張 東，李豐輝，馮 鑫，劉春志，王 芳

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

底水油藏水平井已廣泛應(yīng)用于海陸油田新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)和老區(qū)調(diào)整挖潛中，開發(fā)技術(shù)及開發(fā)水平也日趨成熟。底水油藏開發(fā)過程中，由于受強(qiáng)底水、油層厚度低、地層原油黏度大、隔夾層分布復(fù)雜等因素影響，底水油藏水平井開發(fā)效果差異大，且底水油藏“先肥后瘦”的開發(fā)策略導(dǎo)致底水油田開發(fā)中后期剩余儲量品質(zhì)差、動用難度大，油田內(nèi)部儲量挖潛方向及開發(fā)界限亟需突破[1-5]。

目前針對底水油藏開發(fā)效果影響因素的研究多集中于水平井長度、原油黏度、油層厚度、避水高度、采液速度以及滲透率等方面，而忽略了底水厚度對底水油藏開發(fā)效果的影響；同時，在研究過程中通常采用數(shù)值模擬法進(jìn)行油藏指標(biāo)預(yù)測[4-10]，對于厚層底水油藏，在地質(zhì)模型建立中為減少模型網(wǎng)格數(shù)，僅部分厚度水層建在模型中，數(shù)值模擬分析過程中常采用“某一底水厚度+水體”的方式表征底水油藏。底水厚度取值并不明確，影響了底水油藏開發(fā)動態(tài)認(rèn)識和指標(biāo)預(yù)測，甚至是開發(fā)界限認(rèn)識[11-15]。

為了研究底水油藏水平井開發(fā)過程中底水厚度對開發(fā)效果的影響，準(zhǔn)確表征數(shù)值模擬中底水油藏的特征，通過數(shù)值模擬與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的方法，開展底水厚度對底水油藏開發(fā)影響規(guī)律及機(jī)理研究，為進(jìn)一步提高底水油田儲量動用程度提供依據(jù)。

1 底水厚度對水平井開發(fā)指標(biāo)影響

1.1 機(jī)理模型設(shè)計

渤海某油田底水油藏生產(chǎn)動態(tài)表明，館陶組厚

層底水油藏及明化鎮(zhèn)組底水油藏天然能量充足，地層壓力保持穩(wěn)定，均為底水油藏。以館陶組砂體為例，該砂體為辮狀河儲層，油藏類型為塊狀底水油藏，儲層厚度大，平均120 m，呈泛連通體，底水厚度超過100 m。

為開展底水油藏數(shù)值模擬中底水厚度對水平井開發(fā)的影響規(guī)律研究，結(jié)合油田實(shí)際油藏參數(shù)，主要參考儲層物性、油層厚度、PVT數(shù)據(jù)、相滲曲線等資料，建立符合油田實(shí)際的數(shù)值模擬模型。在數(shù)值模擬中，底水油藏主要是通過設(shè)置“某一底水厚度+水體”的方式來實(shí)現(xiàn)表征，結(jié)合流線模擬，從滲流機(jī)理的角度來分析不同底水厚度對底水油藏水平井開發(fā)產(chǎn)生的影響，如圖1所示。

圖1 底水油藏表征示意圖Fig.1 Characterization diagram of bottom water reservoir

該數(shù)值模擬模型中所加載的水體類型為Carter-Tracy解析水體，模型簡化后建模所需的關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

表1 油藏模型重點(diǎn)參數(shù)

1.2 模擬結(jié)果分析

根據(jù)表1設(shè)定參數(shù)，通過油藏數(shù)值模擬，計算了不同底水厚度下的底水油藏水平生產(chǎn)井的累產(chǎn)油指標(biāo)，如圖2所示。從圖中可以看出，不同底水厚度下，生產(chǎn)井累產(chǎn)油差別較大。說明在底水油藏數(shù)值模擬建?；蛘哳A(yù)測中，底水厚度的取值會給水平井開發(fā)指標(biāo)預(yù)測帶來較大影響，因此需要針對底水厚度取值作進(jìn)一步研究。

圖2 不同底水厚度下累產(chǎn)油與含水率曲線Fig.2 Cumulative oil production and water cut curve under different bottom water thickness

不同底水厚度條件下，垂直于底水油藏水平井的縱向水脊剖面如圖3所示。從圖中可以看出，底水厚度越薄，底水水脊半徑越大，波及體積越大，累產(chǎn)越高。如果底水油藏建模時，底水厚度模型建立偏小會造成預(yù)測結(jié)果偏樂觀；但是，隨著底水厚度增加，底水厚度對累產(chǎn)指標(biāo)的影響程度逐漸減小，因此存在影響累產(chǎn)指標(biāo)預(yù)測的臨界底水厚度值。

圖3 不同底水厚度條件下底水水脊波及范圍Fig.3 Sweep range of bottom water ridge under different bottom water thickness

