陽曉燕,王 龍,吳曉慧,何 芬,江遠(yuǎn)鵬
(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459)
渤海南部A油田現(xiàn)井網(wǎng)分兩套層系開發(fā),分別是淺層明化鎮(zhèn)組和深層沙河街組,其中沙河街組為其主力油組,采用大段合采定向井開發(fā)方式。沙河街組沙三段以辮狀河三角洲薄互層沉積為主[1–2],儲層橫向變化較快,儲層連通關(guān)系復(fù)雜[3],縱向跨度大,儲層薄,平均油層厚1.5~2.7 m,單層厚小于2.0 m的小層個數(shù)占比63%,儲層平均孔隙度為21.3%,平均滲透率為181.8×10–3μm2,是典型的中孔、中滲油藏。沙河街組地層原油黏度為1.53~2.69 mPa·s,原油密度為0.881 g/cm3,為輕質(zhì)常規(guī)原油[4]。油田投產(chǎn)5年來,各類動態(tài)、測試資料表明水驅(qū)動用程度僅為57.8%,縱向?qū)娱g和層內(nèi)非均質(zhì)嚴(yán)重,層間干擾明顯,現(xiàn)有井網(wǎng)難以實現(xiàn)各層的均衡驅(qū)替[5–6]。為進(jìn)一步降低油田層間干擾[7–8],國內(nèi)外學(xué)者從滲流機理、影響因素等方面對層間干擾進(jìn)行了研究。張士奇等[9]對氣井中發(fā)生層間干擾的條件和層間干擾對試氣資料的影響等做了研究,認(rèn)為層間干擾使得各層之間流體產(chǎn)出量相差很大的主要原因是多層油藏的層間非均質(zhì)性;莫建武等[10]利用巖心,通過設(shè)計不同多層組合方案,進(jìn)行水驅(qū)油室內(nèi)實驗,研究了各層的水驅(qū)動用程度、產(chǎn)量貢獻(xiàn)率、采出程度等水驅(qū)效果及其主要影響因素;王峙博等[11]通過室內(nèi)巖心驅(qū)替實驗研究了滲透率級差對層間干擾系數(shù)的影響,并提出當(dāng)滲透率級差大于10時,總干擾程度增加不明顯,幾乎保持不變。然而現(xiàn)有研究成果對于渤海油田薄互層油藏并不適用,為了探索適合渤海油田薄互層油藏的細(xì)分層系開發(fā)理論基礎(chǔ),本文首次開展雙管水驅(qū)實驗[12]以及三維非均質(zhì)水驅(qū)實驗研究[13–14],提出層系細(xì)分調(diào)整界限,從而指導(dǎo)后續(xù)薄互層油藏的開發(fā)方案編制及調(diào)整挖潛。
雙管水驅(qū)實驗裝置由恒溫箱、ISCO高精度驅(qū)替泵(泵容積為260 mL,壓力范圍為0~7 500 psi,流速為0.001~107.000 mL/min,準(zhǔn)確度為0.5%滿量程)、雙管并聯(lián)模型(長巖心夾持器,人造巖心長30.0 cm)、水釜、油釜及油水計量裝置等組成(圖1)。三維非均質(zhì)水驅(qū)實驗裝置除了將雙管水驅(qū)實驗裝置中的雙管并聯(lián)模型變更為層間非均質(zhì)三維模型和油藏飽和度監(jiān)測系統(tǒng)外,其余均一致。兩套實驗用油均為取自A油田的地面脫氣原油與煤油按照6∶1復(fù)配而成(以下簡稱為復(fù)配油),然后利用毛細(xì)管黏度計測量其黏度。即先將復(fù)配油裝在黏度計里放到恒溫槽架子上,并把毛細(xì)管前后左右調(diào)垂直,然后在110 ℃(模擬油層溫度)下恒溫10 min,測定復(fù)配油黏度為2.03 mPa·s。實驗用水則根據(jù)A油田水分析報告進(jìn)行配制,測試地層水黏度為0.40 mPa·s(地層水礦化度為8 457 mg/L)。
圖1 實驗裝置
