Ebano油田裂縫發(fā)育模式及水平井開發(fā)優(yōu)化研究

王希賢

(中國石化國際石油工程公司，北京 100728)

0 引 言

具有孔縫雙重介質(zhì)的裂縫性油藏，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，平面上產(chǎn)能差別大，產(chǎn)量遞減快，一旦見水后含水上升快，甚至出現(xiàn)暴性水淹，采出程度較低，裂縫預(yù)測及高效開發(fā)對策成為行業(yè)的研究難題之一[1-3]。國內(nèi)外學(xué)者在裂縫識別與預(yù)測[4-5]、裂縫建模[6]、裂縫型油藏開發(fā)對策方面[7]形成了較為成熟的技術(shù)方法，Ebano油田裂縫發(fā)育段長，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，水平段長度選取600 m左右時，直井段離裂縫發(fā)育帶較遠(yuǎn)，Ksf層底部斜井段往往遠(yuǎn)離裂縫發(fā)育區(qū)，導(dǎo)致整井只能在水平段鉆遇Kan層裂縫。為了同時開發(fā)Ksf和Kan層，增加單井產(chǎn)能，減少鉆井成本，需進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)、井身位置與裂縫關(guān)系優(yōu)化。以往研究中上下裂縫是否連通，是區(qū)域連通還是局部連通無法確定，導(dǎo)致對井身結(jié)構(gòu)和井身位置的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，也無法確定合理的層系開發(fā)方式，因此，需對裂縫發(fā)育模式進(jìn)行再研究。

1 油田概況

Ebano油田位于墨西哥灣西岸中部，Amaulipas省、San Luis Potosi省及Veracruz省交界處。構(gòu)造位置上屬于Tampico-Misantla盆地Tamaulipas隆起帶(圖1)。Tampico-Misantla是墨西哥東部重要的含油氣盆地，位于西部馬德雷山脈隆起區(qū)與東部大陸架斷裂帶之間，已證實(shí)2套含油氣系統(tǒng)，分別為廣泛分布的侏羅-白堊系-第三系含油氣系統(tǒng)和盆地西部的晚、中侏羅-中侏羅含油氣系統(tǒng)，其中，前者是盆地最主要的含油氣系統(tǒng)[8]。在上述含油地層中，灰?guī)r是最主要的儲集層，裂縫對油田的生產(chǎn)起著十分重要的影響。

圖1 Ebano油田構(gòu)造位置

Ebano油田為淺層裂縫-孔隙型稠油灰?guī)r油藏，石油地質(zhì)儲量為6.3×108t，上白堊統(tǒng)Ksf和Kan海相陸棚邊緣相的灰?guī)r儲層是Ebano油田的主力產(chǎn)層，油藏埋深為400～750 m。工區(qū)總體為西北高、東南低的低幅背斜，發(fā)育大量北東—南西向斷層[9]，含油面積為302 km2。Ebano油田由于地層淺，油氣運(yùn)移距離長，受大氣淡水淋濾及氧化作用、生物降解、分異作用致使原油稠化，原油性質(zhì)差、黏度高。地面原油密度為0.985 2～0.985 8 g/cm3，地下原油密度為0.948 3～0.953 2 g/cm3，屬稠—超稠油。40 ℃地面脫氣原油黏度為4 000 mPa·s左右；地下原油黏度為300～700 mPa·s。

Ebano油田1911年投入開發(fā)，初期采用直井開發(fā)，高峰期日產(chǎn)油最高達(dá)1.2×104t/d，隨后產(chǎn)量快速遞減。2008年后，利用新采集的二維地震資料，在裂縫描述和預(yù)測的基礎(chǔ)上，確定利用水平井開發(fā)，水平段選取600 m左右，單井初期日產(chǎn)油和累計(jì)產(chǎn)油大幅度回升。2019年日產(chǎn)油保持在870 t/d，綜合含水控制在34%，油田年綜合遞減率為14.5%。

