黃安琪，陳民鋒，2,山 珊，王振鵬，尹承哲

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

海上油田水驅(qū)開發(fā)后期合理采油速度研究

黃安琪1，陳民鋒1，2,山 珊1，王振鵬1，尹承哲1

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

海上油田開發(fā)具有時(shí)效性，在控制產(chǎn)量遞減率的基礎(chǔ)上保持較高的采油速度，是海上油田獲得開發(fā)效益的基本要求?；诤Ｉ嫌吞镩_發(fā)特點(diǎn)和開發(fā)需求，建立海上油田水驅(qū)開發(fā)后期合理采油速度的確定方法及步驟：一是建立油田不同開發(fā)階段生產(chǎn)能力的評(píng)價(jià)方法，以確定油田開發(fā)后期最大和可行的采油速度范圍；二是制作不同采液速度下，油田產(chǎn)量遞減率與含水率和可采儲(chǔ)量采出程度的關(guān)系圖版，以確定滿足遞減率限制的采油速度；三是根據(jù)油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)收益界限要求，確定油田最低采油速度；最后，綜合考慮油田生產(chǎn)能力條件、穩(wěn)產(chǎn)和遞減控制要求以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)界限等，確定海上油田開發(fā)后期合理采油速度范圍。利用建立的方法對(duì)海上PLA-3油田進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，此方法操作簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際開發(fā)特點(diǎn)，具有良好的可操作性。

海上油田 采油速度 生產(chǎn)能力 遞減規(guī)律 注采界限

我國(guó)渤海灣地區(qū)油藏一般屬于中—高滲、普通稠油油藏，大部分采取注水開發(fā)，具有見水早、初期采油速度快，含水上升快、產(chǎn)量遞減快的特點(diǎn)。在水驅(qū)開發(fā)的中后期階段，隨著含水率增加和水竄程度趨于嚴(yán)重，油田生產(chǎn)能力和產(chǎn)油效率不斷下降，油田注采效率不斷降低。而海上油田的開發(fā)又具有時(shí)效性，一般采取較大的采油速度，與陸上水驅(qū)油藏[1-5]相比，更注重油田開發(fā)效益和生產(chǎn)效率。如何針對(duì)海上油田的實(shí)際特點(diǎn)，選擇適宜采油速度，既保持高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)狀態(tài)，又控制油田產(chǎn)量的遞減趨勢(shì)，保證油田較高的開發(fā)效益，是海上油田水驅(qū)開發(fā)后期的重要問題。

本文提出的確定海上油田水驅(qū)開發(fā)后期合理采油速度的方法是基于海上油田開發(fā)特點(diǎn)及開發(fā)要求，綜合考慮本油田油井實(shí)際生產(chǎn)能力、遞減幅度、穩(wěn)產(chǎn)限制及經(jīng)濟(jì)技術(shù)界限，最終確定合理采油速度區(qū)間。

1 海上油田特點(diǎn)及合理采油速度確定方法

1.1 海上油田開發(fā)特點(diǎn)及需求

渤海PLA-3油田位于渤南凸起東北部，向渤中凹陷傾沒的構(gòu)造脊上。該區(qū)主要為泥沙巖互層，孔隙度為20%～35%，平均30.6%；滲透率為(50～2 500)×10-3μm2，平均606.4×10-3μm2；原油粘度25～50 mPa·s。油田采用九點(diǎn)法注采井網(wǎng)滾動(dòng)開發(fā)，分為I期(2002年12月投產(chǎn))和II期(2007年6月投產(chǎn))，共11個(gè)區(qū)塊，生產(chǎn)井182口，注水井56口，日產(chǎn)油1.40×104m3/d，日注水4.52×104m3/d,可采儲(chǔ)量采出程度為57.22%，含水率75.04%，已進(jìn)入海上注水油田開發(fā)中后期。

PLA-3油田是海上注水開發(fā)油田，與陸地油田相比，具有投資風(fēng)險(xiǎn)大，開發(fā)年限有限，注采井距大，注采強(qiáng)度高，采油速度初期相對(duì)較高，無(wú)水采油期短，含水上升速度快等特點(diǎn)，如圖1、圖2所示。

