窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅篩選標準

劉維霞

(中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，東營 257015)

窄屋脊斷塊油藏是勝利油田占比較大的主要斷塊油藏類型之一，具有含油條帶寬度窄，邊底水發(fā)育等特點[1]。早期普遍采用高部位布井、多層合采，實施水驅或者天然能量開發(fā)，但是平面舌進嚴重，垂向水錐明顯。實施精細二次開發(fā)前，大多呈現出綜合含水率高、驅油效率低、井間動用差等特點。人工邊水驅是近年來勝利油田精細二次開發(fā)的重點研究和推廣技術之一[1-3]，其實質是充分利用天然能量后，在構造低部位大排量注水，模擬天然強邊水驅，提高油藏驅油效率和波及效率，從而提高油藏最終采收率[3-5]。

近年來，楊海博等[6-7]、趙軍等[8]通過三維物理模擬實驗，明確了人工邊水驅提高采收率的作用機理。張戈等[9]、王倩倩[4]通過油藏數值模擬研究，分析了人工邊水驅開發(fā)的可行性及主要影響因素。王建[3]、史永華[10]給出了人工邊水驅在勝利油田實施的成功案例，雷樂[11]、陳偉[12]分別給出了人工邊水驅在江漢和雙河油田實施的成功案例。

勝利油田在開發(fā)實踐中發(fā)現，窄屋脊斷塊油藏實施人工邊水驅需要實現“三高協同效應”：高含水條件下，高液量開采，獲得高采出程度。然而,目前人工邊水驅技術的研究重點多集中在驅替機理、影響因素、開發(fā)效果方面，針對窄屋脊斷塊油藏的區(qū)塊篩選標準以及開發(fā)技術政策等方面的研究仍處于探索階段[9]。因此，針對勝利油田典型窄屋脊斷塊油藏，從綜合分析窄屋脊斷塊油藏的地質特征和開發(fā)特征入手，應用油藏工程方法分析剩余油分布成因和開發(fā)潛力。篩選主控影響因素，分析窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅的敏感性，實現對各類敏感因素的等級劃分和定量評價。在此基礎上，提出窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅的篩選標準，為窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅高效開發(fā)提供決策依據。

1 開發(fā)潛力分析

1.1 剩余油分布及成因

勝利油田窄屋脊斷塊油藏通常具有如下特征[13]：

(1)斷層和隔層是控制油藏有效圈閉的決定因素。

(2)油藏具有單斜構造，地層傾角大于1°～2°。

(3)油藏產狀呈層狀，主力層平面發(fā)育較為穩(wěn)定，連續(xù)性好。

(4)含油條帶寬度窄，一般小于400 m，只能布置單排生產井。

(5)含油條帶長度一般大于寬度，具有布置多口生產井的空間。

(6)發(fā)育邊底水，具有一定的天然能量。

例如東辛采油廠的辛1沙一4，現河采油廠的河68-8，均屬于典型的窄屋脊斷塊油藏。此類油藏在一次開發(fā)期間，主要采用高部位布井、多層合采的開發(fā)方式，實施水驅或者天然能量開發(fā)，但是平面舌進嚴重，垂向水錐明顯。在實施精細二次開發(fā)前，此類油藏大多已進入高含水甚至特高含水開發(fā)階段，剩余油分布不均，成因情況復雜。

