劉維霞

(中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，東營 257015)

窄屋脊斷塊油藏是勝利油田占比較大的主要斷塊油藏類型之一，具有含油條帶寬度窄，邊底水發(fā)育等特點[1]。早期普遍采用高部位布井、多層合采，實施水驅(qū)或者天然能量開發(fā)，但是平面舌進嚴重，垂向水錐明顯。實施精細二次開發(fā)前，大多呈現(xiàn)出綜合含水率高、驅(qū)油效率低、井間動用差等特點。人工邊水驅(qū)是近年來勝利油田精細二次開發(fā)的重點研究和推廣技術之一[1-3]，其實質(zhì)是充分利用天然能量后，在構(gòu)造低部位大排量注水，模擬天然強邊水驅(qū)，提高油藏驅(qū)油效率和波及效率，從而提高油藏最終采收率[3-5]。

近年來，楊海博等[6-7]、趙軍等[8]通過三維物理模擬實驗，明確了人工邊水驅(qū)提高采收率的作用機理。張戈等[9]、王倩倩[4]通過油藏數(shù)值模擬研究，分析了人工邊水驅(qū)開發(fā)的可行性及主要影響因素。王建[3]、史永華[10]給出了人工邊水驅(qū)在勝利油田實施的成功案例，雷樂[11]、陳偉[12]分別給出了人工邊水驅(qū)在江漢和雙河油田實施的成功案例。

勝利油田在開發(fā)實踐中發(fā)現(xiàn)，窄屋脊斷塊油藏實施人工邊水驅(qū)需要實現(xiàn)“三高協(xié)同效應”：高含水條件下，高液量開采，獲得高采出程度。然而,目前人工邊水驅(qū)技術的研究重點多集中在驅(qū)替機理、影響因素、開發(fā)效果方面，針對窄屋脊斷塊油藏的區(qū)塊篩選標準以及開發(fā)技術政策等方面的研究仍處于探索階段[9]。因此，針對勝利油田典型窄屋脊斷塊油藏，從綜合分析窄屋脊斷塊油藏的地質(zhì)特征和開發(fā)特征入手，應用油藏工程方法分析剩余油分布成因和開發(fā)潛力。篩選主控影響因素，分析窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)的敏感性，實現(xiàn)對各類敏感因素的等級劃分和定量評價。在此基礎上，提出窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)的篩選標準，為窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)高效開發(fā)提供決策依據(jù)。

1 開發(fā)潛力分析

1.1 剩余油分布及成因

勝利油田窄屋脊斷塊油藏通常具有如下特征[13]：

(1)斷層和隔層是控制油藏有效圈閉的決定因素。

(2)油藏具有單斜構(gòu)造，地層傾角大于1°～2°。

(3)油藏產(chǎn)狀呈層狀，主力層平面發(fā)育較為穩(wěn)定，連續(xù)性好。

(4)含油條帶寬度窄，一般小于400 m，只能布置單排生產(chǎn)井。

(5)含油條帶長度一般大于寬度，具有布置多口生產(chǎn)井的空間。

(6)發(fā)育邊底水，具有一定的天然能量。

例如東辛采油廠的辛1沙一4，現(xiàn)河采油廠的河68-8，均屬于典型的窄屋脊斷塊油藏。此類油藏在一次開發(fā)期間，主要采用高部位布井、多層合采的開發(fā)方式，實施水驅(qū)或者天然能量開發(fā)，但是平面舌進嚴重，垂向水錐明顯。在實施精細二次開發(fā)前，此類油藏大多已進入高含水甚至特高含水開發(fā)階段，剩余油分布不均，成因情況復雜。

根據(jù)對勝利油田各類窄屋脊斷塊油藏剩余油分布及開發(fā)潛力分析，總結(jié)歸納出窄屋脊斷塊油藏的剩余油分布及成因，主要包括以下六類情況：

(1)構(gòu)造高低。由于重力分異作用，在構(gòu)造高部位易富集，形成剩余油。

(2)斷層遮擋。由于斷層遮擋作用，使得斷層附近的儲層水驅(qū)程度很差或者注入水驅(qū)替不到，造成水動力滯留區(qū)，形成剩余油。

(3)注采井網(wǎng)不完善。一是由于油水井井況變差，使得原有注采平衡關系破壞形成剩余油；二是局部注采不完善，使得油層動用不均衡形成剩余油。

(4)井間滯留。注采井網(wǎng)非主流線上的滯留區(qū)存在部分剩余油。

(5)層間干擾。多層合采時，由于層間非均質(zhì)作用導致層間干擾，使得各層儲量動用不均，形成剩余油。

(6)平面突進。受平面非均質(zhì)性影響，注入水在平面上有突進現(xiàn)象，經(jīng)長期水驅(qū)發(fā)展成水竄通道，使得平面其它方向水驅(qū)動用差，形成剩余油。

