油藏立體開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

許寧

（中國(guó)石油遼河油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧 盤(pán)錦124010）

0 引言

立體開(kāi)發(fā)，在城市規(guī)劃等領(lǐng)域雖然早已提出和應(yīng)用，但在油氣田開(kāi)發(fā)中卻少有研究。

油藏立體開(kāi)發(fā)是通過(guò)設(shè)計(jì)有針對(duì)性的井網(wǎng)，合理選取開(kāi)發(fā)方式和井型，利用重力勢(shì)能，最大程度地提高油氣采收率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、 高效開(kāi)采油氣的新型開(kāi)發(fā)模式。它既適用于巨厚或者大傾角的砂巖油藏，更適用于高角度裂縫發(fā)育的碳酸鹽巖油藏、 火山巖油藏和變質(zhì)巖油藏。從滲流機(jī)理看，立體開(kāi)發(fā)既考慮了儲(chǔ)層水平方向上的注采壓力差、黏滯力等對(duì)流體滲流的影響，同時(shí)也考慮了重力、 毛細(xì)管力等垂直作用力對(duì)流體滲流的影響。

在我國(guó)，油藏立體開(kāi)發(fā)作為關(guān)鍵詞最早是在2007年提出的，但其概念、 內(nèi)涵和所應(yīng)用的油藏類(lèi)型在2013年之前一直比較模糊，甚至存在較大差異。遼河油田首次明確提出了油氣田立體開(kāi)發(fā)的概念和內(nèi)涵，并應(yīng)用于興隆臺(tái)變質(zhì)巖潛山油藏和巨厚層稠油油藏開(kāi)發(fā)實(shí)踐［1］。本文在對(duì)油藏立體開(kāi)發(fā)的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行介紹同時(shí)，指出了未來(lái)的主要研究方向，以期推動(dòng)這種新型開(kāi)發(fā)模式的深入研究和應(yīng)用。

1 油藏立體開(kāi)發(fā)研究現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用的油藏類(lèi)型

1.1.1 復(fù)雜斷塊油藏

由于復(fù)雜斷塊油藏?cái)嗔严到y(tǒng)復(fù)雜、 斷塊小、 油層多、非均質(zhì)性強(qiáng)、油水關(guān)系復(fù)雜，造成開(kāi)發(fā)單元分散，難以形成開(kāi)發(fā)井網(wǎng)，布井難度大［2-5］，王端平等［6］針對(duì)此問(wèn)題提出通過(guò)層系、井網(wǎng)、鉆采工藝的立體優(yōu)化，對(duì)平面上大小不等的塊和縱向上滲透率差異大的層，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌兼顧，一次調(diào)整到位，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)的目的。同時(shí)，總結(jié)了層系、井網(wǎng)、鉆井、采油4 方面的立體優(yōu)化方向：1）層系。由分段劃分向相似劃分轉(zhuǎn)變，由逐步細(xì)分向一次細(xì)分到位轉(zhuǎn)變。2）井網(wǎng)。由斷塊內(nèi)完善向跨斷塊完善轉(zhuǎn)變，井網(wǎng)由僅考慮構(gòu)造因素向考慮多因素各向異性影響轉(zhuǎn)變，由多期井網(wǎng)向一期井網(wǎng)轉(zhuǎn)變。3）鉆采工藝。由水平井單一井型為主，轉(zhuǎn)變?yōu)槎喟悬c(diǎn)定向井、跨塊水平井、繞錐弧形井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井相結(jié)合。4）采油工藝。由分層注水向分采分注及同井采注轉(zhuǎn)變，由作業(yè)換層向智能換層轉(zhuǎn)變。根據(jù)這些認(rèn)識(shí)，在永安鎮(zhèn)油田永3 試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了實(shí)踐，取得了水驅(qū)控制程度從63.0%提到90.9%，采收率提高9.6%的良好效果。

關(guān)富佳、張金崗等［7-8］則提出利用水平井控制優(yōu)勢(shì)油砂體，使用定向井和直井完善注采關(guān)系的立體開(kāi)發(fā)思路。他們認(rèn)為，立體井網(wǎng)是一種適應(yīng)復(fù)雜小斷塊油藏的定向井和水平井聯(lián)合的井網(wǎng)，因此，復(fù)雜斷塊油藏的立體開(kāi)發(fā)本質(zhì)上是一種“聯(lián)合優(yōu)化、整體開(kāi)發(fā)”，是一種超出單個(gè)油藏，借助復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，通過(guò)多專(zhuān)業(yè)聯(lián)合，將多個(gè)油藏作為一個(gè)整體設(shè)計(jì)井網(wǎng)系統(tǒng)而進(jìn)行的整體開(kāi)發(fā)。關(guān)富佳提出的立體井網(wǎng)，是以斷塊平面幾何形態(tài)、斷塊規(guī)模、油砂體空間分布特征為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮儲(chǔ)層非均質(zhì)性、 滲透率方向性的一種適應(yīng)復(fù)雜小斷塊油藏的水平井、定向井聯(lián)合一次布井方式；王端平總結(jié)的Ⅰ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)油層通過(guò)立體優(yōu)化組合，針對(duì)剩余油不同組合方式，采用不同類(lèi)型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了平面繞水舌、縱向繞錐水平井、跨斷塊水平井和跨斷塊多靶點(diǎn)定向井的井型組合模式：二者都是基于“聯(lián)合優(yōu)化、整體開(kāi)發(fā)”這一認(rèn)識(shí)。

