層，需要結(jié)合構(gòu)造、沉積微相等地質(zhì)特點(diǎn), 通過注采井組分析，有針對(duì)性地采取切實(shí)可行的手段, 消除欠注層段，加強(qiáng)地層能量，這是注水結(jié)構(gòu)調(diào)整中的最重要方法。第二減少超注井層，通過對(duì)注采井組注水、產(chǎn)液的分析，有針對(duì)性地采取切實(shí)可行的措施,最大限度地減少超注井層、減少低效注入水和無(wú)效循環(huán)。

開展注水井整體調(diào)剖、改善吸水剖面工作從注水井進(jìn)行的封堵高滲透層的作業(yè)，調(diào)整注水層段的吸水剖面，從整體上解決注水井層不均衡注水的現(xiàn)象，提高注水效果。

滿足油層產(chǎn)液結(jié)構(gòu)變化的需求，并進(jìn)行跟蹤分析并不斷調(diào)整針對(duì)實(shí)施措施后各油井和油層產(chǎn)出液增長(zhǎng)或下降變化的情況,對(duì)開采效果不好的井或?qū)游?要及時(shí)進(jìn)行原配注方案的檢查、分析,相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

3.3 采液結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整主要方法

在很大程度上，一個(gè)油田采液結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的關(guān)鍵就是要將基礎(chǔ)井網(wǎng)的采液量和產(chǎn)油量的關(guān)系優(yōu)化好。從油田開發(fā)實(shí)踐中得到如下認(rèn)識(shí): 一是不能只注意調(diào)整井的投產(chǎn)和產(chǎn)量的接替,而忽略基礎(chǔ)井網(wǎng)的調(diào)整； 二是如果在調(diào)整井接替基礎(chǔ)井網(wǎng)的部分產(chǎn)油量以后,忽略基礎(chǔ)井網(wǎng)的控水工作，卻過多強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)井網(wǎng)的穩(wěn)產(chǎn)。

采液結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整主要有以下幾種方法：

油田分區(qū)采液結(jié)構(gòu)的調(diào)整將油田總的年產(chǎn)油量目標(biāo)，按每區(qū)的含水率、剩余可采儲(chǔ)量、采油速度、采出程度、潛力的分布和調(diào)整井的部署等分配到每個(gè)區(qū)，從而確定分區(qū)的年采液目標(biāo)。

分類井產(chǎn)液結(jié)構(gòu)的調(diào)整根據(jù)基礎(chǔ)井網(wǎng)以及不同時(shí)期投入調(diào)整井的含水率和開采狀況調(diào)整分類井的采液和含水結(jié)構(gòu)。

單井結(jié)構(gòu)的調(diào)整根據(jù)確定的每類單井具體目標(biāo)，把各種措施落實(shí)到每類單井的每口井, 進(jìn)行每類單井的采液和含水結(jié)構(gòu)的調(diào)整。封堵層間以及層內(nèi)的高滲透層段，并結(jié)合油層改造等措施開采動(dòng)用較差的中等滲透層段或低滲透層段油層。從油井進(jìn)行封堵高滲透、高能量和強(qiáng)水淹等干擾層的作業(yè)，可以大幅度減少油井的產(chǎn)液(主要是產(chǎn)水量)，從而提高動(dòng)用較差的中、低滲透油層的產(chǎn)液能力(主要是產(chǎn)油的能力)[23--25]。

平面上改善采出不平衡的狀況不同注采井組的產(chǎn)液量不同，應(yīng)從產(chǎn)液的角度維持油田或區(qū)塊不同井組產(chǎn)液基本均衡。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 區(qū)塊概況

延長(zhǎng)油田富縣姜家川區(qū)塊位于直羅鎮(zhèn)東北約10 km處，全區(qū)處于直羅鎮(zhèn)境內(nèi)。油田發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，主要產(chǎn)油層段為延長(zhǎng)組長(zhǎng)1、長(zhǎng)2油層組；1995年以后，勘探的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向長(zhǎng)6油層組及其以下層位；2010年投入大規(guī)模勘探與開發(fā)，現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的含油層系主要為長(zhǎng)8油層組。長(zhǎng)8油層組屬三角洲前緣亞相，砂巖孔隙度為1.3%～16.1%，平均7.1%；滲透率為0.012×10-3～2.440×10-3μm2，平均0.278×10-3μm2，屬低孔隙度、特低滲透率儲(chǔ)層，儲(chǔ)層物性較差(圖1)。長(zhǎng)8油層埋藏深度一般為1 030～1 450 m，富西84井試油獲日產(chǎn)油6.65 t。姜家川區(qū)塊長(zhǎng)82大部分井于2010年、2011年投產(chǎn)。目前，姜家川區(qū)塊的開發(fā)經(jīng)歷了試采(2009年9月—2010年10月)、產(chǎn)能建設(shè)(2010年11月—2013年12月)和穩(wěn)產(chǎn)(2014年1月至今)共3個(gè)開發(fā)階段。目前，產(chǎn)量穩(wěn)定在30 t/d±，綜合含水穩(wěn)定在10%±，平均采油速度為0.45%，采出程度為3.69%，已累計(jì)產(chǎn)油達(dá)到10.74×104t(圖2)。

