陽(yáng)曉燕，張建民，張占華，陳曉明，王 龍

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

針對(duì)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的海上油田，提高采油速度是獲取高產(chǎn)量的有效途徑[1-2]。然而，油藏采油速度過(guò)高，易加快邊底水、注入水突破，遞減率加快[3-4]，因此，對(duì)合理采油速度界限的研究顯得極為重要[5-7]。渤海南部油田以中輕質(zhì)油藏為主，黏度為0.4～16.0 mPa·s。投產(chǎn)初期，部分井區(qū)采油速度高，需對(duì)各區(qū)塊、單井進(jìn)行生產(chǎn)制度優(yōu)化，確保油田和區(qū)塊的合理開(kāi)發(fā)。基于Leverett函數(shù)式以及相對(duì)滲透率經(jīng)驗(yàn)公式，建立采油速度與含水率、遞減率的理論模型，并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，提出渤海南部中輕質(zhì)油藏的合理采油速度界限。

1 采油速度理論模型

在油田動(dòng)態(tài)分析中，產(chǎn)水率是一個(gè)重要的指標(biāo)，即Leverett函數(shù)表達(dá)式[8-9]：

(1)

式中：fw為含水率，%；Kro、Krw為油、水相對(duì)滲透率；μw為地層水黏度，mPa·s；μo為地層原油黏度，mPa·s。

為便于應(yīng)用，常將相對(duì)滲透率的比值表示為含水飽和度的函數(shù)[8]，即：

(2)

式中：Sw為含水飽和度；a、b為相對(duì)滲透率曲線(xiàn)回歸參數(shù)。

水驅(qū)油效率表達(dá)式為[8]：

(3)

式中：R為采出程度；Swi為束縛水飽和度。

聯(lián)立式(1)～(3)，對(duì)方程兩邊求導(dǎo)，可得：

(4)

式中：t為時(shí)間變量，a。

當(dāng)dt=1時(shí)，即建立采油速度模型為：

(5)

式中：vo為采油速度，%；Fw為年含水上升速度，%。

從式(5)可以看出，一個(gè)油田是否適合高速開(kāi)發(fā)，油田的固有屬性決定其開(kāi)發(fā)規(guī)律[10]。油田束縛水飽和度和相對(duì)滲透率曲線(xiàn)對(duì)采油速度影響較大，含水階段的變化以及對(duì)開(kāi)發(fā)效果的需求也決定著油田合理采油速度的取值。為更直觀地描述不同采油速度對(duì)油田開(kāi)發(fā)效果的影響，建立遞減率與采油速度的理論模型。

當(dāng)油田進(jìn)入遞減階段后[11-13]，建立遞減率與含水率的表達(dá)式，通過(guò)推導(dǎo)得：

(6)

式中：Dt為遞減率，%；Ql為階段產(chǎn)液量，m3；Qo為階段產(chǎn)油量，m3。

對(duì)式(6)進(jìn)一步推導(dǎo)，可建立遞減率與含水率的表達(dá)式：

(7)

將式(7)代入式(4)，可建立采油速度對(duì)遞減率影響的數(shù)學(xué)模型：

Dt=vob(1-Swi)fw

(8)

2 采油速度影響因素圖版

利用油田或者區(qū)塊相對(duì)滲透率曲線(xiàn)，確定相對(duì)滲透率曲線(xiàn)回歸參數(shù)，進(jìn)而確定該油田的采油速度圖版。以渤中35-2油田為例，通過(guò)回歸該油田油水相對(duì)滲透率比值與含水飽和度的關(guān)系曲線(xiàn)，可得b=21.76。將b值以及束縛水飽和度代入式(5)、(8)，可建立采油速度相關(guān)圖版(圖1、2)?？梢钥闯?，油田的相對(duì)滲透率曲線(xiàn)對(duì)油田的開(kāi)發(fā)策略有決定性作用。

圖1 不同采油速度下年含水上升速度隨含水率變化曲線(xiàn)

圖2 不同含水率下采油速度對(duì)年遞減率的影響

采油速度對(duì)油田年含水上升速度及年遞減率影響較大，采油速度越高，年含水上升速度越快。隨著采油速度的增加，遞減率逐漸加大，過(guò)高的采油速度將對(duì)油田后續(xù)開(kāi)發(fā)帶來(lái)不利影響。然而，海上油田考慮平臺(tái)壽命問(wèn)題[14-15]，采油速度過(guò)低，平臺(tái)壽命期內(nèi)采出程度有限。為此，對(duì)于海上油田，需結(jié)合平臺(tái)壽命內(nèi)的采出程度，進(jìn)一步確定油田的合理采油速度。

