夾層對于CO2氣頂大底水薄油藏開發(fā)規(guī)律的影響研究

馮沙沙，閆正和，戴建文，楊 勇，李 偉，謝明英，柴愈坤

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

近年來, 我國陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了儲量豐富的氣頂?shù)姿筒? 此類油藏面臨著較高的開發(fā)難度, 受氣頂、底水2個能量體的作用, 在開發(fā)過程中同時面臨氣竄、水竄的風(fēng)險, 氣頂?shù)姿芰康脑u估至關(guān)重要。對于較厚的油層一般采用控制油氣界面穩(wěn)定的方法開發(fā)，此類開發(fā)方式一般根據(jù)油藏具體條件制定合理的射孔位置[1-3]并通過臨界產(chǎn)量的研究控制較小的合理生產(chǎn)壓差[4-5]，部分油藏采用打屏障井、下人工屏障的方式來起到阻礙氣竄、水竄的開發(fā)效果[6-7]。竇松江、張蔓等研究了不同開發(fā)方式、不同油柱高度對氣頂油藏開發(fā)效果的影響[8-11]。但是對于氣頂薄油層底水類油藏，由于油藏類型復(fù)雜且厚度較小，通過減緩氣竄與水竄的開發(fā)方法很難實現(xiàn)，無水采油、采氣期變得很短，導(dǎo)致開發(fā)難度大大增加。由于此類油藏類型較特殊，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)對于此類油藏的開發(fā)方式研究更是寥寥無幾，僅有少數(shù)學(xué)者通過油藏工程方法、油藏數(shù)值模擬等研究了氣頂油藏開發(fā)機理[12-17]，但是仍舊缺少對隔夾層的效果評估與研究。對于氣頂薄底水油藏，隔夾層可以起到減緩氣、水竄速度的作用，因此，尋找隔夾層的位置并且對其進行開發(fā)效果的評估至關(guān)重要。該文利用巖心和測井資料對夾層進行了定量評價和識別，應(yīng)用油藏數(shù)值模擬技術(shù)，研究了夾層對于X油藏氣竄、油侵氣頂、開發(fā)方式及開發(fā)效果的影響研究，創(chuàng)新性地提出了采用“劃層系、分區(qū)域”的開發(fā)策略和先底部采油后邊部采油的開發(fā)方式，大幅改善油藏開發(fā)效果。

1 油藏概況

X油藏為典型的薄層氣頂?shù)姿筒兀浞植际疽鈭D如圖1所示。油藏主要地質(zhì)特征參數(shù)如下：平均孔隙度為25%，平均滲透率為1 500 mD，整體為中高孔-高滲儲層；儲層較薄，氣頂(CO2)厚9 m，油層厚6 m，水層厚4 m。氣頂區(qū)域CO2含量占97%，氣頂指數(shù)為0.5，具有較強的邊底水，全區(qū)具有統(tǒng)一的油氣界面及油水界面。在油藏中部發(fā)育一套完整的具有一定滲透性的夾層，將X油藏分割為上下2個區(qū)域，上部區(qū)域為整個氣頂加邊部的油環(huán)，原油地質(zhì)儲量300×104m3，下部區(qū)域為油層的中間部分，原油地質(zhì)儲量200×104m3。2個區(qū)域儲層物性差異較大，上部區(qū)域平均滲透率為106 mD，且層間非均質(zhì)性嚴(yán)重，下部區(qū)域平均滲透率為2 232 mD，夾層平均滲透率為3 mD。

圖1 氣頂?shù)姿筒胤植际疽鈭DFig.1 The distribution map of gas cap and bottom water reservoir

由于夾層的存在，X油藏上下2個區(qū)域的油-氣-水分布情況是不同的，若完全將2個區(qū)域單獨考慮，上部區(qū)域可視為氣頂油環(huán)邊底水油藏，下部區(qū)域可視為純底水油藏；此外，2個區(qū)域的儲層物性相差較大，導(dǎo)致了滲流環(huán)境有所差異。因此，X油藏夾層成為了決定此油藏開發(fā)技術(shù)政策的關(guān)鍵因素。