窄屋脊斷塊油藏剩余油主要位于構(gòu)造高部位，具有井間潛力大、再次富集較快等特點，適合人工邊水驅(qū)挖潛。分析認為剩余油再次較快富集必須滿足的四個條件：①富集區(qū)剩余油飽和度較低；②富集區(qū)位于高部位，且存在斷層或者油墻遮擋；③相對低部位存在較多可動油；④儲層滲流能力很弱，或者上游含油飽和度較高。其中死油區(qū)和再富集部位，是后期挖潛的重點。

1.2 單井經(jīng)濟極限液量

在實施精細二次開發(fā)前，窄屋脊斷塊油藏大多已進入高含水甚至特高含水開發(fā)階段，因此，窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)需要實現(xiàn)“三高協(xié)同效應”：高含水、高液量、高采出程度。為了實現(xiàn)高含水狀態(tài)下油井的經(jīng)濟效益，在實施精細二次開發(fā)前，首先需要確定高液量及高含水模式下的單井經(jīng)濟極限液量。

單井經(jīng)濟極限液量計算公式為[14-15]

(1)

式(1)中：S為年盈利，萬元；fw為含水率；Cc為單井年操作成本，萬元；QL為單井日產(chǎn)液量，t/d；α為商品率；γ為開井時率；P為原油價格，70 美元/桶；R為噸油稅金，油價的25%；Cc為單井年操作成本，萬元；Ci為注水費用，萬元；Cp為產(chǎn)出液處理費用，萬元。

以勝利油田某窄屋脊斷塊油藏為例進行單井經(jīng)濟極限液量計算，分析結(jié)果如圖1所示。其中，單井年操作成本取35 萬元；商品率取0.95；年開井取330 d；原油價格取70 美金/桶，折合人民幣3 219.3 元/噸；油稅金取805元/噸，注水費用取15元/噸，產(chǎn)出液處理費用取10 元/噸。

圖1 不同含水對應的極限日產(chǎn)液量Fig.1 Ultimate daily liquid volume of different water cuts

1.3 地層壓力恢復能力

為了實現(xiàn)窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)的“三高協(xié)同效應”，滿足高含水狀態(tài)下油井的經(jīng)濟效益，必須保證較高的液量，即需要充足的地層能量。因此，一般需要提前注水或者高注采比適當恢復地層壓力。

產(chǎn)液計算公式為[14-15]

(2)

式(2)中：QL為單位厚度日產(chǎn)液，m3/d；Qo為日產(chǎn)油，m3/d；Qw為單位厚度日產(chǎn)水，m3/d；μo為原油黏度，mPa·s；μw為地層水黏度，mPa·s；Bo為原油體積系數(shù)；Bw為地層水體積系數(shù)；K為平均滲透率，μm2；Kro為油相相對滲透率；Krw為水相相對滲透率；h為油層厚度，cm；ΔP為生產(chǎn)壓差，MPa；re為泄油半徑，cm；rw為油井半徑，cm。

圖2為勝利油田某窄屋脊斷塊油藏的地層壓力恢復對產(chǎn)能影響分析結(jié)果，可以看出：同一含水率下，生產(chǎn)壓差越大，日產(chǎn)液量越高；同一生產(chǎn)壓差下，含水率越高，日液量越高；且含水率越大，日產(chǎn)液量增加的幅度越大。

圖2 不同含水率下單位厚度日產(chǎn)液與生產(chǎn)壓差關系Fig.2 Relationship between daily unit thickness liquid and production pressure difference at different water cuts

2 人工邊水驅(qū)敏感性分析

2.1 敏感性定量分析方法及判定原則

張戈等利用數(shù)值模擬方法，分析單因素對提高采收率幅度的影響，得到了單因素與采收率及提高采收率幅度之間的關系圖版[9]。該圖版有助于人工邊水驅(qū)敏感性的定性分析，但無法實現(xiàn)多因素敏感性的定量分析。因此，通過含水率級別劃分，將主控因素對人工邊水驅(qū)開發(fā)效果影響的敏感程度進行分級，進一步實現(xiàn)人工邊水驅(qū)敏感性定量分析。

2.1.1 敏感性分析模擬方案設計

根據(jù)勝利油田典型窄屋脊斷塊油藏的實際地質(zhì)、流體、開發(fā)特征，利用油藏數(shù)值模擬方法開展窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)敏感性分析研究。篩選出三大類12項人工邊水驅(qū)開發(fā)主控因素，具體如下。

