油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)在低滲碳酸鹽巖稠油油藏中的應(yīng)用

李春霞 (中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083)

高鵬越 (長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；中石油渤海鉆探工程公司測(cè)井分公司，天津 300280)

油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)在低滲碳酸鹽巖稠油油藏中的應(yīng)用

李春霞 (中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083)

高鵬越 (長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；中石油渤海鉆探工程公司測(cè)井分公司，天津 300280)

中東D油田S油藏為典型的低滲碳酸鹽巖稠油油藏，因“低滲、油稠”等突出特點(diǎn)，在現(xiàn)行井網(wǎng)和開(kāi)采方式下油藏開(kāi)發(fā)效果差，油藏儲(chǔ)量動(dòng)用狀況分析成為開(kāi)發(fā)決策的關(guān)鍵。為定量分析S油藏儲(chǔ)量動(dòng)用狀況，以油藏地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合油藏開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)，利用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)開(kāi)展了儲(chǔ)量動(dòng)用狀況分析及提高儲(chǔ)量動(dòng)用率對(duì)策研究。結(jié)果表明，由于油層較厚，井網(wǎng)不完善，油藏層間和平面動(dòng)用狀況差異大，采用“立體井網(wǎng)加密”開(kāi)發(fā)對(duì)策可有效提高油藏儲(chǔ)量動(dòng)用程度和采收率。

油藏?cái)?shù)值模擬；低滲透率；碳酸鹽巖；稠油油藏

低滲碳酸鹽巖稠油油藏具有“低滲、油稠”等突出特點(diǎn)，如何經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)屬世界級(jí)難題[1]。該類(lèi)油藏開(kāi)發(fā)主要面臨儲(chǔ)量動(dòng)用程度低、采收率低等問(wèn)題，如何提高油藏儲(chǔ)量的動(dòng)用程度直接關(guān)系到油田的開(kāi)發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益，而要解決這一難題，分析油藏儲(chǔ)量動(dòng)用狀況是關(guān)鍵。儲(chǔ)量動(dòng)用狀況分析方法較多，但多屬于定性分析，尤其在缺乏壓力監(jiān)測(cè)等資料的情況下，油藏工程分析方法也無(wú)法進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。而油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)不但能很好解決這一問(wèn)題，而且可以對(duì)開(kāi)發(fā)對(duì)策可行性進(jìn)行論證[2～7]。為此，筆者以中東典型的低滲孔隙型碳酸鹽巖稠油油藏——D油田S油藏為研究對(duì)象，利用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)分析了油藏儲(chǔ)量動(dòng)用狀況，開(kāi)展了油藏開(kāi)發(fā)對(duì)策研究。

1 油田概況

D油田位于Zagros褶皺帶北緣，為受斷層控制的斷塊油藏。晚白堊系S層是主力產(chǎn)層，儲(chǔ)層以開(kāi)闊臺(tái)地邊緣沉積的生物顆?；?guī)r為主，平均孔隙度21%，平均滲透率42mD。油層厚度40～120m，埋深1500m左右，原始地層壓力14MPa，地層壓力系數(shù)0.93，油層溫度49℃。地面原油密度0.981～1.017g/cm3，地面脫氣原油黏度(50℃)800～8000mPa·s。綜合分析認(rèn)為，S油藏屬低滲孔隙型灰?guī)r塊狀稠油油藏。

S油藏經(jīng)歷了30多年的勘探開(kāi)發(fā)歷程，2004年以來(lái)主要采用天然能量水平井開(kāi)發(fā)，井距200～250m。近年雖然通過(guò)熱采試驗(yàn)部分井采用蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)方式見(jiàn)到了增產(chǎn)效果，但由于油藏水體能量不足，僅靠彈性膨脹開(kāi)采，地層能量下降較快，導(dǎo)致目前老井產(chǎn)能下降，新投產(chǎn)井初產(chǎn)降低，大多數(shù)油井進(jìn)入低產(chǎn)階段?？傮w來(lái)看，在現(xiàn)行井網(wǎng)和開(kāi)采方式下，儲(chǔ)量動(dòng)用程度低、油藏采收率低是油藏開(kāi)發(fā)對(duì)策研究亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 油藏?cái)?shù)值模擬

2.1 油藏?cái)?shù)值模型建立

S油藏原油黏度較大，且有部分蒸汽吞吐試驗(yàn)井，因此采用CMG的三維三相熱采模型?？紤]熱采模擬精度，平面上網(wǎng)格劃分較細(xì)，模型平面網(wǎng)格步長(zhǎng)為15m×15m。縱向劃分了14個(gè)層，模型總網(wǎng)格數(shù)為113×163×14=257866個(gè)。

油藏物性參數(shù)主要包括油藏和流體物性參數(shù)、巖石熱物理參數(shù)、黏溫曲線、相滲曲線等。利用實(shí)際地面脫氣原油(溫度范圍在10～80℃)的黏溫曲線平均值，通過(guò)方程回歸，得到溫度范圍在5～400℃的黏溫曲線；利用油井實(shí)驗(yàn)室相滲資料，計(jì)算得到油、氣、水三相滲透率曲線。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要是從投產(chǎn)到2010年7月生產(chǎn)井資料，包括單井產(chǎn)油量、產(chǎn)水量、產(chǎn)液量、產(chǎn)氣量、注氣量。針對(duì)蒸汽吞吐井，生產(chǎn)井和注入井以月為時(shí)間步長(zhǎng)，定液量為約束條件。