2 裂縫識別預(yù)測及發(fā)育規(guī)律

2.1 裂縫發(fā)育規(guī)律

崔曉朵等[10]對Ebano油田的裂縫發(fā)育規(guī)律進(jìn)行過研究，認(rèn)為Ebano油田儲層裂縫以半開啟縫為主，占總裂縫的74%，其余為開啟縫(22%)和封閉縫(4%)，裂縫密度為0.2～0.8條/m。裂縫走向?yàn)榻媳毕颍c斷層走向平行，封閉裂縫中的充填物為方解石。

Ebano油田Ksf和Kan儲集層主要為泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖頻繁互層，在Ksf層底部存在20～30 m區(qū)域灰質(zhì)泥巖夾薄層頁巖。前人未對Ksf和Kan層中裂縫是否穿過泥巖夾層及Ksf層底部區(qū)域灰質(zhì)泥巖層裂縫發(fā)育狀況進(jìn)行過研究，對Ksf和Kan層是否為2個獨(dú)立的油藏還是上下連通油藏認(rèn)識不清，導(dǎo)致開發(fā)布井時Ksf和Kan層采用分層系開發(fā)還是合采存在較大的爭議。

據(jù)新鉆井的成像測井資料可知，主要裂縫近南北向，次要裂縫近東西向，同時水平縫也較為發(fā)育，水平縫主要為層理縫。裂縫主要以張性裂縫為主，剪切裂縫較少。Ebano-2001井成像資料表明，從Ksf層到Kan層全井段均分布裂縫，區(qū)域灰質(zhì)泥巖段裂縫也較為發(fā)育。Ebano-1057井的PLT測試資料顯示，在區(qū)域灰質(zhì)泥巖段517～622 m處為裂縫發(fā)育段，日產(chǎn)油為9.20 t/d，為主力產(chǎn)層之一，大裂縫溝通了Ksf或Kan層。

區(qū)域灰質(zhì)泥巖段是否發(fā)育大裂縫，與該處的應(yīng)力密切相關(guān)。當(dāng)灰質(zhì)泥巖層厚度大于4 m時[11-12]，其破裂應(yīng)力急劇增加，大型裂縫較難發(fā)育，只有在應(yīng)力較大的花狀斷裂帶或規(guī)模較大的離散斷層區(qū)，Ksf和Kan層底部可能存在一些大的宏觀裂縫；在離散的小斷層，Ksf和Kan層底部裂縫相對不發(fā)育。據(jù)此特征推斷在花狀斷裂帶Ksf和Kan層通過大裂縫溝通，其他區(qū)Ksf和Kan層為2個相互獨(dú)立的油藏。

根據(jù)斷裂帶附近取心井Ebano-1040、Ebano-1053、Ebano-1057井觀察的裂縫密度差異及取心井距離散斷層或斷裂帶的距離可以推測斷層相關(guān)裂縫發(fā)育帶的寬度小于500 m，隨著距斷層距離逐漸增大，裂縫密度逐漸變小，主要裂縫帶寬度為200～300 m。

綜合取心井巖心觀察、成像測井及PLT測試資料，該區(qū)裂縫發(fā)育規(guī)律為近垂直裂縫和近水平裂縫構(gòu)成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，斷層規(guī)模較大區(qū)裂縫溝通Ksf和Kan層，離散小斷層區(qū)Ksf和Kan層不連通，平行斷層的主要裂縫發(fā)育帶寬度一般小于300 m。

2.2 裂縫分類及開發(fā)特征

為了進(jìn)一步描述裂縫在縱向上的連通關(guān)系和在平面上的分布狀況，利用新采集的2D地震資料，結(jié)合鉆測井結(jié)果確定裂縫儲層發(fā)育帶的反射特征，采用相干屬性預(yù)測裂縫儲層發(fā)育帶。裂縫發(fā)育帶表現(xiàn)為雜亂、空白反射特征；裂縫儲層欠發(fā)育帶表現(xiàn)為強(qiáng)反射特征；相干體在裂縫發(fā)育帶有良好的響應(yīng)，斷層規(guī)模越大，斷層周圍對應(yīng)的裂縫儲層越發(fā)育。結(jié)合裂縫發(fā)育程度及油井產(chǎn)量劃分3類裂縫發(fā)育區(qū)(圖2)：Ⅰ類，雜亂、弱反射特征，相干體縱向貫穿、橫向規(guī)模大，裂縫發(fā)育，Ksf和Kan層上下連通，且連通性好；Ⅱ類，弱反射特征，相干體有異常、范圍小，裂縫發(fā)育，Ksf和Kan層上下連通，連通性一般；Ⅲ類，目的層較連續(xù)，相干體異常少，主要為微細(xì)裂縫區(qū)，Ksf和Kan層上下不連通。由于裂縫規(guī)模和連通性不同，3類裂縫發(fā)育區(qū)具有不同的生產(chǎn)特征。

