渤海油田裂縫性潛山油藏儲(chǔ)層分類(lèi)及剩余油分布規(guī)律

祝曉林，劉宗賓，葛麗珍，趙健男，孟智強(qiáng)，王欣然

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

近年來(lái)，隨著勘探技術(shù)的發(fā)展及勘探力度的加大，渤海油田相繼發(fā)現(xiàn)了一大批裂縫性潛山油氣藏［1-5］，其中，JZ油田作為渤海最大的在生產(chǎn)潛山油藏，其高效開(kāi)發(fā)對(duì)油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)具有重大意義。目前，針對(duì)潛山油藏初期的高效開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)有了較成熟的認(rèn)識(shí)［6-11］，但對(duì)于潛山油藏進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期如何穩(wěn)產(chǎn)，特別是不同儲(chǔ)層條件下生產(chǎn)規(guī)律、剩余油認(rèn)識(shí)及挖潛等諸多問(wèn)題，尚缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)和研究。

本文以渤海JZ油田為例，基于潛山油藏不同裂縫發(fā)育特征對(duì)生產(chǎn)規(guī)律的影響，將JZ油田儲(chǔ)層劃分為3類(lèi)，研究了不同儲(chǔ)層模式下剩余油分布規(guī)律及特征；在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬技術(shù)并結(jié)合礦場(chǎng)實(shí)踐，提出了一套適合3類(lèi)儲(chǔ)層的剩余油挖潛策略，指導(dǎo)了JZ油田開(kāi)發(fā)中后期高效開(kāi)發(fā)。

1 油田概況

JZ油田裂縫性潛山油藏的主力產(chǎn)層是太古宇變質(zhì)巖潛山［10-11］，為塊狀弱底水雙重介質(zhì)油藏（見(jiàn)圖1），巖性以淺灰色片麻巖及其形成的碎裂巖為主。該油藏于2009年12月投入生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)11 a的開(kāi)發(fā)歷程，主體區(qū)目前采出程度超過(guò)20%，含水率為60%，取得了較好的開(kāi)發(fā)效果。但目前油藏進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，生產(chǎn)矛盾愈發(fā)突出。裂縫性潛山油藏儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層精細(xì)刻畫(huà)難度大，同時(shí)，裂縫和基質(zhì)2種介質(zhì)剩余油分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致剩余油挖潛難度大。因此，該油田亟需明確儲(chǔ)層的精細(xì)劃分，認(rèn)清剩余油的分布規(guī)律，為剩余油挖潛提供依據(jù)，從而解決潛山油藏中后期高效開(kāi)發(fā)的問(wèn)題。

圖1 JZ油田裂縫性潛山油藏剖面模式

2 儲(chǔ)層精細(xì)認(rèn)識(shí)

裂縫性油藏的主要滲流通道是裂縫，其生產(chǎn)情況取決于儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育，儲(chǔ)層裂縫的開(kāi)度、密度、發(fā)育位置對(duì)油井產(chǎn)能和含水規(guī)律有決定性影響［12-14］。本文采用數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法，研究不同裂縫參數(shù)下的生產(chǎn)規(guī)律特征，結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)儲(chǔ)層剩余油分布認(rèn)識(shí)和挖潛策略提供指導(dǎo)。

2.1 不同裂縫參數(shù)生產(chǎn)規(guī)律數(shù)值實(shí)驗(yàn)

2.1.1 裂縫性油藏?cái)?shù)值實(shí)驗(yàn)

在常規(guī)達(dá)西定律滲流模擬的基礎(chǔ)上，采用邊界法描述儲(chǔ)層裂縫。本實(shí)驗(yàn)中，將裂縫定義為交錯(cuò)的內(nèi)邊界，且允許流體沿內(nèi)部邊界流動(dòng)，裂縫內(nèi)流動(dòng)方程的邊界條件見(jiàn)式（1）。在這種邊界條件下，裂縫中的流動(dòng)方程采用基質(zhì)巖塊中速度方程的一種修正形式，通過(guò)調(diào)整流動(dòng)方程系數(shù)，以考慮相對(duì)較小的裂縫流動(dòng)阻力和裂縫開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)裂縫和基質(zhì)之間量綱的一致性。

式中：ρi為流體密度，g/cm3；Cf為裂縫儲(chǔ)集系數(shù)，1/Pa；df為裂縫開(kāi)度，m；p為壓力，Pa；t為時(shí)間，s；▽F為裂縫邊界梯度算子；Kf為裂縫滲透率，10-3μm2；μi為流體黏度，mPa·s。