根據對勝利油田各類窄屋脊斷塊油藏剩余油分布及開發(fā)潛力分析，總結歸納出窄屋脊斷塊油藏的剩余油分布及成因，主要包括以下六類情況：

(1)構造高低。由于重力分異作用，在構造高部位易富集，形成剩余油。

(2)斷層遮擋。由于斷層遮擋作用，使得斷層附近的儲層水驅程度很差或者注入水驅替不到，造成水動力滯留區(qū)，形成剩余油。

(3)注采井網不完善。一是由于油水井井況變差，使得原有注采平衡關系破壞形成剩余油；二是局部注采不完善，使得油層動用不均衡形成剩余油。

(4)井間滯留。注采井網非主流線上的滯留區(qū)存在部分剩余油。

(5)層間干擾。多層合采時，由于層間非均質作用導致層間干擾，使得各層儲量動用不均，形成剩余油。

(6)平面突進。受平面非均質性影響，注入水在平面上有突進現象，經長期水驅發(fā)展成水竄通道，使得平面其它方向水驅動用差，形成剩余油。

窄屋脊斷塊油藏剩余油主要位于構造高部位，具有井間潛力大、再次富集較快等特點，適合人工邊水驅挖潛。分析認為剩余油再次較快富集必須滿足的四個條件：①富集區(qū)剩余油飽和度較低；②富集區(qū)位于高部位，且存在斷層或者油墻遮擋；③相對低部位存在較多可動油；④儲層滲流能力很弱，或者上游含油飽和度較高。其中死油區(qū)和再富集部位，是后期挖潛的重點。

1.2 單井經濟極限液量

在實施精細二次開發(fā)前，窄屋脊斷塊油藏大多已進入高含水甚至特高含水開發(fā)階段，因此，窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅需要實現“三高協同效應”：高含水、高液量、高采出程度。為了實現高含水狀態(tài)下油井的經濟效益，在實施精細二次開發(fā)前，首先需要確定高液量及高含水模式下的單井經濟極限液量。

單井經濟極限液量計算公式為[14-15]

(1)

式(1)中：S為年盈利，萬元；fw為含水率；Cc為單井年操作成本，萬元；QL為單井日產液量，t/d；α為商品率；γ為開井時率；P為原油價格，70 美元/桶；R為噸油稅金，油價的25%；Cc為單井年操作成本，萬元；Ci為注水費用，萬元；Cp為產出液處理費用，萬元。

以勝利油田某窄屋脊斷塊油藏為例進行單井經濟極限液量計算，分析結果如圖1所示。其中，單井年操作成本取35 萬元；商品率取0.95；年開井取330 d；原油價格取70 美金/桶，折合人民幣3 219.3 元/噸；油稅金取805元/噸，注水費用取15元/噸，產出液處理費用取10 元/噸。

圖1 不同含水對應的極限日產液量Fig.1 Ultimate daily liquid volume of different water cuts

1.3 地層壓力恢復能力

為了實現窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅的“三高協同效應”，滿足高含水狀態(tài)下油井的經濟效益，必須保證較高的液量，即需要充足的地層能量。因此，一般需要提前注水或者高注采比適當恢復地層壓力。

產液計算公式為[14-15]

(2)

式(2)中：QL為單位厚度日產液，m3/d；Qo為日產油，m3/d；Qw為單位厚度日產水，m3/d；μo為原油黏度，mPa·s；μw為地層水黏度，mPa·s；Bo為原油體積系數；Bw為地層水體積系數；K為平均滲透率，μm2；Kro為油相相對滲透率；Krw為水相相對滲透率；h為油層厚度，cm；ΔP為生產壓差，MPa；re為泄油半徑，cm；rw為油井半徑，cm。

圖2為勝利油田某窄屋脊斷塊油藏的地層壓力恢復對產能影響分析結果，可以看出：同一含水率下，生產壓差越大，日產液量越高；同一生產壓差下，含水率越高，日液量越高；且含水率越大，日產液量增加的幅度越大。

圖2 不同含水率下單位厚度日產液與生產壓差關系Fig.2 Relationship between daily unit thickness liquid and production pressure difference at different water cuts

2 人工邊水驅敏感性分析

2.1 敏感性定量分析方法及判定原則

張戈等利用數值模擬方法，分析單因素對提高采收率幅度的影響，得到了單因素與采收率及提高采收率幅度之間的關系圖版[9]。該圖版有助于人工邊水驅敏感性的定性分析，但無法實現多因素敏感性的定量分析。因此，通過含水率級別劃分，將主控因素對人工邊水驅開發(fā)效果影響的敏感程度進行分級，進一步實現人工邊水驅敏感性定量分析。

2.1.1 敏感性分析模擬方案設計

根據勝利油田典型窄屋脊斷塊油藏的實際地質、流體、開發(fā)特征，利用油藏數值模擬方法開展窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅敏感性分析研究。篩選出三大類12項人工邊水驅開發(fā)主控因素，具體如下。

