底水油藏特高含水期剩余油分布表征技術(shù)研究

羅憲波，侯亞偉，孟 鵬

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

1 油田概況

XF 油田位于沙壘田凸起，油田范圍內(nèi)水深22.5 m～28.0 m。構(gòu)造整體上表現(xiàn)為受基底古地貌和斷裂系統(tǒng)影響的披覆背斜、半背斜構(gòu)造特征，閉合幅度較低，油田范圍內(nèi)斷層不發(fā)育。含油層系多、縱向上含油井段長、平面和縱向上存在多套油水系統(tǒng)，表現(xiàn)為“一砂一藏”的特點(diǎn)。主要含油層段為新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組，其中明化鎮(zhèn)組沉積類型為曲流河沉積，館陶組沉積類型為辮狀河沉積。儲(chǔ)層具有高孔高滲的特征，明化鎮(zhèn)組儲(chǔ)層平均孔隙度32.7 %，平均滲透率2 600 mD；館陶組平均孔隙度29.3 %，平均滲透率1 600 mD。原油性質(zhì)縱向差異較大，明化鎮(zhèn)組以重質(zhì)稠油為主，館陶組以常規(guī)中質(zhì)油為主，由淺至深原油性質(zhì)逐漸變好，稠油探明儲(chǔ)量占比71 %，為渤海油田典型的稠油底水油藏。

XF 油田于2004 年7 月投產(chǎn)，采用“整體部署、分期實(shí)施”的策略，分兩期開發(fā)。開發(fā)主要經(jīng)歷了4 個(gè)階段，第一階段，產(chǎn)能建設(shè)階段，該階段油田投產(chǎn)水平井89 口，定向井12 口，隨著生產(chǎn)井陸續(xù)投產(chǎn)，產(chǎn)油量增加、含水快速升高；第二階段產(chǎn)量遞減階段新投產(chǎn)井少，產(chǎn)量遞減明顯、含水上升減緩、產(chǎn)液量平穩(wěn)；第三階段調(diào)整穩(wěn)產(chǎn)階段新增調(diào)整井，日產(chǎn)油量增加、綜合含水平穩(wěn)、日產(chǎn)液量平穩(wěn)；第四個(gè)階段為產(chǎn)液結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整階段，產(chǎn)量遞減減緩、含水上升速度減緩、產(chǎn)液量穩(wěn)定。截止2019 年，XF 油田綜合含水率為93.9 %，動(dòng)用儲(chǔ)量采出程度為14 %。

2 “雙高”階段開發(fā)難點(diǎn)

2.1 底水油藏含水上升快，遞減大，油田穩(wěn)產(chǎn)難度大

XF 油田以底水油藏為主，主要采用單砂體水平井開發(fā)模式，生產(chǎn)井投產(chǎn)初期表現(xiàn)為含水迅速上升，產(chǎn)量遞減快；隨著含水不斷上升，中高含水期階段遞減率逐步減緩。強(qiáng)底水油藏產(chǎn)量遞減大、含水上升快，油田穩(wěn)產(chǎn)主要依靠高速開發(fā)的老井側(cè)鉆和新增調(diào)整井來實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)產(chǎn)手段單一，油田穩(wěn)產(chǎn)難度大。

2.2 特高含水階段，剩余油認(rèn)識(shí)難度大

目前全油田已進(jìn)入特高含水階段，一方面由于采用水平井開發(fā)，測試資料少，剩余油研究難度大；另一方面，由于隔夾層的存在，造成了剩余油分布的進(jìn)一步復(fù)雜化。

2.3 高含水期底水油藏挖潛難度大，水平井控水面臨挑戰(zhàn)

底水油藏布井主要依托隔夾層展布情況，而水平井開發(fā)模式，地質(zhì)信息揭示少，導(dǎo)致隔夾層研究難度加大。近幾年實(shí)施的調(diào)整井也揭示了河流相油田剩余油分布的復(fù)雜性，同一砂體過路井揭示油層水淹厚度不一、油底高于鄰井水淹界面，水淹規(guī)律復(fù)雜導(dǎo)致底水油藏剩余油挖潛難度增加。目前XF 油田生產(chǎn)井含水率大于90 %的高含水井比例達(dá)到65 %左右，目前水平井堵水工藝難度大，控水手段比較單一[1-5]，針對(duì)高含水井缺少有效治理手段，水平井控水面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3 隔夾層定量描述技術(shù)

