穆立華，張雪娜，畢永斌，王秋語

（1.中國石油冀東油田分公司，河北唐山063000；2.中國石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山063000）

中國油田大多數(shù)屬于陸相沉積油藏，該類油藏具有油層層數(shù)多、非均質(zhì)性強、水驅(qū)效率較低和天然能量較小等特點，使得油藏全生命周期開發(fā)過程中面臨多種難題，而且隨著油藏開發(fā)的深入，不同階段面臨的主要矛盾不同［1-3］。目前關于油藏全生命周期開發(fā)對策的研究成果鮮有報道，已有的研究成果也僅限于項目全生命周期或是單井全生命周期［4-5］，忽略了油藏全生命周期各階段要求。為此，筆者從唯物辯證法和系統(tǒng)學入手，研究系統(tǒng)發(fā)展的主要動力，創(chuàng)新提出油藏動力協(xié)同遞進開發(fā)原理，研究油藏協(xié)同開發(fā)組合模式，設計全要素協(xié)調(diào)開發(fā)寶塔圖版，按照該圖版制定相應的開發(fā)對策，以期為實現(xiàn)油藏全生命周期科學、高效開發(fā)提供依據(jù)。

1 開發(fā)原理

從哲學、系統(tǒng)論和協(xié)同學等理論可知，系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢是從簡單到復雜、從無序到有序，最終達到新的平衡。系統(tǒng)發(fā)展的主要動力是引導力和推動力，分別主導系統(tǒng)發(fā)展路徑方向和長度。如果引導力和推動力始終保持協(xié)同，系統(tǒng)發(fā)展就能順利遞進。否則，發(fā)展過程就會迂回曲折。這種動力協(xié)同遞進的發(fā)展規(guī)律被稱為系統(tǒng)動力協(xié)同遞進規(guī)律。

陸相油藏的開發(fā)過程，是持續(xù)細分層系、不斷完善井網(wǎng)來引導介質(zhì)驅(qū)動方向并提高介質(zhì)驅(qū)動能力的過程。層系細分與井網(wǎng)適應對油藏開發(fā)起主要引導作用，是油藏開發(fā)的主要引導力；提高介質(zhì)的驅(qū)動能力，使接替介質(zhì)性能不斷超越被接替介質(zhì)，對油藏開發(fā)起主要推動作用，是油藏開發(fā)的主要推動力。如果層系細分、井網(wǎng)適應和介質(zhì)超越三者始終保持協(xié)同，油藏開發(fā)就能順利遞進。否則，開發(fā)過程迂回曲折。系統(tǒng)動力協(xié)同遞進規(guī)律在油藏開發(fā)中應用，被稱為油藏動力協(xié)同遞進開發(fā)原理。

2 驅(qū)替介質(zhì)動力遞進序列及驅(qū)替動力協(xié)同遞進組合

眾所周知，提高采收率是油藏開發(fā)的永恒追求，驅(qū)替介質(zhì)是影響采收率的主要因素。因此研究驅(qū)替介質(zhì)動力遞進關系就顯得格外重要。

2.1 驅(qū)替介質(zhì)動力遞進序列

地層中剩余油的流動性是一個不斷退化的過程，一方面受原油組分流動性差異的影響，容易流動的組分總是優(yōu)先被采出；另一方面受地層非均質(zhì)性的影響，滲透性較好的儲層空間中的原油總是被優(yōu)先采出，因此，驅(qū)替介質(zhì)動力遞進是剩余油開采的必然需求。要求驅(qū)替介質(zhì)對剩余油的溶解能力不斷進化，通過互溶增強剩余油的流動能力，減少黏滯力和毛管壓力等流動阻力，以適應剩余油開采的需要。另外，還需要驅(qū)替介質(zhì)與剩余油的混相性不斷增強，通過與剩余油的混相消除界面張力，從而提高剩余油的流動能力。因此溶解混相能力是判斷驅(qū)替介質(zhì)動力遞進的重要依據(jù)。

溶解性是一種物質(zhì)與一種或多種流體混合，并形成一種單一均質(zhì)相的能力。物質(zhì)按照溶解能力從小到大依次分為難溶、微溶、可溶、易溶和極易溶?；煜嘈允莾煞N或更多種流體以所有比例混合時形成單一均質(zhì)相的能力［4-5］?；煜囹?qū)的驅(qū)油效果高于非混相驅(qū)［6-7］。綜合考慮溶解性和混相性，設計驅(qū)替介質(zhì)能力遞進序列，按驅(qū)替能力遞進關系依次為難溶-非混相、微溶-非混相、可溶-非混相、可溶-混相、易溶-混相和極易溶-混相六大類。

