塊狀邊底水油藏剩余油分布規(guī)律研究

劉衛(wèi)麗

大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶

1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外在底水油藏的剩余油研究方面主要是圍繞水錐形態(tài)、臨界產(chǎn)量和見水時(shí)間及其影響因素這三個(gè)點(diǎn)展開的?！芭R界產(chǎn)量”這一概念最早由法國工程師Dupuit 在研究解決地下水工程問題時(shí)提出，我們稱之為Dupuit 臨界產(chǎn)量[1]。1935年，Muskat 和Wyckoff [2]首先提出了水錐理論，根據(jù)壓降算出臨界產(chǎn)量，建立了一套基礎(chǔ)底水錐進(jìn)理。1954年Mayer 和Garde[3]提出水錐是由井底向外延伸的壓力降形成的，推導(dǎo)出了臨界產(chǎn)量的計(jì)算公式。最早通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)來研究底水油藏開采的是Henley，Owens和Craig，1961年，他們利用比例模型分析了流量、毛管力、重力、井的打開程度和井距等一系列因素的影響。結(jié)果表明，通過在井底設(shè)置非滲透隔板能有效提高底水油藏的原油采收率。1993年，考慮到油井污染的問題，李傳亮[3]把表皮因子引進(jìn)Dupuit 臨界產(chǎn)量，修正了Dupuit 公式(1993年)，提出利用礦場資料來確定臨界產(chǎn)量的方法(1993年)。1997年，喻高明[4]等通過數(shù)值模擬方法研究砂巖底水油藏水錐影響因素。如采油速度、射開程度、油水粘度比、井距、毛管壓力、夾層大小及位置、油層沉積韻律、邊底水能量。直到1999年M.R.Islam [5]提出采用水平井開采也是一種抑制水錐的方法。但鉆水平井技術(shù)難度大、投資高，限制了其在底水油藏中的應(yīng)用。但隨著水平井技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，水平井被越來越多的應(yīng)用在砂巖底水油藏的開發(fā)中。隨之，底水油藏開發(fā)的理論不斷成熟，2004年，陳滿朝[6]等在綜合考慮水平井開發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)資金平衡原理，建立了底水油藏水平井合理水平段長度的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，求解可得到考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件下水平井合理水平段長度、水平段位置和生產(chǎn)壓差。20世紀(jì)90年代以來，各個(gè)產(chǎn)油國非常重視密閉取心的分析和第一手資料的收集，完善了動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，使剩余油分布的研究精度有了較大提高[7]。

2.研究區(qū)地質(zhì)概況

某油田構(gòu)造位置位于某盆地滿加爾凹陷的某構(gòu)造帶上，自早古生代起基本處于凹陷構(gòu)造格局。在晚奧陶世、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)，滿加爾凹陷均為全盆地的沉積中心。在其地質(zhì)歷史演化過程中，總體上表現(xiàn)為相對(duì)穩(wěn)定的凹陷特征。海西中、晚期該區(qū)向北部凸起方向超覆沉積了石炭系。構(gòu)造帶發(fā)育于海西中、晚期，定形于喜山期，屬典型的凹中隆，具有十分有利的成藏地質(zhì)條件。由于處于凹陷中，多次運(yùn)動(dòng)均未形成明顯斷裂。地層發(fā)育較全。某油田B油藏埋藏深度5000 m 左右，地層厚度23.8 m，共分12個(gè)小層。油藏有效厚度1.0 m～2.0 m，夾層平均厚度0.55 m。儲(chǔ)層孔隙度15.5%，空氣滲透率235.7×10-3μm2，為一邊底水發(fā)育的中孔中滲砂巖油藏。油藏于1999年投入開發(fā)，由于存在邊底水，發(fā)育夾層，采用水平井與直井聯(lián)合開發(fā)，并且純油區(qū)初期采用天然能量開發(fā)后轉(zhuǎn)為注水開發(fā)，而過渡帶采用天然能量開發(fā)。截至2012年9月，整個(gè)油藏采出程度23.3%，綜合含水率65.3%。經(jīng)過較長時(shí)期的高速開發(fā)后，剩余油分布十分復(fù)雜，油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律認(rèn)識(shí)困難。