XF 油田明化鎮(zhèn)組砂體具有較強(qiáng)的底水能量，油田投產(chǎn)后，地層壓力基本保持在原始地層壓力附近。利用該層段不同砂體的相對(duì)滲透率曲線計(jì)算無因次采液指數(shù)顯示，含水在50 %～90 %期間無因次采液指數(shù)為初期的5～20 倍，具有早期大液量開采的物質(zhì)基礎(chǔ)。XF 油田實(shí)際油藏模型研究表明，對(duì)于底水稠油油藏，采液速度對(duì)采收率影響不大，同時(shí)對(duì)比了不同含水階段累產(chǎn)油比例，無論低液量還是高液量開采，大部分的原油都是從高含水階段（fw>90 %）采出。因此對(duì)于XF 油田底水稠油，可以采用高速開采模式，XF 油田主力油藏采液速度最高達(dá)18.2 %，高峰采油速度達(dá)2.8 %，在不影響采收率的前提下縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。

XF 油田以河流相沉積為主，隔夾層較發(fā)育，為了延緩底水，擴(kuò)大底水波及體積，水平井主要部署在隔夾層上部。依據(jù)儲(chǔ)層的沉積模式，隔夾層性質(zhì)、類別和成因分析，利用采集的高分辨率地震資料和新增的鉆井資料，針對(duì)不同類型的河型古河道刻畫，引入了振幅對(duì)比屬性，該屬性是一種改進(jìn)的相干算法[6-8]，其將Sobel邊緣檢測算子融入三個(gè)維度求變化梯度的相干算法里，從而突顯出數(shù)據(jù)體里的微小差異，相比常規(guī)的相干方法，對(duì)刻畫微小古河道、廢棄河道具有更大的優(yōu)勢(shì)。通過多屬性融合技術(shù)對(duì)反映河道的振幅對(duì)比屬性與反映砂體的均方根屬性融合，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合河道的精細(xì)解剖，通過精細(xì)井震標(biāo)定，建立夾層厚度與地震屬性的響應(yīng)關(guān)系，利用地震屬性預(yù)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)隔夾層定量描述。

4 特高含水期剩余油分布表征技術(shù)

XF 油田經(jīng)過10 余年的開發(fā)，目前油田綜合含水93.9 %，進(jìn)入特高含水期，采出程度14 %，如何進(jìn)一步提高油田采收率，需要多專業(yè)協(xié)作研究剩余油分布規(guī)律及其影響因素，從而尋找剩余油的富集區(qū)。因此，根據(jù)河流相底水油藏的地質(zhì)油藏特征，針對(duì)稠油不規(guī)則油水過渡帶、優(yōu)勢(shì)滲流通道、物性時(shí)變等表征難點(diǎn)，開展底水油藏剩余油分布研究[9-12]。

4.1 基于標(biāo)定J 函數(shù)法的初始飽和度構(gòu)建技術(shù)

相對(duì)于邊水油藏，稠油底水油藏的過渡帶厚度和面積較大，常用的油藏初始化方法為平衡初始化方法，優(yōu)點(diǎn)是過程簡單較易實(shí)現(xiàn)，但是無法描述過渡帶飽和度的變化。為了消除過渡帶厚度變化對(duì)模型計(jì)算結(jié)果帶來的影響，通常根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在模型中設(shè)置毛管力大小，該方法存在一定的不足。實(shí)驗(yàn)室測定的毛管力曲線差異較大，如果直接用于油藏?cái)?shù)模，往往與測井解釋飽和度存在差異。

J 函數(shù)把儲(chǔ)層流體界面張力、潤濕性、滲透率和孔隙度等影響參數(shù)，進(jìn)行綜合表征儲(chǔ)層的毛管力曲線特征。通過多個(gè)毛管壓力曲線需要處理得到平均J 函數(shù)曲線，針對(duì)油藏實(shí)際物性參數(shù)得到不同物性條件下的毛管力特征曲線。

油藏實(shí)際應(yīng)用表明，基于標(biāo)定J 函數(shù)的初始飽和度場與測井解釋飽和度吻合度高（見表1），較好的體現(xiàn)了油藏實(shí)際物性參數(shù)對(duì)飽和度的影響，大大提高了見水時(shí)間的擬合。