大段合采井開發(fā)過程中產(chǎn)生層間干擾的影響因素非常多[15–17],主要為防砂段跨度、防砂段段數(shù)、段間滲透率級差等,本文則重點針對滲透率級差對層間干擾的影響進(jìn)行實驗研究。首先通過1根長巖心單采以及2根不同儲層物性的長巖心并聯(lián)來模擬多層油藏合采,分析滲透率級差對產(chǎn)油指數(shù)、含水率變化、采出程度等的影響,明確層間干擾程度;其次通過層間非均質(zhì)三維水驅(qū)模型研究滲透率級差對油水兩相動態(tài)運移規(guī)律及剩余油分布規(guī)律的影響??紤]A油田儲層滲透率主要為300.0×10–3,100.0×10–3,25.0×10–3μm2,設(shè)計對比實驗方案見表1。
表1 不同類型實驗滲透率級差方案設(shè)定
雙管水驅(qū)實驗及三維非均質(zhì)水驅(qū)實驗均采用恒速進(jìn)行驅(qū)替,分別以合注分采和單注單采兩種方式進(jìn)行原油驅(qū)替實驗,驅(qū)替過程中單獨記錄各長巖心、各小層的壓力,單獨進(jìn)行出口油、水分離計量。具體實驗步驟[18]如下:
①實驗準(zhǔn)備:模型稱干重,并測定死體積,對模型進(jìn)行抽真空至1.0×10–3MPa后,再連續(xù)抽5 h。②飽和水:以3 mL/min的恒速飽和模擬地層水,充分飽和且穩(wěn)定后,測水相滲透率,并計算孔隙體積及孔隙度。③飽和油:以3 mL/min的恒速飽和復(fù)配油,直至長巖心出口無水產(chǎn)出,建立束縛水飽和度,并測定束縛水條件下填砂管的油相滲透率。三維非均質(zhì)模型飽和油時,動態(tài)監(jiān)測飽和油過程中所有電極電阻率值的變化,待出口端完全出油且所有電阻率值完全保持穩(wěn)定后,停止飽和油。④恒速法水驅(qū)油:以3 mL/min的速度恒速驅(qū)替,直至出口端含水率達(dá)到98%為止,驅(qū)替過程中隨時記錄各管、各層的壓力、產(chǎn)油量、產(chǎn)液量等數(shù)據(jù)。同時,三維膠結(jié)模型可通過監(jiān)測不同時間不同位置的電阻率值來獲得飽和度分布及波及規(guī)律[9]。
實驗結(jié)果表明層間干擾對各項開發(fā)指標(biāo)都有較大的影響。由圖2可知,開發(fā)過程可劃分為三個階段,分別是高滲層動用階段(第一階段)、高低滲層共動用階段(第二階段)、低滲層動用階段(第三階段);其中高滲層與低滲層共同動用時,采油指數(shù)能得到有效提升,隨著滲透率級差增大,高低滲層共動用階段(第二階段)開始越晚且占比越小,層間矛盾越突出。隨著滲透率級差的增加,高滲層逐漸受到抑制,采油指數(shù)逐漸降低,整體采出程度低。
圖2 不同滲透率級差下采油指數(shù)與采出程度變化關(guān)系
隨著滲透率級差增加,層間干擾加劇,注入水沿高滲層突進(jìn),高滲層含水突破加快。滲透率級差越大,見水時間越提前,且含水上升越快,無水采油期大幅縮短(圖3),主要原因是多層合采儲層存在非均質(zhì)性,油藏開發(fā)早期吸水較多的小層流體總黏度降低程度明顯,使得該小層的滲流能力提高,導(dǎo)致了層間干擾現(xiàn)象的增強。
圖3 不同滲透率級差下含水變化曲線
由圖4可知,隨著滲透率級差的增加,低滲層采出程度明顯變低,單采與合采差異增大,當(dāng)滲透率級差為12時,低滲層單采與合采差異可達(dá)21.7%;隨著滲透率級差的增加,高滲層單采與合采差異則較小,即與高滲層相比低滲層受層間干擾影響更大。從合采結(jié)果來看,當(dāng)滲透率級差超過3以后,兩層合采時低滲層的采收率較兩層單采時低滲層的采收率差異超過10%,隨著滲透率級差的增加,層間干擾越嚴(yán)重,嚴(yán)重抑制低滲層產(chǎn)出。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因是滲透率級差越大,高滲層和低滲層滲流阻力差異越大,流體更容易從滲流阻力小的高滲層產(chǎn)出,對低滲層的抑制越嚴(yán)重,干擾越大。研究結(jié)果可較好地應(yīng)用于油田實際生產(chǎn),即通過對儲量豐度高的區(qū)域細(xì)分層系、儲量豐度低的區(qū)域進(jìn)行產(chǎn)液結(jié)構(gòu)調(diào)整來提高采收率。