1.1.2 塊狀油藏

對(duì)塊狀油藏的立體開(kāi)發(fā)尚停留在概念設(shè)計(jì)和比較階段，如范樂(lè)賓等人應(yīng)用數(shù)模工具對(duì)2 口異面水平注采井跟端異向情況等進(jìn)行了開(kāi)發(fā)指標(biāo)對(duì)比。而以遼河油田任芳祥為代表提出的塊狀油藏立體開(kāi)發(fā)則在取得初步理論認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了開(kāi)發(fā)實(shí)踐［9］。

為有效開(kāi)發(fā)潛山稀油油藏、 隔夾層發(fā)育的中深層塊狀稠油油藏及特深層塊狀稠油油藏，遼河油田任芳祥等建立了多段多層水平井疊置（見(jiàn)圖1）、直井注汽平面驅(qū)替加水平井垂向重力泄油、 上水平井注汽下水平井泄水加直井采油等3 種立體開(kāi)發(fā)模型，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、物理模擬、數(shù)值模擬等技術(shù)研究了3 種立體開(kāi)發(fā)方式的機(jī)理。研究表明：潛山稀油油藏立體開(kāi)發(fā)機(jī)理是分段均壓作用、垂向重力作用及立體聯(lián)供作用；隔夾層發(fā)育的中深層塊狀稠油油藏立體開(kāi)發(fā)機(jī)理是重力泄油和蒸汽驅(qū)作用；特深層塊狀稠油油藏立體開(kāi)發(fā)機(jī)理是重力泄水與蒸汽驅(qū)作用。基于這一認(rèn)識(shí)，在興古潛山稀油油藏、杜84 塊興Ⅵ組中深層塊狀超稠油油藏、洼59塊特深層塊狀稠油油藏進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

圖1 多段多層水平井疊置立體開(kāi)發(fā)剖面示意

1.2 遼河油田對(duì)油藏立體開(kāi)發(fā)模式的界定

與“聯(lián)合優(yōu)化、整體開(kāi)發(fā)”的復(fù)雜斷塊油藏立體開(kāi)發(fā)不同，遼河油田提出，油藏立體開(kāi)發(fā)是以流體三維運(yùn)移和驅(qū)動(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ)，既考慮水平作用力對(duì)流體滲流的影響，又考慮垂直作用力對(duì)流體滲流的影響而建立起來(lái)的一種開(kāi)發(fā)模式。此種開(kāi)發(fā)模式不局限于一套層系、一套井網(wǎng)，而是將垂直井網(wǎng)與水平井網(wǎng)相結(jié)合，采用立體井網(wǎng)對(duì)油藏進(jìn)行開(kāi)發(fā)。因此，油藏立體開(kāi)發(fā)是一種全新的開(kāi)發(fā)模式，不單純是生產(chǎn)井的部署原則，更不是油藏管理的方法。采用立體開(kāi)發(fā)的油藏，流體滲流機(jī)理的描述將在傳統(tǒng)徑向流模型的基礎(chǔ)上，增加垂向驅(qū)動(dòng)因子。

1.3 其他相關(guān)研究

通過(guò)檢索，截至2012年底，關(guān)于油氣藏（田）立體開(kāi)發(fā)國(guó)外尚未形成概念，偶有多油藏整體規(guī)劃、整體開(kāi)發(fā)的研討，與復(fù)雜斷塊油藏立體開(kāi)發(fā)相近［10］。重力驅(qū)的主要機(jī)理是蒸汽輔助重力泄油、多介質(zhì)輔助重力泄油。這也是潛山稀油油藏、 塊狀稠油油藏頂部注氣立體開(kāi)發(fā)研究的重要方面之一。另外，還有圍繞重力作用開(kāi)展的研究，客觀上為油藏立體開(kāi)發(fā)打下了基礎(chǔ)。

