曲世元，姜漢橋，李俊鍵，周 宇，馬 康，常元昊

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.NTNU Nanomechanical Lab, South-Trondelog, Trondheim 7491, Norway)

0 引 言

復(fù)雜小斷塊油藏?cái)?shù)量多分布廣，在探明儲(chǔ)量中所占比例高[1]。其在地質(zhì)和開(kāi)發(fā)因素的共同影響下[2-5]，雖注采流線流場(chǎng)穩(wěn)定，水驅(qū)受限，但仍具有較大的開(kāi)發(fā)潛力。目前針對(duì)復(fù)雜小斷塊油藏剩余油(高部位閣樓油、斷層夾持剩余油、邊角剩余油)[6]提高采收率的措施主要有不穩(wěn)定注水[7]、注氣吞吐[8-10]、水氣交替注入[11-12]和氣體輔助重力驅(qū)[13]?，F(xiàn)有的措施專(zhuān)注于單純利用注水或注氣進(jìn)行挖潛，均難以高效地動(dòng)用區(qū)塊內(nèi)剩余油。而在當(dāng)今低油價(jià)的形勢(shì)下，新井經(jīng)濟(jì)效益差。為提高復(fù)雜小斷塊油藏剩余油整體動(dòng)用效果，亟需形成低成本高效率的開(kāi)發(fā)方式，以提高剩余油整體動(dòng)用效果?；诋?dāng)前井網(wǎng)實(shí)際，借助數(shù)模手段，進(jìn)行了水驅(qū)輔助注氣吞吐開(kāi)發(fā)方式研究。一方面，從8個(gè)地層基本參數(shù)出發(fā)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)極限換油率和悶井效率對(duì)該方法的油藏適應(yīng)性進(jìn)行分析，以篩選出適合的油藏；再利用單因素、正交實(shí)驗(yàn)結(jié)合響應(yīng)面分析方法，對(duì)注采比等注入?yún)?shù)進(jìn)行影響因素分析，進(jìn)而確定其技術(shù)界限，最后利用勝利油田a-7區(qū)塊對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證。

1 水驅(qū)輔助注氣吞吐開(kāi)發(fā)模式探索

復(fù)雜小斷塊油藏由于其含油面積小，一般僅存在頂部及底部2口生產(chǎn)井，剩余油主要集中在頂部以及腰部。文中設(shè)計(jì)為高部位注氣吞吐，形成人工氣頂，動(dòng)用構(gòu)造高部位剩余油，改變水驅(qū)流場(chǎng)，同時(shí)，低部位水驅(qū)加速氣頂形成，增強(qiáng)低部位剩余油動(dòng)用。

基于復(fù)雜小斷塊油藏基本地質(zhì)特征建立理想模型，模型傾角為15 °，模型面積為0.12 km2，屬于帶傾角的條帶狀小斷塊模型。網(wǎng)格平面尺寸為40×120，縱向上劃分為5個(gè)層，默認(rèn)高部位井距離構(gòu)造頂部為100 m，低部位井距離構(gòu)造底部為100 m，井距為400 m。模型孔隙度為25%，平面滲透率為500 mD，縱向滲透率為50 mD，儲(chǔ)層厚度為10 m，原始地層壓力為15 MPa。模型的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)方式為：2口井衰竭開(kāi)采至合理生產(chǎn)壓差后，底部井開(kāi)始注水提供能量，轉(zhuǎn)為水驅(qū)開(kāi)發(fā)直到含水率達(dá)到90%?；A(chǔ)開(kāi)發(fā)方案結(jié)束后，采出程度為29.74%，水驅(qū)后的剩余油主要集中在構(gòu)造高部位，但井間可動(dòng)油的動(dòng)用并不完全。

基于該模型，設(shè)計(jì)了水氣注入速度比、階段二與階段一增壓比及注采比3因素2水平的方式，判斷各個(gè)階段中是否需要注水，并最終確定水驅(qū)輔助注氣吞吐的最優(yōu)工作模式。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。評(píng)價(jià)指標(biāo)為達(dá)到極限生產(chǎn)條件下所對(duì)應(yīng)的采收率。