圖4 不同滲透率級差下采出程度差異曲線
當(dāng)滲透率級差為12時,開發(fā)初期,由于高滲儲層流度大,流動阻力小,油氣快速運移(圖5),注入水基本全部進(jìn)入高滲儲層,高滲儲層水線快速推進(jìn),含油飽和度快速降低,高滲儲層產(chǎn)出比例高,波及程度高,水淹程度高,低滲儲層波及效果差,幾乎不動用,采出程度低。隨著驅(qū)替倍數(shù)的增加,含水率(Fw)達(dá)到75%時,層間干擾逐漸加劇,注入水沿高滲儲層竄進(jìn),高滲儲層波及范圍更大,逐漸形成優(yōu)勢通道,此時低滲儲層逐漸啟動,波及范圍小,主要為注水井附近受到注入水的波及區(qū)域,其余部位均未動用,采出程度仍較低;當(dāng)含水率達(dá)到90%時,高滲儲層基本全部波及,優(yōu)勢通道更明顯,剩余油飽和度更低,低滲儲層波及范圍進(jìn)一步擴大,但波及效果仍較差,采出程度低,剩余油較富集,邊部區(qū)域則完全未動用。當(dāng)滲透率級差為3時,隨著含水的增加,高滲儲層與低滲儲層水線同步推進(jìn),當(dāng)含水率為90%時,高滲儲層與低滲儲層波及均較均勻,隨著滲透率級差的降低,低滲層受抑制作用減弱,可有效減小層間動用矛盾,提高低滲層的動用程度,同時也有效改善高滲層的突進(jìn)狀況,大幅提高各層動用狀況,從而改善各層的開發(fā)效果。
圖5 不同滲透率級差條件下不同含水階段含油飽和度展布
綜合兩類實驗研究結(jié)果表明,滲透率級差太大,將會嚴(yán)重影響開發(fā)效果,高滲儲層的優(yōu)勢通道給低滲儲層的開發(fā)帶來困難,有必要通過細(xì)分層系將滲透率級差控制在3以內(nèi),細(xì)分層系后將有效提高低滲儲層的動用程度,同時改善高滲儲層的水驅(qū)開發(fā)效果。
A油田1井區(qū)開發(fā)方案為沙三中亞段一套層系開發(fā),其縱向上可細(xì)分為3個油組、30個小層。沙三中亞段Ⅰ油組分流河道發(fā)育,儲層橫向分布較穩(wěn)定,儲層發(fā)育,物性較好(滲透率200.0×10–3~350.0×10–3μm2);沙三中亞段Ⅱ油組、Ⅲ油組為典型進(jìn)積體沉積[20],物性較差(滲透率30.0×10–3~60.0×10–3μm2)。開發(fā)井單井油層厚度大,最厚達(dá)78.0 m,生產(chǎn)層位縱向跨度為163.0~286.0 m;目標(biāo)層滲透率級差高達(dá)10.4,儲層非均質(zhì)性嚴(yán)重。開發(fā)過程中層間干擾明顯,產(chǎn)能測試表明,單采沙三中亞段Ⅰ油組比采油指數(shù)為0.76 m3/(d·m·MPa),單采沙三中亞段Ⅱ油組比采油指數(shù)為0.46 m3/(d·m·MPa),合采沙三中亞段Ⅰ油組、Ⅱ油組比采油指數(shù)僅為0.40 m3/(d·m·MPa),層間干擾導(dǎo)致單井產(chǎn)能未能充分釋放;通過多口井的產(chǎn)吸剖面測試也表明各油組/小層動用不均衡,其中沙三中亞段Ⅱ油組部分小層不吸水、不產(chǎn)液、未有效動用,Ⅲ油組則完全未動用。
