章 威，龍 明，周焱斌，張吉磊，歐陽雨薇

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

渤海Q油田西區(qū)位于渤海灣中部海域，為曲流河沉積砂巖底水油藏，構(gòu)造幅度平緩，平均油層厚度為15 m，平均孔隙度為30%，平均滲透率為3 000 mD，地層原油黏度為260 mPa·s，原始地層壓力為11.3 MPa，飽和壓力為4.6 MPa。該區(qū)塊無夾層底水區(qū)2009年開始注水，主要采用五點(diǎn)法面積注采井網(wǎng)進(jìn)行開發(fā)。注水開發(fā)后，油藏地層壓力保持穩(wěn)定，維持在9.1 MPa左右；然而采油井的產(chǎn)油量并未出現(xiàn)明顯增加。無夾層底水油藏通過注水能否實(shí)現(xiàn)驅(qū)油難有定論。

對于無夾層底水油藏，目前主要采用天然能量開發(fā)，研究主要集中在水錐形態(tài)的描述[1-5]、臨界產(chǎn)量[6-9]、合理產(chǎn)液[10]等方面；而對于無夾層底水油藏的注水開發(fā)研究甚少，且涉及到注水開發(fā)的底水油藏一般夾層比較發(fā)育[11-24]。無夾層底水油藏能否通過注水改善開發(fā)效果在業(yè)界目前尚無定論，因此，研究無夾層底水油藏能否利用注水進(jìn)行開發(fā)很有必要。利用滲流力學(xué)[25]基本公式進(jìn)行推導(dǎo)，得到無夾層底水油藏注水實(shí)現(xiàn)驅(qū)油或者保壓的理論公式，并建立理論圖版，為同類油田的注水開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 無夾層底水油藏注水公式推導(dǎo)

假設(shè)某無夾層底水油藏有1口注水井(油層頂部注水)和1口采油井(油層頂部采油)?？紤]注入水在平面上為平面徑向流，由Buckley-Leveret方程[20]可知，水驅(qū)油前緣距離注水井的水平距離為：

(1)

將式(1)進(jìn)行變換，可求得注入水在平面上到達(dá)采油井所需要的時(shí)間為：

(2)

式中：T為注入水在平面上到達(dá)采油井所需要的時(shí)間，d；L為注采井距，m。

在垂向上，假設(shè)注入水為單相滲流，由達(dá)西定律[25]可知：

(3)

式中：v1為注入水垂向最大滲流速度，cm/s；u1為注入水真實(shí)最大垂向速度，cm/s；KL為垂向滲透率，mD；μw為注入水黏度，mPa·s；p為壓力，MPa；y為注入水垂向流動(dòng)距離，m。

由于垂向上注入水滲流的動(dòng)力為油、水的重力差，即：

dp=(ρw-ρo)gdy

(4)

式中：ρw為注入水密度，g/cm3；ρo為地層原油密度，g/cm3；g為重力加速度，m/s2。

聯(lián)立式(3)、(4)，可得：

(5)

注入水到達(dá)底水所需要的最短時(shí)間為：

(6)

式中：tmin為注入水到達(dá)底水所需要的最短時(shí)間，d。

在垂向上，假設(shè)注入水活塞式驅(qū)油，由活塞式水驅(qū)油理論[20]可知：

(7)

式中：v2為注入水垂向最小滲流速度，cm/s；μo為地層油黏度，mPa·s。

注入水的滲流速度與水質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)的真實(shí)速度的關(guān)系式為：

(8)

式中：u2為注入水真實(shí)最小垂向速度，cm/s。

聯(lián)立式(7)、(8)，可得：

(9)

將式(9)分離變量并積分可以求得注入水到達(dá)底水所需要的時(shí)間為：

(10)

式中：tmax為注入水到達(dá)底水所需要的最長時(shí)間，d。

此時(shí)間即為注入水到達(dá)底水所需要的最長時(shí)間(考慮注入水為活塞式驅(qū)油)。

如果T

(11)

如果T>tmax，即表示注入水在平面上到達(dá)采油井所需要的時(shí)間大于垂向上到達(dá)底水所需要的最長時(shí)間，則表明注入水全部都進(jìn)入到底水中，注水僅起到了保持地層壓力的作用。聯(lián)立式(2)、(10)，可得：

(12)