(1)地質因素：含油條帶寬度、地層傾角、水體倍數、水平滲透率、垂向滲透率、地層厚度。

(2)流體因素：油水黏度比、油水密度差、毛管力。

(3)開發(fā)因素：水井位置、工作制度、注采比。

根據勝利油田窄屋脊斷塊油藏區(qū)別于其他類型斷塊油藏的典型地質特征，確定含油條帶寬度和地層傾角為兩項關鍵因素，采用窮舉法進行窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅敏感性分析研究，在合理取值范圍內，分別設計5個模擬水平。其他因素采用單因素分析方法，在合理取值范圍內，分別設計4～6個模擬水平。窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅敏感性分析研究的模擬方案，總計達到：5 水平×5 水平×(2×6 水平+5×5 水平+3×4 水平)=1 225 組。

基準模型如圖3所示。該模型為矩形單斜構造，油井位于油藏高部位，水井位于油藏較低部位。油水井交錯排列，包括3口油井和2口水井。

圖3 基準模型示意圖Fig.3 Reservoir model diagram

2.1.2 敏感程度劃分及判定原則

為分析不同含水率條件下，各因素不同水平對采出程度的影響規(guī)律及影響程度，依據勝利油田窄屋脊斷塊油藏的開發(fā)實際，在含水率級別劃分的基礎上，給出了敏感性分析定量研究的劃分依據和判定原則。

依據目前中國油田對含水率認知的通用標準，含水率可以劃分為4個級別。

(1)低含水：綜合含水率fw≤20%。

(2)中含水：20%<綜合含水率fw≤60%。

(3)高含水：60%<綜合含水率fw≤90%。

(4)特高含水：90%<綜合含水率fw≤98%。

依據各方案模型與基準模型在不同含水率級別開發(fā)條件下，兩者采出程度差異|ΔEr|的大小，將各主控因素對人工邊水驅開發(fā)效果的敏感程度，劃分為四個級別。

(1)極敏感：|ΔEr|>10%。

(2)次敏感：3%<|ΔEr|≤10%。

(3)微敏感：0.5%<|ΔEr|≤3%。

(4)不敏感：|ΔEr|≤0.5%。

由于各主控因素對窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅開發(fā)的敏感程度不同，甚至差異很大，因此不同方案開發(fā)末期對應的采收率及含水率也會產生較大差異。在敏感程度劃分時，不能簡單依據某一個點的數值來進行判斷，而應該使判斷結論符合較長期間內的變化趨勢。為此，結合理論研究和斷塊油田開發(fā)實際，制定了敏感程度判定原則，詳見表1。

2.2 主控因素敏感性分析

依據敏感程度判定原則，進行窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅敏感性分析，確定出了各主控因素敏感性評價結果，篩選出了極敏感因素、次敏感因素、微敏感因素以及不敏感因素。其中，極敏感因素主要為地質因素和流體因素；前者包括：含油條帶寬度、地層傾角、垂向滲透率、地層有效厚度；后者包括：油水黏度比、油水密度差、毛管力。開發(fā)因素多為次敏感-微敏感因素，包括：水井位置、油水井工作制度、注采比。地質因素中的水平滲透率是微敏感因素，水體大小是不敏感因素，顯示水體對此類油藏人工邊水驅開發(fā)效果影響不大，但是需要補充井網分析。

2.2.1 含油條帶寬度

含油條帶寬度為極敏感因素，在地層傾角一定的條件下，含油條帶越寬，受邊底水影響越小，越接近整裝油藏開發(fā)規(guī)律，相同的含水對應的采出程度越高。含油條帶寬度對一定含水下采出程度的影響是正向單調的，如圖4所示(地層傾角取10°)。當地層傾角一定(10°)，含油條帶寬度小于200 m時，含水率-采出程度關系曲線形狀隨含油條帶寬度變化大，相同的含水率下采出程度隨含油條帶寬度變化大。含油條帶寬度大于200 m時，相同的含水率下采出程度隨含油條帶寬度變化的差距變小，含水率-采出程度關系曲線形狀隨含油條帶寬度變化變小。200 m的含油條帶寬度可以作為評價潛力的參考界限值之一，含油條帶寬度小于該值時宜精細評價，大于該值時可以適當放寬。對比五種不同的含油條帶寬度，當含油條帶寬度取500 m時，相同采出程度下的綜合含水最低。