為進(jìn)一步改善開發(fā)效果,結(jié)合物理模擬實驗界限以及井區(qū)儲量規(guī)模,提出對沙三中亞段Ⅰ油組、Ⅱ油組、Ⅲ油組細(xì)分層系開發(fā)。即在原井網(wǎng)基礎(chǔ)上重新部署注采井,使用兩套井網(wǎng)開發(fā)兩套層系,總計部署四套開發(fā)方案(表2)。對比分析開發(fā)效果,從采出程度與含水率關(guān)系曲線(圖6a)可以看出,目前籠統(tǒng)注采井網(wǎng)含水快速上升,而分注分采方案驅(qū)替均衡,含水上升緩慢,開發(fā)效果相對較好;從采出程度與生產(chǎn)時間關(guān)系曲線(圖6b)可以看出,籠統(tǒng)注采方案采出程度僅為24.3%,而細(xì)分層系后采出程度可提高5.2%~6.9%。細(xì)分層系減小了層間動用矛盾,提高了各層動用程度,尤其是低滲層沙三中亞段II油組、Ⅲ油組采出程度提高幅度可達(dá)15%~22%。細(xì)分層系后高滲層壓力降低,低滲層壓力抬升,高滲與低滲層壓差變小,有效減緩了層間干擾,含水上升也大幅度減緩。
表2 不同方案說明
圖6 采出程度與含水率、生產(chǎn)時間的關(guān)系曲線
2井區(qū)是A油田的主力井區(qū),主力生產(chǎn)層位為沙三上亞段和沙三中亞段,均以反七點規(guī)則井網(wǎng)開發(fā),單井井控儲量低,井網(wǎng)較完善,縱向非均質(zhì)性嚴(yán)重,隨著開發(fā)的進(jìn)行,縱向?qū)娱g干擾日趨嚴(yán)重,中高滲層單層突破,多數(shù)油井含水率呈臺階式上升,產(chǎn)量大幅遞減。2019年提出重點對2井區(qū)的1個高含水井組進(jìn)行治理,該井組含水率高達(dá)85.8%,其中兩口生產(chǎn)井滲透率級差為10.6~15.8,動態(tài)監(jiān)測資料分析,物性較差的沙三中亞段整體產(chǎn)出效果差,為了進(jìn)一步改善井組的開發(fā)效果,同時考慮該井組儲量基礎(chǔ)薄弱,不適合增加調(diào)整井細(xì)分層系開發(fā),提出利用現(xiàn)井網(wǎng)開關(guān)滑套進(jìn)行輪采,進(jìn)一步實現(xiàn)分層系開發(fā)。結(jié)合實驗研究結(jié)果,將該井組一口井關(guān)閉物性較好的沙三上亞段,單采沙三中亞段,另一口井關(guān)閉物性較差的沙三中亞段,單采沙三上亞段,分別將兩口生產(chǎn)井滲透率級差控制在3以內(nèi),同時對對應(yīng)注水井重新實施分層調(diào)配,強化沙三中亞段注水,注采比提高到1.2,弱化沙三上亞段注水,將注采比控制在0.9。措施后,該井組含水率降低至45.3%,日增油達(dá)80 m3,大幅改善了該井區(qū)開發(fā)效果。
(1)實驗結(jié)果表明,滲透率級差越大,開發(fā)效果越差。低滲儲層與高滲儲層相比,低滲儲層受層間干擾影響更大;高滲儲層水驅(qū)較均勻,低滲儲層動用程度較低,后期高滲層的優(yōu)勢通道給低滲層的開發(fā)帶來困難。
(2)室內(nèi)實驗及礦場實踐表明,滲透率級差控制在3以內(nèi)能較好地改善開發(fā)效果,并首次提出渤海區(qū)域薄互層油藏早期細(xì)分調(diào)整層系的技術(shù)界限,研究成果對渤海類似中深層薄互層油田的開發(fā)方案編制以及調(diào)整挖潛具有指導(dǎo)意義。
(3)研究成果有效地指導(dǎo)渤海南部A油田提高采收率,即在儲量豐度高的區(qū)域進(jìn)行層系細(xì)分重組,細(xì)分層系后采出程度可提高5.2%~6.9%;在儲量豐度較低的區(qū)域進(jìn)行產(chǎn)液結(jié)構(gòu)調(diào)整,實施后日增油達(dá)80 m3,有效改善了油田開發(fā)效果。