模型設(shè)計(jì)示意如圖2所示。設(shè)計(jì)注采模式與實(shí)際一致，為底注頂采、頂?shù)捉诲e(cuò)形式，中間網(wǎng)狀排布線為裂縫邊界，空白部分表示基質(zhì)。

圖2 裂縫性油藏?cái)?shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)示意

2.1.2 不同裂縫參數(shù)生產(chǎn)規(guī)律

1）裂縫開(kāi)度。本實(shí)驗(yàn)中選取的裂縫開(kāi)度為0.1～0.5 mm，結(jié)果表明，裂縫開(kāi)度越大，采出程度越高。但當(dāng)裂縫開(kāi)度大于0.3 mm時(shí)，對(duì)采出程度影響較??；當(dāng)裂縫開(kāi)度小于0.4 mm時(shí)，裂縫開(kāi)度越大，無(wú)水期采出程度越高；裂縫開(kāi)度大于0.4 mm時(shí)，見(jiàn)水較早，無(wú)水期采出程度降低（見(jiàn)圖3a）。

2）裂縫密度。選取密度為4，8，12條/m的裂縫進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，無(wú)水期采出程度隨裂縫密度增加而增高。當(dāng)裂縫密度小于8條/m時(shí)，裂縫密度越大，采出程度越高；當(dāng)裂縫密度大于8條/m時(shí)，無(wú)水期采出程度有所下降，但見(jiàn)水后的含水階段采出程度仍較高，所以最終采收率最高（見(jiàn)圖3b）。

3）裂縫發(fā)育位置。根據(jù)實(shí)際油藏裂縫分布，分別對(duì)4種裂縫發(fā)育模式進(jìn)行建模實(shí)驗(yàn)：模式1設(shè)置裂縫發(fā)育位置較高，裂縫以網(wǎng)狀均質(zhì)排布；模式2設(shè)置裂縫發(fā)育在油藏中部，裂縫較為均質(zhì)；模式3也設(shè)置裂縫發(fā)育在油藏中部，但裂縫非均質(zhì)性較強(qiáng)，存在局部大裂縫；模式4裂縫發(fā)育位置較低，裂縫非均質(zhì)性較強(qiáng)，存在局部大裂縫。結(jié)果表明，裂縫發(fā)育位置越高，裂縫分布越均質(zhì)，無(wú)水期采出程度越高，最終采收率越高（見(jiàn)圖3c）。

圖3 不同裂縫參數(shù)生產(chǎn)規(guī)律

綜合分析數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：產(chǎn)能高、無(wú)水采油期長(zhǎng)、累計(jì)產(chǎn)量高的儲(chǔ)層，具有較大的裂縫開(kāi)度和裂縫密度，同時(shí)裂縫發(fā)育位置較高且均質(zhì)；儲(chǔ)層產(chǎn)能稍低，說(shuō)明發(fā)育裂縫密度和開(kāi)度稍?。粌?chǔ)層見(jiàn)水較早，說(shuō)明裂縫發(fā)育位置低，距離油水界面稍近；出現(xiàn)暴性水淹情況，則說(shuō)明裂縫發(fā)育非均質(zhì)性強(qiáng)，局部有大裂縫溝通。

2.2 儲(chǔ)層分類(lèi)

綜合考慮數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)，根據(jù)實(shí)際油藏生產(chǎn)井產(chǎn)能特征以及見(jiàn)水規(guī)律，將JZ油田儲(chǔ)層分為3類(lèi)：

Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層。生產(chǎn)井具有初期產(chǎn)能高、無(wú)水采油期長(zhǎng)、累計(jì)產(chǎn)量高的特點(diǎn)，該類(lèi)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育位置較高，裂縫密度大于8條/m，裂縫開(kāi)度0.2～0.3 mm，呈網(wǎng)狀交織狀態(tài)，該類(lèi)儲(chǔ)層油井見(jiàn)水以低緩穩(wěn)定型為主，隨油水界面抬升，形成臺(tái)階狀含水上升特征。

Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層。生產(chǎn)井初期產(chǎn)能較Ⅰ類(lèi)稍低，含水上升速度較快，部分井無(wú)水采油期較短，該類(lèi)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育位置較Ⅰ類(lèi)稍低，裂縫密度在4～8條/m，儲(chǔ)層具有一定非均質(zhì)性，部分生產(chǎn)井區(qū)發(fā)育開(kāi)度大于4 mm的較大裂縫。

Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層。生產(chǎn)井投產(chǎn)后含水迅速上升，呈暴性水淹特征，該類(lèi)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育位置較低且靠近斷層，易發(fā)育超大裂縫，儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)。

3 不同儲(chǔ)層剩余油分布規(guī)律

JZ油田屬于典型的裂縫性潛山油藏，由于裂縫非均質(zhì)性強(qiáng)，水淹規(guī)律復(fù)雜，因此基質(zhì)和裂縫滲流規(guī)律差異大，剩余油分布規(guī)律預(yù)測(cè)難度大。本文在建立多尺度裂縫網(wǎng)絡(luò)分布模型基礎(chǔ)上，利用物理模擬、數(shù)值模擬等技術(shù)手段，對(duì)裂縫性潛山油藏不同儲(chǔ)層的剩余油分布特征進(jìn)行了研究，總結(jié)了海上厚層潛山油藏不同儲(chǔ)層裂縫及基質(zhì)2套系統(tǒng)平面及縱向剩余油分布規(guī)律，為海上裂縫性油藏剩余油挖潛打下基礎(chǔ)。

3.1 基于物理模擬的剩余油分布規(guī)律

以工區(qū)地質(zhì)特征及參數(shù)為基礎(chǔ)，從典型露頭區(qū)選取溶蝕孔洞特征明顯、微裂縫大量發(fā)育的變質(zhì)花崗巖作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，利用經(jīng)典的Warren-Root模型設(shè)計(jì)，根據(jù)相似理論設(shè)計(jì)了基質(zhì)、孔隙、裂縫組合下的大尺度三維比例物理模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，開(kāi)展裂縫性油藏剩余油分布規(guī)律研究。

本文共設(shè)計(jì)了3組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄒ?jiàn)表1）。模型一對(duì)應(yīng)實(shí)際油田的Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層，裂縫分布均勻，裂縫系統(tǒng)為水平和垂直方向的規(guī)則裂縫，采用5 cm×5 cm×5 cm的巖塊組合成三維模型。模型二對(duì)應(yīng)實(shí)際油田的Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層，裂縫具有一定非均質(zhì)性，為調(diào)整裂縫密度分布，體現(xiàn)油藏非均質(zhì)性，選擇10 cm×10 cm×10 cm與5 cm×5 cm×5 cm 2種巖塊組合成三維模型。模型三對(duì)應(yīng)實(shí)際油田的Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層，裂縫非均質(zhì)性較強(qiáng)，為模擬裂縫分布的隨機(jī)性及不規(guī)則性，選擇人工制作的不規(guī)則裂縫網(wǎng)絡(luò)模型。裂縫系統(tǒng)與基質(zhì)系統(tǒng)分別飽和油后，根據(jù)礦場(chǎng)實(shí)際情況，注采井型選擇水平井，采用底部1口水平井注水，頂部?jī)啥?口水平井采油的注采單元進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1。表中剩余油分布特征模式圖中，紅色圓點(diǎn)為采油井，藍(lán)色三角為注水井，紅線為未水淹的裂縫，藍(lán)線為水淹的裂縫）。

表1 不同油藏三維物理模擬系統(tǒng)剩余油分布及采收率

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：生產(chǎn)初期，由于裂縫開(kāi)度大，大量原油首先從裂縫排出，注入水沿著阻力最小的裂縫流動(dòng)形成優(yōu)勢(shì)通道；當(dāng)含水率增加至一定程度后，裂縫系統(tǒng)內(nèi)的含水飽和度快速上升，基質(zhì)中含水飽和度仍處于較低水平，此時(shí)由于毛細(xì)管力的原因，基質(zhì)滲吸出油。

總體來(lái)看，裂縫非均質(zhì)性的強(qiáng)弱對(duì)采收率的影響較大，裂縫越均勻，采收率越高，裂縫非均質(zhì)性越強(qiáng)，采收率越低。