表1 3因素2水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用極差法對(duì)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析可知，在頂部井注氣吞吐的各階段均需要進(jìn)行底部井的注水輔助，當(dāng)各階段底部井都進(jìn)行注水輔助時(shí)，開(kāi)發(fā)效果達(dá)到最優(yōu)。

水驅(qū)輔助注氣吞吐最優(yōu)的工作模式示意圖如圖1所示，階段一為頂部井注氣底部井注水，同時(shí)補(bǔ)充能量；階段二與階段三均屬于頂部井悶井階段，階段二底部仍繼續(xù)注水增能，階段三底部井關(guān)井，轉(zhuǎn)化為整個(gè)區(qū)塊的純悶井階段；階段四為開(kāi)采階段，人工氣頂形成后，底部井注水輔助，頂部井開(kāi)采原油。

進(jìn)一步利用典型模型將所得到的最優(yōu)工作模式與常規(guī)措施(后續(xù)水驅(qū)以及注氣吞吐)下的開(kāi)發(fā)效果進(jìn)行對(duì)比，數(shù)值模擬統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，水驅(qū)輔助注氣吞吐的開(kāi)發(fā)效果明顯優(yōu)于其他2種開(kāi)發(fā)措施，高部位剩余油被有效動(dòng)用，井間剩余油也進(jìn)一步得到了動(dòng)用，即水驅(qū)輔助注氣吞吐具有良好的提高采收率效果。

表2 不同措施開(kāi)發(fā)效果對(duì)比

2 水驅(qū)輔助注氣吞吐油藏適應(yīng)性及技術(shù)界限研究

2.1 油藏適應(yīng)性分析

基于典型模型，通過(guò)改變儲(chǔ)層的物性參數(shù)，評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)油藏的人工氣頂形成速度及換油率，以經(jīng)濟(jì)極限換油率和悶井時(shí)間為水驅(qū)輔助注氣吞吐開(kāi)發(fā)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

對(duì)于目前注氣開(kāi)發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)施工的注氣成本為1.65 元/m3，其中，注氣設(shè)備成本為0.65 元/m3，人工費(fèi)為1.00 元/m3；注入氣的體積系數(shù)為0.005 m3/m3，以油價(jià)50.00美元/桶(折合人民幣為2 187.50 元/m3)，國(guó)內(nèi)斷塊油藏(勝利油田為例)一般性注水開(kāi)發(fā)油藏原油平均成本為1 093.75 元/m3，以簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)極限折算，即人工氣頂驅(qū)注氣開(kāi)發(fā)盈利為0時(shí)，利用式(1)可以得到換油率經(jīng)濟(jì)下限為0.3。

(1)

式中：ω下限為換油率經(jīng)濟(jì)下限，m3/m3；No為累計(jì)產(chǎn)油量，m3；NinjG為累計(jì)注氣量，m3；Bg為氣相體積系數(shù)，m3/m3。

2.1.1 單因素分析

經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，選取了可能影響換油率及氣頂形成時(shí)間(形成穩(wěn)定氣頂所需要的悶井時(shí)間)的主要8個(gè)油藏物性參數(shù)(傾角、水平滲透率、原油黏度、垂向與水平滲透率比值、油氣密度差、儲(chǔ)層厚度、韻律性以及斷塊形狀)。不同參數(shù)的影響效果如圖2所示。逐一分析不同參數(shù)對(duì)換油率及氣頂形成時(shí)間的影響(藍(lán)線表示換油率，換油率應(yīng)高于藍(lán)色虛線；紅線表示氣頂形成時(shí)間，悶井時(shí)間應(yīng)低于紅色虛線，取二者交集，可得合理范圍)，可以得到對(duì)應(yīng)的油藏篩選條件。