圖1 PLA-3油田開發(fā)動(dòng)態(tài)變化曲線

圖2 PLA-3油田采油速度與遞減率曲線

由圖1和圖2可以看出：PLA-3油田初期開采速度快，后由于開發(fā)大調(diào)整，采油速度明顯波動(dòng)變化。隨著開發(fā)的深入，采油速度呈明顯下降趨勢(shì)。而目前處于中高含水開發(fā)階段(含水率75.04%)，需建立采油速度、穩(wěn)產(chǎn)及遞減三者間的平衡關(guān)系，以達(dá)到更好的開發(fā)效果。

1.2 合理采油速度確定方法

針對(duì)海上油田的開發(fā)特點(diǎn)和開發(fā)要求，采取以下步驟來(lái)確定不同開發(fā)階段的采油速度。

(1)建立不同開發(fā)階段油田生產(chǎn)能力的計(jì)算方法，定量描述油水井的生產(chǎn)能力及變化趨勢(shì)，并根據(jù)注采平衡原則確定油田開發(fā)后期最大可行的采油速度范圍。

(2)繪制不同采液速度下，油田產(chǎn)量遞減率與含水率和可采儲(chǔ)量采出程度的關(guān)系圖版，確定滿足不同遞減率下的采油速度；結(jié)合油田穩(wěn)產(chǎn)要求，確定海上油田不同階段的合理采油速度。

(3)根據(jù)油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)收益界限，在保險(xiǎn)范圍內(nèi)得到不同階段海上水驅(qū)油田最低采油速度。

(4)綜合考慮油田生產(chǎn)能力條件、穩(wěn)產(chǎn)和遞減控制要求、經(jīng)濟(jì)技術(shù)界限等，得到海上油田水驅(qū)開發(fā)中后期合理采油速度區(qū)間。

2 水驅(qū)油田生產(chǎn)運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)確定方法

2.1 不同水驅(qū)階段最大采油速度的確定

2.1.1 不同階段生產(chǎn)能力的確定方法

分析油田生產(chǎn)運(yùn)行規(guī)律，是油田進(jìn)行合理配產(chǎn)配注和開發(fā)調(diào)整的基本依據(jù)[6-7]。由于海上油田井?dāng)?shù)少，井距大，選擇由單井到區(qū)塊的方法計(jì)算穩(wěn)定階段的海上生產(chǎn)運(yùn)行規(guī)律。

2.1.1.1 基于實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)確定現(xiàn)階段生產(chǎn)能力

以油井為單元確定油田初始到目前的實(shí)際生產(chǎn)能力[8]，使用公式(1)、(2)計(jì)算采油、采液指數(shù)。

(1)

(2)

式中：Jo、JL為采油、采液指數(shù)，t/(d·MPa)；qo、qL為年產(chǎn)油、年產(chǎn)液量，t。

2.1.1.2 基于油田典型相滲分析確定無(wú)因次生產(chǎn)能力變化規(guī)律

選取區(qū)塊具有代表性的相滲曲線，使用公式(3)、(4)確定油田不同階段無(wú)因次采液指數(shù)、采油指數(shù)與含水率的變化。

(3)

(4)

式中：M為流度比，小數(shù)；Krw(Sw)為某一含水飽和度下油相、水相相對(duì)滲透率，10-3μm2。

2.1.1.3 綜合實(shí)際動(dòng)態(tài)和相滲分析確定油田生產(chǎn)能力變化規(guī)律

通過(guò)擬合實(shí)際采油、采液指數(shù)與含水率關(guān)系曲線，將各開發(fā)各階段的無(wú)因次采油、采油指數(shù)轉(zhuǎn)化為有因次采油采液指數(shù)變化。

2.1.2 不同階段最大采油速度計(jì)算

通過(guò)對(duì)已往數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)區(qū)塊吸水、采液指數(shù)，運(yùn)用油藏注采平衡關(guān)系[12]，由式(5)、(6)確定油田生產(chǎn)井采液量與注水井注入量。

井口注入量為：

Q注=nwIw(pi-pe)

(5)

生產(chǎn)井采出量為：

Q采=noJL(pe-pwf)

(6)

基于海上實(shí)際操作要求，得到海上水驅(qū)油田最大注入壓差與生產(chǎn)壓差，進(jìn)而得到注采壓差下海上油田不同階段的最大采液速度。

2.2 水驅(qū)遞減規(guī)律及不同階段采油速度限制

2.2.1 不同條件下水驅(qū)遞減分析圖版的建立

產(chǎn)量遞減率是指單位時(shí)間下產(chǎn)量的變化率，其公式為[9]：

(7)