(1)地質(zhì)因素：含油條帶寬度、地層傾角、水體倍數(shù)、水平滲透率、垂向滲透率、地層厚度。

(2)流體因素：油水黏度比、油水密度差、毛管力。

(3)開發(fā)因素：水井位置、工作制度、注采比。

根據(jù)勝利油田窄屋脊斷塊油藏區(qū)別于其他類型斷塊油藏的典型地質(zhì)特征，確定含油條帶寬度和地層傾角為兩項關鍵因素，采用窮舉法進行窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)敏感性分析研究，在合理取值范圍內(nèi)，分別設計5個模擬水平。其他因素采用單因素分析方法，在合理取值范圍內(nèi)，分別設計4～6個模擬水平。窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)敏感性分析研究的模擬方案，總計達到：5 水平×5 水平×(2×6 水平+5×5 水平+3×4 水平)=1 225 組。

基準模型如圖3所示。該模型為矩形單斜構(gòu)造，油井位于油藏高部位，水井位于油藏較低部位。油水井交錯排列，包括3口油井和2口水井。

圖3 基準模型示意圖Fig.3 Reservoir model diagram

2.1.2 敏感程度劃分及判定原則

為分析不同含水率條件下，各因素不同水平對采出程度的影響規(guī)律及影響程度，依據(jù)勝利油田窄屋脊斷塊油藏的開發(fā)實際，在含水率級別劃分的基礎上，給出了敏感性分析定量研究的劃分依據(jù)和判定原則。

依據(jù)目前中國油田對含水率認知的通用標準，含水率可以劃分為4個級別。

(1)低含水：綜合含水率fw≤20%。

(2)中含水：20%<綜合含水率fw≤60%。

(3)高含水：60%<綜合含水率fw≤90%。

(4)特高含水：90%<綜合含水率fw≤98%。

依據(jù)各方案模型與基準模型在不同含水率級別開發(fā)條件下，兩者采出程度差異|ΔEr|的大小，將各主控因素對人工邊水驅(qū)開發(fā)效果的敏感程度，劃分為四個級別。

(1)極敏感：|ΔEr|>10%。

(2)次敏感：3%<|ΔEr|≤10%。

(3)微敏感：0.5%<|ΔEr|≤3%。

(4)不敏感：|ΔEr|≤0.5%。

由于各主控因素對窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)開發(fā)的敏感程度不同，甚至差異很大，因此不同方案開發(fā)末期對應的采收率及含水率也會產(chǎn)生較大差異。在敏感程度劃分時，不能簡單依據(jù)某一個點的數(shù)值來進行判斷，而應該使判斷結(jié)論符合較長期間內(nèi)的變化趨勢。為此，結(jié)合理論研究和斷塊油田開發(fā)實際，制定了敏感程度判定原則，詳見表1。

2.2 主控因素敏感性分析

依據(jù)敏感程度判定原則，進行窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)敏感性分析，確定出了各主控因素敏感性評價結(jié)果，篩選出了極敏感因素、次敏感因素、微敏感因素以及不敏感因素。其中，極敏感因素主要為地質(zhì)因素和流體因素；前者包括：含油條帶寬度、地層傾角、垂向滲透率、地層有效厚度；后者包括：油水黏度比、油水密度差、毛管力。開發(fā)因素多為次敏感-微敏感因素，包括：水井位置、油水井工作制度、注采比。地質(zhì)因素中的水平滲透率是微敏感因素，水體大小是不敏感因素，顯示水體對此類油藏人工邊水驅(qū)開發(fā)效果影響不大，但是需要補充井網(wǎng)分析。

2.2.1 含油條帶寬度

含油條帶寬度為極敏感因素，在地層傾角一定的條件下，含油條帶越寬，受邊底水影響越小，越接近整裝油藏開發(fā)規(guī)律，相同的含水對應的采出程度越高。含油條帶寬度對一定含水下采出程度的影響是正向單調(diào)的，如圖4所示(地層傾角取10°)。當?shù)貙觾A角一定(10°)，含油條帶寬度小于200 m時，含水率-采出程度關系曲線形狀隨含油條帶寬度變化大，相同的含水率下采出程度隨含油條帶寬度變化大。含油條帶寬度大于200 m時，相同的含水率下采出程度隨含油條帶寬度變化的差距變小，含水率-采出程度關系曲線形狀隨含油條帶寬度變化變小。200 m的含油條帶寬度可以作為評價潛力的參考界限值之一，含油條帶寬度小于該值時宜精細評價，大于該值時可以適當放寬。對比五種不同的含油條帶寬度，當含油條帶寬度取500 m時，相同采出程度下的綜合含水最低。

