復(fù)雜邊底水油藏地層壓力預(yù)測(cè)和調(diào)控研究

張磊，鐘立國(guó)，郝同春，侯欣欣，李文博

1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司（天津 300459）

2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院（北京 102200）

0 引言

曹妃甸油田是國(guó)內(nèi)少有的大型強(qiáng)邊底水油田，以水平井開(kāi)采為主[1]。邊底水油田存在天然的能量供給，在油田開(kāi)發(fā)初期，往往只布置產(chǎn)油井進(jìn)行天然能量開(kāi)采。但天然能量開(kāi)采后期，將面臨地層壓力下降，特高含水和低采油速度等問(wèn)題，嚴(yán)重影響產(chǎn)液效率，為了保證油井產(chǎn)能穩(wěn)定和鉆完井作業(yè)安全，控制地層壓力穩(wěn)定至關(guān)重要。而由于與注水井開(kāi)發(fā)方式不同，地層壓力變化規(guī)律和影響因素及壓力調(diào)控方法也存在差異。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)公式推導(dǎo)、數(shù)值模擬和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)已初步認(rèn)識(shí)了邊底水油藏中井網(wǎng)布置、夾層發(fā)育和水體大小對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響[2-4]，并提出相應(yīng)的提液增效技術(shù)[5-7]，其中以底水稠油油藏為主[8-13]，但對(duì)于大型強(qiáng)邊底水稀油油藏中地層壓力的變化規(guī)律和主要影響因素研究較少[14-15]。

本文以曹妃甸油田某區(qū)塊為例，應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)建立理想模型深入分析大型邊底水油藏條件下，影響地層壓力變化的關(guān)鍵因素；并設(shè)置斷層、高滲區(qū)和多層組開(kāi)發(fā)等復(fù)雜條件，研究其對(duì)邊底水油田地層壓力的影響程度。該研究得到了大型邊底水油田的地層壓力變化規(guī)律和調(diào)控方法，為油藏早期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方案提供輔助性的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景與開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

曹妃甸油田位于渤海灣盆地埕寧隆起區(qū)，受基底古地貌和斷裂系統(tǒng)影響形成披覆背斜和半背斜構(gòu)造。含油層系多、縱向上含油井段長(zhǎng)、儲(chǔ)層沉積類型多樣、河流相儲(chǔ)層分布復(fù)雜等因素影響，導(dǎo)致平面和縱向上存在多套流體系統(tǒng)，層間能量差異大。油田主力油層含油井段長(zhǎng)770 m，共發(fā)育85個(gè)主要含油砂體，且含油砂體分布范圍大，油層厚度大，平均油層厚度大于10 m。采用單砂體水平井開(kāi)發(fā)，但水平井井網(wǎng)部署不規(guī)則（砂體和剩余油分布），且井軌跡隨著加密開(kāi)發(fā)井增多而更為復(fù)雜。

從邊底水類型來(lái)看，主要發(fā)育底水油藏，次為邊水油藏。從驅(qū)動(dòng)類型來(lái)看，主力砂體油藏主要為強(qiáng)邊水、底水驅(qū)動(dòng)。曹妃甸11-6油田表現(xiàn)出典型的強(qiáng)天然水驅(qū)油藏特征：①油田投產(chǎn)之后，邊底水迅速突破，含水上升快，基本沒(méi)有無(wú)水采油期；②砂體平面上生產(chǎn)特征差異大；③產(chǎn)量的接替主要依靠新井投產(chǎn)，油田進(jìn)入中高含水期后含水上升減緩，油田開(kāi)發(fā)效果逐漸好轉(zhuǎn)；④大部分的原油在中高含水階段采出。

根據(jù)歷年壓力測(cè)試資料分析（圖1）：N1gⅢ上（CFD12-1-7）砂體原始地層靜壓13.9～14.5 MPa。目前，全區(qū)地層壓力為10～12 MPa，地層壓力下降了2.5～3.5 MPa，屬于下降狀態(tài)。N1gⅢ下（CFD12-1-7）砂體為底水油藏，原始地層壓力14.5～14.8 MPa，地層壓力下降0～3 MPa。目前，整個(gè)油藏的壓力總體有所下降，但天然能量充足，尚未考慮人為補(bǔ)充能量。

