程大勇，蔡 暉，朱志強(qiáng)，劉 東，孟智強(qiáng)

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

當(dāng)油藏地層傾角較大時(shí)，重力作用明顯，對(duì)注水開(kāi)發(fā)影響很大。前人已開(kāi)展過(guò)重力作用對(duì)滲流機(jī)理和注水效果影響的研究。賈紅兵[1]通過(guò)建立層狀油藏重力滲流數(shù)學(xué)模型和機(jī)理模型，研究了重力作用對(duì)滲流機(jī)理的影響，指導(dǎo)油田優(yōu)化注水工作；李波等[2]通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究了砂巖油藏合理注水時(shí)機(jī)，認(rèn)為泡點(diǎn)壓力達(dá)87%時(shí)為較合理的注水時(shí)機(jī)；楊文新[3-4]等開(kāi)展了壓敏效應(yīng)與注水時(shí)機(jī)的研究。但目前重力作用對(duì)滲流機(jī)理的影響研究多側(cè)重于理論或?qū)嶒?yàn)研究[5-11]，而油田實(shí)際注水時(shí)機(jī)的選擇更依賴于油田實(shí)際壓力資料和數(shù)值模擬的結(jié)果[12-14]。針對(duì)上述問(wèn)題，引入重力抑制彈性能量膨脹理論，定量計(jì)算重力作用導(dǎo)致注水時(shí)機(jī)提前的時(shí)間，建立不同傾角的油藏?cái)?shù)值模型進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究重力作用對(duì)注水開(kāi)發(fā)的影響。

1 注水時(shí)機(jī)提前的理論研究

油藏本身具有一定的彈性能量，當(dāng)壓力降低時(shí)彈性能量釋放，即彈性驅(qū)動(dòng)。當(dāng)?shù)貙觾A斜角度不同時(shí)，彈性能量受到重力作用的壓迫不同，重力作用越強(qiáng)，壓迫的彈性能量越多。假設(shè)一無(wú)邊底水油藏，當(dāng)原始地層壓力下降后，油藏釋放彈性能量采油量為：

NPe=NCtBoi(pi-pj)/Boj

(1)

當(dāng)?shù)貙觾A斜時(shí)，重力作用抑制的彈性儲(chǔ)量為：

NG=NCoρgLsinαBoi/Boj

(2)

由于重力作用影響，注水時(shí)機(jī)相應(yīng)提前的時(shí)間為：

T=NG/q=NCoρgLsinαBoi/(Bojq)

(3)

式中：NPe為油藏釋放彈性能量采油量，104m3；N為石油地質(zhì)儲(chǔ)量，104m3；Ct為油藏綜合壓縮系數(shù)；Boi為原始地層壓力下原油體積系數(shù)，MPa-1；pi為原始地層壓力，MPa；pj為目前地層壓力，MPa；Boj為目前地層壓力下的原油體積系數(shù)，MPa-1；NG為重力抑制的彈性能量采油量，104m3；Co為原油壓縮系數(shù)，MPa-1；ρ為地面原油密度，g/cm3；g為重力加速度，9.8 m/s2；L為油藏的寬度，m；α為地層傾角，°；T為注水時(shí)機(jī)提前時(shí)間，d；q為日產(chǎn)油量，m3/d。

式(3)可計(jì)算重力作用導(dǎo)致注水時(shí)機(jī)提前的時(shí)間。當(dāng)?shù)貙觾A角增大時(shí)，重力作用增強(qiáng)，注水時(shí)機(jī)提前越多，即重力作用影響下注水時(shí)機(jī)提前的時(shí)間與地層傾角正相關(guān)。

2 注水時(shí)機(jī)數(shù)值模擬研究

2.1 機(jī)理模型的建立

為研究重力作用對(duì)注水時(shí)機(jī)和注采比的影響，應(yīng)用PETREL軟件建立地質(zhì)模型，并轉(zhuǎn)化為Eclipse能夠運(yùn)行的油藏模型，網(wǎng)格數(shù)為80×20×15，網(wǎng)格步長(zhǎng)為25 m×25 m×2 m，地層傾角分別為0、15、25 °，高部位6口采油井，低部位5口注水井，井距為400 m，注采井網(wǎng)呈交錯(cuò)排狀(圖1)。地下原油黏度為50.0 mPa·s，地層水黏度為0.5 mPa·s，相對(duì)滲透率曲線及PVT等參數(shù)選取油田實(shí)測(cè)值。

2.2 單因素分析

以油藏采收率作為開(kāi)發(fā)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究不同地層傾角下重力作用對(duì)注水開(kāi)發(fā)效果的影響，注水因素包括注水時(shí)機(jī)和注采比。進(jìn)行注水時(shí)機(jī)和注采比的單因素分析，發(fā)現(xiàn)注水時(shí)機(jī)和注采比均表現(xiàn)為非單調(diào)性，在某區(qū)間內(nèi)采收率取得極大值。注水時(shí)機(jī)單因素分析表明，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆抵溜柡蛪毫Ω浇鼤r(shí)轉(zhuǎn)注水開(kāi)發(fā)，效果最好。注采比單因素分析表明，注采比為1時(shí)效果最好。

