海上油田滾動(dòng)開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)新方法與實(shí)踐

陳曉明

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司,天津 300459）

油氣田動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)估是海上油田滾動(dòng)開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),目標(biāo)區(qū)域的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量規(guī)模直接影響著油田開(kāi)發(fā)策略的制定［1-2］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的計(jì)算方法進(jìn)行了廣泛深入的研究,具體方法涉及物質(zhì)平衡［3］、壓降反演［4］和遞減分析［5-9］等,應(yīng)用范圍涵蓋常規(guī)油氣田［10-13］、非常規(guī)油氣田［14-20］、陸地油田和海上油田［21-23］。蔡振華等［24］針對(duì)致密砂巖氣井缺乏合適的產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)問(wèn)題提出了IC 指數(shù),并定性分析了影響IC 指數(shù)曲線形態(tài)的主要因素,但其在IC 指數(shù)定義過(guò)程中直接采用井底流壓,并沒(méi)有進(jìn)行擬壓力轉(zhuǎn)換,這會(huì)導(dǎo)致擬穩(wěn)定階段的IC指數(shù)仍存在一定的波動(dòng)；雷源等［25］從礦場(chǎng)角度提出了表征海上油田儲(chǔ)層泄油能力的物理量Dr指數(shù),并詳細(xì)闡述了借助Dr指數(shù)反求動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的過(guò)程,但該方法求解精度受限于擬穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的選取,在礦場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中存在一定困擾。針對(duì)以上問(wèn)題,本文將修正的IC指數(shù)和Dr指數(shù)統(tǒng)一定義為泄油指數(shù),并對(duì)基于泄油指數(shù)評(píng)估油氣藏生產(chǎn)能力的方法進(jìn)行系統(tǒng)研究。

1 泄油指數(shù)

1.1 泄油指數(shù)定義

基于參考文獻(xiàn)［24］、［25］研究成果,定義油氣藏泄油指數(shù)為：油（氣）井一定生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)的累積產(chǎn)油（氣）量與井底流壓（擬壓力）下降量的比值。采油指數(shù)反映的是油氣井的瞬時(shí)產(chǎn)油或產(chǎn)氣能力,是一種瞬時(shí)指標(biāo),與采油指數(shù)不同,泄油指數(shù)是一種累積指標(biāo),反映的是單位能量波動(dòng)下的儲(chǔ)層泄油水平。為統(tǒng)一表達(dá)方式,泄油指數(shù)的符號(hào)表示仍沿用Dr,那么油藏泄油指數(shù)可表示為：

式中,Npo,ti、Npo,ti+n分別為ti和ti+n時(shí)刻的累積產(chǎn)油量,m3；pwf,ti、pwf,ti+n分別為ti和ti+n時(shí)刻的井底流壓,MPa；t為時(shí)間,d。

為保證氣藏IC指數(shù)的穩(wěn)定性,對(duì)IC指數(shù)的定義稍作修正,用擬壓力代替井底流壓,因此氣藏泄油指數(shù)可表示為：

式中,Npg,ti、Npg,ti+n分別為ti和ti+n時(shí)刻的累積產(chǎn)氣量,m3；mwf,ti,mwf,ti+n分別為ti和ti+n時(shí)刻的井底擬壓力,MPa/（mPa·s）；t為時(shí)間,d。

1.2 無(wú)量綱泄油指數(shù)

文獻(xiàn)［25］以單井?dāng)?shù)值模擬為研究基礎(chǔ),得出了影響泄油指數(shù)的關(guān)鍵因素為：儲(chǔ)層產(chǎn)狀、油井產(chǎn)量和數(shù)據(jù)噪音,并推導(dǎo)了任意形狀封閉邊界、任意產(chǎn)量遞減形式擬穩(wěn)態(tài)條件下的泄油指數(shù)解析式,將累積產(chǎn)油量換為積分形式,泄油指數(shù)表達(dá)式可簡(jiǎn)化如下：

式中,K為儲(chǔ)層滲透率,10-3μm2；h為儲(chǔ)層厚度,m；t為油井生產(chǎn)時(shí)間,d；q（t）為t時(shí)刻油井的日產(chǎn)油量,m3；μ為原油黏度,mPa·s；B為原油體積系數(shù),無(wú)量綱；φ為孔隙度,無(wú)量綱；Ct為綜合壓縮系數(shù),MPa-1；CA為形狀因子,無(wú)量綱；A為泄油面積,m2；Rw為井筒半徑,m；S為井筒表皮,無(wú)量綱；γ為歐拉常數(shù),γ=1.781。