由于裂縫與基質(zhì)滲流的差異，3組模型中，裂縫采收率相對(duì)基質(zhì)更高，基質(zhì)為主要的剩余油富集區(qū)域。觀察3組實(shí)驗(yàn)剩余油分布特征（見(jiàn)表1）：模型一基質(zhì)巖塊表面及內(nèi)部存在大量的剩余油，裂縫系統(tǒng)也存在一部分剩余油，但由于裂縫較均勻，各裂縫間剩余油主要為水竄后形成的殘余油，分布均勻且零散；模型二基質(zhì)系統(tǒng)同樣存在大量剩余油，只是油膜含量多于模型一，裂縫剩余油同樣為水竄后形成的殘余油，較大巖塊周邊裂縫剩余油多于小巖塊周邊剩余油；模型三無(wú)論是基質(zhì)還是裂縫都存在大量剩余油，這是因?yàn)榱芽p發(fā)育不均勻，大裂縫水竄通道更大，優(yōu)勢(shì)通道更明顯，一旦水竄通道形成，注入水即沿水竄通道產(chǎn)出，周邊小裂縫及基質(zhì)內(nèi)剩余油將很難波及?？傮w看，3組模型剩余油分布規(guī)律類(lèi)似，相對(duì)較均質(zhì)裂縫而言，模型三由于裂縫發(fā)育的不規(guī)則性，導(dǎo)致裂縫系統(tǒng)采收率較低，基質(zhì)系統(tǒng)剩余油含量更高，但3組模型基質(zhì)系統(tǒng)均為剩余油主要富集區(qū)。

3.2 基于數(shù)值模擬的剩余油分布規(guī)律

在潛山精細(xì)儲(chǔ)層研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Petrel軟件建立等比例的數(shù)值模型。模型采用雙孔單滲結(jié)構(gòu)，考慮裂縫變形、基質(zhì)滲吸及井網(wǎng)特征［15］，利用JZ油田11 a的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析及歷史擬合資料，總結(jié)出油田裂縫性油藏不同儲(chǔ)層剩余油的分布特征。平面上，裂縫含油飽和度低于基質(zhì)含油飽和度，基質(zhì)系統(tǒng)剩余油整體較富集。裂縫系統(tǒng)平面剩余油主要分布在物性差區(qū)、大裂縫周邊的小裂縫及井網(wǎng)控制不完善區(qū)，主要集中在Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層區(qū)域，Ⅰ類(lèi)及Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫剩余油相對(duì)較少?？v向上，受裂縫、基質(zhì)雙重介質(zhì)及儲(chǔ)層非均質(zhì)性等影響，油藏整體油水界面呈現(xiàn)不均勻抬升，不同的儲(chǔ)層呈現(xiàn)不同的剩余油模式：Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫整體發(fā)育，非均性質(zhì)弱，在重力的作用下水驅(qū)均勻，油水界面均勻抬升，剩余油主要分布在潛山頂面上，賦存類(lèi)型以“零星鑲邊狀分布型”為主；Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫較發(fā)育，“似層狀”特征明顯，非均質(zhì)性較強(qiáng)，剩余油富集于裂縫不發(fā)育區(qū)域，賦存類(lèi)型以“局部塊狀分散型”為主；Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫間干擾嚴(yán)重，非均質(zhì)性極強(qiáng)，注入水沿優(yōu)勢(shì)大裂縫方向竄流，剩余油主要分布在油井井間，遠(yuǎn)離大裂縫區(qū)域，賦存類(lèi)型以“大裂縫竄流塊狀連續(xù)型”為主。

4 不同儲(chǔ)層剩余油挖潛策略

4.1 采油井端挖潛策略

裂縫性油藏油井措施以提液、堵水為主。受油藏開(kāi)發(fā)階段、油井自身的地質(zhì)條件限制，對(duì)于裂縫非均質(zhì)性較強(qiáng)的油井，提液會(huì)導(dǎo)致含水大幅上升；裂縫發(fā)育相對(duì)均質(zhì)時(shí)，增加壓差提液增油效果顯著。堵水通常利用儲(chǔ)層差異大的特征，使得堵劑封堵高滲透層段，發(fā)揮含油的中小裂縫的產(chǎn)油能力［16-17］。Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫采出程度高，以增大基質(zhì)出油為主。因此，針對(duì)“零星鑲邊狀分布型”剩余油，考慮到裂縫發(fā)育較均質(zhì)，以提液措施為主。Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫系統(tǒng)存在一定潛力，基質(zhì)剩余儲(chǔ)量大，以挖潛局部裂縫及基質(zhì)為主。因此，針對(duì)Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層的“局部塊狀分散型”，需進(jìn)一步分析油井見(jiàn)水特征。油井以點(diǎn)狀見(jiàn)水為主，優(yōu)選堵水措施增產(chǎn)；油井以整體見(jiàn)水為主，優(yōu)選提液措施增產(chǎn)。Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫、基質(zhì)剩余潛力均較大，以封堵大裂縫，改善水驅(qū)波及效果為主。因此，針對(duì)Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層的“大裂縫竄流塊狀連續(xù)型”剩余油，優(yōu)選堵水措施。