1.3.1 重力驅(qū)研究

國(guó)外早在20 世紀(jì)90年代就開(kāi)展了重力驅(qū)方面的許多研究，主要包括：1）注CO2氣實(shí)現(xiàn)高滲透傾斜油藏穩(wěn)定重力驅(qū)研究［11］；2）深層（埋深達(dá)5～7 km）、巨厚（油層厚度2 km）、強(qiáng)非均質(zhì)性的碳酸鹽巖凝析油氣田（如濱里海凹陷鹽下層PD 油氣田） 推薦注CO2開(kāi)發(fā)的研究［12］；3）注氣開(kāi)發(fā)中開(kāi)采方案、生產(chǎn)制度、生產(chǎn)裝置等的優(yōu)化研究［13］；4）水驅(qū)或者水氣交替注入之后近混相氣驅(qū)中三相流動(dòng)、共存水、毛細(xì)管力、潤(rùn)濕性等對(duì)重力驅(qū)的影響研究［14-18］；5）考慮重力作用下氣頂驅(qū)或底水驅(qū)錐進(jìn)參數(shù)的預(yù)測(cè)研究［19］；6）氣驅(qū)中受重力、黏度、非均質(zhì)性影響而導(dǎo)致油的竄流研究［20］；7）注烴氣驅(qū)油效率的計(jì)算；8）對(duì)注氣和循環(huán)注氣過(guò)程中在裂縫介質(zhì)中存在的擴(kuò)散現(xiàn)象的研究［21］；等。

1.3.2 圍繞重力作用開(kāi)展的研究

1）通過(guò)成像測(cè)井、生產(chǎn)測(cè)井、開(kāi)采史的綜合分析認(rèn)識(shí)裂縫特征，研制簡(jiǎn)單的機(jī)械模型以研究重力、毛細(xì)管力、擴(kuò)散、裂縫參數(shù)、基巖滲透率的不確定性等對(duì)混相注氣和一次采油的影響［22］。2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)和數(shù)值模擬，運(yùn)用X 射線和CT 手段觀察裂縫巖心的重力驅(qū)，考慮裂縫表面的粗糙度和摩擦力因子，描述流體流過(guò)裂縫表面的特征［23］。3）根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，推導(dǎo)估測(cè)底水向水平井脊進(jìn)時(shí)油水界面移動(dòng)的方程式。其中，有考慮了在密閉赫爾-肖氏模型中研究重力影響下油水界面的移動(dòng)，并建立用來(lái)描述此過(guò)程的新理論，且這一理論對(duì)于Dupuit 解建立一種包括儲(chǔ)層高度/寬度比影響的關(guān)系式，以用來(lái)計(jì)算垂直方向的流動(dòng)阻力［24］。當(dāng)然，還有通過(guò)解析解和數(shù)值解描述重力吸吮作用及重力排驅(qū)過(guò)程的研究［25］。

2 油藏立體開(kāi)發(fā)的潛在對(duì)象及分布

初步分析表明，油層縱向連續(xù)、厚度大，內(nèi)部沒(méi)有較大面積連續(xù)分布夾層的砂巖和特殊巖性油藏，都適用于立體開(kāi)發(fā)。

基巖潛山由于普遍分布有裂縫，且常以中、高角度裂縫為主，成為油藏立體開(kāi)發(fā)的潛在對(duì)象，油層巨厚的碳酸鹽巖油藏、 砂巖油藏也同樣適合于立體開(kāi)發(fā)；因此，油藏立體開(kāi)發(fā)前景廣闊，而且已經(jīng)取得較好開(kāi)發(fā)效果的變質(zhì)巖基巖潛山油藏在全球有廣泛分布。

現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的含烴基巖潛山，除了前蘇聯(lián)，在歐洲、亞洲、非洲、南北美洲和澳洲各種類(lèi)型的沉積盆地中都有存在。

在歐洲，潘農(nóng)盆地發(fā)現(xiàn)有大量不同年代的基巖油田，科爾巴仟盆地逆掩斷層之下的前寒武紀(jì)之結(jié)晶基底中發(fā)現(xiàn)了隆布納油田，維也納盆地中生代碳酸鹽基底中也發(fā)現(xiàn)了油氣藏（馬岑、阿吉爾卡拉、什基爾罕-基弗、什基爾罕-烏別爾基弗等油田）。在奧林匹斯-科爾巴仟高地，有北施特蘭盆地的克萊爾油田，存在于裂縫片麻巖和古泥盆紀(jì)—紅色石炭紀(jì)灰?guī)r基底巖石中。