4.2 單網(wǎng)格尺度相滲聚類分區(qū)模擬技術(shù)

傳統(tǒng)相滲分區(qū)主要依據(jù)平面分?jǐn)鄩K垂向分層位確定各個(gè)分區(qū)，缺點(diǎn)不能準(zhǔn)確描述同一斷塊內(nèi)不同沉積微相滲透特征，同時(shí)無法準(zhǔn)確表征相滲分區(qū)的模擬界限。此外，油田開發(fā)中取心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往較少，不能完全覆蓋所有油藏單元，對(duì)此提出了單網(wǎng)格尺度的相滲聚類分區(qū)模擬技術(shù)。

相滲聚類分區(qū)技術(shù)是依據(jù)Kozeny-Carman 方程，通過儲(chǔ)層質(zhì)量品質(zhì)指標(biāo)RQI 和標(biāo)準(zhǔn)化孔隙度指標(biāo)兩個(gè)參數(shù)。相滲聚類分區(qū)后的模型，計(jì)算結(jié)果不僅能夠反映河流相儲(chǔ)層沉積特征，而且能夠較準(zhǔn)確的反映不同沉積相帶的滲流規(guī)律。

4.3 單網(wǎng)格尺度物性時(shí)變模擬技術(shù)

XF 油田主要以水平井、大液量生產(chǎn)的方式進(jìn)行開發(fā)，而大液量生產(chǎn)會(huì)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行一定程度的改造作用，近井地帶在長期水沖刷條件下，儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致滲透率發(fā)生變化。目前，XF 油田部分老井由于高液量生產(chǎn)對(duì)近井地帶的儲(chǔ)層改造作用，導(dǎo)致該類井計(jì)算無因次比采液指數(shù)超過理論值數(shù)倍。該問題解決方法一般為，通過修改單井PI、表皮、傳導(dǎo)率等方法進(jìn)行等效描述，等效表征為單井產(chǎn)能的提高或壓差減小，缺點(diǎn)是無法描述物性的空間變化，同時(shí)不能反映物性變化對(duì)滲流的影響。

表1 模型預(yù)測水淹層與過路井實(shí)測對(duì)比

通過文獻(xiàn)調(diào)研及水驅(qū)機(jī)理發(fā)現(xiàn)，物性變化是由孔隙中微粒（高嶺石）的遷移造成的，主要受注入流體的體積倍數(shù)決定。通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，巖心在水驅(qū)后孔隙度和滲透率都有所增加，增加的幅度隨驅(qū)替倍數(shù)的增加而加大。油藏物性時(shí)變表達(dá)式為：

式中：α－油藏滲透率增大系數(shù)。

通過編制相應(yīng)程序，提取傳統(tǒng)黑油模型各時(shí)間步網(wǎng)格模擬結(jié)果，計(jì)算單網(wǎng)格流體PV 數(shù)，根據(jù)過單網(wǎng)格流體PV 數(shù)劃分模擬階段，分模擬階段設(shè)置重啟，定義滲透率增大因子，通過多次迭代，擬合滲透率增大因子（該值范圍為0.005 7～0.01），實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格空間物性的時(shí)變表征。過路井水淹數(shù)據(jù)表明，采用物性時(shí)變模擬技術(shù)可以大大提高剩余油擬合精度。

5 水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向剩余油挖潛技術(shù)

受底水脊進(jìn)影響，底水油藏水平井布井位置一般選擇靠近儲(chǔ)層頂部，以滿足避水高度的最大化，從而延緩含水上升速度。同時(shí)河流相油田儲(chǔ)層以正韻律沉積為主，儲(chǔ)層頂部物性變差，為了滿足后期提液的需求，水平井著陸深度不能過淺，這些因素就給水平井實(shí)施帶來了巨大挑戰(zhàn)。