在不同時(shí)期開(kāi)發(fā)技術(shù)政策的影響下,海上油田的采油速度常常會(huì)有所調(diào)整,自然遞減率也會(huì)隨之改變。參考文獻(xiàn)［23］忽略了這種自然遞減率隨開(kāi)發(fā)時(shí)間的變化,導(dǎo)致了不同生產(chǎn)階段的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)估結(jié)果存在差異。為保證泄油指數(shù)法求解動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量結(jié)果的一致性,本文提出分階段分析的思路,即假設(shè)某一特定生產(chǎn)時(shí)間段內(nèi)遞減率是恒定不變的,探索不同生產(chǎn)階段遞減率之間是否滿(mǎn)足某種特定的內(nèi)在聯(lián)系,以此評(píng)判各階段基于泄油指數(shù)評(píng)估得到的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的可靠性。

為探索自然遞減率的變化規(guī)律,對(duì)式（3）中的產(chǎn)量表達(dá)形式進(jìn)行變換,根據(jù)Arps［5］的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,假定進(jìn)入擬穩(wěn)態(tài)后油井產(chǎn)量滿(mǎn)足指數(shù)遞減形式,表達(dá)式為：

式中,qo為油井初始產(chǎn)量,m3/d；Dt為自然遞減率,1/d。

聯(lián)立式（3）、（4）,并簡(jiǎn)化得

對(duì)上式右側(cè)進(jìn)行量綱分析,可對(duì)量綱泄油指數(shù)進(jìn)行無(wú)量綱化：

將式（6）代入式（5）,無(wú)量綱泄油指數(shù)表達(dá)式為：

式中,η為地層導(dǎo)壓系數(shù),表達(dá)式為緊接著對(duì)式（7）取倒數(shù)變換,可得

從式（8）可以看出,1/DDr與1/Dt呈現(xiàn)線性相關(guān)關(guān)系,其中角系數(shù)a與泄油面積（動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量）成反比,截距b與泄油面積（動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量）成反相關(guān),因此截距b與角系數(shù)a成正相關(guān)。將不同儲(chǔ)層條件下的1/DDr隨1/Dt的變化關(guān)系繪制到坐標(biāo)系中,會(huì)呈現(xiàn)互不相交的直線簇圖版,圖版中的每根直線都映射著相應(yīng)大小的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。

2 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)估

2.1 理論圖版法

根據(jù)式（6）可繪制不同儲(chǔ)層條件下的無(wú)量綱泄油指數(shù)DDr隨自然遞減率Dt的理論變化圖版,在此假設(shè)井筒半徑Rw=0.1 m,表皮系數(shù)S=5,選取導(dǎo)壓系數(shù)η分別為0.10,0.15,0.20,0.25 m2/s,選取泄油半徑Re分別為250,350,450,550,750 m,繪制理論圖版如圖1和圖2。當(dāng)?shù)貙訉?dǎo)壓系數(shù)和泄油半徑（動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量）同時(shí)確定時(shí),理論曲線為一條與橫軸相交的直線；當(dāng)?shù)貙訉?dǎo)壓系數(shù)確定時(shí),隨著泄油半徑（動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量）的增加,理論曲線呈現(xiàn)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)（如圖1）；當(dāng)泄油半徑（動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量）確定時(shí),隨著地層導(dǎo)壓系數(shù)的增加,理論曲線呈現(xiàn)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)（如圖2）。

圖1 不同泄油半徑條件下的DDr理論圖版（η=0.15 m2/s）

圖2 不同導(dǎo)壓系數(shù)條件下的DDr理論圖版（Re=550 m）

借助上述分析,可將油氣井不同生產(chǎn)階段的泄油指數(shù)和遞減率投影至理論圖版,根據(jù)投影點(diǎn)的趨勢(shì)評(píng)估動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量大?。河途懂a(chǎn)初期,儲(chǔ)層供給半徑逐漸擴(kuò)大,井底流壓下降較快,這個(gè)階段計(jì)算得到的泄油指數(shù)與理論值會(huì)存在較大差異,加上儲(chǔ)層非均質(zhì)的影響,油井產(chǎn)量遞減情況也不能反映出整體地層導(dǎo)壓能力,該階段數(shù)據(jù)會(huì)處于離散狀態(tài)；油井生產(chǎn)穩(wěn)定后,壓力波已到達(dá)泄油邊界,儲(chǔ)層壓力變化進(jìn)入擬穩(wěn)定狀態(tài),油井響應(yīng)能夠反映儲(chǔ)層整體情況,該階段泄油指數(shù)與自然遞減率會(huì)逐漸呈現(xiàn)理論圖版中的線性關(guān)系,根據(jù)該線性關(guān)系即可確定動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量值。

