李豐輝田 楠?jiǎng)?暉鄭 旭馮 鑫楊慶紅

(1.中海石油(中國(guó))有限公司曹妃甸作業(yè)公司; 2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司)

異常高壓低滲透油藏產(chǎn)能隨有效壓力的變化規(guī)律*
——以渤海南部BZ油田為例

李豐輝1田 楠1劉 暉1鄭 旭1馮 鑫2楊慶紅2

(1.中海石油(中國(guó))有限公司曹妃甸作業(yè)公司; 2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司)

利用有效壓力原理對(duì)渤海南部BZ油田的覆壓孔滲資料重新分析,把實(shí)驗(yàn)巖心的受力狀態(tài)還原到地下取心處儲(chǔ)層的受力狀態(tài),分析巖心滲透率隨有效壓力的變化規(guī)律,認(rèn)為該油田沙二段儲(chǔ)層的壓力敏感性不強(qiáng),沙三段壓力敏感性較強(qiáng)。利用有效壓力原理和該油田回歸的滲透率與有效壓力的關(guān)系式及PVT資料,計(jì)算不同油藏壓力下原油的流度,結(jié)果表明當(dāng)初始滲透率≥0.45mD時(shí),在油藏壓力降至飽和壓力之前,地層原油流度隨著油藏壓力的降低而增大,最終導(dǎo)致油井產(chǎn)能持續(xù)增加。上述實(shí)驗(yàn)分析結(jié)論與計(jì)算結(jié)果得到了實(shí)際生產(chǎn)資料的證實(shí)。

異常高壓;低滲透油藏;壓力敏感性;有效壓力;產(chǎn)能;變化規(guī)律

異常高壓油藏開(kāi)采初期利用天然能量彈性開(kāi)采,地層壓力下降快,初期產(chǎn)量高、遞減快。目前研究此類油藏遞減快的主要方法是覆壓孔滲實(shí)驗(yàn),認(rèn)為此類油藏的儲(chǔ)層物性壓力敏感性比較強(qiáng)[1-8],但這些研究大多是在以地面條件下測(cè)得的巖心滲透率為基準(zhǔn)值進(jìn)行分析,并沒(méi)有轉(zhuǎn)化到取心時(shí)巖心的原始受力狀態(tài),本文對(duì)此進(jìn)行了修正。另外,影響油井產(chǎn)能的因素除儲(chǔ)層滲透率外,還有地層原油粘度,僅研究?jī)?chǔ)層物性隨壓力變化而忽略了壓力對(duì)流體性質(zhì)的影響是不全面的。因此,研究壓力對(duì)異常高壓油藏產(chǎn)能影響時(shí),應(yīng)綜合分析滲透率、地層原油性質(zhì)隨地層壓力的變化對(duì)油井產(chǎn)能的影響。本文以渤海南部BZ異常高壓油田為例,通過(guò)綜合考慮地層壓力的變化對(duì)儲(chǔ)層物性和流體性質(zhì)的影響,研究該油田產(chǎn)能隨地層壓力的變化規(guī)律。

1 油田概況

BZ油田位于渤海南部海域,開(kāi)發(fā)層系為古近系沙河街組,油藏埋深3 250～3 900m,屬于異常高壓復(fù)雜斷塊低滲油藏。儲(chǔ)層段為砂泥巖薄互層,單砂層油層厚度0.2～10.5m,大部分在1～4m。儲(chǔ)層物性較差,其中沙二段儲(chǔ)層孔隙度14%～16%,平均為15%,滲透率13～120mD,平均為42mD,為中孔低滲儲(chǔ)層,儲(chǔ)層連通性較好;沙三段油層測(cè)井解釋孔隙度主要在10.2%～18.2%,平均為14.5%,測(cè)井解釋滲透率在0.3～200mD,厚度加權(quán)平均為24.1mD(部分井區(qū)儲(chǔ)層滲透率小于2mD),儲(chǔ)層連通性較差。油藏溫度120～135℃,油藏壓力系數(shù)1.40～1.59,地層壓力42～57 MPa;地層原油粘度低(＜1.5mPa·s),溶解氣油比高,飽和壓力14.58～18.40 MPa,地飽壓差30 MPa左右,目前主要利用天然能量彈性衰竭開(kāi)采。

