顧偉民，侯亞偉 （中海石油 （中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

2011年6月，PL油田發(fā)生溢油事故。隨即該油田停產(chǎn)重新編制開(kāi)發(fā)海洋環(huán)境影響報(bào)告書，重新修訂油田總體開(kāi)發(fā)方案。從斷層、儲(chǔ)層連通性、安全合理井網(wǎng)、優(yōu)化注水以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案編制等方面入手進(jìn)行相關(guān)研究，并取得一定認(rèn)識(shí)。該類研究目前在海洋油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中屬于首次，不僅對(duì)PL這種復(fù)雜河流相油田今后開(kāi)展安全、合理注水開(kāi)發(fā)起到指導(dǎo)性作用，對(duì)其他相似油田和其他類型油田也具有一定的參考和借鑒作用，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和操作性。

1 油田概況

PL19－3油田位于渤海海域的中南部，為一合作油田，2003年投入開(kāi)發(fā)，是目前海上投產(chǎn)的最大油田。截至2013年底，PL19－3油田投產(chǎn)6個(gè)平臺(tái)，有油井180口，注水井52口，年產(chǎn)油500×104t，平均含水65%，采出程度10.3%。

2 地質(zhì)油藏特征

新近系明化鎮(zhèn)組下段和館陶組是PL19－3油田的主要含油層段。劃分13個(gè)油組，分別命名為L(zhǎng)00～L120油組，其中明化鎮(zhèn)組下段主要含油目的層段為L(zhǎng)00～L40油組，館陶組為L(zhǎng)50～L120油組。

PL19－3油田構(gòu)造為一個(gè)在基底隆起背景上發(fā)育起來(lái)的，處于郯廬斷裂帶上，受2組近南北向走滑斷層控制的斷裂背斜。油田主體夾持在2組走滑斷裂帶之間。近北東走向的內(nèi)幕正斷層使PL19－3構(gòu)造的形態(tài)進(jìn)一步復(fù)雜化，主控走滑斷層及派生的正斷層將整個(gè)構(gòu)造由北至南切割成多個(gè)壘、塹相間的斷塊。根據(jù)主要斷層將全區(qū)共劃分為多個(gè)區(qū)塊。

油田儲(chǔ)層巖性為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖。該區(qū)明化鎮(zhèn)組為曲流河沉積，館陶組為辮狀河沉積，砂體呈北東或近東西向展布。該區(qū)目的層段儲(chǔ)層單層厚度變化比較大，從不足1.0m到大于25.0m，薄層發(fā)育。館陶組主力砂體橫向疊加連片分布，連通性比較好，明化鎮(zhèn)組部分砂體具有一定的厚度，但橫向變化比較大，儲(chǔ)層連通性差。明化鎮(zhèn)組和館陶組儲(chǔ)層埋藏淺，滲透性總體上比較好。明化鎮(zhèn)組下段及館陶組上部為高孔～高滲儲(chǔ)層；館陶組下部為中孔～高滲儲(chǔ)層。

油田在縱向上存在多套流體系統(tǒng)，不同斷塊、同一斷塊不同油組多屬于不同壓力系統(tǒng)，油層分布主要受構(gòu)造控制，局部受巖性因素影響，油藏類型主要為構(gòu)造油藏和巖性－構(gòu)造油藏。驅(qū)動(dòng)類型以人工水驅(qū)為主，邊水和底水驅(qū)動(dòng)同時(shí)存在。屬于正常的溫度壓力系統(tǒng)。地面原油性質(zhì)為中、重質(zhì)油。平面上各斷塊之間原油性質(zhì)變化較大，分區(qū)性較強(qiáng)，縱向上隨深度增加密度變小。地層原油具有飽和壓力高、地飽壓差較小、溶解氣油比低、黏度變化大等特點(diǎn)。整體的地下流體變化規(guī)律與地面流體規(guī)律一致。水型為碳酸氫鈉型。

3 油藏開(kāi)發(fā)特征

1）油井初期產(chǎn)能高，但遞減率大；

2）儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，造成層間注采不均衡；

3）注水后地層壓力逐步回升，但層間壓力差異大；

4）局部地層虧空，氣油比上升；

5）初期油層動(dòng)用程度較高。

4 安全優(yōu)化注水研究

4.1 “通海底”斷層排查

PL油田溢油與 “通海底”斷層密切相關(guān)。以海床以下100m即150ms（地震波反射時(shí)間）為 “通海底”斷層的門限深度，將 “通海底”斷層分為3類：①斷層延伸到海床的；②斷層延伸到海床50m即93ms以內(nèi)；③斷層延伸到海床以下50m到100m即93ms到150ms。

根據(jù)以上斷層的分類，對(duì)PL19－3油田構(gòu)造主體部位的全部斷層進(jìn)行了逐條排查，最終確定PL19－3油田 “通海底”斷層近40條。