2.2 數(shù)值模擬驗(yàn)證

為驗(yàn)證評(píng)估方法是否準(zhǔn)確,文章借助數(shù)值模擬手段進(jìn)行檢驗(yàn)。儲(chǔ)層參數(shù)設(shè)定如下：滲透率100×10-3μm2,油層厚度13.3 m,孔隙度0.168,綜合壓縮系數(shù)1.4×10-3MPa-1,地層原油黏度1.57 mPa·s,原油體積系數(shù)1.1,束縛水飽和度0.32；儲(chǔ)層泄油邊界設(shè)置為圓形,半徑為500 m；數(shù)值模型網(wǎng)格剖分采取PEBI 混合網(wǎng)格（見(jiàn)圖3）；油井S1 生產(chǎn)制度如下：初期產(chǎn)能200 m3/d,按照日遞減率0.5%,0.4%,0.3%,0.2%分別設(shè)定4 個(gè)生產(chǎn)階段（符合礦場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)量遞減逐漸降低的趨勢(shì)）,引入數(shù)據(jù)噪聲2%［25］,每個(gè)階段生產(chǎn)時(shí)間為30 d（見(jiàn)圖4）。

圖3 儲(chǔ)層網(wǎng)格剖分模型

圖4 S1井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

根據(jù)文獻(xiàn)［25］提出的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法和泄油指數(shù)求解步驟,對(duì)S1 井的4 個(gè)生產(chǎn)階段進(jìn)行擬合分析,計(jì)算得出每個(gè)階段對(duì)應(yīng)的遞減率和泄油指數(shù)值,各參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各生產(chǎn)階段參數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)油藏參數(shù)可計(jì)算出儲(chǔ)層導(dǎo)壓系數(shù)為0.27 m2/s,在此選取泄油半徑Re分別為350,400,450,500,550 m（對(duì)應(yīng)儲(chǔ)量No分別為（50,64,81,99,120）×104m3）制作理論圖版如圖5。根據(jù)表1,將動(dòng)態(tài)分析結(jié)果投影到理論圖版,隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng),實(shí)際投影點(diǎn)在圖版呈現(xiàn)由右上到左下的分布趨勢(shì),可以看出實(shí)際投影點(diǎn)與動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量99×104m3的理論曲線基本重合,其對(duì)應(yīng)的泄油半徑為500 m,與數(shù)值模擬設(shè)定值完全一致,驗(yàn)證了本文方法的可靠性。

圖5 數(shù)值模擬結(jié)果與理論圖版投影關(guān)系（η=0.27 m2/s）

3 礦場(chǎng)實(shí)例應(yīng)用

渤海灣南部海域油田以河流相沉積為主,斷裂系統(tǒng)復(fù)雜,儲(chǔ)層變化快,多采用滾動(dòng)模式開(kāi)發(fā),優(yōu)先開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)砂體。采用本文方法分別對(duì)BZ 油田群和KL油田群滾動(dòng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的潛力砂體進(jìn)行評(píng)估,取得較好效果。

3.1 BZ油田群

BZ34 油田1657 砂體發(fā)育于新近系明化鎮(zhèn)組下段,為高孔、中高滲儲(chǔ)層,流體黏度較低。受地震資料品質(zhì)限制,砂描邊界較為保守,開(kāi)發(fā)方案僅設(shè)計(jì)一口C6井滾動(dòng)開(kāi)發(fā)（見(jiàn)圖6a）。對(duì)C6井進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,儲(chǔ)層參數(shù)及各生產(chǎn)階段評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表2 和表3。從理論圖版投影結(jié)果（見(jiàn)圖7、圖8）可以看出：選取的6 個(gè)生產(chǎn)階段,其中有4 個(gè)階段趨于收斂,且與動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量300×104m3的理論直線重合程度較高；整體來(lái)看,實(shí)際投影點(diǎn)由離散趨于集中,證實(shí)了生產(chǎn)趨于穩(wěn)定,因此評(píng)估該區(qū)域動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為300×104m3。

圖6 1657砂體含油面積示意

圖7 BZ油田群C06井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

圖8 C6井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量階段評(píng)估理論圖版投影圖（η=0.41 m2/s）

表2 C6井靜態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)