2 夾層的綜合評價

2.1 夾層的精細(xì)研究

2.1.1 巖心定性識別

X油藏a井和e井都進行了取心，對井壁心的巖性和孔隙度、滲透率等物性特征參數(shù)進行了詳細(xì)分析，井壁心分析結(jié)果如表1所示。從結(jié)果可以看出：夾層井壁心為泥質(zhì)細(xì)砂巖和細(xì)砂巖，滲透率為1.880～8.630 mD，孔隙度為12.2%～17.3%，夾層不能完全封堵；e井在X油藏夾層的巖性為泥巖夾粉砂巖，夾層厚度2 m，巖心分析滲透率為0.106 mD，孔隙度為12.8%，夾層較致密，厚度變厚，具有一定的封堵性。從掃描電鏡看，夾層的大量孔隙喉道都被充填，孔隙發(fā)育極差，粒間常見黃鐵礦、菱鐵礦、高嶺石和毛發(fā)狀伊利石完全充填，導(dǎo)致孔隙連通性極差，如圖2所示，因此可以判斷該夾層比較致密，對流體可以起到一定的遮擋作用。

表1 X油藏井壁心分析結(jié)果表

圖2 X油藏夾層巖心掃描電鏡圖Fig.2 Core scanning electron microscope map of X reservoir

2.1.2 夾層分布規(guī)律研究

結(jié)合巖心識別夾層情況，采用“巖心刻度測井”的方法，明確不同類型夾層測井響應(yīng)特征，對夾層縱向上及平面上的分布特征進行了定量識別。X油藏連井剖面示意圖如圖3所示。

圖3 X油藏連井剖面示意圖Fig.3 Cross-sectional view of X reservoir

縱向上，通過Z油藏5口井連井剖面可以發(fā)現(xiàn)：油藏內(nèi)部發(fā)育了2套夾層，將儲層分為3套砂體即Z-Ⅰ，Z-Ⅱ和Z-Ⅲ，其中影響油藏開發(fā)的主要夾層是Z-Ⅰ(CO2氣頂)和Z-Ⅱ(下部油層)之間的夾層m，m夾層在a井和b井為泥質(zhì)夾層，厚度約1.30～3.16 m。由于珠江組Z-Ⅰ古地貌非常平緩，在短暫的洪水間歇期，水動力減弱，形成細(xì)粒沉積物，這時的泥質(zhì)-粉砂質(zhì)沉積分布穩(wěn)定，厚度一般較大，橫向上分布廣且較連續(xù)。因此，通過井間插值隨機模擬可得到夾層平面厚度圖，如圖4所示。從圖中可見，整體上X油藏中間夾層在含油范圍內(nèi)均有發(fā)育，夾層厚度從西北到東南方向逐漸增厚，a井處夾層井壁心巖性為含鈣泥質(zhì)粉砂-中砂巖，滲透率為1.880～8.630 mD, 夾層深淺電阻率測井曲線分開，表明有一定滲透性。

圖4 X油藏夾層平面剖面圖Fig.4 Interlayer thickness map of X reservoir

2.2 夾層對于開發(fā)規(guī)律的影響研究

應(yīng)用商業(yè)數(shù)值模擬軟件ECLIPSE建立X油藏的數(shù)值模擬模型, 采用人機交互的方法對夾層進行了模擬, 并在模型中對夾層進行了等效表征, 夾層在模型中的分布如圖5所示。將X油藏以夾層為界限，夾層以上的區(qū)域稱為層系Ⅰ, 夾層以下的區(qū)域稱為層系Ⅱ, 層系Ⅰ的氣頂區(qū)域稱為油藏頂部, 層系Ⅰ的油環(huán)區(qū)域稱為油藏邊部, 層系Ⅱ稱為油藏底部。分別在油藏底部、油藏頂部布置一口長度為500 m的水平井, 生產(chǎn)制度為控制井底流量500 m3/d，模擬時間為20年。利用數(shù)值模擬模型分別評價了夾層對于氣竄、油侵氣頂、開發(fā)方式等的影響。