目前常用的涉及到人工驅(qū)替介質(zhì)的驅(qū)替方式有水壓驅(qū)動、化學驅(qū)動和氣壓驅(qū)動等，對應的驅(qū)替介質(zhì)有12種，水壓驅(qū)動介質(zhì)為水，化學驅(qū)動介質(zhì)包括聚合物、表面活性劑、堿水、化學復合驅(qū)體系和泡沫5種，氣壓驅(qū)動介質(zhì)包括氮氣、煙道氣、二氧化碳、干氣、濕氣和液化石油氣6種。筆者借助室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬法研究常見驅(qū)替介質(zhì)在原油中的溶解混相能力與驅(qū)油動力之間的關系。

2.1.1 室內(nèi)實驗法

眾所周知，氣體介質(zhì)更能滿足介質(zhì)易溶易混的發(fā)展要求，因此通過開展地層油與注入氣體系統(tǒng)相態(tài)實驗、最小混相壓力實驗及驅(qū)油實驗，得到不同氣體介質(zhì)在原油中的溶解混相能力和驅(qū)替動力。

氣體介質(zhì)在原油中的溶解能力 由圖1可見，在相同飽和壓力下，3種氣體在原油中的溶解能力由大到小依次為二氧化碳、濕氣和氮氣。

圖1 氣體介質(zhì)在原油中的溶解能力Fig.1 Soluble capacity of gas medium in crude oil

氣體介質(zhì)混相能力對比 通過3種氣體介質(zhì)與3個油樣的最小混相壓力實驗，對比在同等條件下不同氣體介質(zhì)混相能力。測試結果（表1）表明，二氧化碳和濕氣最易混相，氮氣不易混相。

表1 不同油樣與3種氣體介質(zhì)最小混相壓力測試結果Table1 Test results of minimum miscible pressure in different media of different oil samples MPa

不同驅(qū)替介質(zhì)驅(qū)油動力對比 不同驅(qū)替介質(zhì)的驅(qū)油實驗結果（表2）表明：在9種介質(zhì)中，提高采收率最高的是混相條件下的濕氣和二氧化碳；其次為非混相條件下的化學復合驅(qū)體系、濕氣和二氧化碳；表面活性劑、泡沫和堿水次之；氮氣、聚合物和水提高采收率幅度最低。

表2 不同驅(qū)替介質(zhì)驅(qū)油實驗結果Table2 Experimental result of oil displacement efficiency of different media %

2.1.2 數(shù)值模擬結果

在精細擬合室內(nèi)相態(tài)實驗的基礎上，借助數(shù)值模擬手段，研究干氣、煙道氣、液化石油氣、濕氣、二氧化碳、氮氣和水7種不同介質(zhì)的驅(qū)油動力。從最終提高采收率幅度（表3）來看，提高采收率幅度由大到小依次為液化石油氣、濕氣、二氧化碳、干氣、煙道氣和氮氣。

2.1.3 驅(qū)替介質(zhì)動力遞進序列分類

根據(jù)室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬研究結果，將12種常見驅(qū)替介質(zhì)按其溶解混相能力和驅(qū)油動力分為六大驅(qū)替介質(zhì)動力遞進序列（圖2），這六大系列驅(qū)替介質(zhì)的驅(qū)油動力是逐級遞進關系。

2.2 驅(qū)替介質(zhì)動力協(xié)同遞進組合

驅(qū)替介質(zhì)序列協(xié)同遞進接替應用，有利于提高最終采收率。按照油藏開發(fā)驅(qū)替介質(zhì)動力遞進序列設計自然綠色遞進、自然清潔遞進、綠色遞進、清潔遞進和正常接替遞進五種全生命周期開發(fā)動力協(xié)同遞進組合，分析了每種組合方式的優(yōu)缺點（圖3）。

表3 不同驅(qū)替介質(zhì)驅(qū)油效果對比Table3 Comparison of oil displacement results in different media

圖2 常見驅(qū)替介質(zhì)動力遞進序列Fig.2 General oil displacement efficiency progressive sequence

圖3 砂巖油藏全生命周期開發(fā)動力協(xié)同遞進組合及優(yōu)缺點Fig.3 Dynamics combination model of whole life-cycle development in sandstone reservoir and its advantages and disadvantages