3.剩余油研究方法確定

3.1.剩余油研究技術(shù)路線

利用取心井、水淹層測井、動(dòng)態(tài)監(jiān)測等資料，應(yīng)用精細(xì)地質(zhì)研究成果，開展數(shù)值模擬，從剩余油形成機(jī)制入手，按成因分析研究剩余油形成主要類型，分小層統(tǒng)計(jì)宏觀剩余油分布規(guī)律(圖1)。

Figure 1.Distribution of technical routes for remaining oil research 圖1.剩余油研究技術(shù)路線分布規(guī)律

3.2.剩余油影響因素分析

由于剩余油的形成是受多種地質(zhì)因素及開發(fā)因素綜合作用的結(jié)果，因而確定剩余油的分布是很復(fù)雜的，必須應(yīng)用多學(xué)科的技術(shù)，收集盡可能多的資料進(jìn)行分析。綜合國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研[8][9][10][11][12]，研究剩余油及其分布的方法主要有開發(fā)地質(zhì)學(xué)方法、地震技術(shù)、測井方法、示蹤劑測試法和巖心分析方法等。確定剩余油及其分布的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)油藏的具體地質(zhì)特征和開采歷程選擇不同的方法。

結(jié)合某油藏的儲(chǔ)層描述成果、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征、夾層平面展布規(guī)律及油水井注采關(guān)系，分析了主要為邊底水活躍、儲(chǔ)層內(nèi)部夾層發(fā)育、井網(wǎng)控制程度低而井距偏大為剩余油分布的主控因素。

3.3.剩余油研究方法的適用性分析

檢查井研究剩余油方法：應(yīng)用已開發(fā)油田密閉取心檢查井，可以直觀的觀察各類儲(chǔ)層動(dòng)用狀況，水淹狀況，剩余油分布類型及特點(diǎn)，可以直觀地觀察評(píng)價(jià)低、特低滲透層裂縫發(fā)育程度、類型、規(guī)模；通過采用室內(nèi)分析化驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)水淹前后油層表面潤濕性、孔隙結(jié)構(gòu)變化及對(duì)剩余油的影響[9]。但它具有時(shí)效性差的缺點(diǎn)，且研究投入成本較高。

水淹層測井解釋方法：水淹層測井解釋比較客觀，資料豐富，但由于不同地區(qū)的解釋圖版和標(biāo)準(zhǔn)不同，資料解釋符合率及精度較低。

動(dòng)靜態(tài)分析方法：油田的合理開發(fā)，就需要預(yù)測油田動(dòng)態(tài)變化狀況，及時(shí)采取相應(yīng)的開發(fā)對(duì)策和調(diào)整措施，保障油氣田生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。一方面首先從單井、井組分析入手，研究儲(chǔ)層厚度與產(chǎn)量、含水、含水上升速度、采出程度的匹配關(guān)系，然后按照開發(fā)層系或區(qū)塊進(jìn)行全面而系統(tǒng)的分析，從而形成全油田(區(qū)塊)開發(fā)階段、開發(fā)水平、開發(fā)潛力的整體概念。一方面應(yīng)用分層測壓、產(chǎn)液剖面、吸水剖面等監(jiān)測資料，分析不同層系、不同微相儲(chǔ)層開發(fā)動(dòng)用程度，評(píng)價(jià)不同類型儲(chǔ)層剩余油潛力。但該方法井點(diǎn)綜合性強(qiáng)，并且資料也較少。

油藏?cái)?shù)值模擬方法：能全面定量描述剩余油，但調(diào)整參數(shù)多，擬合難度也大。

某油田目前處于中-低含水開發(fā)階段，采用4種宏觀剩余油分布研究方法綜合研究，檢查井研究方法，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測及水淹層測井解釋方法，動(dòng)靜態(tài)監(jiān)測分析方法，油藏?cái)?shù)值模擬方法等來研究不同類型儲(chǔ)層剩余油分布。