式中：Dt為產(chǎn)量遞減率，mon-1或a-1；Qo為階段初產(chǎn)油量，t；dQo為階段初至階段末產(chǎn)量遞減值，t/月或t/a；dt為階段初至階段末的時(shí)間間隔，月或a。

進(jìn)而：

(8)

式中：fw為含水率，%；Ql為階段初產(chǎn)液量，t；dQl為階段初至階段末產(chǎn)液量的差遞減值。

引入含水上升率及可采儲(chǔ)量采出程度：

(9)

綜合(9)式可得到：

(10)

得到定液條件下的自然遞減率與含水上升率的關(guān)系：

(11)

式中：vl為采液速度，%；fw′為含水上升率，小數(shù)。

參照滲流力學(xué)基本公式中地層內(nèi)部含水飽和度的沿程變化式：

(12)

式中：Swd為油層內(nèi)部含水飽和度，%；Sw為油水兩相混合區(qū)內(nèi)部平均飽和度，%；Swc為束縛水飽和度，%；Sor為殘余油飽和度，%。

(13)

結(jié)合式(3)～(4)，(12)～(13)得

(14)

(15)

式中：μo、μw為原油、水粘度，mPa·s；n、m取值由回歸得出，小數(shù)；Rf為可采儲(chǔ)量采出程度，%。

根據(jù)式(11)～(15)，分析制作不同采液速度下含水率、可采儲(chǔ)量采出程度與遞減率的關(guān)系圖版，可直觀反映出油田不同階段遞減變化規(guī)律。

含水率與遞減率圖版繪制過(guò)程：

(1)根據(jù)該區(qū)的相滲曲線，可得到不同飽和度下的滲透率值。由式(13)得到不同滲透率對(duì)應(yīng)飽和度下的含水率值。

(2)由式(12)得到不同含水飽和對(duì)應(yīng)的Swd，并將Swd代入式(15)得到含水上升率fw′。

(3)將不同的采液速度vl、含水上升率fw′代入式(11)，得到不同采液速度下的遞減率。

可采儲(chǔ)量采出程度與遞減率圖版繪制過(guò)程：

(1)由式(15)，代入不同的可采儲(chǔ)量采出程度Rf，得到不同的含水上升率fw′。

(2)根據(jù)式(11)，得到不同定液條件下的遞減率。

2.2.2 不同階段油田產(chǎn)量遞減限制條件

根據(jù)我國(guó)海上油田中高滲油藏產(chǎn)量遞減規(guī)律[10]，在采出程度小于50%前，一類開發(fā)要求遞減率小于等于5%，二類開發(fā)要求遞減率在5%至7%之間，三類開發(fā)遞減率要求大于7%；在采出程度大于50%后，一類開發(fā)要求遞減率小于等于7%，二類開發(fā)要求遞減率在7%至9%之間，三類開發(fā)遞減率要求大于9%。針對(duì)海上油田復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境及具有較高風(fēng)險(xiǎn)性的開發(fā)特征，常參照一、二類開發(fā)遞減率要求。

2.2.3 不同階段油田穩(wěn)產(chǎn)界限要求

海上油田開發(fā)初期常采用較高采油速度，使得開發(fā)后期穩(wěn)產(chǎn)難度有所增大，而平臺(tái)壽命有限，欲達(dá)到預(yù)期產(chǎn)量，需制約采油速度的大小。因此，在海上油田開發(fā)后期必須權(quán)衡產(chǎn)量與穩(wěn)產(chǎn)及遞減三者的相互變化。

目前，評(píng)價(jià)油田的穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)效果使用剩余儲(chǔ)采比和穩(wěn)油能力指數(shù)兩參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)[11-12]。油田剩余儲(chǔ)采比，即開發(fā)到某一年份時(shí)，剩余可采儲(chǔ)量與當(dāng)年產(chǎn)量的比值。當(dāng)其值降至10～12的警示值時(shí)，油田將會(huì)進(jìn)入遞減期。

(16)

(17)

式中：ω為剩余儲(chǔ)采比，a；Q為年產(chǎn)量，104t·a-1；NRR為剩余可采儲(chǔ)量，104t；vo為年采油速度，%；N地質(zhì)為地質(zhì)儲(chǔ)量。