當地層傾角不同時，相同含油條帶寬度對應的采出程度差異不大，如圖5所示。

圖4 不同含油條帶寬度時含水率與采出程度關系Fig.4 Relation between water cut and recovery degree at different oil band widths

表1 敏感程度判定原則Table 1 Sensitivity determination principle

圖5 含油條帶寬度敏感性分析Fig.5 Sensitivity analysis of oil band width

隨著地層傾角的增大，含水率-采出程度關系曲線中，含油條帶寬度拐點逐漸減小，如圖6所示，符合冪指數的關系。該拐點值可以作為劃分潛力區(qū)的參考，含油條帶寬度小于該值時宜劃分的更為精細，大于該值時不必劃分的過于精細。

圖6 地層傾角與含油條帶寬度拐點關系Fig.6 Relation between formation dip and inflection point of oil band width

2.2.2 地層傾角

含油條帶寬度一定的條件下，地層傾角越大，受邊底水影響越小，越接近整裝油藏開發(fā)規(guī)律，相同的含水對應的采出程度越高。地層傾角對一定含水率下采出程度的影響是正向單調的，如圖7所示(含油條帶寬度取200 m)。

含油條帶寬度一定(200 m)，地層傾角小于10°時，含水率-采出程度關系曲線形狀隨地層傾角變化大，相同的含水率下采出程度隨地層傾角變化大；地層傾角大于10°時，相同的含水率下采出程度隨地層傾角變化的差距變小，含水率-采出程度關系曲線形狀隨地層傾角變化小。10°的地層傾角可以作為評價潛力的參考界限值之一，地層傾角小于該值時宜精細評價，大于該值時可以適當放寬。對比5種不同的地層傾角，當地層傾角取35°時，相同的采出程度下綜合含水最低。

圖7 地層傾角影響分析Fig.7 Analysis of formation dip influence

當含油條帶寬度不同時，相同地層傾角對應的采出程度差異較大，如圖8所示。

結合圖5、圖6、圖8，綜合分析認為：含油條帶寬度為極敏感因素。當含油條帶較窄時(小于200 m)，地層傾角為極敏感因素；當含油條帶較寬時(大于200 m)，地層傾角為敏感因素。

2.2.3 其他因素

除了含油條帶寬度和地層傾角以外，其他10項主控因素采用單因素分析方法進行了敏感性分析，得到各主控因素的敏感程度劃分如下。

(1)極敏感因素：地下油水密度差、油水黏度比、垂向滲透率、地層有效厚度、毛管力。

(2)次敏感因素：注采比。

(3)微敏感因素：水井位置、油水井工作制度、水平滲透率。

(4)不敏感因素：水體倍數。

以含油條帶寬度為200 m，地層傾角為10o時的模擬結果為例，給出其他10項主控因素的敏感性分析結果，如圖9所示。

(1)極敏感因素分析如下。

圖8 地層傾角敏感性分析Fig.8 Formation dip sensitivity analysis

圖9 多因素敏感性分析Fig.9 Mmulti-factor sensitivity analysis

①地下油水密度差。油水密度差對一定含水率下采出程度的影響是正向單調的，油水密度差越大，相同含水率對應的采出程度越高。

②油水黏度比。油水黏度比對一定含水率下采出程度的影響是負面單調的，油水黏度比越大，相同含水率對應的采出程度越低。含油條帶寬度越大，油水黏度比對水驅油效果的影響越明顯。

③垂向滲透率。垂向滲透率對一定含水率下采出程度的影響不是單調的，依賴于油井射孔單元底部是否發(fā)育底水。如果油井射孔砂體的下部底水不發(fā)育，則垂向滲透率對一定含水率下采出程度的影響是正向單調的。如果油井射孔砂體的下部底水發(fā)育，則垂向滲透率對一定含水率下采出程度的影響是負面單調的。

④地層有效厚度。地層厚度對一定含水率下采出程度的影響不是單調的，且存在一個敏感范圍，依賴于含油條帶寬度、地層傾角等。

⑤毛管力控制著油水過渡帶的厚度，也就是控制著油層厚度和油井避射厚度，因此與重力作用的效果相反，阻止油水的重新發(fā)布，產生不利影響。隨著含油條帶寬度的增加，含油厚度增加，毛管力的控制作用減弱。