圖1 不同傾角地質(zhì)模型

2.3 響應(yīng)曲面分析

油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，注水時(shí)機(jī)和注采比之間存在相互影響。響應(yīng)曲面法能夠綜合各因素間的相互作用，在保證準(zhǔn)確度的前提下，減少設(shè)計(jì)方案?jìng)€(gè)數(shù)。注水時(shí)機(jī)的選取借鑒物理模擬實(shí)驗(yàn)[12]。采用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)(表1)，考慮因素為注水時(shí)機(jī)和注采比，響應(yīng)值為采收率。以0 °傾角地層為例，響應(yīng)曲面共設(shè)計(jì)13種方案，結(jié)合運(yùn)算結(jié)果，繪制采收率關(guān)于注水時(shí)機(jī)和注采比的響應(yīng)曲面(圖2)，由圖2可知，采收率取得最大值區(qū)域?qū)?yīng)注水時(shí)機(jī)為0.47，即飽和壓力附近，對(duì)應(yīng)注采比為1.00。同理計(jì)算地層傾角為15 °和25 °的情況。15 °傾角地層采收率取得最大值區(qū)域?qū)?yīng)注水時(shí)機(jī)為0.27，即低于飽和壓力但高于地飽壓力之間，對(duì)應(yīng)注采比為1.00；25 °傾角地層采收率取得最大值區(qū)域?qū)?yīng)注水時(shí)機(jī)為0.19，即地飽壓力中間值附近，對(duì)應(yīng)注采比為1.00。

表1 響應(yīng)曲面參數(shù)設(shè)計(jì)

圖2 0°傾角地層注水時(shí)機(jī)和注采比響應(yīng)曲面

通過(guò)對(duì)比不同地層傾角的模擬結(jié)果(圖3)，可以發(fā)現(xiàn)隨著地層傾角增大，重力作用增強(qiáng)，采收率最大區(qū)域向邊部遷移，即向注水時(shí)機(jī)提前的位置遷移，而對(duì)注采比的影響并不敏感。對(duì)于地層傾角較大的油藏，注水時(shí)機(jī)應(yīng)適當(dāng)提前一些，這與理論研究結(jié)果一致。

3 應(yīng)用效果

JZ油田位于渤海遼東灣海域，由多個(gè)斷塊構(gòu)成，是具有多套油氣水系統(tǒng)的層狀構(gòu)造油藏。油田構(gòu)造較陡，地層傾角為8～20 °，存在較強(qiáng)的重力作用。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不同地層傾角的油藏壓力存在差異，且與地層傾角存在明顯的負(fù)相關(guān)。即地層傾角越大，壓力系數(shù)越低，原因?yàn)榈貙觾A角大，存在較強(qiáng)的重力作用。

圖3 不同傾角地層采收率響應(yīng)曲面(投影)

JZ油田于2011年12月投入開(kāi)發(fā)，采用低部位注水、高部位采油的排狀交錯(cuò)井網(wǎng)。為充分利用地層能量，減緩含水上升速度，先期投產(chǎn)的區(qū)塊(2井區(qū)Ⅱ油組、3井區(qū)Ⅱ/Ⅲ油組、4井區(qū)Ⅱ/Ⅲ油組)采取先衰竭至飽和壓力再注水保壓的策略，4井區(qū)Ⅱ/Ⅲ油組因工程原因延遲注水約2個(gè)月。試驗(yàn)區(qū)(6井區(qū)Ⅱ/Ⅲ油組)考慮了重力作用對(duì)注水時(shí)機(jī)影響，利用式(3)進(jìn)行合理注水時(shí)機(jī)的定量計(jì)算，在試驗(yàn)區(qū)地層壓力降至飽和壓力前，提前32 d實(shí)施注水。油田5 a的注水實(shí)踐表明，試驗(yàn)區(qū)實(shí)施提前注水后，得到了更好的開(kāi)發(fā)效果，實(shí)現(xiàn)了油井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。一方面，與未實(shí)施提前注水的區(qū)塊相比，試驗(yàn)區(qū)平均單井產(chǎn)量提高10%以上。試驗(yàn)區(qū)21口采油井，平均單井初期日產(chǎn)油達(dá)112 m3/d，比相鄰未實(shí)施提前注水區(qū)塊油井提高18 m3/d(表2)，采收率提高0.9個(gè)百分點(diǎn)。另一方面，未實(shí)施提前注水的區(qū)塊油井產(chǎn)量遞減率為13.3%～18.4%，試驗(yàn)區(qū)僅為8.2%。

表2 JZ油田各區(qū)塊注水開(kāi)發(fā)效果對(duì)比

4 結(jié) 論

(1) 引入重力作用抑制彈性能量釋放理論，實(shí)現(xiàn)重力作用導(dǎo)致注水時(shí)機(jī)提前的定量計(jì)算，重力作用影響下，油藏地層傾角越大，注水時(shí)機(jī)應(yīng)越提前。

(2) 研究成果應(yīng)用于JZ油田6井區(qū)Ⅱ/Ⅲ油組，提前32 d實(shí)施注水，與未實(shí)施提前注水的區(qū)塊相比，試驗(yàn)區(qū)平均單井產(chǎn)量提高10%以上，綜合遞減率僅為8.2%。

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