以趨于定值的累產(chǎn)油為基礎(chǔ)，計算不同底水厚度下生產(chǎn)井的無因次累產(chǎn)油柱狀圖，如圖4所示。從圖中可以看出，底水厚度越小時，單井累產(chǎn)越高，隨著底水厚度增加，單井累產(chǎn)逐漸趨于定值。根據(jù)以上規(guī)律，在數(shù)值模擬中采用不同的底水厚度，預(yù)測水平井含水至98%時的累產(chǎn)油指標(biāo)，定義單井累產(chǎn)油變化小于5%時的底水厚度值為臨界底水厚度hwc，圖4中臨界底水厚度hwc為40 m。因此，在底水油藏數(shù)值模擬中，“底水厚度≥hwc+水體”才可正確表征底水油藏的開發(fā)動態(tài)認(rèn)識及指標(biāo)預(yù)測。

圖4 不同底水厚度下無因次累產(chǎn)油柱狀圖Fig.4 Dimensionless cumulative oil production histogram under different bottom water thicknes

2 底水厚度對底水油藏開發(fā)影響規(guī)律研究

2.1 底水油藏臨界底水厚度hwc圖版建立

渤海某油田明下段Ⅱ～Ⅲ油組油藏地下原油黏度為40 mPas，流體性質(zhì)較好，但砂體平均油層厚度3～4 m，油藏類型主要為底水油藏，呈現(xiàn)“油稀水薄”的特點(diǎn)，該區(qū)域探明地質(zhì)儲量大，井控程度低，地質(zhì)儲量采出程度僅8.8%，由于油藏油層厚度不滿足常規(guī)布井界限，因此該區(qū)域儲量后期調(diào)整挖潛難度極大。

為進(jìn)一步分析底水油藏薄層區(qū)域底水厚度對開發(fā)的影響規(guī)律，主要通過設(shè)定模型底部水層網(wǎng)格凈毛比的方式實(shí)現(xiàn)薄層區(qū)域的近似表征，建立模型如圖5所示，分別模擬塊狀和層狀底水油藏的底水厚度變化，以進(jìn)一步開展薄層底水油藏中不同底水厚度對開發(fā)指標(biāo)的影響規(guī)律研究。為準(zhǔn)確反映底水的滲流規(guī)律，在數(shù)值模擬中考慮流線模擬。

圖5 不同底水厚度條件下的底水油藏模型建立Fig.5 Establishment of bottom water reservoir model under different bottom water thickness

通過數(shù)值模擬疊加流線模擬(模型參數(shù)見表1)，在油層厚度20 m條件下，分別模擬了原油黏度

為30 mPa·s和350 mPa·s下底水厚度2 m和40 m對水平井開發(fā)指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出，底水厚度較大時(≥hwc)，底水滲流特征僅體現(xiàn)為縱向水脊單一作用，油井表現(xiàn)為含水上升快；底水厚度較小時(

根據(jù)以上分析，針對渤海某油田，通過數(shù)值模擬建立了地下原油黏度為30～350 mPa·s不同油層厚度及不同底水厚度條件下的臨界底水厚度圖版，如圖7所示。從圖中可以看出，不同流體性質(zhì)底水厚度對底水油藏開發(fā)的影響不同，原油黏度越小，特征曲線斜率越大，底水厚度影響越大；從曲線形態(tài)分析規(guī)律上看，一定油層厚度范圍內(nèi)，底水臨界厚度與油層厚度呈較好的線性關(guān)系。因此，對于塊狀底水油藏，當(dāng)?shù)姿穸却笥谂R界底水厚度時(厚層底水油藏)，底水油藏建?；驒C(jī)理模型研究分析時底水厚度要>hwc；對于層狀底水油藏，當(dāng)?shù)姿穸刃∮谂R界底水厚度時(底水油藏薄層區(qū)域)，底水厚度對開發(fā)影響不可忽略，水體加載位置需要慎重考慮。

圖6 不同底水厚度和黏度對底水油藏開發(fā)影響機(jī)理研究Fig.6 Study on influence mechanism of different bottom water thickness and viscosity on bottom water reservoir development

圖7 底水油藏臨界底水厚度hwc圖版Fig.7 Critical bottom water thickness hwc chart of rigid bottom water reservoir

2.2 底水厚度對水平井布井界限影響規(guī)律

圖8 底水厚度對開發(fā)界限的影響Fig.8 Influence of bottom water thickness on development boundary

以累產(chǎn)油4×104m3為界限時，油層厚度和底水厚度值如圖9所示。常規(guī)認(rèn)識認(rèn)為底水油層厚度下限值為6.5 m，低于該下限值時布井無經(jīng)濟(jì)性。但是通過研究可以看出，如果底水厚度在4 m時，油層厚度布井下限值可以降低0.5 m；如果底水厚度在3 m時，油層厚度布井下限值可以降低1.5 m。說明底水厚度對油藏開發(fā)的影響不可忽略，當(dāng)實(shí)際油藏區(qū)域底水厚度