4.剩余油分布規(guī)律研究

4.1.檢查井法研究油層水洗狀況

應(yīng)用已開發(fā)油田截至目前完鉆的7口密閉取心檢查井資料，直觀的觀察對(duì)比各類儲(chǔ)層動(dòng)用狀況，水淹狀況，對(duì)各類油層的動(dòng)用狀況和剩余油分布特點(diǎn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

4.1.1.油層頂部、底部及中段均有不同程度的水洗

從多口密閉取心檢查井的油層水洗狀況綜合曲線圖上分析，縱向上存在三種水洗類型，中水洗、弱水洗和未水洗，其中頂部水洗占18.1%，底部水洗占36.4%，中段水洗占45.5%。

水洗強(qiáng)度以中水洗為主，水洗厚度占水洗層的比例為84.6%。厚度大于2 m 的油層水洗程度最高，水洗厚度比例占93.6%，厚度小于1 m 的油層水洗程度最低，水洗厚度比例占69.9%(圖2)。各井區(qū)水洗程度有所差異，其中HD4-32井區(qū)水洗程度最高，水洗厚度比例占94.1%，HD1-2井區(qū)水洗程度最低，水洗厚度比例占，16.4%(圖3)。

4.1.2.各類油層的未洗情況及剩余油分布特點(diǎn)

從檢查井統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，整體動(dòng)用程度較低，油層未洗厚度比例為63.0%。厚度大的油層未洗程度大，厚度大于2 m 的油層未洗程度最高,未洗厚度比例為78.7%(圖4)，各井區(qū)未洗程度除HD4-32 井區(qū)最低(未洗厚度比例為44.6%)，HD4-15 及HD4-60 井區(qū)未洗程度較高(未洗厚度比例分別為79.4%和71.3%)(圖5)。

Figure 2.Distribution of water washing degree of various oil layers in each well block 圖2.各類油層水洗程度分布圖

Figure 3.Distribution of water washing thickness圖3.各井區(qū)水洗厚度分布圖

Figure 5.Distribution map of undrained thickness in each well block 圖5.各井區(qū)未洗程度分布圖

見水層中未洗厚度占總未洗厚度的66.6%。其中厚度在1 m～2 m 和小于1 m 的油層見水層未洗比例高(未洗厚度比例分別為82.7%和100.0%)(圖6)，邊部HD4井區(qū)和HD4-60井區(qū)見水層水洗比例高(未洗厚度比例分別為100.0%)(圖7)。

Figure 6.Distribution of water washing degree of various oil layers圖6.各類油層未洗厚度分布圖

Figure 7.Distribution of water washing thickness in each well block 圖7.各井區(qū)未洗厚度分布圖

4.2.生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測及水淹層測井解釋方法分析油層動(dòng)用和水淹狀況

4.2.1.生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測法確定剩余油潛力

生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料中有連續(xù)兩次以上測試資料的，稱之為動(dòng)用好，只有一次的，稱之為動(dòng)用差，而一次也沒有的，就稱之為未動(dòng)用。統(tǒng)計(jì)某油田近幾年的同位素吸水剖面資料(表1)：

Table 1.Production status of different types of oil layers in water injection wells of an oilfield (6 wells)表1.某油田注水井不同類型油層動(dòng)用狀況表(6口井)

分析表明，有效厚度大于2.0 m 油層全部動(dòng)用；隨著油層條件變差，動(dòng)用狀況逐漸也變差；整體看各有效厚度段油層動(dòng)用好的比例均達(dá)50%以上；動(dòng)用差的比例占25%～45%；未動(dòng)用的比例占15%～20%；全區(qū)注水井還有近15%～30%的有效厚度未動(dòng)用或動(dòng)用差。

4.2.2.水淹層測井解釋法確定剩余油潛力

近四年以來研究區(qū)一共有14口新井開展了水淹層測井解釋(表2)，平均單井有效厚度11.2 m，其中高水淹厚度2.3 m，厚度比例占20.8%，層數(shù)比例占10.6%；中水淹厚度2.7 m，厚度比例占23.7%，層數(shù)比例占10.6%；低水淹厚度1.3 m，厚度比例占11.5%，層數(shù)比例占12.2%；未水淹厚度4.9 m，厚度比例占44.0%，層數(shù)比例占66.6%。低水淹和未水淹厚度總共6.2 m，厚度比例占55.4%。