4.2 臨界失穩(wěn)壓力及斷層開(kāi)啟壓力研究

利用陣列聲波測(cè)井資料結(jié)合三口取心井的巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立PL19－3油田基于測(cè)井資料的巖石力學(xué)測(cè)井解釋模型，在準(zhǔn)確獲得巖石力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上利用黃氏地應(yīng)力模型獲得連續(xù)的地應(yīng)力剖面；利用FMI電阻率成像測(cè)井資料和交叉偶極橫波資料統(tǒng)計(jì)出井壁崩落位置長(zhǎng)軸方向的優(yōu)勢(shì)方位和快橫波方位確定了PL19－3油田最大水平主應(yīng)力方位。

4.2.1 巖石力學(xué)參數(shù)模型的建立

利用地層的縱橫波時(shí)差Δtc、Δts和體積密度及伽馬等測(cè)井資料可得到動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)，在靜載荷作用下 （三軸巖石力學(xué)試驗(yàn)）測(cè)得的是靜力學(xué)參數(shù)。在搞清動(dòng)、靜力學(xué)參數(shù)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)回歸分析建立其相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)由動(dòng)力學(xué)到靜力學(xué)參數(shù)的轉(zhuǎn)換。

4.2.2 地應(yīng)力測(cè)井解釋模型的建立與地應(yīng)力大小的確定

1983年黃榮樽等提出了一個(gè)新的地應(yīng)力計(jì)算模式［1］，即：

式中：σh，min為最小水平主應(yīng)力，MPa；σh，max為最大水平主應(yīng)力，MPa；σv為垂直應(yīng)力，MPa；μ為泊松比，1；α為孔隙彈性（Biot）系數(shù)，1；pp為地層孔隙壓力，MPa；β1、β2為構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)（由Kaiser聲發(fā)射和水力壓裂試驗(yàn)確定），1。

通過(guò)壓裂充填井的小型壓裂試驗(yàn)可獲得最小水平主應(yīng)力數(shù)值。

4.2.3 地應(yīng)力方向確定

應(yīng)用以下2種方法來(lái)確定最大水平主應(yīng)力方向：①應(yīng)力崩落橢圓井眼的長(zhǎng)軸可用來(lái)研究構(gòu)造應(yīng)力的方向以確定最大水平主應(yīng)力方向；②用快橫波方位確定最大水平主應(yīng)力方向。

4.2.4 斷層失穩(wěn)性研究

通過(guò)斷層受力模型分析，得到作用在斷面上的正應(yīng)力σn與剪應(yīng)力τ計(jì)算公式［2，3］（如圖1所示）：

圖1 不同斷層模型受力分析示意圖

根據(jù)斷層滑動(dòng)準(zhǔn)則，假設(shè)在油田開(kāi)發(fā)的過(guò)程注水對(duì)地層構(gòu)造應(yīng)力的影響可以忽略不計(jì)。根據(jù)美國(guó)學(xué)者Byerlee綜合各種不同類型巖石的實(shí)驗(yàn)室摩擦試驗(yàn)資料同時(shí)結(jié)合蘭吉利油田研究注水誘發(fā)地震的試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了在實(shí)驗(yàn)室得到的斷層滑動(dòng)準(zhǔn)則可以用于天然斷層。

斷層滑動(dòng)準(zhǔn)則：

臨界失穩(wěn)孔隙壓力：

式中：τ0為內(nèi)聚力，MPa；μ為內(nèi)摩擦因數(shù)，1；τ為剪應(yīng)力，MPa；σn為正應(yīng)力，MPa；p0為孔隙壓力，MPa。

根據(jù)PL19－3油田實(shí)際資料，應(yīng)用建立的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得到斷層失穩(wěn)壓力及失穩(wěn)壓差。

4.3 儲(chǔ)層展布及連通性研究

研究表明，目前油田主要生產(chǎn)層位的砂體具有以下特點(diǎn)：儲(chǔ)層單層厚度總體比較?。恢髁ι绑w展布方向多為北東向；同一砂體在不同區(qū)塊發(fā)育程度不同；不同區(qū)塊主力砂體不盡相同。

通過(guò)各區(qū)注采對(duì)應(yīng)率研究，PL19－3油田注采對(duì)應(yīng)率主要受兩方面因素影響：儲(chǔ)層平面及縱向發(fā)育狀況；注水井射開(kāi)層位和油井生產(chǎn)層位的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4.4 地層壓力保持及合理生產(chǎn)壓差研究

4.4.1 合理地層壓力保持水平

根據(jù)渤海油田多年注水開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)及油田注水物理模擬試驗(yàn)、PL19－3油田原ODP（總體開(kāi)發(fā)方案）方案設(shè)計(jì)、油田實(shí)際生產(chǎn)情況，綜合分析認(rèn)為油田地層壓力維持在原始地層壓力的85%～100%為宜。