2.2 生產(chǎn)歷史擬合

研究區(qū)生產(chǎn)歷史擬合步驟首先是定產(chǎn)液量生產(chǎn)，擬合油藏壓力，然后進(jìn)行全區(qū)產(chǎn)油量擬合，在擬合單井井底流壓的同時(shí)擬合單井注汽量，得到平均地層壓力及剩余油分布場(chǎng)等一系列指標(biāo)。歷史擬合的主要內(nèi)容有累積產(chǎn)油量、累積產(chǎn)液量、油藏壓力等。由于缺乏實(shí)際的井底流壓監(jiān)測(cè)資料，歷史擬合時(shí)用動(dòng)液面折算的井底流壓，調(diào)整油井附近的壓力，進(jìn)而控制油藏的壓力變化趨勢(shì)。同時(shí)，通過(guò)有壓力測(cè)試井的實(shí)際測(cè)壓數(shù)據(jù)擬合校正后，擬合油藏及單井壓力。通過(guò)反復(fù)調(diào)整孔隙度、滲透率、飽和度、黏溫?cái)?shù)據(jù)、相滲數(shù)據(jù)等影響參數(shù)，使全區(qū)產(chǎn)油、產(chǎn)液、壓力等得到較好擬合。擬合結(jié)果(見(jiàn)圖1)表明，累積產(chǎn)油擬合誤差2.79%，累積產(chǎn)液擬合誤差1.90%，擬合計(jì)算壓力與油井試井測(cè)試壓力接近。

圖2 研究區(qū)含油飽和度變化、壓力、溫度剖面圖

3 儲(chǔ)量動(dòng)用狀況分析

儲(chǔ)量動(dòng)用程度研究是評(píng)價(jià)油田開(kāi)發(fā)效果、分析油田開(kāi)發(fā)潛力、進(jìn)行油田開(kāi)發(fā)調(diào)整和挖潛的基礎(chǔ)[8]。儲(chǔ)量動(dòng)用狀況分析一般采用油藏工程分析方法和油藏?cái)?shù)值模擬研究方法。由于D油田S油藏缺乏靜壓監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵性資料，無(wú)法通過(guò)常規(guī)油藏工程方法定量評(píng)價(jià)油藏的能量變化及儲(chǔ)量動(dòng)用狀況。為此，筆者通過(guò)數(shù)值模擬研究和動(dòng)態(tài)歷史擬合，評(píng)價(jià)油藏在熱采和天然能量開(kāi)采2種開(kāi)采方式下的儲(chǔ)量動(dòng)用狀況：天然能量開(kāi)發(fā)條件下，采用壓力場(chǎng)和含油飽和度場(chǎng)變化進(jìn)行儲(chǔ)量動(dòng)用狀況描述；蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)條件下，采用溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、含油飽和度場(chǎng)等多參數(shù)場(chǎng)變化情況進(jìn)行綜合分析，溫度場(chǎng)反映了蒸汽吞吐對(duì)油層的有效加熱范圍，壓力場(chǎng)反映了能量的變化范圍，含油飽和度場(chǎng)直接反映了儲(chǔ)量的變化范圍。

3.1 層間動(dòng)用狀況

S油藏油層厚度大(40～120m)，可分為上、中、下3層。該油藏自2004年以來(lái)，主要針對(duì)上層采用水平井進(jìn)行開(kāi)發(fā)，既有天然能量開(kāi)采井，也有熱采井，中、下層基本無(wú)井控制。含油飽和度變化(圖2(a))顯示，縱向上僅上層有局部動(dòng)用，中、下層基本未動(dòng)用；壓力及溫度場(chǎng)(圖2(b)和(c))顯示，縱向上壓力波及范圍與加熱范圍較小，僅上層壓力變化明顯；油井溫度變化表明，縱向上水平井的加熱半徑僅為7m。

3.2 平面動(dòng)用狀況

不僅層間儲(chǔ)量動(dòng)用狀況差異大，同一生產(chǎn)層段，儲(chǔ)量平面動(dòng)用狀況也存在著較大的差異。平面含油飽和度變化顯示，研究區(qū)井距大，井網(wǎng)不完善，整體動(dòng)用程度低。目前在產(chǎn)井壓力波及范圍小，泄壓半徑一般為50～70m；含油飽和度平面變化半徑為30m左右，最大加熱范圍30m左右，平面變化半徑僅為15m，說(shuō)明高黏區(qū)在蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)下，單井周?chē)鷦?dòng)用程度相對(duì)較低。

整體來(lái)看，現(xiàn)井網(wǎng)條件下，單井控制儲(chǔ)量過(guò)大(114.8×104m3)，導(dǎo)致目前總體采出程度過(guò)小，儲(chǔ)量動(dòng)用程度偏低，儲(chǔ)量動(dòng)用率僅為37%。