從平面分布(在水淹井與示蹤劑監(jiān)測井井位關(guān)系圖上)分析，底水抬升與邊水順層推進(jìn)是造成水淹的主要原因；從水淹層測井解釋圖縱向水淹特征分析，水淹層主要在油層底部，且最底部油層水淹級(jí)別最高。

Table 2.Statisticsof water flooded zonesof new wellsin an oilfield in recent four years(14 wells)表2.某油田近四年新井水淹層統(tǒng)計(jì)情況表(14口井)

4.3.動(dòng)靜態(tài)分析方法研究剩余油潛力

綜合儲(chǔ)層描述成果、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征、夾層平面展布規(guī)律及油水井注采關(guān)系，逐井逐層(123口井12個(gè)小層)確定了剩余油主要有5種成因類型(表3，圖8，圖9)：

Table 3.Statistical table of remaining oil thicknessin an oilfield 表3.某油田剩余油類型厚度統(tǒng)計(jì)表

研究表明，夾層控制型剩余油是由于儲(chǔ)層中夾層存在，底水不能穿過夾層，只能發(fā)生繞流，在不滲透夾層上、下鄰層均可形成大量的“屋檐”型剩余油和“屋頂”型剩余油[10]。這部分剩余油統(tǒng)稱為夾層控制型剩余油，該類型剩余油有效厚度48.7 m，占總剩余油厚度的12.4%。未射孔型剩余油形成主要是因油水井對(duì)應(yīng)層位的射孔不完善、甚至在部分小層沒有射孔。這部分剩余油有效厚度284.5 m，占總剩余油厚度的72.3%。這兩種剩余油有效厚度占總剩余油厚度的65.1%，夾層控制和未射孔型剩余油是研究區(qū)剩余油主要類型，是油田開發(fā)后期挖潛的重點(diǎn)對(duì)象(表3，圖8，圖9)。

Figure 8.Residual oil saturation profile of well HD4-H98～HD4-13-1HP(201203) 圖8.過HD4-H98～HD4-13-1HP 井(201203)剩余油飽和度剖面圖

Figure 9.Residual oil saturation profile of well HD4-H98～HD4-13-1HP(201203) 圖9.過HD4-H98～HD4-13-1HP 井(201203)剩余油飽和度剖面圖

井網(wǎng)對(duì)剩余油分布的影響程度主要決定于井網(wǎng)對(duì)砂體的控制程度，在相同的注水方式下，井網(wǎng)控制程度越高，水驅(qū)越易于均勻；反之，則越不均勻。目前700～800 m 井網(wǎng)對(duì)井間砂體很難控制，在無井區(qū)就形成砂體無井網(wǎng)控制型剩余油，該類型剩余油有效厚度23.2 m，占總剩余油厚度的5.9%。由于砂體零散窄小，油水井不連通，或由于油井射孔(未射孔)而注水井未射孔(射孔)沒有形成完善的注采系統(tǒng)，造成平面上有采無注或有注無采而形成注采不完善型剩余油(圖8，圖9)。儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)剩余油分布起到很大的影響。層內(nèi)非均質(zhì)性使剩余油主要分布在物性較差部位，這種類型的剩余油平面上主要是在非主流線部位和滲透率較差的側(cè)緣相帶以及砂體尖滅附近水淹程度較低,剩余油富集。該類型剩余油有效厚度10.5 m，占總剩余油厚度的2.7%(表3)。

4.4.油藏?cái)?shù)值模擬方法研究剩余油潛力

根據(jù)前面敏感性分析得到的認(rèn)識(shí)，我們把油井含水?dāng)M合根據(jù)井網(wǎng)的變化分成如下幾個(gè)階段：首先擬合油井初期含水，然后是井的含水及產(chǎn)量變化特征。這一過程主要是修改影響注入水推進(jìn)的各項(xiàng)參數(shù)，其中包括注水層位的有效厚度、方向滲透率、相對(duì)滲透率和油水井措施的影響[11][12][13]。通過單井和井組的擬合最后實(shí)現(xiàn)全區(qū)塊擬合。