圖9 以累產(chǎn)油4×104 m3為界限時油層厚度和底水厚度下限值Fig.9 The lower limit of oil column height and bottom water thickness under the condition of cumulative oil production 4×104 m3

3 考慮底水厚度影響下底水油藏開發(fā)應(yīng)用實(shí)例

圖10所示為明下段某砂體A44H井區(qū)域連井剖面圖。該井油層厚度4～5 m，底水厚度2～3 m，雖然初期很快進(jìn)入特高含水期，但是累產(chǎn)卻達(dá)到了相鄰砂體一口純油區(qū)生產(chǎn)井的累產(chǎn)油水平；同時，明下段另外某一砂體的A23H井油層厚度10 m，底水厚度1 m，累產(chǎn)卻高達(dá)20×104m3，與常規(guī)底水油藏開發(fā)界限存在一定不符。分析以上原因，常規(guī)底水油藏開發(fā)界限未考慮底水厚度對開發(fā)指標(biāo)產(chǎn)生的影響，而上述2口生產(chǎn)井所在儲層的共同點(diǎn)為底水厚度較薄，由于油層厚度較薄且存在底水，生產(chǎn)井投產(chǎn)后很快進(jìn)入特高含水期，但依靠特高含水期生產(chǎn)井維持高液量生產(chǎn)，后期累產(chǎn)油水平仍然可以達(dá)到滿足開發(fā)界限的條件?；谝陨险J(rèn)識，開展A44H井所在砂體數(shù)值模擬及挖潛方案研究，在A44H井含水?dāng)M合程度較好的基礎(chǔ)上(如圖11所示)，在該砂體薄層底水(底水厚度2～3 m)且有一定儲量分布的區(qū)域(油層厚度5～6 m，不滿足常規(guī)布井界限)，分別模擬部署2口調(diào)整井，預(yù)測累產(chǎn)5.5×104～6.0×104m3，預(yù)測指標(biāo)達(dá)到布井條件。因此，該砂體后續(xù)可以調(diào)整井的方式進(jìn)一步提高儲量動用程度。

圖10 明下段砂體A44H井區(qū)域連井剖面圖Fig.10 Schematic diagram of production of well A44H in sand body of lower Ming Formation

圖11 A44H井含水率數(shù)值模擬情況Fig.11 Numerical simulation of water cut for well A44H

通過底水油藏開發(fā)界限數(shù)值模擬研究表明，底水油藏底水厚度對開發(fā)效果的影響規(guī)律認(rèn)識，改變了原來開發(fā)界限“一刀切”的局限，拓展了底水油藏開發(fā)界限。從精細(xì)認(rèn)識到精細(xì)調(diào)整挖潛，實(shí)現(xiàn)了底水油藏開發(fā)界限的再認(rèn)識，為明下段“油稀水薄”區(qū)域的未動用儲量的下一步挖潛指明了方向。該挖潛思路對低油柱底水油藏的進(jìn)一步挖潛及調(diào)整井優(yōu)化部署提供一定的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

1)通過數(shù)值模擬的方法，分析了底水厚度對開發(fā)指標(biāo)的影響規(guī)律，提出并定義了臨界底水厚度概念。結(jié)果表明，臨界底水厚度與油層厚度呈較好的 線性關(guān)系，原油黏度越小，特征曲線斜率越大，底水厚度影響越大；

2)當(dāng)?shù)姿穸鹊陀谂R界底水厚度時, 底水厚度越小, 單井累產(chǎn)油指標(biāo)越高, 越有利于底水油藏開發(fā)。以地層原油黏度30 mPas、累產(chǎn)油4×104m3為經(jīng)濟(jì)極限累產(chǎn)油為例, 針對底水厚度3 m的區(qū)域, 相比常規(guī)界限認(rèn)識, 油層厚度下限值降低1.5 m即可滿足布井條件。該認(rèn)識對低油柱薄層底水油藏的進(jìn)一步挖潛及調(diào)整井優(yōu)化部署提供一定的指導(dǎo)意義；

3)對于厚層塊狀底水油藏，底水油藏建?；驒C(jī)理模型研究分析時底水厚度需大于臨界底水厚度，水體加載位置可以是底部或者邊部位置；而對于層狀底水油藏的薄層區(qū)域，當(dāng)?shù)姿穸刃∮谂R界底水厚度時，水體加載位置需要考慮邊部位置。該臨界底水厚度值的提出，對于底水油藏的機(jī)理模型研究及實(shí)際底水油藏建模具有重要的指導(dǎo)意義。