當?shù)貙觾A角不同時，相同含油條帶寬度對應的采出程度差異不大，如圖5所示。

圖4 不同含油條帶寬度時含水率與采出程度關系Fig.4 Relation between water cut and recovery degree at different oil band widths

表1 敏感程度判定原則Table 1 Sensitivity determination principle

圖5 含油條帶寬度敏感性分析Fig.5 Sensitivity analysis of oil band width

隨著地層傾角的增大，含水率-采出程度關系曲線中，含油條帶寬度拐點逐漸減小，如圖6所示，符合冪指數(shù)的關系。該拐點值可以作為劃分潛力區(qū)的參考，含油條帶寬度小于該值時宜劃分的更為精細，大于該值時不必劃分的過于精細。

圖6 地層傾角與含油條帶寬度拐點關系Fig.6 Relation between formation dip and inflection point of oil band width

2.2.2 地層傾角

含油條帶寬度一定的條件下，地層傾角越大，受邊底水影響越小，越接近整裝油藏開發(fā)規(guī)律，相同的含水對應的采出程度越高。地層傾角對一定含水率下采出程度的影響是正向單調(diào)的，如圖7所示(含油條帶寬度取200 m)。

含油條帶寬度一定(200 m)，地層傾角小于10°時，含水率-采出程度關系曲線形狀隨地層傾角變化大，相同的含水率下采出程度隨地層傾角變化大；地層傾角大于10°時，相同的含水率下采出程度隨地層傾角變化的差距變小，含水率-采出程度關系曲線形狀隨地層傾角變化小。10°的地層傾角可以作為評價潛力的參考界限值之一，地層傾角小于該值時宜精細評價，大于該值時可以適當放寬。對比5種不同的地層傾角，當?shù)貙觾A角取35°時，相同的采出程度下綜合含水最低。

圖7 地層傾角影響分析Fig.7 Analysis of formation dip influence

當含油條帶寬度不同時，相同地層傾角對應的采出程度差異較大，如圖8所示。

結(jié)合圖5、圖6、圖8，綜合分析認為：含油條帶寬度為極敏感因素。當含油條帶較窄時(小于200 m)，地層傾角為極敏感因素；當含油條帶較寬時(大于200 m)，地層傾角為敏感因素。

2.2.3 其他因素

除了含油條帶寬度和地層傾角以外，其他10項主控因素采用單因素分析方法進行了敏感性分析，得到各主控因素的敏感程度劃分如下。

(1)極敏感因素：地下油水密度差、油水黏度比、垂向滲透率、地層有效厚度、毛管力。

(2)次敏感因素：注采比。

(3)微敏感因素：水井位置、油水井工作制度、水平滲透率。

(4)不敏感因素：水體倍數(shù)。

以含油條帶寬度為200 m，地層傾角為10o時的模擬結(jié)果為例，給出其他10項主控因素的敏感性分析結(jié)果，如圖9所示。

(1)極敏感因素分析如下。

圖8 地層傾角敏感性分析Fig.8 Formation dip sensitivity analysis

圖9 多因素敏感性分析Fig.9 Mmulti-factor sensitivity analysis

①地下油水密度差。油水密度差對一定含水率下采出程度的影響是正向單調(diào)的，油水密度差越大，相同含水率對應的采出程度越高。

②油水黏度比。油水黏度比對一定含水率下采出程度的影響是負面單調(diào)的，油水黏度比越大，相同含水率對應的采出程度越低。含油條帶寬度越大，油水黏度比對水驅(qū)油效果的影響越明顯。

③垂向滲透率。垂向滲透率對一定含水率下采出程度的影響不是單調(diào)的，依賴于油井射孔單元底部是否發(fā)育底水。如果油井射孔砂體的下部底水不發(fā)育，則垂向滲透率對一定含水率下采出程度的影響是正向單調(diào)的。如果油井射孔砂體的下部底水發(fā)育，則垂向滲透率對一定含水率下采出程度的影響是負面單調(diào)的。

④地層有效厚度。地層厚度對一定含水率下采出程度的影響不是單調(diào)的，且存在一個敏感范圍，依賴于含油條帶寬度、地層傾角等。

⑤毛管力控制著油水過渡帶的厚度，也就是控制著油層厚度和油井避射厚度，因此與重力作用的效果相反，阻止油水的重新發(fā)布，產(chǎn)生不利影響。隨著含油條帶寬度的增加，含油厚度增加，毛管力的控制作用減弱。