根據(jù)疊加的剩余儲(chǔ)量分布圖看(圖10)，到2012年3月剩余油主要特征是：在油藏中部剩余油主要集中HD4-44～HD4-69條帶；油藏東部剩余油主要集中在HD4-7～HD4-17以南區(qū)域；油藏南部剩余油主要集中在HD4井區(qū)。與地質(zhì)分析的剩余厚度等值圖分布區(qū)域基本一致。從各小層的剩余儲(chǔ)量分布圖看(圖11)，隨著深度增加，逐漸靠近底水，剩余儲(chǔ)量逐漸減少，縱向上主要分布在3～7小層，占剩余儲(chǔ)量的82.5%。主力油層的剩余油分布有如下特征，3小層受邊底水影響，東部區(qū)塊剩余油相對(duì)分散，西部遠(yuǎn)離邊水部位剩余油相對(duì)集中。5小層受邊底水及注入水的共同影響，剩余油整體相對(duì)分散，HD4、HD4-70H 井區(qū)剩余油相對(duì)集中。6小層含油面積小，剩余油整體進(jìn)一步分散，HD4井區(qū)剩余油相對(duì)集中。

Figure 10.Distribution of superimposed remaining reservesin reservoir Bin each layer 圖10.B油藏疊加剩余儲(chǔ)量分布圖

Figure 11.Abundance diagram of remaining oil reserves of reservoir B by numerical simulation 圖11.B油藏?cái)?shù)值模擬各小層剩余油儲(chǔ)量豐度圖

4.5.剩余油分布規(guī)律

4.5.1.剩余油在平面上的分布

在平面上砂體受不同沉積環(huán)境和沉積微相的影響，油層性質(zhì)不同，動(dòng)用程度不同，剩余油富集程度也不同[14][15]。根據(jù)分區(qū)塊注采不完善、井網(wǎng)控制不住和未射孔等不同剩余油類型在各小層分布井點(diǎn)數(shù)占全區(qū)總井點(diǎn)數(shù)的百分比，可分為三種，分別是大面積分布型、局部分布型、零散分布型。研究區(qū)剩余油整體以局部分布為主，剩余有效厚度占全區(qū)56.3%；有效厚度在小于1.0 m 的未動(dòng)用比例高(56.0%)(表4)。

Table 4.Plane distribution of remaining oil in an oilfield 表4.某油田剩余油平面分布情況表

4.5.2.剩余油在縱向上的分布

研究表明4、6、3、5、7小層的剩余厚度最大，分別占剩余總有效厚度的18.3%、17.8%、16.6%、15.7%、9.1%，(表5)，占全區(qū)總有效厚度的4.27%、4.15%、3.86%、3.64%、2.13%。

Table 5.Statistical table of vertical remaining oil distribution in an oilfield 表5.某油田縱向剩余油分布情況統(tǒng)計(jì)表

5.結(jié)論

1)綜合研究結(jié)果表明邊底水活躍、儲(chǔ)層內(nèi)部夾層發(fā)育、井網(wǎng)控制程度及井距偏大是某油田剩余油分布的4個(gè)主控因素。

2)未見水油層未得到有效控制，以層間矛盾為主，需要提高油層動(dòng)用程度；見水油層未水洗比例較高，以層內(nèi)矛盾為主，需要擴(kuò)大宏觀波及體積。

3)某油田剩余油存在注采不完善型、未射孔型、夾層控制型、無井網(wǎng)控制及物性變差5種類型，平面上以局部類型為主，縱向上集中在3～7小層，具有較大的調(diào)整潛力。

致 謝

項(xiàng)目研究是在領(lǐng)導(dǎo)和同事精心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，從項(xiàng)目立題、研究，他們都付出了大量的心血！特別感謝龐彥明總工程師、韓德金副總工程師和王秀娟主任給予的具體指導(dǎo)和幫助，在研究過程中提出了許多寶貴意見和建議。感謝所有參與項(xiàng)目研究的同事們，大家精誠團(tuán)結(jié)，努力攻關(guān)，犧牲了許多休息時(shí)間，毫無怨言的超負(fù)荷工作，使得項(xiàng)目得以順利完成！