圖2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類裂縫發(fā)育區(qū)相干體特征Fig.2 The characteristics of coherence cube in type Ⅰ、Ⅱ and Ⅲ fracture development areas

Ⅰ類裂縫發(fā)育區(qū)初期產(chǎn)量高，遞減較緩。初期高產(chǎn)，平均單井日產(chǎn)油為16.57 t/d；高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)期長，一般為3 a以上。遞減率相對較緩，初始年遞減率為22.8%左右。Ⅰ類井裂縫規(guī)模大，滲流能力強(qiáng)，對產(chǎn)量累計(jì)貢獻(xiàn)高(98.2%)?；|(zhì)憑借微裂縫的溝通作用，對后期低產(chǎn)期產(chǎn)能可以起到一定貢獻(xiàn)，但對產(chǎn)量的累計(jì)貢獻(xiàn)較低，僅為1.8%。

Ⅱ類裂縫發(fā)育區(qū)具有初期產(chǎn)量較高、遞減快等生產(chǎn)特征。初期平均單井日產(chǎn)油為13.71 t/d，1 a后快速遞減至5.71 t/d以下，維持長期低產(chǎn)。初始年遞減率大于24.4%，6～12個月后遞減減緩，年遞減率降至10.0%以下。Ⅱ類井鉆遇離散裂縫，雖然裂縫滲透率能力強(qiáng)，初期日產(chǎn)油較高，但裂縫儲量規(guī)模小，比Ⅰ類井裂縫的貢獻(xiàn)略低(76.4%)，Ⅲ類裂縫發(fā)育區(qū)具有初期產(chǎn)量低、遞減較緩等典型特征。生產(chǎn)初期平均單井日產(chǎn)油為6.00 t/d，維持長期低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。初始遞減率較大，年遞減率為36.0%。后期遞減緩慢，遞減率在10.0%以下。Ⅲ類井不發(fā)育大裂縫，僅發(fā)育微裂縫，雖然微裂縫的滲流能力比大裂縫弱，油井初期日產(chǎn)油低，但微裂縫發(fā)育程度高，持續(xù)開采基質(zhì)中的儲量，使油井保持長時間穩(wěn)產(chǎn)，基質(zhì)產(chǎn)量累計(jì)貢獻(xiàn)達(dá)到36.6%。

而基質(zhì)借助微裂縫的溝通，經(jīng)過長期的低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)累計(jì)貢獻(xiàn)達(dá)到23.6%。

2.3 油藏類型及特征

Ebano油田的巖性主要為泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖及頁巖，沉積范圍廣，厚度相對穩(wěn)定，灰質(zhì)泥巖的厚度一般為2.00～8.00 m，泥質(zhì)灰?guī)r的厚度一般為0.50～2.80 m，頁巖的厚度較薄，一般為0.05～0.25 m，垂向上頻繁互層，基質(zhì)儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)。由于油氣運(yùn)移主要沿?cái)鄬舆\(yùn)移，而Ebano油田屬于低孔特低滲油藏，油氣橫向運(yùn)移距離短，只能選擇性充注在斷層周邊裂縫帶及物性好的基質(zhì)儲層，在斷裂帶附近成藏。受基質(zhì)儲層呈層狀分布及裂縫發(fā)育的雙重因素控制，Ebano油田為層控的裂縫-孔隙稠油灰?guī)r油藏。