(2)次敏感因素分析：單純從技術上，注采比接近1最好。從實際情況出發(fā)，為了保證與連續(xù)注水連續(xù)采油相匹配的較高的液量，注采比盡可能略大于1，保持較高的地層壓力水平。階段累積注采比取決于目前地層壓力水平、與外部地層連通關系、地層壓力最優(yōu)保持水平。

(3)微敏感因素分析如下。

①水井位置。水井位置對一定含水率下采出程度的影響不是單調(diào)的，依賴于含油條帶寬度、地層傾角等。

②工作制度。單純從技術上，油井周期采油具有優(yōu)勢。從經(jīng)濟角度出發(fā)，為了保證一定時間內(nèi)采出程度最高，連續(xù)注水連續(xù)采油具有優(yōu)勢。

③水平滲透率。水平滲透率對一定含水下采出程度的影響是正向單調(diào)的，滲透率越大，相同含水對應的采出程度越高。含油條帶寬度越大、地層傾角越大，水平滲透率對水驅(qū)油效果的影響越明顯。

(4)不敏感因素分析：邊底水水體大小對一定含水下采出程度的影響不是單調(diào)的，而是與含油條帶寬度、地層傾角關聯(lián)。隨著含油條帶寬度的增大，邊底水水體對一定含水下采出程度的影響趨于負面。隨著地層傾角的增大，邊底水水體對一定含水下采出程度的影響趨于正面。

3 人工邊水驅(qū)篩選標準

通過對窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)主控因素的敏感性分析研究，提出了敏感程度判定原則，給出了敏感性定量分析劃分依據(jù)。實現(xiàn)了對此類油藏三大類12項主控因素的敏感程度劃分，確定了極敏感因素、次敏感因素、微敏感因素和不敏感因素。在此基礎上，進一步得到了各主控因素的開發(fā)技術界限，為制定窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)篩選標準提供了依據(jù)。

窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)篩選標準詳見表2。篩選標準包括3類條件：一是人工邊水驅(qū)的基本條件，即滿足水驅(qū)要求；二是人工邊水驅(qū)的必備條件；三是人工邊水驅(qū)的選擇性條件。這3類條件均容易從現(xiàn)場了解到，而且包含了現(xiàn)場實踐的認識，因此篩選標準的可操作性較強。

實踐證明，該篩選標準應用于勝利油田辛1沙一4斷塊油藏，目前提高采出程度5%以上，預期提高采收率10%以上，最終水驅(qū)采收率可達60%以上，得了較好效果，為窄屋脊斷塊油藏高效開發(fā)提供決策依據(jù)和理論指導。

表2 窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)篩選標準Table 2 Selection criteria for artificial edge water flooding in narrow ridged block reservoirs

4 結(jié)論

通過上述研究，針對窄屋脊斷塊油藏提出了人工邊水驅(qū)開發(fā)主控因素敏感性定量分析方法和判定原則，給出了窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)篩選標準，得到了以下主要結(jié)論。

(1)窄屋脊斷塊油藏大部分地層能量不平衡，含水上升快，大部分產(chǎn)量在高含水～特高含水產(chǎn)出。剩余油主要位于構(gòu)造高部位，具有井間潛力大、再次富集較快等特點，適合人工邊水驅(qū)挖潛。

(2)依據(jù)各因素水平與基準模型在不同含水率級別開發(fā)條件下采出程度差異|ΔEr|的大小，將各因素的敏感程度劃分為4個級別：極敏感時|ΔEr|>10%，次敏感時3%<|ΔEr|≤10%，微敏感時0.5%<|ΔEr|≤3%，不敏感時|ΔEr|≤0.5%。依據(jù)不同含水率階段|ΔEr|的變化趨勢是否一致，給出了各種情況下敏感程度的判定原則。

(3)通過對12項窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)敏感性分析的研究表明：極敏感因素主要為地質(zhì)因素和流體因素；前者包括：含油條帶寬度、地層傾角、垂向滲透率、地層有效厚度；后者包括：油水黏度比、油水密度差、毛管力。開發(fā)因素多為次敏感-微敏感因素，包括：水井位置、油水井工作制度、注采比。地質(zhì)因素中的水平滲透率是微敏感因素，水體大小是不敏感因素。

(4)依據(jù)主控因素敏感性分析研究得到的開發(fā)技術政策界限，提出了窄屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)的篩選標準，劃分了適合人工邊水驅(qū)的3類條件：滿足水驅(qū)要求為基本條件，含油條帶寬度和地層傾角等開發(fā)技術界限為必備條件，其他有利于開發(fā)因素為選擇性條件。3類條件均容易從現(xiàn)場獲得，篩選標準具有較強的可操作性。