為了解決傳統(tǒng)地質(zhì)油藏隨鉆技術(shù)瓶頸帶來的問題，通過理論分析和方法研究，創(chuàng)新地形成隨鉆測井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)。該技術(shù)是指在水平井的鉆井實(shí)施過程中，根據(jù)各種地質(zhì)資料將隨鉆測井技術(shù)、建模、地震、定向井等多專業(yè)相結(jié)合的實(shí)時(shí)互動(dòng)式綜合研究，精細(xì)描述鉆頭所鉆遇的地層和將要鉆遇的地層。鉆前地質(zhì)建模前導(dǎo)預(yù)測過程中，首次提出鉆前“導(dǎo)向井”選取“三相”原則：即相同（沉積微相）、相近（井距）、相似（地震響應(yīng)特征），同時(shí)，通過對(duì)已鉆井速度逐井分析，結(jié)合相鄰的井的信息進(jìn)行隨鉆地質(zhì)評(píng)價(jià)，從相鄰的井測井曲線中獲取信息，預(yù)測目的層儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)模型。利用隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，準(zhǔn)確指導(dǎo)水平井實(shí)施，降低地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，垂向上優(yōu)化井眼軌跡，實(shí)現(xiàn)了水平井的高效實(shí)施。

XF 油田實(shí)施16 口調(diào)整井的隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向工作，水平段平均油層鉆遇率達(dá)到90 %，著陸點(diǎn)位置均處于儲(chǔ)層有利位置，保證XF 油田低油柱油藏水平井成功實(shí)施。

6 產(chǎn)限結(jié)合優(yōu)化產(chǎn)液結(jié)構(gòu)

受海上工程設(shè)施的限制，海上油田不同于陸上油田產(chǎn)出液處理能力可以快速擴(kuò)大，由于XF 油田工程處理能力受限，在特高含水期提液穩(wěn)產(chǎn)難度較大。為了充分利用現(xiàn)有工程設(shè)施，以廣適水驅(qū)曲線理論為基礎(chǔ)，開展單井產(chǎn)液優(yōu)化調(diào)整研究（見圖1）。通過分析單井提液能力和關(guān)井壓錐效果，確定單井最佳提液幅度和關(guān)井時(shí)間，通過產(chǎn)限結(jié)合提高油田產(chǎn)量，達(dá)到了穩(wěn)油控水的目的。

7 應(yīng)用效果

依據(jù)底水油藏水平井高速開發(fā)的策略，在剩余油精細(xì)描述的基礎(chǔ)上，以隨鉆測井地質(zhì)導(dǎo)向?yàn)楣ぞ?，XF油田近三年共計(jì)實(shí)施調(diào)整井32 口，鉆后單井平均初期日產(chǎn)油95 m3，超鉆前設(shè)計(jì)28 m3；初期單井平均含水率69 %，比鉆前設(shè)計(jì)低10 %，調(diào)整井累增油量80.3×104m3，調(diào)整井實(shí)施效果整體較好；在穩(wěn)油控水方面，通過對(duì)單井產(chǎn)液量進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，分批次提液72井次、限液31 井次，實(shí)現(xiàn)油田累積增油8.6×104m3，油田開發(fā)效果得到改善。根據(jù)油田特點(diǎn)、存在問題和需要，結(jié)合地質(zhì)、地震、建模、測井等專業(yè)，總結(jié)得到了一套適合低油柱底水油藏水平井高效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，并通過XF 油田近三年的開發(fā)實(shí)踐表明，該技術(shù)取得了較好的應(yīng)用效果。

8 結(jié)論

（1）針對(duì)XF 油田底水稠油油藏的開發(fā)特點(diǎn)，形成了水平井早期提液高速開發(fā)的策略，結(jié)合系統(tǒng)產(chǎn)液優(yōu)化技術(shù)和創(chuàng)新隔夾層研究方法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合河道的精細(xì)解剖及隔夾層定量描述，不僅減緩了油田的含水上升速度，同時(shí)達(dá)到了穩(wěn)油控水的目的。

（2）剩余油研究方面，以“精細(xì)化”的研究思路為出發(fā)點(diǎn)，在動(dòng)、靜態(tài)模型的精確描述和歷史擬合層次、尺度的細(xì)分上開展了重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)，針對(duì)稠油不規(guī)則油水過渡帶、優(yōu)勢(shì)滲流通道、物性時(shí)變等表征難點(diǎn)，通過動(dòng)靜結(jié)合、多專業(yè)融合等方法建立了一套剩余油精細(xì)描述方法。

（3）通過理論分析和方法研究，創(chuàng)新地形成隨鉆測井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，鉆井過程中利用鉆前3D 建模前導(dǎo)預(yù)測、鉆時(shí)實(shí)時(shí)更新指導(dǎo)鉆進(jìn)，降低地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，準(zhǔn)確指導(dǎo)水平井著陸和鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了水平井的高效實(shí)施。

圖1 單井產(chǎn)液結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路