3 合理采油速度的確定

根據(jù)渤中35-2油田地質(zhì)情況，在油田已鉆井方案基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬法進(jìn)行研究。設(shè)置4個(gè)不同方案，對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)壓差分別為0.5、1.0、1.5、2.0 MPa，對(duì)應(yīng)的采油速度分別為1.9%、3.8%、6.0%、7.3%。數(shù)值模擬結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 合理采油速度研究數(shù)據(jù)

由表1可知，隨著初期采油速度增加，采收率逐漸降低；采油速度小于6.0%時(shí)，對(duì)采收率的影響不大，采油速度大于6.0%后，對(duì)采收率影響較大；海上油田平臺(tái)壽命有限(20 a)，隨著采油速度增加，平臺(tái)壽命內(nèi)采出程度逐漸增加，然后降低，采油速度存在最優(yōu)值。

綜合考慮海上油田開(kāi)發(fā)時(shí)間與開(kāi)發(fā)成本，以平臺(tái)壽命內(nèi)的采出程度為依據(jù)，同時(shí)考慮平臺(tái)的日處理能力、遞減率、含水率等確定采油速度界限。研究結(jié)果表明，采油速度過(guò)低，在有限的時(shí)間里采出程度遠(yuǎn)小于油田的采收率，當(dāng)采油速度增至6%以后，在平臺(tái)壽命期間，采出程度基本與采收率保持一致。如果油藏實(shí)施強(qiáng)注強(qiáng)采，采油速度過(guò)高，則會(huì)破壞地下油水關(guān)系，造成邊水、底水突進(jìn)或油層水淹，使得油井含水上升急劇，遞減率加快。因此，渤海南部中輕質(zhì)油藏合理采油速度應(yīng)控制在6%以?xún)?nèi)。

4 實(shí)例分析

4.1 指導(dǎo)油田開(kāi)發(fā)方案編制

墾利10-4油田主要受構(gòu)造、斷層控制，為層狀構(gòu)造油藏，砂體縱向疊合好，縱向油層多，原油黏度為4.86～5.92 mPa·s，平均滲透率為762.7×10-3μm2，平均孔隙度為29.1%，為中、高孔滲儲(chǔ)層。在油田開(kāi)發(fā)方案編制過(guò)程中，探井測(cè)試比采油指數(shù)為11.56 m3/(d·MPa·m)，計(jì)算單井產(chǎn)能高，油田初步方案確定開(kāi)發(fā)井22口，油田初期采油速度能達(dá)到7%。然而，渤海南部已有一個(gè)采油速度為7%的油田，含水快速突破，產(chǎn)量遞減加大，對(duì)于油田開(kāi)發(fā)產(chǎn)生負(fù)面影響。結(jié)合墾利10-4油田基礎(chǔ)資料，論證該油田合理采油速度為4.5%。對(duì)此進(jìn)行方案優(yōu)化，最終確定開(kāi)發(fā)井為17口，既降低了開(kāi)發(fā)成本，又保證了油田的合理開(kāi)發(fā)。2016年油田全面投產(chǎn)，含水上升緩慢，產(chǎn)量保持穩(wěn)定，生產(chǎn)形勢(shì)良好(圖3)。

圖3 墾利10-4油田日產(chǎn)油、含水率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

4.2 指導(dǎo)新油田高效開(kāi)發(fā)

渤中35-2油田位于渤海南部海域，構(gòu)造均受斷層控制，形成眾多的斷鼻、斷塊及斷背斜圈閉，斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，平均孔隙度為29.7%，平均滲透率為1 000×10-3μm2，為中、高孔滲儲(chǔ)層；地面原油密度為889 kg/m3，地層原油黏度為3.42 mPa·s，為中輕質(zhì)油藏。

該油田于2014年5月投產(chǎn)，根據(jù)研究結(jié)果，分井區(qū)確定區(qū)塊采油速度，油田整體采油速度控制在6%以?xún)?nèi)，可取得較好的開(kāi)發(fā)效果。實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)合產(chǎn)量目標(biāo)，基于新油田多做貢獻(xiàn)的原則，依據(jù)理論研究圖版，對(duì)邊底水較強(qiáng)的砂體適當(dāng)控制采油速度，對(duì)儲(chǔ)量規(guī)模較大、單井控制儲(chǔ)量較高的砂體以及邊部注水、高部位的生產(chǎn)井，應(yīng)適當(dāng)提高采油速度生產(chǎn)(表2)。