表3 C6井動(dòng)態(tài)參數(shù)評(píng)估結(jié)果

根據(jù)投產(chǎn)后的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量認(rèn)識(shí),在1657砂體西側(cè)部署了1 口開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)井,評(píng)價(jià)井實(shí)施后鉆遇油層8.0 m,證明儲(chǔ)量落實(shí),隨后又在該砂體增加2 口調(diào)整井以完善注采井網(wǎng)（見(jiàn)圖6b）。截至目前,該砂體共部署開(kāi)發(fā)井4 口（2 注2 采）,新增探明原油地質(zhì)儲(chǔ)量230×104m3,累計(jì)增油59×104m3。

3.2 KL油田群

1483 砂體為KL-3 油田的主力砂體,開(kāi)發(fā)方案早期通過(guò)儲(chǔ)層構(gòu)型研究將該砂體一分為二,其中西側(cè)砂體儲(chǔ)層存在變薄風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)發(fā)方案僅在東側(cè)砂體設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)井5 口,平均井距300 m 左右（見(jiàn)圖9a）,其中A18 井投產(chǎn)后生產(chǎn)形勢(shì)良好,鑒于該井位置靠西,可通過(guò)其動(dòng)態(tài)響應(yīng)評(píng)估西側(cè)砂體的儲(chǔ)量落實(shí)程度,選取了投產(chǎn)初期4個(gè)生產(chǎn)階段進(jìn)行評(píng)估,日產(chǎn)油遞減率分別為0.16%,0.30%,0.12%,0.23%,動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)估結(jié)果見(jiàn)圖10、圖11。

圖9 1483砂體含油面積示意

圖11 A18井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量階段評(píng)估理論圖版投影圖（η=0.74 m2/s）

由于A18 井東側(cè)存在水平井A13,存在一定的井間干擾,本次評(píng)估結(jié)果可作為定性參考。根據(jù)理論圖版投影結(jié)果,投影點(diǎn)與動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量61×104m3的理論直線重合程度較高,考慮A18 井東側(cè)井控儲(chǔ)量有限,因此認(rèn)為西側(cè)2 號(hào)砂體和東側(cè)1 號(hào)砂體連通的可能性較大,且儲(chǔ)層落實(shí)程度較高。

結(jié)合動(dòng)靜態(tài)資料,在西側(cè)砂體部署了兩口調(diào)整井,兩口井鉆后平均油層厚度5.5 m,且隨鉆測(cè)壓資料顯示該區(qū)域平均壓降為0.8 MPa,驗(yàn)證了1483 砂體是整體連通的（見(jiàn)圖9b）。該砂體的滾動(dòng)開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明,在存在一定井間干擾的情況下,本文方法所評(píng)估出來(lái)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量依然具有較高的置信度。

該方法適用于衰竭開(kāi)發(fā)、未見(jiàn)水生產(chǎn)階段評(píng)估單井動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量,這也是它的局限性,其優(yōu)勢(shì)在于采用常規(guī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)資料估算相對(duì)獨(dú)立井區(qū)或者斷塊單井動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量,為儲(chǔ)量計(jì)算提供支持。

4 結(jié)論與建議

（1）在IC指數(shù)和Dr指數(shù)研究、修正的基礎(chǔ)上,規(guī)范了泄油指數(shù)的定義,并與采油指數(shù)進(jìn)行了概念上的區(qū)分。

（2）基于量綱分析,對(duì)泄油指數(shù)進(jìn)行無(wú)量綱化,并得到無(wú)量綱泄油指數(shù)倒數(shù)與自然遞減率倒數(shù)的線性關(guān)系,根據(jù)該線性關(guān)系可制作動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)估圖版；動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)估圖版能夠綜合油氣井各生產(chǎn)階段的動(dòng)態(tài)信息,將不同階段泄油指數(shù)和自然遞減率的變化規(guī)律考慮在內(nèi),有效規(guī)避了因生產(chǎn)不穩(wěn)定或數(shù)據(jù)選取不準(zhǔn)確帶來(lái)的誤差。

（3）基于數(shù)值模擬結(jié)果論證了泄油指數(shù)法的準(zhǔn)確性,泄油指數(shù)法的基本思想是壓力瞬態(tài)分析,因此適用于衰竭開(kāi)發(fā)或未見(jiàn)水階段動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)估,其優(yōu)勢(shì)在于將傳統(tǒng)的曲線圖版擬合過(guò)程簡(jiǎn)化為直線圖版擬合,大幅提高了評(píng)估效率,是對(duì)傳統(tǒng)方法的補(bǔ)充和完善。

（4）該方法作為一種新的動(dòng)態(tài)分析手段運(yùn)用于渤海南部海域油田,已指導(dǎo)了多個(gè)潛力砂體的滾動(dòng)開(kāi)發(fā),具有重要推廣意義。