2 巖石壓力敏感性分析

油藏開(kāi)采過(guò)程中,由于地層流體被采出,油藏壓力降低,儲(chǔ)層受到的凈有效上覆壓力增大,發(fā)生儲(chǔ)集層變形而導(dǎo)致滲透率降低。由于異常高壓油藏的原始油藏壓力高,壓力降落的空間更大,儲(chǔ)層受到的凈有效上覆壓力增加幅度大,因此開(kāi)展此類油藏儲(chǔ)層物性隨壓力的變化規(guī)律研究對(duì)于分析此類油藏產(chǎn)能隨油藏壓力的變化至關(guān)重要。

2.1 評(píng)價(jià)方法

目前研究?jī)?chǔ)集層物性隨壓力變化規(guī)律的方法主要是覆壓孔滲實(shí)驗(yàn),即固定巖石孔隙中流體壓力,增加巖石圍壓模擬儲(chǔ)層地下受力變化過(guò)程,通過(guò)測(cè)定不同圍壓下巖石的孔隙度和滲透率來(lái)確定儲(chǔ)層物性的變化規(guī)律。巖石的壓力敏感程度以滲透率損失率來(lái)表示,其計(jì)算式為

式(1)中:Ki為巖心初始滲透率;Kp為有效壓力為p時(shí)的巖心滲透率。

由式(1)可知,滲透率損失率的大小與巖心初始滲透率的選取密切相關(guān)。前人[1-6,9-13]以巖心在地面條件下的滲透率為初始滲透率來(lái)計(jì)算滲透率損失率,認(rèn)為異常高壓低滲油藏儲(chǔ)層具有壓力敏感性強(qiáng)的特點(diǎn)。但巖心是在一定埋深下取出,原始地層下巖石本身承受一定的壓力,因此采用地面條件下的滲透率為基準(zhǔn)分析儲(chǔ)層的敏感性問(wèn)題不合理,應(yīng)該以巖石原始埋深受力狀態(tài)下測(cè)得的巖心滲透率為基準(zhǔn),這樣計(jì)算不同有效壓力下的滲透率損失率才合理。

2.2 實(shí)例分析

對(duì)BZ油田A5井巖心做了覆壓孔滲實(shí)驗(yàn)。該井沙二段取心平均深度3 332m,沙三段取心平均深度3 672m,上覆巖石和流體的混合密度2.1 g/cm3,計(jì)算得出沙二段和沙三段上覆壓力分別為69.97和 76.00 MPa,按壓力系數(shù)1.45計(jì)算,沙二段和沙三段油藏原始?jí)毫Ψ謩e為48.31和52.40 MPa,原始條件下巖石受到的凈上覆壓力分別為21.66和23.60 MPa。

圖1、2分別為BZ油田A5井沙二段和沙三段巖心覆壓孔滲實(shí)驗(yàn)中滲透率損失率與有效壓力的關(guān)系圖。可以看出,同一塊巖心在有效壓力相同時(shí),以地面條件下的滲透率為基準(zhǔn)計(jì)算所得的滲透率損失率是以轉(zhuǎn)化到地下受力狀態(tài)下滲透率為基準(zhǔn)時(shí)的1.5～2.5倍。分析認(rèn)為,初始滲透率選值不合理是造成異常高壓低滲透儲(chǔ)層壓力敏感性強(qiáng)的主要原因。

按照儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)方法中壓力敏感性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14],敏感性強(qiáng)弱按滲透率損失率判斷(滲透率損失率≤5%,無(wú)損害;5%＜滲透率損失率≤30%,弱損害;30%＜滲透率損失率≤50%,中等偏弱損害;50%＜滲透率損失率≤70%,中等偏強(qiáng)損害;70%＜滲透率損失率≤90%,強(qiáng)損害;90%＜滲透率損失率,極強(qiáng)損害)。由圖1、2可以看出:BZ油田A5井區(qū)沙二段的壓力敏感性不強(qiáng),但該井區(qū)沙三段壓力敏感性較強(qiáng),在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地層壓力的保持。