評(píng)價(jià)穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)效果的另一參數(shù)為穩(wěn)油能力指數(shù)，與穩(wěn)產(chǎn)潛力呈正相關(guān)[13]。

(18)

式中：Wn為穩(wěn)油能力指數(shù)；C為可采儲(chǔ)量采出程度，%；R為至p年預(yù)測(cè)最終采收率，%；Rnp為至p年末地質(zhì)儲(chǔ)量采出程度，%。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的37個(gè)海上油田數(shù)據(jù)[14-15]，綜合海上油田地質(zhì)特征及開發(fā)要求，為達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)要求，常使穩(wěn)油能力指數(shù)保持在大于3，且剩余儲(chǔ)采比大于12。

2.3 基于經(jīng)濟(jì)收益極限確定最低采油速度

海上平臺(tái)的壽命有限，且開采投資遠(yuǎn)高于陸上油田，因此，需進(jìn)行海上水驅(qū)油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)極限計(jì)算。根據(jù)前人單井平均日產(chǎn)油量經(jīng)濟(jì)極限公式[16-17]，計(jì)算出經(jīng)濟(jì)極限下的最低采油速度。但由于海上油田開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)性大，需引入一個(gè)保險(xiǎn)系數(shù)，使計(jì)算出的經(jīng)濟(jì)極限更符合海上油田實(shí)際開發(fā)要求。

單井平均日產(chǎn)油量的經(jīng)濟(jì)極限計(jì)算公式如下：

Qmin=(ID+IB)(1+R)T/2β/0.036 5To×
doT(Po-O)(1-DC)T/2

(19)

式中：Qmin為單井平均日產(chǎn)油量，104t；ID為平均一口井的鉆井投資，萬(wàn)元/井；IB為平均一口井的地面建設(shè)投資，萬(wàn)元/井；R為投資貸款利率，小數(shù)；T為開發(fā)平均年限，a；β為油井系數(shù)，即油水井總數(shù)與油井?dāng)?shù)的比值，小數(shù)；To采油時(shí)率(受fw影響)，小數(shù)；do為原油商品率，小數(shù)；Po為原油銷售價(jià)格，元/t；O為原油成本，元/t。

極限采油速度可表示為：

(20)

式中，vomin為極限采油速度，%；t為年開采時(shí)間，d；n為該年度油井?dāng)?shù)，小數(shù)；a為保險(xiǎn)范圍，小數(shù)。

3 海上PLA-3油田合理采油速度分析

3.1 PLA-3油田生產(chǎn)運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)分析

PLA-3油田采取注水開發(fā)，平均孔隙度為30.6%，平均滲透率為606.4×10-3μm2，地層靜水柱壓力為10.59 MPa。截止目前，可采儲(chǔ)量采出程度為57.22%，含水率為75.04%，已進(jìn)入注水油田開發(fā)中后期。

3.2不同階段合理采油速度的確定

3.2.1確定滿足油田生產(chǎn)能力限制的采液(采油)速度范圍

基于PLA-3油田實(shí)際資料，建立PLA-3油田開發(fā)后期最大和可行的采油速度范圍，如圖3。

圖3 綜合采油、采液指數(shù)與含水率關(guān)系

由圖3可看出：隨著含水率的增加，采油指數(shù)、采液指數(shù)均在見水初期急劇下降，之后下降幅度變緩；在含水達(dá)40%以后，采液指數(shù)曲線比較穩(wěn)定，而采油指數(shù)則繼續(xù)下降；在含水達(dá)80%后，采液指數(shù)上升，具備一定的后期提液潛力。

基于海上油田PLA-3的實(shí)際注采關(guān)系，使用注采速度界限方法計(jì)算出該油田采液、采油速度最大界限，基礎(chǔ)參數(shù)取值為：最大生產(chǎn)壓差21.31 MPa；注采井?dāng)?shù)比為0.322，結(jié)果見表1。

3.2.2 確定符合遞減限制及穩(wěn)產(chǎn)限制的采液(采油)速度范圍

根據(jù)fw←Sw←fw′←Dt關(guān)系制作不同采液速度下，油田產(chǎn)量遞減率與含水率圖版；根據(jù)Rf=Swd→fw′→Dt關(guān)系，繪制油田產(chǎn)量遞減率與采出程度圖版，如圖4，5。