圖1 曹妃甸11-6油田井區(qū)地層壓力

2 邊底水油藏井間壓力變化規(guī)律

根據(jù)曹妃甸油田地質(zhì)和開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，分別建立理想的底水模型和邊底水模型，模擬3 口平行水平井在單砂體模型中同時(shí)開(kāi)采，考察不同井距、產(chǎn)液量、原油黏度、滲透率等因素對(duì)天然能量開(kāi)采條件下地層壓力的影響規(guī)律，以此挖掘影響邊底水油藏中地層壓力變化的主導(dǎo)因素。

2.1 邊底水油藏影響地層壓力的主因素分析

根據(jù)研究方案設(shè)計(jì)需要，建立具有背斜構(gòu)造特征的理想模型為基礎(chǔ)模型。按平行于油水界面的方式從油藏頂部向下至油水界面將油藏劃分為10層，模型網(wǎng)格數(shù)為69×69×10=47 610 個(gè)，模型X、Y方向網(wǎng)格步長(zhǎng)為20 m，Z方向網(wǎng)格步長(zhǎng)為1 m?？v向上1～10層均為油層，底層或油藏邊緣添加水體，模擬底水或邊水，水體厚度20 m，水體半徑5 km。模型頂深1 457 m，壓力系數(shù)1.0，初始滲透率為1 μm2。本研究所建立的底水模型和邊水模型如圖2所示。

圖2 邊底水模型示意圖

為明確日產(chǎn)液量、滲透率、原油黏度、井距和水體大小等影響因素對(duì)邊水油藏地層壓力的影響情況，制定研究方案（表1）進(jìn)行數(shù)值模擬。

表1 壓力分布規(guī)律研究數(shù)值模擬研究方案

在底水油藏不同因素影響下開(kāi)發(fā)井處虧壓和開(kāi)發(fā)井與采出井之間壓差數(shù)據(jù)可見(jiàn)，對(duì)于底水油藏，影響開(kāi)發(fā)井處虧壓和開(kāi)發(fā)井與采出井之間壓差因素按大小次序依次為：產(chǎn)液量→原油黏度、水體大小、井距→滲透率→油層厚度、油井長(zhǎng)度和避水高度。

曹妃甸11-6 油田中采出井日產(chǎn)液量可達(dá)數(shù)千立方米，對(duì)于原油黏度較大，邊底水能量不足的油組，地層壓力迅速下降（圖3）。地層壓力較地層原始?jí)毫Φ?.4～2.35 MPa，實(shí)際生產(chǎn)條件下，地層壓力可能更低。

但是，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)中藥標(biāo)本利用率不高，存在以下問(wèn)題：（1）不能較好地保管中藥實(shí)物，因?yàn)橹兴幑逃械淖匀粚傩?，學(xué)生不知道怎么保存，常有學(xué)生課上用完、課后就扔；（2）有的學(xué)生雖然將實(shí)物保存起來(lái)，但因保存方法不對(duì)，很快就會(huì)變質(zhì)，加之學(xué)生嫌臟怕麻煩，課余時(shí)間也很少拿出來(lái)用；（3）在課后復(fù)習(xí)時(shí)學(xué)生也常拿出實(shí)物使用，但由于缺乏好的學(xué)習(xí)方法，常常看過(guò)即忘，學(xué)習(xí)效果不佳。

圖3 底水油藏在不同條件下地層壓力分布情況

邊水油藏，影響調(diào)整井處虧壓和調(diào)整井與采出井之間壓差因素按大小次序依次為：原油黏度→滲透率→產(chǎn)液量→井距→水體大小（圖4）。

圖4 邊水油藏在不同條件下地層壓力分布情況

曹妃甸11-1 和曹妃甸11-6 油田中部分油組的原油黏度較大，邊水油藏開(kāi)發(fā)時(shí)，地層能量嚴(yán)重虧空。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，應(yīng)考慮布置注水井或采出井轉(zhuǎn)注，補(bǔ)充地層能量（圖5）。