3 開發(fā)模式

陸相油藏開發(fā)的主要推動力是驅(qū)替介質(zhì)，但只有開發(fā)系統(tǒng)全要素協(xié)同，才能保障油藏開發(fā)穩(wěn)定有序進行［8-11］。

3.1 全生命周期開發(fā)階段劃分

3.1.1 全要素協(xié)同

陸相油藏全生命周期開發(fā)應針對不同開發(fā)階段不同矛盾，從層系組建、井網(wǎng)構建和驅(qū)替介質(zhì)三大要素入手，以階段采收率遞進協(xié)同，極限采收率最大化為發(fā)展動力，最終按照動力階段遞進、動力極限向?qū)У拈_發(fā)模式，實現(xiàn)動力遞進主導的油藏全生命周期全要素協(xié)同開發(fā)。因此，驅(qū)替對象、驅(qū)替手段、驅(qū)替介質(zhì)、發(fā)展方式、發(fā)展動力和開發(fā)模式是油藏開發(fā)系統(tǒng)的全要素。油藏開發(fā)系統(tǒng)全要素協(xié)同主要體現(xiàn)在3個方面：①主觀與客觀的協(xié)同。層系、井網(wǎng)和驅(qū)替介質(zhì)是以客觀為主的油藏開發(fā)要素。發(fā)展方式、發(fā)展動力和發(fā)展模式是以主觀為主的油藏開發(fā)要素，是開發(fā)工作者在長期實踐摸索中由感性認識到理性認識的升華。②統(tǒng)領與支撐的協(xié)同。驅(qū)替對象、驅(qū)替手段、驅(qū)替介質(zhì)、發(fā)展方式和發(fā)展動力是在發(fā)展模式統(tǒng)領下環(huán)環(huán)聯(lián)動、協(xié)同共榮。③共時與歷時協(xié)同。油藏各要素在同一時間相互聯(lián)系、相互制約，體現(xiàn)油田開發(fā)的系統(tǒng)性；同時油田開發(fā)是一個過程的集合體，同一要素隨著時間遞進演變，體現(xiàn)要素內(nèi)部的歷時協(xié)同。

3.1.2 開發(fā)階段劃分

按照陸相油藏全生命周期全要素協(xié)同開發(fā)理念，可將油藏從初始平衡狀態(tài)到廢棄平衡狀態(tài)全生命周期劃分為7個開發(fā)階段，依次分別為天然驅(qū)層系組合階段、正能驅(qū)層系組合階段、正能驅(qū)層系細分階段、超能驅(qū)層系組合階段、超能驅(qū)層系細分階段、極限驅(qū)層系組合階段和回收有利介質(zhì)階段。按照該開發(fā)階段有序進行，可實現(xiàn)油藏的協(xié)同高效開發(fā)。

圖4 油藏開發(fā)系統(tǒng)全要素協(xié)同遞進開發(fā)寶塔圖版Fig.4 Pagoda-like chart about synergetic development of all elements in reservoir production system

3.2 油藏開發(fā)系統(tǒng)全要素協(xié)同開發(fā)寶塔圖版

陸相油藏涉及到層系、井網(wǎng)和驅(qū)替介質(zhì)等全要素的協(xié)同開發(fā)。筆者在文獻［12-13］的基礎上，綜合考慮油藏動力協(xié)同遞進開發(fā)原理和全生命周期全要素協(xié)同開發(fā)兩個方面，研究形成了分析陸相油藏動力遞進主導的全生命周期全要素協(xié)同遞進開發(fā)的方法——油藏開發(fā)系統(tǒng)全要素協(xié)同遞進開發(fā)寶塔圖版。該圖版采用金字塔原理進行構思［14-15］，共分為6層21環(huán)（圖4）。自下而上，第1—3層為層系細分、井網(wǎng)適應和介質(zhì)超越，包括15項動力協(xié)同遞進開發(fā)模式，揭示了不同開發(fā)階段、不同開發(fā)要素的協(xié)同順序，明確了路徑規(guī)劃研究時相輔相成、相互作用的戰(zhàn)術及做法。第4層為方式遞進，以驅(qū)替介質(zhì)為基礎，提出了一次采油、二次采油和三次采油協(xié)同開發(fā)理念。第5層為動力協(xié)同，層系階段細分、介質(zhì)階段超越指導了油藏開發(fā)中前期開發(fā)階段的有序遞進，層系極限細分、介質(zhì)極限驅(qū)替指導了油藏開發(fā)后期開發(fā)階段的有序遞進。第6層為模式指導，動力階段遞進、動力極限向?qū)怯筒亻_發(fā)全生命周期的發(fā)展模式。