由圖4，5可知：(1)遞減率隨著含水率、可采儲(chǔ)量采出程度增大而先增大后降低。

(2)該區(qū)在含水率20%或采出程度為40%左右時(shí)，遞減率最大。

(3)當(dāng)給定一個(gè)遞減下降幅度時(shí)，并已知目前含水率或可采儲(chǔ)量采出程度，可得到合理采液速度值。

結(jié)合圖4，5的PLA-3的遞減率與2種圖版，確定符合遞減限制下的合理采油速度；并根據(jù)區(qū)塊穩(wěn)產(chǎn)界限要求，基本參數(shù)取值為：N=5 696.49，Rnp=18.16，NR=1 808.21，NRR=773.50，C=59.72，R=31.74，得到穩(wěn)產(chǎn)限制下的合理采液(采油)速度，見表1。

圖4 PLA-3含水率與遞減率關(guān)系曲線

圖5 可采儲(chǔ)量采出程度與遞減率關(guān)系曲線

3.2.3 確定滿足經(jīng)濟(jì)界限要求的采液(采油)速度范圍

根據(jù)油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)收益界限，確定油田最低采油速度，考慮海上油田風(fēng)險(xiǎn)性大及開采難度高等特點(diǎn)，保險(xiǎn)范圍取20%，得到符合海上油田特點(diǎn)的不同階段最低采油速度，見表1。

4 主要認(rèn)識(shí)

通過(guò)以上研究，得出以下認(rèn)識(shí)：

(1)本文建立了海上油田水驅(qū)開發(fā)后期合理采油速度的新方法，立足于海上油田實(shí)際地質(zhì)特征及開發(fā)特點(diǎn)，綜合生產(chǎn)能力、遞減規(guī)律、穩(wěn)產(chǎn)界限及經(jīng)濟(jì)因素得到合理采油速度值，計(jì)算簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確。

(2)針對(duì)海上油田開發(fā)特征，繪制具有海上油田特點(diǎn)的不同條件下的遞減圖版，為后期不同階段不同海上油田合理采油速度的確定奠定基礎(chǔ)。

(3)海上油田平臺(tái)生產(chǎn)年限較短，因此初期常采用高采油速度，這增大了后期開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)難度及遞減幅度。在確定海上油田水驅(qū)開采合理采油速度時(shí)，應(yīng)注重多條件綜合、權(quán)衡，以經(jīng)濟(jì)界限為底線，在保險(xiǎn)值20%上調(diào)整；以注采界限為上線，參考穩(wěn)產(chǎn)界限和遞減幅度等確定海上油田水驅(qū)開發(fā)后期合理采油速度范圍。

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Studyonreasonablerateofoilproductioninlaterstageofwaterfloodingdevelopmentinoffshoreoilfield

HUANG Anqi1，CHEN Mingfeng1,2,SHAN Shan1,WANG Zhenpeng1,YIN Chengze1

(1.CollegeofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.StateKeyLaboratoryofOilandGasResourcesandEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

The development of offshore oilfield has time limited efficacy. Based on controlling the production decline rate, keeping high rate of oil production is the basic requirement for the development benefit of offshore oilfield. Based on the characteristics and development requirements of offshore oilfield development, it was established a method and steps for determining the reasonable rate of oil production in the later stage of waterflooding development of offshore oilfield. Firstly, to determine the maximum and feasible rate range of production, it was established the evaluation method for the production capacity at different development stage. Secondly, under different rates of fluid production, it was made the relation chart among the production decline rate, the water cut, and the recovery degree of recoverable reserves, to determine the oil production rate which can meet the limit of decline rate. Thirdly, according to the economic benefit limit of oilfield development, the lowest rate of oil production was determined. Finally, overall considering the conditions of oilfield productivity, requirements of stable production and decline control, and economic and technical limits, it was determined the reasonable rate range of oil production in the later stage of offshore oilfield development. The method was applied in PLA-3 Oilfield. The application results indicated that the method is simple and feasible, and the calculation results are closer to the actual.

offshore oilfield；oil production rate；production capacity；decline rule；injection-production limit

TE341

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.04.011

2017-06-09；改回日期2017-08-15。

黃安琪(1993—)，女，碩士，主要從事油田開發(fā)系統(tǒng)理論方法和三次采油技術(shù)研究。E-mail:410048255@qq.com。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題子課題“油氣資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估體系集研究”(NO.2016ZX05033005007)。

(編輯 謝 葵)