圖5 五井邊水模型中PRO3井轉(zhuǎn)注時(shí)各點(diǎn)壓力變化

2.2 復(fù)雜生產(chǎn)條件下井間壓力變化規(guī)律

2.2.1 多層組開(kāi)發(fā)條件下的壓力分布規(guī)律

曹妃甸11-6油田由于含油層系多、縱向上含油井段長(zhǎng)、儲(chǔ)層沉積類型多樣、河流相儲(chǔ)層分布復(fù)雜等因素影響，導(dǎo)致平面和縱向上存在多套流體系統(tǒng)，尤其是明化鎮(zhèn)組曲流河沉積儲(chǔ)層，表現(xiàn)為“一砂一藏”的特點(diǎn)。在層組共同開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，各層能量不同，地層壓力水平不同，當(dāng)開(kāi)發(fā)井鉆遇不同層組時(shí)，可能受到欠壓與超壓共同影響。

制作了多層組油藏?cái)?shù)值模擬，研究方案見(jiàn)表2，多層組油藏示意圖如圖6 所示，圖中第一層為強(qiáng)底水油藏，地層能量比較穩(wěn)定；第二層為強(qiáng)邊水油藏，距離邊水越近的位置能量越充足；第三層位弱邊水油藏，邊水無(wú)法波及到油藏中部，該層布置一口注水井補(bǔ)充地層能量。

表2 多層組油藏?cái)?shù)值模型參數(shù)

圖6 多層組油藏示意圖和數(shù)值模型

數(shù)值模擬結(jié)果表明（圖7～圖9）：①對(duì)比中部地層無(wú)邊水、弱邊水和有注水井時(shí)，注水井可為地層提供充足的能量，使地層保持較高壓力水平且地層壓力緩慢上升，邊水的供液能力較差，無(wú)法保持地層高壓力；②原油黏度越低，滲透率越大，開(kāi)發(fā)井所在位置的壓力水平越高；③層間距越大，開(kāi)發(fā)井所在位置地層壓力越低。

圖7 中下部地層在不同能量開(kāi)發(fā)時(shí)開(kāi)發(fā)井處壓力變化曲線

圖8 不同層間距時(shí)下部地層中開(kāi)發(fā)井處壓力變化曲線

分別采取斷層與邊水平行和垂直兩種情況模擬封閉斷層遮擋（圖10），流線分析表明斷層起到很好的“遮擋”作用，使斷層附近的邊底水供液不足。并導(dǎo)致靠近斷層附近的地層壓力低，隨著開(kāi)采時(shí)間延長(zhǎng)，地層含水不斷降低，油井與斷層中部的地層壓力虧空嚴(yán)重，斷層的影響不斷增強(qiáng)（圖11）。

圖10 含斷層的多層組模型

圖11 封閉斷層底水開(kāi)發(fā)壓力場(chǎng)分布

斷層與邊水垂直時(shí)，斷層的影響使得水體的供應(yīng)能力下降，但并未喪失供液能力，故地層壓力有所下降。而當(dāng)斷層與邊水平行時(shí)，直接截?cái)嗔诉吽?yīng)，使得地層中無(wú)任何能量供給，地層壓力下降非常嚴(yán)重（圖12）。

圖12 有無(wú)斷層時(shí)開(kāi)發(fā)井處壓力變化曲線

3 結(jié)論

1）大型邊底水油藏水體充足，可在生產(chǎn)前期補(bǔ)充地層能量，保持油藏穩(wěn)定高產(chǎn)，但見(jiàn)水快，含水高，后期地層壓力虧損速度增加。需要增加注水井提高地層壓力；產(chǎn)液量和原油黏度對(duì)地層壓力變化影響較大，調(diào)控產(chǎn)液量即可改善地層壓力。

2）在強(qiáng)邊底水油藏中，開(kāi)發(fā)參數(shù)直接影響地層壓力變化速度，產(chǎn)液量、原油黏度和井距對(duì)地層壓力變化影響較大，開(kāi)發(fā)井設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化需要適應(yīng)油藏條件，減緩地層壓力下降速度。

3）對(duì)于純邊水油層和有高產(chǎn)井的油層，地層壓力下降很快，需要考慮增加注水井補(bǔ)充地層能量，提高產(chǎn)油能力。

4）邊水油藏中的斷層會(huì)有效遮擋邊水供給，削減邊水供給能力；底水油藏中的斷層對(duì)底水供應(yīng)能力無(wú)影響。

5）曹妃甸油田具有水體復(fù)雜、含油層系多的特點(diǎn)，在多層組共同開(kāi)發(fā)時(shí)，邊底水類型不同會(huì)導(dǎo)致各層組地層壓力差異較大。在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可能嚴(yán)重影響鉆完井作業(yè)安全。