4.4.2 合理生產(chǎn)壓差確定

根據(jù)油田合理生產(chǎn)壓差理論計(jì)算結(jié)果，以及生產(chǎn)井實(shí)際開(kāi)發(fā)效果與生產(chǎn)壓差之間的關(guān)系，以不降低原油采收率為前提，同時(shí)考慮油井生產(chǎn)穩(wěn)定性及油藏管理措施，綜合提出油藏合理生產(chǎn)壓差一般為3.0～5.0MPa，平均4.0MPa。油田各生產(chǎn)井的生產(chǎn)壓差也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行深入分析，以達(dá)到精細(xì)油藏管理的目的。

4.5 地層破裂壓力研究

根據(jù)相關(guān)公式以及PL油田實(shí)際數(shù)據(jù)分析，確定不同深度儲(chǔ)層及注水井不同注水段地層破裂壓力公式如下：

式中：pf為地層破裂壓強(qiáng)（面質(zhì)量），g/cm2；G為油層破裂壓力梯度（體質(zhì)量），g/cm3；H為注水井的垂深，m。

4.6 合理注入壓力及注入能力研究

4.6.1 合理注入壓力研究

根據(jù)研究，當(dāng)注水井與 “通海底”斷層之間距離大于100m時(shí)，注水井最大注水壓差在4.9～9.5MPa之間，平均為6.9MPa。當(dāng)注水井與 “通海底”斷層之間距離小于100m時(shí)，PL油田暫定初期注水井最大注水壓差為3.0MPa左右。

4.6.2 注入能力研究

使用油田實(shí)際確定的注水井吸水指數(shù)、最大注水壓差、吸水厚度等參數(shù)，同時(shí)考慮井組注采平衡確定單井及油田注水量，同時(shí)隨著油田生產(chǎn)的變化，注水量也將進(jìn)行調(diào)整。如注水井實(shí)際注入能力達(dá)不到配注要求，注水實(shí)施過(guò)程中可結(jié)合工藝增注措施，進(jìn)行增注以滿足配注要求。

4.7 合理井網(wǎng)研究

根據(jù)目前PL油田實(shí)際地質(zhì)和油藏狀況，除分析目前井網(wǎng)的合理及經(jīng)濟(jì)井距外，重點(diǎn)針對(duì)目前油田實(shí)際構(gòu)造及現(xiàn)有井網(wǎng)特點(diǎn)，引入不同井網(wǎng)配置下壓力場(chǎng)研究?jī)?nèi)容，目的是找到不同井網(wǎng)下到斷層間安全距離，即注采井網(wǎng)中注水井到斷層距離特別是 “通海底”斷層的距離不低于100m，同時(shí)應(yīng)努力確保注水井到斷層之間存在油井生產(chǎn)，進(jìn)行有效泄壓。

4.8 油田生產(chǎn)監(jiān)測(cè)

根據(jù)油田開(kāi)發(fā)需要，油井靜壓監(jiān)測(cè)應(yīng)達(dá)到一年兩次；油井流壓監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)；油井油、套壓監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)；產(chǎn)液剖面測(cè)試每年進(jìn)行一次。注水井地層靜壓監(jiān)測(cè)應(yīng)達(dá)到每年一次；分層靜流壓監(jiān)測(cè)應(yīng)達(dá)到一年兩次；井口壓力監(jiān)測(cè)應(yīng)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，吸水剖面測(cè)試每年一次；示蹤劑監(jiān)測(cè)根據(jù)需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。新井根據(jù)需要進(jìn)行隨鉆測(cè)壓。地面水質(zhì)監(jiān)測(cè)每天1次。監(jiān)測(cè)工作量可根據(jù)油田實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行必要調(diào)整。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）安全優(yōu)化注水在海上復(fù)雜河流相油田日益重要，需要根據(jù)本油田實(shí)際認(rèn)真分析研究。

2）“通海底”斷層的存在為安全注水開(kāi)發(fā)增加難度，斷層性質(zhì)判定、失穩(wěn)性研究應(yīng)給與足夠重視。

3）積極開(kāi)展與深化儲(chǔ)層連通、破裂壓力研究，充分了解儲(chǔ)層壓力分布狀況，是油田安全優(yōu)化注水的基礎(chǔ)。

4）在油田開(kāi)展安全優(yōu)化注水過(guò)程中，注采井網(wǎng)安全性直接影響油田生產(chǎn)的安全。

5）優(yōu)化注水的同時(shí)強(qiáng)化油田生產(chǎn)監(jiān)測(cè)，確保油田安全、環(huán)保、高效開(kāi)發(fā)。

［1］黃榮樽，白家祉 .斜直井井壁張性裂紋的位置及走向與井眼壓力的關(guān)系 ［J］.石油鉆采工藝，1993，15（5）：7～11.

［2］孫廣忠 .巖石結(jié)構(gòu)力學(xué) ［M］.北京：科學(xué)出版社，1988.96～98.

［3］凌賢長(zhǎng)，蔡德所 .巖體力學(xué) ［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002.101～103.

［編輯］ 黃鸝