圖1 渤海南部BZ油田A5井沙二段巖心滲透率損失與有效壓力關(guān)系

圖2 渤海南部BZ油田A5井沙三段巖心滲透率損失與有效壓力關(guān)系

3 儲(chǔ)層滲透率隨有效壓力變化規(guī)律

儲(chǔ)層物性隨壓力的變化受巖石類型、孔喉結(jié)構(gòu)、膠結(jié)方式等多種因素的影響。目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述儲(chǔ)層滲透率隨壓力變化的規(guī)律。根據(jù)前人的研究[10-14],異常高壓低滲透儲(chǔ)層滲透率隨有效壓力的變化規(guī)律主要有指數(shù)式、冪函數(shù)式、二重指數(shù)和多項(xiàng)式等多種形式。筆者認(rèn)為大多數(shù)情況下指數(shù)式就可準(zhǔn)確描述孔隙度、滲透率與有效壓力的關(guān)系。對(duì)BZ油田不同地面滲透率的巖心,以不同的有效壓力和對(duì)應(yīng)的滲透率值為起點(diǎn)進(jìn)行滲透率與有效壓力關(guān)系的回歸分析,結(jié)果如圖3所示。分析圖3發(fā)現(xiàn),該油田的儲(chǔ)層滲透率與有效壓力滿足冪函數(shù)關(guān)系

式(2)中:K為有效壓力為pe時(shí)的滲透率;K1為有效壓力為p1時(shí)的滲透率;m為擬合指數(shù),小于0,不同的起點(diǎn)有不同的值與之對(duì)應(yīng)。

圖3 渤海南部BZ油田巖心滲透率隨有效壓力的變化規(guī)律

4 壓力對(duì)地層原油性質(zhì)的影響

BZ油田原油物性:地層原油粘度0.66～1.25mPa·s,平均0.92mPa·s;飽和壓力14.58～18.40 MPa,平均16.29 MPa;氣油比87～98m3/m3,平均92m3/m3;體積系數(shù)為1.284～1.387,平均1.343。該油田原油具有溶解氣油比高,地層原油粘度低,飽和壓力低,地飽壓差大的特點(diǎn)。原油性質(zhì)隨地層壓力的變化主要通過(guò)PVT取樣分析獲得。圖4為該油田A5井、A8井及A1-4井不同層段的PVT分析結(jié)果,可以看出:在地層壓力降至飽和壓力之前,隨著地層壓力的降低,地層原油粘度減小率逐漸降低;當(dāng)?shù)貙訅毫抵溜柡蛪毫r(shí),原油粘度比原始地層壓力下的粘度降低了近40%。這表明,該油田的原油對(duì)壓力具有較強(qiáng)的敏感性。

圖4 渤海南部BZ油田原油粘度減小率與油藏壓力的關(guān)系曲線

5 壓力對(duì)油井產(chǎn)能的影響

由徑向滲流公式[6-9]可知,假設(shè)油井的泄油半徑不變,確定采油指數(shù)隨地層壓力的變化規(guī)律時(shí)只須確定流度隨壓力的變化即可。根據(jù)有效壓力原理、式(2)及PVT資料計(jì)算BZ油田不同初始滲透率儲(chǔ)層中原油在不同油藏壓力下的流度值,結(jié)果表明:當(dāng)初始滲透率值≥0.45mD、油藏壓力降至飽和壓力之前,隨著油藏壓力的降低,流度值是逐漸增加的(圖5a);當(dāng)初始滲透率＜0.45mD時(shí),隨著油藏壓力的降低,流度值卻是逐漸減小的(圖5b)。也就是說(shuō),在BZ油田,當(dāng)儲(chǔ)層的初始滲透率值≥0.45mD,在地層壓力降至飽和壓力之前,隨著地層壓力的減小,原油流動(dòng)性變好的幅度大于儲(chǔ)層物性變差的幅度,最終導(dǎo)致油藏產(chǎn)能持續(xù)增大。

圖5 渤海南部BZ油田不同初始滲透率儲(chǔ)層中原油流度隨油藏壓力的變化曲線

根據(jù)BZ油田3口油井(含水率＜2%)的靜壓和流壓資料,依據(jù)節(jié)點(diǎn)分析理論,采用wellflow軟件建立油井的產(chǎn)能模型和井筒的壓降模型,計(jì)算不同時(shí)期的井底流壓和油藏壓力,進(jìn)而計(jì)算不同油藏壓力下油井的采液指數(shù),其結(jié)果如圖6所示,可以看出3口井的采液指數(shù)均是隨著油藏壓力的降低而增大。