2.1.2 關(guān)聯(lián)性分析

利用各個(gè)元素之間變化趨勢(shì)的相似性和相異性確定對(duì)應(yīng)元素之間關(guān)聯(lián)程度(灰色關(guān)聯(lián)度)的方法稱(chēng)為灰色關(guān)聯(lián)法[14-23]?；诨疑P(guān)聯(lián)法。評(píng)價(jià)不同參數(shù)對(duì)提高采收率效果的影響程度，將不同參數(shù)的變化范圍進(jìn)行歸一化處理，通過(guò)不同參數(shù)變化條件下對(duì)應(yīng)的換油率評(píng)價(jià)不同地質(zhì)參數(shù)對(duì)人工氣頂驅(qū)開(kāi)發(fā)影響的程度。不同參數(shù)的影響程度進(jìn)行排序(表3)。

表3 基于灰色關(guān)聯(lián)法評(píng)價(jià)的關(guān)聯(lián)程度

利用關(guān)聯(lián)度對(duì)影響程度進(jìn)行分級(jí)(1級(jí)，關(guān)聯(lián)度不小于0.70；2級(jí)，關(guān)聯(lián)度為0.60～0.70；3級(jí)，關(guān)聯(lián)度小于0.60)，結(jié)合不同因素的單因素分析結(jié)果，建立了適用于人工氣頂驅(qū)開(kāi)發(fā)的油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)(表4)。

表4 水驅(qū)輔助注氣吞吐油藏篩選條件

2.2 技術(shù)界限研究

進(jìn)一步利用數(shù)值模擬探索水驅(qū)輔助注氣吞吐的技術(shù)界限，研究水氣注入速度比、階段二與階段一增壓比和注采比對(duì)水驅(qū)輔助注氣吞吐開(kāi)發(fā)效果的影響，采用Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分別在低、中、高的3個(gè)水平上進(jìn)行中心復(fù)合設(shè)計(jì)，共17組實(shí)驗(yàn)。3因素3水平：氣水注入速度比(低：1.0；中：5.0；高：10.0)、階段二階段一增壓比(低：0.1；中：0.5；高：1.0)和注采比(低：0.1；中：0.5；高：0.9)。

在響應(yīng)面分析中，利用F值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果的顯著性檢測(cè)，利用p值來(lái)檢測(cè)每個(gè)回歸系數(shù)的顯著性，p值越小，表明結(jié)果越顯著。由表5可知，模型F值為19.37，p<0.05，說(shuō)明模型具有顯著的適應(yīng)性，回歸方程代表的各因素與響應(yīng)值之間的非線性方程關(guān)系是顯著的。進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算模型決定系數(shù)R2、變異系數(shù)以及信噪比評(píng)估模型的可信度[15]。模型決定系數(shù)R2為0.996，變異系數(shù)CV為1.31%，信噪比為17.379，計(jì)算結(jié)果支撐了該模型的高可信度，模型可用于預(yù)期的優(yōu)化預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)。

由表5可知，水氣注入速度比、階段二與階段一增壓比和注采比均對(duì)采收率有顯著影響，交互項(xiàng)中，注采比和階段二與階段一增壓比的交互作用對(duì)采收率有顯著影響，二次項(xiàng)中，水氣注入速度比和注采比均對(duì)采收率有顯著影響，其他p值均大于0.05，說(shuō)明其顯著性不明顯。

表5 響應(yīng)面分析

由圖3具體分析占優(yōu)區(qū)域，對(duì)于因素AB而言，氣水注入速度比為5.5～8.5時(shí)能夠取得較好的開(kāi)發(fā)效果，而階段二與階段一增壓比越小越好，為0.10～0.33時(shí)能夠達(dá)到良好效果。對(duì)于因素AC來(lái)說(shuō)，當(dāng)注采比為0.4～0.7、氣水注入速度為6.5～10.0時(shí)，水驅(qū)輔助注氣吞吐的開(kāi)發(fā)效果較好；當(dāng)注采比為0.3～0.6、階段二與階段一增壓比為0.1～0.3時(shí)整體效果最佳。綜合考慮，水驅(qū)輔助注氣吞吐的合理的技術(shù)政策界限為：氣水注入速度比為6.5～8.5，階段二與階段一增壓比為0.1～0.3，注采比為0.4～0.6。在實(shí)際油藏的開(kāi)發(fā)中，具體比例數(shù)值以及注氣速度、悶井時(shí)間和注水增壓速度依據(jù)油藏的實(shí)際開(kāi)發(fā)策略加以明確。