斷層規(guī)模不同、裂縫發(fā)育的分隔性及基質(zhì)儲層非均質(zhì)強(qiáng)的特點(diǎn)造成了油藏性質(zhì)的復(fù)雜性，表現(xiàn)為油水系統(tǒng)復(fù)雜，不同斷塊有不同的油水界面。由于基質(zhì)儲層呈層狀，在縱向上存在多套油水系統(tǒng)。

裂縫和細(xì)裂縫極不發(fā)育，以基質(zhì)孔隙為主要儲集空間的儲層，物性較好時，往往為低產(chǎn)油層，不具有經(jīng)濟(jì)價值；物性較差時，油氣運(yùn)移時排驅(qū)壓力高，不能有效驅(qū)替孔隙水，鉆遇此類儲層往往為油水同出或?yàn)樗畬印?/p>

3 水平井產(chǎn)能影響因素

根據(jù)油藏研究結(jié)果，確定油藏的有效驅(qū)油半徑為250 m左右，近年來沿裂縫發(fā)育帶部署井距為500 m左右的井網(wǎng)，井位沿?cái)鄬臃植迹骄畏较虼怪庇诹芽p帶發(fā)育方向，油田不存在規(guī)則的井網(wǎng)，開發(fā)效果好。該區(qū)高角度天然裂縫發(fā)育，注水開發(fā)易造成注水突進(jìn)；鄰區(qū)同一區(qū)域內(nèi)Panuco油田開展蒸汽吞吐試驗(yàn)失敗，而常規(guī)注降黏劑方式采油效果較好；此外該區(qū)塊地面不具備注水和注蒸汽條件，新上地面設(shè)備投資大，投資風(fēng)險(xiǎn)高。油田天然能量充足，因此，采用天然能量開發(fā)，數(shù)值模擬僅考慮物性、裂縫、黏度及水平段長度的影響。

3.1 儲層物性

基于Ebano油藏Ksf和Kan層基質(zhì)巖心孔滲測試結(jié)果，建立基質(zhì)的單重介質(zhì)模型，對不同孔隙度賦予相應(yīng)的滲透率，預(yù)測并對比基質(zhì)物性對產(chǎn)能的影響，在油藏黏度為155 mPa·s，油井最小井底流壓為0.2 MPa，直井生產(chǎn)Ksf層，水平井長度為600 m的模擬條件下，結(jié)果如表1所示。由表1可知：直井初期日產(chǎn)油小于0.40 t/d，水平井初期日產(chǎn)油小于0.56 t/d，而現(xiàn)場單井最小經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為0.40 t/d，因此，純基質(zhì)儲層不具有經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能，基質(zhì)物性對油井產(chǎn)量影響小。

表1 模型物性及預(yù)測參數(shù)Table 1 The physical properties and predicted parameters of the model

3.2 裂縫發(fā)育程度

收集了研究區(qū)51口水平井的泥漿漏失量數(shù)據(jù)，分析漏失量與產(chǎn)能關(guān)系，認(rèn)為產(chǎn)能與泥漿漏失量關(guān)系明顯，泥漿漏失量越大，裂縫越發(fā)育，相應(yīng)的產(chǎn)能越高。

模擬井底流壓為3 MPa時，以直井開采Ksf層，模擬結(jié)果如表2所示。由表2可知：模型儲量相同的條件下，油井初期日產(chǎn)油隨滲透率的升高而快速升高，裂縫滲流能力直接決定了油井產(chǎn)能高低，裂縫滲透率為5 mD時，油井初期日產(chǎn)油為2.85 t/d，而裂縫滲透率達(dá)到5 000 mD時，初期日產(chǎn)油高達(dá)1 142.86 t/d，是鉆遇微裂縫儲層油井的400倍?？梢?，裂縫越發(fā)育，裂縫滲流能力越強(qiáng)，油井產(chǎn)能越高。裂縫發(fā)育程度和裂縫滲流能力是影響油井產(chǎn)量的主控因素之一。

表2 裂縫模型中滲透率對初產(chǎn)的影響Table 2 The effect of permeability on initial production in the fracture model