3.3 全生命周期動力協(xié)同遞進開發(fā)特征

陸相油藏全生命周期動力協(xié)同遞進開發(fā)是全過程的開發(fā)協(xié)同，協(xié)同的標準就是產(chǎn)量的平穩(wěn)疊加、衰減，因此陸相油藏開發(fā)特征曲線具有典型的扇貝型特征（圖5）。陸相油藏開發(fā)以該特征曲線為評判標準，若與曲線相符則為協(xié)同開發(fā)，反之則為不協(xié)同開發(fā)，應根據(jù)不協(xié)同開發(fā)的程度建立相應的評價系統(tǒng)進行準確、有效的判斷，并因地制宜、辯證施策，制定出有針對性的協(xié)同計策，改善開發(fā)效果，重新實現(xiàn)協(xié)同開發(fā)。

圖5 全生命周期動力協(xié)同遞進開發(fā)模式產(chǎn)量生長模型Fig.5 Model of production growth in dynamic synergetic progressive development model of all elements in whole life-cycle

4 應用實例

柳贊北區(qū)斷層根部于2000年投入開發(fā)，初期采用彈性開發(fā)，但地層能量不足，產(chǎn)量下降快，階段末采出程度為2.2%，日產(chǎn)油量為7 t/d。2004年實施注水開發(fā)，油井見效明顯，注水初期日產(chǎn)油量達60 t/d，由于籠統(tǒng)注采，單層突進嚴重，層間矛盾逐步顯現(xiàn)，之后實施層系細分，開發(fā)效果有所好轉，采出程度為8.6%。2010年后，以油藏開發(fā)系統(tǒng)全要素協(xié)同遞進開發(fā)寶塔圖版為指導，以動力階段遞進、動力極限向?qū)榘l(fā)展模式，以層系階段細分和介質(zhì)階段超越為發(fā)展動力，確定采用三次采油開發(fā)方式，結合精細地質(zhì)研究成果及開發(fā)歷程，按照正常接替遞進典型組合模式，考慮氣體介質(zhì)來源，確定后續(xù)驅(qū)替介質(zhì)為二氧化碳。根據(jù)剩余油富集程度及地層傾角，確定氣驅(qū)層位為Es33Ⅳ2油組。頂部部署注氣井6口，低部位注水井8口，對應生產(chǎn)井20口。注氣使該試驗區(qū)取得較好的開發(fā)效果，截至2018年1月，氣驅(qū)見效井為11口，注氣初期日產(chǎn)油量為110 m3/d，單井最長有效期達1 524 d，單井最高增油量為1.9×104t，階段末采出程度達到23.4%，在水驅(qū)的基礎上提高了14.8%，該油藏在彈性驅(qū)層系組合階段、水驅(qū)層系組合階段和水驅(qū)層系細分階段、二氧化碳驅(qū)層系組合階段遞進協(xié)同作用下（圖6），實現(xiàn)了高效開發(fā)的理念。

圖6 柳贊北區(qū)斷層根部Es33Ⅳ2油組生產(chǎn)曲線Fig.6 Production curve of Es33Ⅳ2 oil group at root of fault in the north of Liuzan block

5 結論

層狀非均質(zhì)砂巖油藏的開發(fā)要遵循油藏動力協(xié)同遞進開發(fā)原理，層系細分和井網(wǎng)適應是油藏開發(fā)的主要引導力，介質(zhì)超越是油藏開發(fā)的主要推動力。

從驅(qū)替介質(zhì)溶解混相能力和驅(qū)油動力入手，建立油藏開發(fā)驅(qū)替介質(zhì)能力遞進六大序列，推導出五種油藏開發(fā)驅(qū)替介質(zhì)能力遞進典型組合。

全生命周期動力協(xié)同遞進開發(fā)過程中全要素共時協(xié)同、單要素歷時遞進，油藏全生命周期可劃分為7個開發(fā)階段。

油藏開發(fā)系統(tǒng)全要素協(xié)同遞進開發(fā)寶塔圖版，涵蓋了陸相油藏開發(fā)過程中六大要素協(xié)同應變方法，全生命周期動力協(xié)同遞進開發(fā)模式能夠指導油藏協(xié)同遞進開發(fā)。