圖5 X油藏夾層分布圖Fig.5 Interlayer distribution figure

2.2.1 夾層對于氣竄的影響

在夾層以下布井，探究夾層對于氣竄的影響。X油藏三相飽和度圖如圖6所示，單井生產(chǎn)動態(tài)曲線如圖7所示。在底部布井的情況下(如圖6a所示)，由于強底水和夾層的作用，氣頂狀態(tài)變化不大，生產(chǎn)氣油比保持較低的數(shù)值并且其曲線穩(wěn)定增長(如圖7a所示)，說明氣竄現(xiàn)象微弱，無油侵氣頂現(xiàn)象發(fā)生；由于強底水的驅(qū)動作用，在生產(chǎn)井附近形成水錐，從含水率的變化來看(如圖7b所示)，生產(chǎn)特征表現(xiàn)為明顯的底水油藏的特征。說明在較強能量底水的壓制作用下，夾層在一定程度上減弱了氣竄的程度，但是在實際開發(fā)過程中應(yīng)控制合理的生產(chǎn)壓差，避免氣頂氣壓力下降過快，發(fā)生油侵氣頂。

圖6 三相飽和度場圖Fig.6 Three phase saturation figure

圖7 單井生產(chǎn)動態(tài)曲線Fig.7 Signal well production curve

對比實際情況和假設(shè)完全隔絕情況下(隔夾層滲透率=0)的累產(chǎn)油曲線和累產(chǎn)氣曲線, 由圖8和圖9分析得出, 在2種隔夾層模式下, 累產(chǎn)油量曲線基本保持重合, 實際情況的產(chǎn)氣量大于完全隔絕的產(chǎn)氣量, 在20年末約高出40%。因此, 在只采油的情況下, 夾層對井的產(chǎn)油量影響不大, 對產(chǎn)氣量有一定影響, 但并不構(gòu)成氣竄。

圖8 實際與隔絕累產(chǎn)油量對比曲線Fig.8 Cumulative oil curve under different type interlayer

圖9 實際與隔絕累產(chǎn)氣量對比曲線Fig.9 Cumulative gas curve under different type interlayer

2.2.2 夾層對油侵氣頂?shù)挠绊?/p>

在頂部布井的情況下，通過圖10所示三相飽和度場可以看出，在20年末發(fā)生了明顯的油侵氣頂現(xiàn)象，主要原因是由于小氣頂壓力下降較快，油藏邊部和底部的原油通過夾層侵入油藏頂部，同時邊底水侵入油藏邊部和底部。說明在較強能量底水的驅(qū)動作用下，夾層無法阻止底部原油侵入氣頂。

圖10 頂部布井20年末三相飽和度場Fig.10 Three phase saturation figure with well in the topside(20 years)

單井日產(chǎn)油曲線、日產(chǎn)氣曲線和原油、氣頂采出程度曲線如圖11和圖12所示。從模擬結(jié)果來看，在只采氣的情況下，單井日產(chǎn)油量和油的采出程度較低，日產(chǎn)氣量和氣頂采出程度較高，原因是由于氣頂物性較油層物性差，且日產(chǎn)氣量較大，氣頂壓力降低較快，在強底水的作用下，具有一定滲透性的夾層無法阻礙油侵氣頂，因此建議實施油氣同采的開發(fā)方式。

圖11 日產(chǎn)油、日產(chǎn)氣曲線Fig.11 Oil and gas rate curve

圖12 原油、氣頂采出程度曲線Fig.12 Recovery factor curve of oil and gas

綜合評價X油藏夾層的作用，通過數(shù)值模擬研究，認(rèn)為在夾層底部布井可極大程度減少產(chǎn)氣量以抑制氣竄，但是在氣頂區(qū)域布井不能阻礙油侵氣頂?shù)陌l(fā)生，因此提出通過“劃層系、分區(qū)域”的方式來開發(fā)含隔夾層的氣頂?shù)姿筒?，該方式可以高效開發(fā)此類油藏并最大程度提高原油采收率。