3.3 原油黏度

利用數(shù)值模擬對比地下原油黏度為155、310、620 mPa·s對產(chǎn)能的影響。原油黏度對水平井產(chǎn)能影響較為明顯，隨著原油黏度增加，水平井初期日產(chǎn)油明顯降低(圖3)。原油黏度是影響油井產(chǎn)能的又一主要因素。

圖3 不同黏度下初期日產(chǎn)油Fig.3 The initial daily oil production at different viscosities

3.4 水平井段長度

Ebano油田在鉆井過程中若鉆遇較大裂縫，鉆井液漏失嚴(yán)重，往往導(dǎo)致卡鉆繼而不得不提前完井，因此，完鉆水平井的水平段長度有差異，水平段長度為400～700 m。由于主要裂縫帶寬度為200～300 m，油井產(chǎn)能與水平井段長度關(guān)系不明顯，水平段長度不是影響產(chǎn)能的主要因素。

研究區(qū)南部區(qū)塊裂縫較北部區(qū)塊明顯發(fā)育，而北部原油黏度明顯高于南部原油，且原油產(chǎn)能整體上也體現(xiàn)出南高北低的特征。數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)際生產(chǎn)均表明裂縫和原油黏度是決定Ebano油井產(chǎn)能的主控因素。

4 水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)

國內(nèi)外研究表明[12-13]，利用大斜度井和水平井是提高裂縫鉆遇率和高黏油藏產(chǎn)能的有效方法。因此利用數(shù)值模擬方法對斜井段與裂縫的夾角、水平段的長度進(jìn)行分析，研究其對高角度裂縫性碳酸鹽巖稠油油藏油井產(chǎn)能的影響。

4.1 斜井段與裂縫夾角

分別設(shè)置斜井段與裂縫的夾角為45 °和90 °，研究夾角對產(chǎn)能的影響(圖4)。模擬結(jié)果顯示，斜井僅鉆遇一條大裂縫的情況下，斜井段與裂縫的夾角對水平井產(chǎn)能影響不大。

圖4 不同斜井段與裂縫夾角對產(chǎn)量的影響Fig.4 The effect of different inclined intervals and fracture angles on production

4.2 水平段長度

在鉆遇一條大裂縫的前提下，設(shè)計(jì)水平段長度分別為200、400、600、800 m，研究水平段長度對產(chǎn)量的影響(圖5)。模擬結(jié)果顯示：水平段長度不同，油井初期日產(chǎn)油卻較為接近，初期遞減略有差異，累計(jì)產(chǎn)油量隨水平段長度增加而增加，600 m后累計(jì)產(chǎn)油量基本無變化，分析認(rèn)為，產(chǎn)量變化的略微差別是受鉆遇微裂縫規(guī)模影響所致。

圖5 不同水平段長度產(chǎn)能對比Fig.5 The comparison of production capacity with different horizontal section lengths

4.3 水平井段優(yōu)化

數(shù)值模擬結(jié)果表明，水平段與裂縫的夾角及水平段長度對水平井產(chǎn)能影響不大。Ebano油田主要以高角度縫為主，與大斜度井相比，采用垂直裂縫方向的水平井可以在Kan層中鉆遇更多的裂縫。由于研究區(qū)開發(fā)目的層為Kan和Ksf，采用水平井段長度為600 m左右的水平井開發(fā)時，水平段雖然可以穿過整個裂縫發(fā)育帶，但受裂縫發(fā)育規(guī)律控制，僅部分井段鉆遇裂縫發(fā)育帶，且難以兼顧Ksf開發(fā)。為了同時動用Ksf和Kan層，根據(jù)數(shù)值模擬情況，進(jìn)行短水平井段優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.3.1 靶點(diǎn)層位的確定

Ⅰ類裂縫區(qū)Ksf和Kan層上下連通性好，裂縫發(fā)育，產(chǎn)能高，可合采，水平段選擇在Ksf層，以遠(yuǎn)離底水，進(jìn)一步增加無水采油期；Ⅱ類裂縫區(qū)Ksf和Kan層上下連通，但連通性一般，可通過直井或者斜井連通后實(shí)施合并開采；Ⅲ類裂縫發(fā)育區(qū)Ksf和Kan層完全不連通，可實(shí)施分層開采。