4.2 存在的主要問題及綜合調(diào)整

延長(zhǎng)油田開采存在主要問題為：①水驅(qū)控制及動(dòng)用儲(chǔ)量太低；②井網(wǎng)不完善，多向受益井較少；③注采對(duì)應(yīng)率低，僅為78%；④采出程度及采油速度低；⑤注水水源不穩(wěn)定、設(shè)備老化等。

針對(duì)以上問題，筆者研究后提出綜合調(diào)整措施為：①完善注采井網(wǎng)，先后投轉(zhuǎn)注注水井21口，實(shí)現(xiàn)水驅(qū)面積和開發(fā)面積100%相等(圖2)；②提高注采對(duì)應(yīng)率，共射孔110 m，注采對(duì)應(yīng)率可提升到98%以上；③注水井降壓增注，先后注水井水力壓裂20口，高能氣體壓裂4口，超聲波解堵1口，平均注水壓力下降4.7 MPa；④采油速度及采出程度低的治理，地下虧空較大，地層能量不足是該區(qū)塊單井產(chǎn)量低、采油速度低的主要原因，先后在該區(qū)逐步開展強(qiáng)注試驗(yàn)，強(qiáng)化提高單井注水量，補(bǔ)充能量，同時(shí)開展提高采收率的試驗(yàn)(如減氧空氣驅(qū)等)，以提高單井產(chǎn)量，提高采收率和采出程度。

圖1 富西6叢8井三角洲前緣沉積微相柱狀圖Fig.1 Column of delta front sedimentary microfacies in Well Fuxi 6 Cong 8

圖2 富縣姜家川區(qū)塊開采現(xiàn)狀圖Fig.2 Present situation of exploitation of Jiangjia block in Fuxian

5 注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的效果分析

在進(jìn)行注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整時(shí),對(duì)基礎(chǔ)井網(wǎng)既不能放松調(diào)整工作,也不能只重視控制產(chǎn)油量的遞減而忽略控制含水率的上升[13，26--27]。應(yīng)該在充分做好平面調(diào)整的基礎(chǔ)上,努力控制產(chǎn)油量的遞減和含水率的上升,使基礎(chǔ)井網(wǎng)的控水工作建立在不斷改善其開發(fā)效果的基礎(chǔ)上進(jìn)行。油田在高含水期尤其高含水后期進(jìn)行注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的目標(biāo)是: 在不斷改善基礎(chǔ)井網(wǎng)的開發(fā)效果的條件下,保持全油田產(chǎn)油量的穩(wěn)定和產(chǎn)液量少量增長(zhǎng)。注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化、調(diào)整后通常都會(huì)取得不錯(cuò)的開發(fā)效果，油田降本增效非常明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①欠注井層、欠注水量比例明顯降低；②低效或無(wú)效超注水量得到控制；③實(shí)際分層注水合格率得到顯著提高；④注水井吸水剖面明顯改善；⑤部分油井見到明顯的調(diào)整效果；⑥油田開發(fā)形勢(shì)明顯好轉(zhuǎn)。

總之，在水驅(qū)砂巖油田開發(fā)后期,由于平面水驅(qū)的不均勻性以及縱向矛盾逐漸加大,導(dǎo)致注水結(jié)構(gòu)和產(chǎn)液結(jié)構(gòu)的不合理性表現(xiàn)更加突出,必須根據(jù)構(gòu)造特點(diǎn)調(diào)整注采結(jié)構(gòu)，根據(jù)微構(gòu)造和沉積微相特征進(jìn)行注采井網(wǎng)的適應(yīng)性調(diào)整，從而提高注水結(jié)構(gòu)面橫縱向調(diào)整和注水井整體調(diào)整，以及油田分區(qū)、油井分類和單井結(jié)構(gòu)調(diào)整等注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的切實(shí)效果，達(dá)到進(jìn)行綜合治理并使開發(fā)效果進(jìn)一 步提高。

6 結(jié)論

(1)砂巖油田開發(fā)過程中注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程，主要存在地質(zhì)(構(gòu)造、儲(chǔ)層和沉積)研究不到位、注采井網(wǎng)不完善和注采結(jié)構(gòu)適應(yīng)性較差等主要問題。

(2)加強(qiáng)基礎(chǔ)地質(zhì)研究、完善注采井網(wǎng)、注水結(jié)構(gòu)和采液結(jié)構(gòu)，并區(qū)別對(duì)待是砂巖油田開發(fā)過程中注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的重要內(nèi)容。

(3)采液速度和采油速度是其中兩個(gè)重要的指標(biāo)，依照其變化把油田不同開采階段劃分為提液穩(wěn)產(chǎn)模式、穩(wěn)液降產(chǎn)模式和降液控水3個(gè)模式。

(4)砂巖油田開發(fā)過程中注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整將改善采液速度、采油速度和綜合含水等重要的指標(biāo)，從而提高“控水穩(wěn)油、降本增效”的切實(shí)效果。