(2)次敏感因素分析：單純從技術上，注采比接近1最好。從實際情況出發(fā)，為了保證與連續(xù)注水連續(xù)采油相匹配的較高的液量，注采比盡可能略大于1，保持較高的地層壓力水平。階段累積注采比取決于目前地層壓力水平、與外部地層連通關系、地層壓力最優(yōu)保持水平。

(3)微敏感因素分析如下。

①水井位置。水井位置對一定含水率下采出程度的影響不是單調的，依賴于含油條帶寬度、地層傾角等。

②工作制度。單純從技術上，油井周期采油具有優(yōu)勢。從經濟角度出發(fā)，為了保證一定時間內采出程度最高，連續(xù)注水連續(xù)采油具有優(yōu)勢。

③水平滲透率。水平滲透率對一定含水下采出程度的影響是正向單調的，滲透率越大，相同含水對應的采出程度越高。含油條帶寬度越大、地層傾角越大，水平滲透率對水驅油效果的影響越明顯。

(4)不敏感因素分析：邊底水水體大小對一定含水下采出程度的影響不是單調的，而是與含油條帶寬度、地層傾角關聯。隨著含油條帶寬度的增大，邊底水水體對一定含水下采出程度的影響趨于負面。隨著地層傾角的增大，邊底水水體對一定含水下采出程度的影響趨于正面。

3 人工邊水驅篩選標準

通過對窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅主控因素的敏感性分析研究，提出了敏感程度判定原則，給出了敏感性定量分析劃分依據。實現了對此類油藏三大類12項主控因素的敏感程度劃分，確定了極敏感因素、次敏感因素、微敏感因素和不敏感因素。在此基礎上，進一步得到了各主控因素的開發(fā)技術界限，為制定窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅篩選標準提供了依據。

窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅篩選標準詳見表2。篩選標準包括3類條件：一是人工邊水驅的基本條件，即滿足水驅要求；二是人工邊水驅的必備條件；三是人工邊水驅的選擇性條件。這3類條件均容易從現場了解到，而且包含了現場實踐的認識，因此篩選標準的可操作性較強。

實踐證明，該篩選標準應用于勝利油田辛1沙一4斷塊油藏，目前提高采出程度5%以上，預期提高采收率10%以上，最終水驅采收率可達60%以上，得了較好效果，為窄屋脊斷塊油藏高效開發(fā)提供決策依據和理論指導。

表2 窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅篩選標準Table 2 Selection criteria for artificial edge water flooding in narrow ridged block reservoirs

4 結論

通過上述研究，針對窄屋脊斷塊油藏提出了人工邊水驅開發(fā)主控因素敏感性定量分析方法和判定原則，給出了窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅篩選標準，得到了以下主要結論。

(1)窄屋脊斷塊油藏大部分地層能量不平衡，含水上升快，大部分產量在高含水～特高含水產出。剩余油主要位于構造高部位，具有井間潛力大、再次富集較快等特點，適合人工邊水驅挖潛。

(2)依據各因素水平與基準模型在不同含水率級別開發(fā)條件下采出程度差異|ΔEr|的大小，將各因素的敏感程度劃分為4個級別：極敏感時|ΔEr|>10%，次敏感時3%<|ΔEr|≤10%，微敏感時0.5%<|ΔEr|≤3%，不敏感時|ΔEr|≤0.5%。依據不同含水率階段|ΔEr|的變化趨勢是否一致，給出了各種情況下敏感程度的判定原則。

(3)通過對12項窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅敏感性分析的研究表明：極敏感因素主要為地質因素和流體因素；前者包括：含油條帶寬度、地層傾角、垂向滲透率、地層有效厚度；后者包括：油水黏度比、油水密度差、毛管力。開發(fā)因素多為次敏感-微敏感因素，包括：水井位置、油水井工作制度、注采比。地質因素中的水平滲透率是微敏感因素，水體大小是不敏感因素。

(4)依據主控因素敏感性分析研究得到的開發(fā)技術政策界限，提出了窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅的篩選標準，劃分了適合人工邊水驅的3類條件：滿足水驅要求為基本條件，含油條帶寬度和地層傾角等開發(fā)技術界限為必備條件，其他有利于開發(fā)因素為選擇性條件。3類條件均容易從現場獲得，篩選標準具有較強的可操作性。