式(11)、(12)即為無夾層底水油藏注入水驅(qū)油或者保壓的理論公式。

2 注水開發(fā)圖版的建立

在井組產(chǎn)液量一定的情況下，根據(jù)式(11)、(12)，可繪制注采比與注采井距之間的2條關(guān)系曲線。2條曲線將繪圖區(qū)劃分為3類區(qū)域：第1類為“注入水全部保壓”的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的注采井組注入水全部流向底水，僅起到維持地層壓力的作用；第2類為“注入水部分保壓部分驅(qū)油”的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的注采井組注入水一部分流向底水，起到保壓的作用，另一部分流向采油井，起到驅(qū)油的作用；第3類為“注入水全部驅(qū)油”的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的注采井組注入水全部流向采油井，起到了完全驅(qū)油的作用。據(jù)此形成無夾層底水油藏注水開發(fā)理論圖版(圖1)。

該圖版的適用條件：①無夾層注水開發(fā)底水油藏；②井網(wǎng)完善，有注有采；③注水井頂部注水，采油井頂部采油。

為了盡可能地實(shí)現(xiàn)無夾層底水油藏注入水驅(qū)油，該圖版可應(yīng)用于：①對于未開發(fā)區(qū)域，利用該圖版，可以通過方案設(shè)計(jì)的注采比優(yōu)化注采井距；②對于已開發(fā)區(qū)域，利用該圖版，可以通過目前的注采井距優(yōu)化注采比。

由該圖版可以分析得出：當(dāng)注采井距一定，隨著注采比的增大，注入水實(shí)現(xiàn)驅(qū)油的可能性越大；當(dāng)注采比一定，隨著注采井距的縮小，注入水實(shí)現(xiàn)驅(qū)油的可能性越大。因此，要實(shí)現(xiàn)注入水驅(qū)油，必須增大注采比、縮小注采井距。

3 實(shí)例應(yīng)用分析

渤海Q油田西區(qū)為底水油藏，該油藏地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 渤海Q油田西區(qū)地質(zhì)油藏參數(shù)

根據(jù)該油藏地質(zhì)參數(shù)，利用式(11)、(12)，繪制該無夾層底水油藏注水開發(fā)理論圖版(圖2)。

圖2 渤海Q油田西區(qū)無夾層底水油藏注水開發(fā)理論圖版

該油藏?zé)o夾層底水區(qū)有5個(gè)注采井組，采用五點(diǎn)法面積注采井網(wǎng)，具體參數(shù)見表2。

表2 渤海Q油田西區(qū)無夾層底水區(qū)注采參數(shù)

根據(jù)上述5個(gè)注采井組的參數(shù)，繪制投入實(shí)際注采參數(shù)后的無夾層底水油藏注水開發(fā)理論圖版(圖3)。

由圖3可以看出，5個(gè)注采井組數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在了藍(lán)色線及以下區(qū)域，即5個(gè)注采井組均位于“注入水全部保壓”的區(qū)域，表示5個(gè)注采井組通過注水無法實(shí)現(xiàn)驅(qū)油，僅能起到維持地層壓力的作用。

圖3 渤海Q油田西區(qū)投入實(shí)際注采參數(shù)后的無夾層底水油藏注水開發(fā)理論圖版

將5個(gè)注采井組注水前后的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表3所示。

表3 渤海Q油田西區(qū)無夾層底水區(qū)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

由表3可以看出，5個(gè)注采井組注水后，流壓均有不同程度上升，說明注水起到了維持地層壓力的作用；而日產(chǎn)油量基本保持不變，說明注水沒有起到驅(qū)油的作用；與理論圖版預(yù)測結(jié)論一致。通過實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了理論圖版的可靠性。

對于該油藏，后期可通過2個(gè)方面改善水驅(qū)油效果：①增大井組注采比，一方面降低采油井產(chǎn)液量，另一方面增大注水井注水量；②井間加密調(diào)整井，縮小注采井距。

4 結(jié) 論

(1) 建立了無夾層底水油藏注入水驅(qū)油或者保壓的理論公式，并依據(jù)公式形成理論圖版。

(2) 無夾層底水油藏要實(shí)現(xiàn)注入水驅(qū)油，必須增大注采比、縮小注采井距。

(3) 以渤海Q油田西區(qū)無夾層底水油藏為例，實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該理論圖版的可靠性。該圖版可用于指導(dǎo)類似油田的注水開發(fā)。