圖3 相關(guān)因素關(guān)系

3 實(shí)際區(qū)塊開(kāi)發(fā)效果預(yù)測(cè)

3.1 區(qū)塊概況及歷史擬合

根據(jù)上述油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)，選擇勝利油田a-7區(qū)塊進(jìn)行水驅(qū)輔助注氣吞吐開(kāi)發(fā)研究。該區(qū)塊儲(chǔ)層孔隙度為23%，儲(chǔ)層平均滲透率為295 mD，非均質(zhì)性較弱，地層傾角為14 °，有效厚度為6.1 m，夾層相對(duì)不發(fā)育，地下原油黏度為2.8 mPa·s，地下原油密度為0.78 g/cm3，油藏面積為0.16 km2，原始控制地質(zhì)儲(chǔ)量為4.10×104m3。a-7區(qū)塊僅有2口生產(chǎn)井，分別位于構(gòu)造高部位和中部位，2010年9月投入開(kāi)發(fā)，由初期的衰竭開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)換為水驅(qū)開(kāi)發(fā)方式，截至2017年7月，區(qū)塊含水率達(dá)到94%，區(qū)塊采出程度為16.53%。對(duì)所建立的數(shù)值模擬模型進(jìn)行定采液量擬合前期開(kāi)發(fā)區(qū)塊開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)，擬合率為0.975。

3.2 水驅(qū)輔助注氣吞吐開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)

依據(jù)水驅(qū)輔助注氣吞吐的開(kāi)發(fā)方案進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，并與后續(xù)水驅(qū)以及注氣吞吐進(jìn)行效果對(duì)比。模擬結(jié)果表明，水驅(qū)輔助注氣吞吐相比基礎(chǔ)水驅(qū)開(kāi)發(fā)采收率提高12.96個(gè)百分點(diǎn)，較后續(xù)水驅(qū)措施及注氣吞吐調(diào)整措施采收率提高3.27個(gè)百分點(diǎn)、1.77個(gè)百分點(diǎn)。水驅(qū)輔助注氣吞吐的提高采收率效果明顯。

對(duì)比3種開(kāi)發(fā)方式的剩余油飽和度可以發(fā)現(xiàn)(圖4)，后續(xù)水驅(qū)開(kāi)發(fā)方式始終無(wú)法動(dòng)用構(gòu)造高部位剩余油，注氣吞吐方式與水驅(qū)輔助注氣吞吐方式均能夠有效動(dòng)用高部位剩余油，相比注氣吞吐，由于有了底部注水輔助，置換下來(lái)的剩余油能夠被更好地動(dòng)用，同時(shí)，進(jìn)一步對(duì)井間部位的剩余油進(jìn)行了持續(xù)動(dòng)用，區(qū)塊整體的提高采收率效果更好。

圖4 不同調(diào)整措施開(kāi)發(fā)后剩余油飽和度

4 結(jié) 論

(1) 針對(duì)高含水期復(fù)雜小斷塊油藏剩余油分布特征，利用正交實(shí)驗(yàn)探索了水驅(qū)輔助注氣吞吐開(kāi)發(fā)模式：補(bǔ)充能量(頂部注氣底部注水)—悶井增能(頂部關(guān)閉底部注水)—悶井階段(頂?shù)兹P(guān))—開(kāi)發(fā)階段(頂部開(kāi)發(fā)底部注水)。

(2) 基于灰色關(guān)聯(lián)法明確了油藏篩選條件，并以經(jīng)濟(jì)極限換油率和悶井時(shí)間形成了該方法的油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)一步結(jié)合理論分析、單因素分析和響應(yīng)面分析明確了水驅(qū)輔助注氣吞吐技術(shù)界限。

(3) 對(duì)勝利油田a-7區(qū)塊實(shí)施水驅(qū)輔助注氣吞吐設(shè)計(jì)及效果預(yù)測(cè)，數(shù)值模擬結(jié)果表明，水驅(qū)輔助注氣吞吐能夠高效動(dòng)用高部位剩余油，同時(shí)兼顧低部位剩余油，顯著提高區(qū)塊的整體開(kāi)發(fā)效果。