4 提高儲(chǔ)量動(dòng)用率對(duì)策

為了解決層間和平面動(dòng)用差異大、儲(chǔ)量動(dòng)用程度低的問(wèn)題，基于目前開(kāi)發(fā)井網(wǎng)和熱采開(kāi)發(fā)方式，開(kāi)展了研究區(qū)井組數(shù)值模擬研究。利用數(shù)值模擬首先預(yù)測(cè)滿足單井累產(chǎn)油界限時(shí)的動(dòng)用范圍，采用單井機(jī)理模型研究了不同狀況下的加熱范圍、含油飽和度變化規(guī)律等。結(jié)果表明，采用蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)，要求的油層厚度界限為15m，平面最小動(dòng)用界限40m，最小開(kāi)發(fā)井距為80m。

4.1 平面井網(wǎng)加密可行性論證

在研究區(qū)地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)100、150、200、250m 4種開(kāi)發(fā)井距，進(jìn)行蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)，優(yōu)選了油田開(kāi)發(fā)的合理井距。水平井段長(zhǎng)度、吞吐注入速度、注汽強(qiáng)度、井底干度、溫度、生產(chǎn)井最大排液量、井底流壓等參數(shù)按現(xiàn)行實(shí)際設(shè)定。

預(yù)測(cè)結(jié)果表明，100m井距預(yù)測(cè)指標(biāo)最好，隨著水平井井距的增加，平均日產(chǎn)油和累產(chǎn)油下降(見(jiàn)圖3)。對(duì)于低滲稠油油藏采用蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)，為了提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度，開(kāi)發(fā)井距不能太大。目前井網(wǎng)開(kāi)發(fā)井距約250m左右，開(kāi)發(fā)井距大是儲(chǔ)量動(dòng)用程度低的主要原因之一。因此，開(kāi)發(fā)井距可加密至100m，以有效地提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度和采收率。

4.2 垂向井網(wǎng)加密可行性論證

數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果表明，低滲中黏油藏在蒸汽吞吐開(kāi)采條件下，垂向有效加熱范圍僅15m左右。S油藏上層水平井鉆井軌跡多位于油層頂8～15m。因此，在油層厚度大的區(qū)域熱采時(shí)，縱向上可考慮部署多層井網(wǎng)，以提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度，合理有效地開(kāi)發(fā)油藏。

按100m井距部署雙層井網(wǎng)，品字形錯(cuò)開(kāi)，進(jìn)行開(kāi)發(fā)效果預(yù)測(cè)。蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)模擬溫度場(chǎng)顯示(見(jiàn)圖4)，平面上井間加熱效果好，部分井可形成熱連通，儲(chǔ)量有效動(dòng)用程度高；縱向上也形成一定的熱連通，有效動(dòng)用了厚層油藏儲(chǔ)量，提高了儲(chǔ)量動(dòng)用程度。

圖3 水平井不同井距吞吐效果預(yù)測(cè)日產(chǎn)油對(duì)比曲線

圖4 雙層井網(wǎng)蒸汽吞吐模擬溫度場(chǎng)(2015年)

根據(jù)井網(wǎng)平面和縱向加密可行性論證，提出采用“立體井網(wǎng)加密”開(kāi)發(fā)對(duì)策進(jìn)行開(kāi)發(fā)。新部署開(kāi)發(fā)井70口，利用老井16口，動(dòng)用儲(chǔ)量2029.6×104m3，單井控制儲(chǔ)量23.6×104m3，新增可采儲(chǔ)量268.7×104m3，油藏采收率由天然能量開(kāi)采的4.5%提高到13.2%，明顯提高了油田開(kāi)發(fā)效益。

5 結(jié)論

1)利用CMG油藏?cái)?shù)值模擬軟件，基于研究區(qū)油藏物性參數(shù)和開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，模擬了油藏開(kāi)發(fā)歷史。通過(guò)數(shù)值模擬研究和動(dòng)態(tài)歷史擬合，分析了現(xiàn)行井網(wǎng)和開(kāi)采方式下的儲(chǔ)量動(dòng)用狀況。結(jié)果表明，油藏層間和平面動(dòng)用狀況差異大，整體儲(chǔ)量動(dòng)用程度低。

2)針對(duì)低滲碳酸鹽巖稠油油藏儲(chǔ)量動(dòng)用率低難題，通過(guò)油藏?cái)?shù)值模擬進(jìn)行井網(wǎng)平面和縱向加密可行性論證，提出采用“立體井網(wǎng)加密”開(kāi)發(fā)對(duì)策進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以提高油藏儲(chǔ)量動(dòng)用程度和采收率，對(duì)油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)起到了很好的指導(dǎo)作用。

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[編輯] 洪云飛

2016-11-17

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05031-002)。

李春霞(1974-)，女，博士生，工程師，現(xiàn)主要從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的研究工作。

高鵬越(1989-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事數(shù)值模擬方面的研究工作，1021011618@qq.com。

TE319

A

1673-1409(2017)05-0022-05

[引著格式]李春霞，高鵬越.油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)在低滲碳酸鹽巖稠油油藏中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017,14(5)：22～26.