投產(chǎn)以來(lái)，該油田產(chǎn)量形勢(shì)穩(wěn)定，連續(xù)4 a超過(guò)開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)產(chǎn)量(表3)。油井含水上升緩慢，年自然遞減始終控制在理論曲線(xiàn)之內(nèi)，開(kāi)發(fā)效果良好。合理的采油速度既保證了產(chǎn)量目標(biāo)，又有效地控制了油田遞減，為油田的高效開(kāi)發(fā)提供了保障。

表2 渤中35-2油田各井區(qū)采油速度優(yōu)化

表3 油田整體開(kāi)發(fā)方案與實(shí)際年產(chǎn)量對(duì)比

4.3 指導(dǎo)老油田綜合調(diào)整

渤中34-1油田主力層位為明化鎮(zhèn)組，平均孔隙度為30.7%，平均滲透率為1 210×10-3μm2，為高孔、高滲儲(chǔ)層，地層原油黏度為1.02～12.60 mPa·s，為中輕質(zhì)油藏。該油田于2007年投產(chǎn)，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)及滾動(dòng)擴(kuò)邊，地質(zhì)儲(chǔ)量翻倍，油田處于中含水階段，采油速度不足2.0%。結(jié)合油田開(kāi)發(fā)規(guī)律以及合理采油速度策略，將采油速度提高至3.0%。由于油田多數(shù)生產(chǎn)井可以達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)壓差，為此，2014年提出綜合調(diào)整方案，進(jìn)行局部加密，進(jìn)一步完善注采井網(wǎng)，提高油田儲(chǔ)量動(dòng)用程度。該油田綜合調(diào)整方案增加27口井，2015年10月綜合調(diào)整結(jié)束，全面投產(chǎn)，新增產(chǎn)能近1 500 m3/d，油田開(kāi)發(fā)效果變好，采收率大幅提高(圖4)。

圖4 渤中34-1油田開(kāi)發(fā)效果

5 結(jié) 論

(1) 合理的采油速度對(duì)海上油田的高效開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。通過(guò)理論推導(dǎo)，建立了采油速度與含水率、遞減率的理論模型，并建立相關(guān)圖版，由此可確定油田的合理采油速度。該圖版對(duì)中輕質(zhì)油藏合理采油速度的確定具有指導(dǎo)性。

(2) 利用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)可確定采油速度界限，為海上中輕質(zhì)油田高效開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

[1] 馮其紅，石飛，王守磊，等.提液井合理井底流動(dòng)壓力的確定[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(3)：74-76.

[2] 范金旺，何東，劉芳，等.新區(qū)采油速度與穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間、遞減率變化關(guān)系研究[J].斷塊油氣田，2007，14(4)：47-48.

[3] 吳文有，王祿春，張繼風(fēng)，等.特高含水期油田采油速度主要影響因素[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2012，31(5)：51-55.

[4] 楊智剛，張宸愷，阿布都艾尼，等.水驅(qū)油田影響采油速度的因素[J].新疆石油地質(zhì)，2015，36(5)：588-591.

[5] 王娟茹，靳曉軍，胡鋅波，等.焉耆盆地寶北區(qū)塊低滲透油藏合理采油速度的確定[J].新疆石油地質(zhì)，2001，22(3)：241-243.

[6] 許寧.巨厚塊狀砂礫巖底水油藏合理注采井網(wǎng)研究[J].特種油氣藏，2004，11(6)：52-53.

[7] 王怒濤，鐘飛翔，代萬(wàn)波.等.確定合理采油速度的最優(yōu)化方法[J].斷塊油氣田，2005，12(4)：45-47.

[8] 楊勝來(lái)，魏俊之.油層物理學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004：261-263.

[9] 張建國(guó)，杜殿發(fā)，侯健，等.油氣層滲流力學(xué)[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006：214-217.

[10] 姜鳳光，王小林.采油速度影響因素及理論值研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，35(6)：104-108.

[11] 姜漢橋，姚軍.油藏工程原理與方法[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006：246-247.

[12] 郝明強(qiáng)，劉雄，莊永濤.壓裂水平井見(jiàn)水階段產(chǎn)量遞減規(guī)律研究[J].特種油氣藏，2013，20(1)：77-79.

[13] 李發(fā)印，宋考平.油氣田產(chǎn)量相對(duì)變化率曲線(xiàn)及應(yīng)用[J].特種油氣藏，2011，18(1)：61-63.

[14] 楊英杰，王銀邦，劉楠.淺海重力式平臺(tái)的冰振疲勞壽命估算[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，29(2)：228-232.

[15] 許亮斌，陳國(guó)明.考慮疲勞失效的海洋平臺(tái)動(dòng)態(tài)可靠性分析[J].石油學(xué)報(bào)，2007，28(3)：131-134.