在亞洲，中國(guó)發(fā)現(xiàn)了一系列基巖油氣田，主要分布在2 個(gè)盆地內(nèi)——祁連山山前的鴨兒峽及渤海灣的興隆臺(tái)。其中，興隆臺(tái)變質(zhì)巖潛山油田是具有里程碑意義的潛山內(nèi)幕油藏，含油幅度高達(dá)2 335 m，2011年底探明上億噸石油地質(zhì)儲(chǔ)量。印度1989年在孟買(mǎi)盆地發(fā)現(xiàn)了坎貝油田和錫蘭油田2 個(gè)含油氣基巖油田，油氣總量合計(jì)達(dá)2 900 萬(wàn)t。早期，在阿薩姆-阿拉堪盆地，也發(fā)現(xiàn)有規(guī)模較小的博爾勒拉基巖油田。在印度尼西亞的蘇馬特里盆地，基巖油藏主要分布在諾爾-伊斯特-比盧克油田。

在非洲，利比亞的希里特盆地發(fā)育有世界上最大的基巖油田——阿烏日拉-納弗拉油田。該油田與花崗巖丘陵潛山阿瑪爾相接，它們之間還應(yīng)該存在著一個(gè)完整的大油田。摩洛哥具有工業(yè)價(jià)值的基巖油田主要存在于里夫盆地，是一些小油田，如西奇-費(fèi)里、伯列德-艾德-杜姆、烏艾德-梅拉等。其中一些油田具備雙層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：下部是古生代潛山殘丘（石英巖、花崗巖風(fēng)化殼），占大約40%的油氣儲(chǔ)量；上部是侏羅紀(jì)石灰?guī)r。埃及的伊士灣盆地前寒武紀(jì)裂縫潛山油藏也采出過(guò)少量原油。

在北美洲，美國(guó)基巖油藏也有分布，包括中西部盆地十余個(gè)小油氣田、安瑪里奧潛山的休格通-潘漢德?tīng)栍吞?，以及賓夕法尼亞二疊系花崗礫巖潛山油藏。加利福尼亞州也有3 個(gè)較著名的基巖油田： 珊-哈爾金、勞斯-安杰列斯和桑塔-馬利亞油田。

在南美洲，委內(nèi)瑞拉基巖油田有拉帕斯油田和馬拉開(kāi)波盆地的馬拉油田，巴西有希爾日比-阿拉高斯盆地的卡爾莫巴利斯、西里金尼亞、利阿金艾木油田，秘魯有拉波利亞-巴利亞斯油田，但是規(guī)模較小。

澳大利亞在博烏恩蘇拉特盆地羅姆高地附近發(fā)現(xiàn)了含油氣古生代基巖潛山，在普林可達(dá)烏恩斯油氣田發(fā)現(xiàn)了基巖氣藏。

3 油藏立體開(kāi)發(fā)的研究方向

1）立體開(kāi)發(fā)滲流機(jī)理，亦即與重力勢(shì)能密切相關(guān)的三維滲流場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述。

——立體開(kāi)發(fā)的壓力和飽和度場(chǎng)。建立正確的滲流場(chǎng)是建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法的前提，是所有研究的基礎(chǔ)，因此需要表征滲流場(chǎng)形態(tài)，探究在平面直線流、 平面徑向流的基礎(chǔ)上疊加重力勢(shì)能建立立體滲流場(chǎng)的可行性。

——三維立體滲流計(jì)算方法的研究，提出復(fù)雜井網(wǎng)采收率的快速評(píng)價(jià)方法。一是要建立三維的達(dá)西公式。常規(guī)的開(kāi)發(fā)方式都是在二維的基礎(chǔ)上建立的，要立體開(kāi)發(fā)，就必須建立起三維的達(dá)西公式；二是建立考慮重力作用的水平井單井計(jì)算模型。

2）立體開(kāi)發(fā)油藏適應(yīng)性，亦即篩選、確定能夠顯著體現(xiàn)重力效應(yīng)、適應(yīng)立體開(kāi)發(fā)的油藏地質(zhì)條件。

3）立體開(kāi)發(fā)油藏工程設(shè)計(jì)，形成立體開(kāi)發(fā)模式。

——準(zhǔn)確劃分開(kāi)發(fā)階段與開(kāi)發(fā)技術(shù)指標(biāo)的界定，完善試井分析理論。

——合理開(kāi)發(fā)方式的選擇。立體開(kāi)發(fā)不可能自始至終完全依靠天然能量來(lái)開(kāi)采。

——立體開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

油藏立體開(kāi)發(fā)作為一種經(jīng)濟(jì)、 高效實(shí)現(xiàn)油氣開(kāi)采的新型開(kāi)發(fā)模式正方興未艾，是今后適用于這種模式油藏開(kāi)發(fā)技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。要在前人研究成果的基礎(chǔ)上，充分借鑒國(guó)外的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)立體開(kāi)發(fā)滲流機(jī)理、油藏適應(yīng)性研究和工程設(shè)計(jì)，形成更加科學(xué)合理的立體開(kāi)發(fā)模式。

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