4.3.2 井身軌跡及水平段合理長度

根據(jù)裂縫發(fā)育規(guī)律，主要裂縫發(fā)育段長度小于300 m，I類裂縫發(fā)育區(qū)水平段和斜井段可穿過Ksf層主要裂縫區(qū)；Ⅱ類和Ⅲ類裂縫發(fā)育區(qū)，200 m左右的水平段鉆遇Kan層裂縫，靶前位移200 m左右后斜井段同時鉆遇Ksf層底部的裂縫發(fā)育段，同時開發(fā)Kan和Ksf層，提高油井產(chǎn)能。

4.3.3 優(yōu)先開發(fā)原油黏度低的區(qū)域

由于南部區(qū)域的原油黏度低于北部，加之工區(qū)南部較北部花狀斷裂多，級別大，且泥質(zhì)含量低，裂縫帶更發(fā)育，因此，開發(fā)時應(yīng)優(yōu)先開發(fā)南部。后期開發(fā)北部時，可考慮加熱降黏措施，以提高北部井的產(chǎn)能。

5 應(yīng)用效果

2020年1～3月Ebano油田采用斜井段穿過Ksf層底部裂縫，200 m左右水平段鉆遇Kan層主要裂縫發(fā)育段的井身結(jié)構(gòu)，在油田東南部進(jìn)行了先導(dǎo)開發(fā)試驗(yàn)。采用先進(jìn)的MPD充氮?dú)舛贪霃角菲胶馑骄@井技術(shù)，優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)，合理使用螺桿鉆具，同時利用GR隨鉆測井進(jìn)行連續(xù)跟蹤確定目的層位，水平段鉆進(jìn)全部實(shí)現(xiàn)“一趟鉆”，未出現(xiàn)泥漿漏失現(xiàn)象。完鉆7口井斜井段和水平段同時鉆遇裂縫，增加了裂縫流動單元，提高了單井的初始產(chǎn)能。7口井平均初期日產(chǎn)油達(dá)22.9 t/d，比預(yù)測高50%。2020年平均初期日產(chǎn)油是2012年至2014年的141%，2020年1～10月累計(jì)采油2.5×104t。

6 結(jié) 論

(1) Ebano油田儲層裂縫發(fā)育區(qū)以半開啟縫為主，裂縫又可分為高角度縫和水平縫，水平縫主要為層理縫，構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)狀系統(tǒng)裂縫，斷層相關(guān)的主要裂縫發(fā)育帶寬度小于300 m。

(2) 根據(jù)裂縫發(fā)育程度及油井產(chǎn)量劃分3類裂縫發(fā)育區(qū)：Ⅰ類裂縫發(fā)育區(qū)Ksf和Kan層上下連通性好、產(chǎn)能高，采用合采方式，水平段設(shè)在Ksf 層；Ⅱ類裂縫發(fā)育區(qū)Ksf和Kan上下連通，但連通性一般，可采用斜井連通后合采，水平段位置可根據(jù)井區(qū)裂縫發(fā)育狀態(tài)確定；Ⅲ類裂縫發(fā)育區(qū)Ksf和Kan層不連通，采用分層開采。

(3) Ebano油田為層控的裂縫-孔隙型稠油灰?guī)r油藏，油水系統(tǒng)復(fù)雜，不同斷塊有不同的油水界面。

(4) 裂縫和原油黏度是決定油井產(chǎn)能的主控因素，斜井段與裂縫的夾角及水平段長度對水平井產(chǎn)能影響不大。優(yōu)先開采南部低黏度區(qū)域，后期可利用加熱技術(shù)開采北部高黏度區(qū)域。

(5) 研究區(qū)采用短半徑斜井和短水平井段，根據(jù)裂縫分類采用不同的開發(fā)策略同時開發(fā)Ksf和Kan層，油井產(chǎn)能提高了50%，對后期的開發(fā)具有一定的借鑒意義。