4.2 注水井端挖潛策略

根據(jù)剩余油分布規(guī)律，JZ油田基質(zhì)是裂縫性油藏主要的剩余油富集區(qū)，因此，基質(zhì)剩余油的挖潛尤為重要。結(jié)合提高基質(zhì)采收率的影響因素及其影響規(guī)律［18-19］，利用Eclipse數(shù)值模擬，進(jìn)一步優(yōu)化3類(lèi)儲(chǔ)層注水井周期注水參數(shù)。優(yōu)化前，3類(lèi)儲(chǔ)層的注采比均為0.8～1.2，間注時(shí)間均為90 d。Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層基質(zhì)巖塊小，滲吸充分，增加驅(qū)替速度促進(jìn)油水交換，優(yōu)化后間注時(shí)間為90 d，注采比0.5～1.5；Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層基質(zhì)巖塊中等，滲吸較充分，延長(zhǎng)滲吸時(shí)間及增加驅(qū)替速度促進(jìn)油水交換，優(yōu)化后間注時(shí)間為120 d，注采比0.2～1.8；Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層基質(zhì)巖塊大，滲吸不充分，延長(zhǎng)滲吸時(shí)間提高基質(zhì)采收率，優(yōu)化后間注時(shí)間為180 d，注采比0.8～1.2。

5 礦場(chǎng)應(yīng)用

針對(duì)JZ油田不同的剩余油分布特征，提出針對(duì)性的改善措施建議。Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層油井E24H，在含水率60%實(shí)施提液，日增油50 m3；注水井A21H注水周期3個(gè)月，注采比0.5～1.5，周邊油井（A17H，A18）呈現(xiàn)降水增油的效果，含水率下降10～20百分點(diǎn)，日增油量為20～30 m3。Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層油井E22H通過(guò)堵水措施，含水率下降40百分點(diǎn)，日增油20 m3；注水井E29H通過(guò)延長(zhǎng)注水周期，周邊油井（A25H）呈現(xiàn)降水增油的效果，含水率下降50百分點(diǎn)，日增油量達(dá)60 m3。

通過(guò)以上開(kāi)發(fā)管理，JZ油田近3 a含水上升率持續(xù)降低，實(shí)現(xiàn)該油藏?zé)o新增井條件下連續(xù)3 a穩(wěn)產(chǎn)80×104t，相比常規(guī)穩(wěn)定注水開(kāi)發(fā)方案，預(yù)計(jì)提高采收率近5百分點(diǎn)。

6 結(jié)論

1）裂縫性油藏裂縫發(fā)育情況對(duì)生產(chǎn)規(guī)律有決定性影響，一定范圍內(nèi)，裂縫開(kāi)度和密度越大，產(chǎn)能越高，但過(guò)高的裂縫開(kāi)度和密度可能會(huì)導(dǎo)致提早見(jiàn)水；裂縫發(fā)育位置越高，發(fā)育越均質(zhì)，生產(chǎn)情況越好。

2）根據(jù)生產(chǎn)情況結(jié)合數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果將儲(chǔ)層分為3類(lèi)：Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育位置較高，裂縫密度大于8條/m，裂縫開(kāi)度0.2～0.3 mm，呈網(wǎng)狀交織狀態(tài)；Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育位置較Ⅰ類(lèi)稍低，裂縫密度應(yīng)在4～8條/m，儲(chǔ)層具有一定非均質(zhì)性，部分生產(chǎn)井區(qū)發(fā)育開(kāi)度大于4 mm的較大裂縫；Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層發(fā)育位置較低且靠近斷層，易發(fā)育超大裂縫，儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)。

3）明確了3類(lèi)儲(chǔ)層的剩余油分布規(guī)律。整體上，裂縫系統(tǒng)采出程度較高，基質(zhì)系統(tǒng)是主要的剩余油富集區(qū)。平面上，剩余油主要分布在物性差區(qū)、大裂縫周邊的小裂縫及井網(wǎng)控制不完善區(qū)；縱向上，剩余油以“零星鑲邊狀分布型”、“局部塊狀分散型”、“大裂縫竄流塊狀連續(xù)型”賦存為主。

4）明確了3類(lèi)儲(chǔ)層剩余油挖潛策略，采油井端采用提液、堵水等措施增產(chǎn)，注水井端采用周期注水挖潛剩余油。