在這3口井中,A5井屬于常規(guī)定向井,為井下壓力計(jì)監(jiān)測(cè)井,其油層總厚度為44.3m,射開(kāi)油層厚度為32.48m,射孔段油層中部垂深為3 410m,測(cè)井解釋加權(quán)平均滲透率為40.8m D,油藏初始溫度126.7℃。該井于2006年4月21日投產(chǎn),原始油藏壓力為50.6 MPa,投產(chǎn)初期壓力計(jì)測(cè)得流壓為43.4 MPa,產(chǎn)液量132m3/d,采液指數(shù)為18.3m3/ (d·MPa)。2006年7月19日對(duì)該井進(jìn)行了PBU壓力測(cè)試,測(cè)得地層壓力46.1 MPa,開(kāi)井后測(cè)得流壓42.2 MPa,產(chǎn)油量88.8m3/d,折算采液指數(shù)為22.5m3/(d·MPa)。根據(jù)實(shí)測(cè)資料計(jì)算,結(jié)果如圖6b所示,可以看出A5井的采液指數(shù)確實(shí)是隨著地層壓力的降低而增加,從而印證了前面的實(shí)驗(yàn)分析和計(jì)算的結(jié)果。

6 結(jié)論

1)利用覆壓孔滲實(shí)驗(yàn)分析巖石壓力敏感性時(shí),巖心的初始滲透率應(yīng)選取在原始油藏壓力下巖石受到的凈有效上覆壓力時(shí)的滲透率值,這樣才能真實(shí)反映儲(chǔ)層滲透率隨壓力的變化規(guī)律。

2)渤海南部BZ油田為異常高壓低滲透油藏,其儲(chǔ)層滲透率隨有效壓力的變化符合冪函數(shù)K=的形式;在地層壓力降至飽和壓力之前,隨著地層壓力的降低,地層原油粘度減小率是逐漸降低的。

3)實(shí)驗(yàn)資料計(jì)算分析結(jié)果及實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試資料均表明,當(dāng)BZ油田儲(chǔ)層滲透率≥0.45mD時(shí),在油藏壓力降至飽和壓力之前,隨著油藏壓力的降低儲(chǔ)層原油流度是增加的,即原油流動(dòng)性變好的幅度大于儲(chǔ)層物性變差的幅度,最終導(dǎo)致油井產(chǎn)能增加。因此,對(duì)于異常高壓油田的開(kāi)發(fā),不能只考慮壓力下降對(duì)儲(chǔ)層物性的傷害,應(yīng)該結(jié)合地層流體對(duì)壓力的敏感性,綜合得出地層壓力對(duì)油井產(chǎn)能的影響,以便更好地指導(dǎo)油田的開(kāi)發(fā)。

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The change ofproductivity with effectivepressure in low-permeability oil reservoirs with abnormally-highpressure:a case of BZ oilfield in thesouthern Bohai Sea

Li Fenghui1Tian Nan1LiuHui1Zheng Xu1Feng Xin2Yang Qinghong2
(1.CFDOperating Co.of CNOOC Ltd.,Tianjin,300461; 2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

Theprinciple of effectivepressure was used to analyze once again theporosity andpermeability data under burdenpressure in BZ oilfield, thesouthern Bohaisea,and by recovering the reservoirpressure of experimental coresamples,the change of corepermeability with effectivepressure was analyzed,by which it is considered that Es2 is relatively lower and Es3 is relatively higher inpressuresensitivity.Theprinciple of effectivepressure,a regressed relational expression betweenpermeability and effectivepressure and PVT data in this oilfield were used to calculate oilmobility under various reservoirpressure.The results haveshown that oilmobility will increase with reservoirpressure dropping when the initialpermeability≥0.45mD and before the reservoirpressure drops to bubblepointpressure,finally resulting in the continuous increase of wellproductivity.These experimental and analytical conclusions and calculation results have been confirmed by the actualproduction data.

abnormally-highpressure;low-permeability oil reservoir;pressuresensitivity;effectivepressure;productivity;change

2014-03-06改回日期:2014-06-16

(編輯:張喜林 楊 濱)

*中國(guó)海洋石油總公司“十二五”重大專項(xiàng)“中國(guó)近海低孔低滲油藏勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐(編號(hào):CNOOC-KJ 125 ZDXM 07)”部分研究成果。

李豐輝,男,2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京),獲碩士學(xué)位,主要從事油藏研究、生產(chǎn)管理和動(dòng)態(tài)分析工作。地址:天津市塘沽區(qū)天津港保稅區(qū)海濱十五路199號(hào)(郵編:300461)。電話:022-25806306。E-mail:lfh2@cnooc.com.cn。