2.2.3 夾層對開發(fā)方式的影響

考慮到夾層對氣頂大底水薄油藏開發(fā)效果的影響，該文通過數(shù)值模擬優(yōu)選了6種開發(fā)方式。方式一為底部采油，即僅在隔夾層底部布井生產(chǎn)；方式二為頂部采氣-底部采油，即在氣頂區(qū)域和夾層底部布井同時生產(chǎn)；方式三為底部采油-邊部采油，即在夾層上部的油環(huán)區(qū)和夾層底部布井同時生產(chǎn)；方式四為三區(qū)同采，即在夾層上部的油環(huán)區(qū)、夾層上部的氣頂區(qū)和夾層底部布井同時生產(chǎn)；方式五為先底部采油后三區(qū)同采，即先在隔夾層底部布井生產(chǎn)，再在夾層上部的油環(huán)區(qū)、夾層上部的氣頂區(qū)和夾層底部布井同時生產(chǎn)；方式六為先底部采油后邊部采油，即先在隔夾層底部布井生產(chǎn)，再在夾層上部的油環(huán)區(qū)布井生產(chǎn)。6種開發(fā)方式的開發(fā)示意圖如表2所示。

表2 6種不同開發(fā)方式示意圖Table 2 Schematic diagram of six development ways

對各種開發(fā)方式進行數(shù)值模擬研究，不同開發(fā)方式下20年的原油采出程度曲線如圖13所示。由模擬結(jié)果可以看出，在2個層系的開發(fā)政策上，由于底水的壓制作用，夾層能有效地封隔氣竄，并且油藏底部的儲層物性較好，因此層系Ⅱ可采用底水油藏緊貼夾層布井的開發(fā)方式。由于底水的驅(qū)動作用，夾層不能有效地防止油侵氣頂，因此層系Ⅰ應(yīng)按氣頂?shù)姿筒氐拈_發(fā)方式進行油氣同采或只在邊部布井。頂部采氣、底部采油的開發(fā)方式損失了邊部的原油，其累產(chǎn)油量最少；從采收率角度看，先開發(fā)底部，后底部采油、邊部采油采出程度最高。考慮初產(chǎn)，底部采油、邊部采油可獲得較高初期產(chǎn)量。綜合考慮油藏采收率和初期產(chǎn)量貢獻后，推薦先底部采油后邊部采油的開發(fā)方式，即方式六。該方式下油藏前1年內(nèi)累積產(chǎn)油約為25×104m3，平均單井累積產(chǎn)油量為4.2×104m3，最終采收率為22.3%。

圖13 不同開發(fā)方式下原油采出程度曲線Fig.13 Crude oil recovery curve under different development methods

3 結(jié)論

1)通過測井和巖心對夾層進行了精細(xì)識別, 在X油藏中部連續(xù)發(fā)育一套具有一定滲透性的夾層, 縱向上夾層厚度約為1～2 m, 滲透率為1.880～8.630 mD；平面上中間夾層在含油范圍內(nèi)均有發(fā)育, 夾層厚度從西北到東南方向逐漸增厚。

2)系統(tǒng)地分析了隔夾層對于開發(fā)規(guī)律和開發(fā)效果的影響。由于底水能量較強，在底水能量的驅(qū)動作用下，在夾層下面布井，氣頂狀態(tài)變化不大，氣竄現(xiàn)象微弱，無油侵氣頂現(xiàn)象發(fā)生；在夾層以上布井開發(fā)，夾層不能阻止油侵氣頂。

3)提出了適用于此類復(fù)雜油藏“劃層系、分區(qū)域”的開發(fā)政策，即以夾層為界限將油藏分為2套層系、3個區(qū)域，其中層系Ⅰ按照氣頂?shù)姿筒剡M行開發(fā)并且盡量避免油氣同采，層系Ⅱ按照強底水油藏進行開發(fā)，緊貼夾層底部布井。

4)綜合考慮油藏采收率和初期產(chǎn)量貢獻，推薦先底部采油后邊部采油的開發(fā)方式。該方式下油藏前1年內(nèi)累積產(chǎn)油約為25×104m3，平均單井累積產(chǎn)油量為4.2×104m3，最終采收率為22.3%。