顧浩，康志江，尚根華，張冬麗，李紅凱，黃孝特

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

近年來(lái)，塔里木盆地超深層(埋深大于6 000 m)斷控縫洞型油藏大規(guī)?？碧介_發(fā)，已提交探明石油儲(chǔ)量約4×108t，年產(chǎn)油能力達(dá)到400×104t，是塔里木盆地油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域[1-7]。超深層斷控縫洞型油藏與風(fēng)化殼及暗河縫洞型油藏不同，其典型特征為深大斷裂控儲(chǔ)控藏[8-11]，主干斷裂及其周圍孔洞和裂縫十分發(fā)育，油井產(chǎn)量普遍較高。因此，制定合理開發(fā)政策，對(duì)實(shí)現(xiàn)油藏高效開發(fā)十分重要，其中，油井合理產(chǎn)能優(yōu)化是關(guān)鍵。

前人已對(duì)不同類型油氣藏合理產(chǎn)能優(yōu)化開展了大量研究[12-17]，主要表現(xiàn)在2 個(gè)方面：其一是從不同角度理解合理產(chǎn)能的含義，如采收率最大、見水時(shí)間最晚、經(jīng)濟(jì)效益最好等；其二是用不同方法優(yōu)化合理產(chǎn)能，如系統(tǒng)試井法、無(wú)阻流量法、數(shù)值模擬法、經(jīng)驗(yàn)法等。塔里木盆地超深層斷控縫洞型油藏的縫洞組合結(jié)構(gòu)、流體流動(dòng)規(guī)律、開發(fā)特征等與傳統(tǒng)砂巖油氣藏差異大[18]，有必要基于油藏地質(zhì)與開發(fā)特征研究合理產(chǎn)能優(yōu)化。為此，本文以塔里木盆地FQ油田為例，分析超深層斷控縫洞型油藏地質(zhì)與開發(fā)特征，論述油井合理產(chǎn)能含義，建立合理產(chǎn)能優(yōu)化方法，為同類型油藏油井合理產(chǎn)能確定提供借鑒。

1 油藏特征

1.1 地質(zhì)特征

塔里木盆地FQ 油田中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖受多期次構(gòu)造作用，沿?cái)嗔褞Оl(fā)育一定規(guī)模的破碎帶，經(jīng)巖溶水、熱液等改造，形成不同空間結(jié)構(gòu)的斷控縫洞型儲(chǔ)集體(圖1)。該油田油氣主要來(lái)源于寒武系玉爾吐斯組烴源巖，沿深大斷裂垂向運(yùn)移后充注成藏。平面上，走滑斷裂呈條帶狀，走向以北東—南西向和北西—南東向?yàn)橹鳎瑢挾葹?.1～5.0 km。由于構(gòu)造作用差異，走滑斷裂具有分段性，一般可劃分為擠壓、拉張和純走滑3種斷裂樣式，不同段地震響應(yīng)特征、縫洞組合模式、儲(chǔ)集體規(guī)模、儲(chǔ)集體物性等差異較大。縱向上，通源深大斷裂和高角度裂縫十分發(fā)育，儲(chǔ)集體呈漏斗型，即淺部的縫洞型儲(chǔ)集體較深部的規(guī)模大，淺部和深部的縫洞型儲(chǔ)集體通過(guò)斷裂和裂縫溝通，縱向連通性好，局部存在一定分隔性。儲(chǔ)集層巨厚，油柱高度大于500 m，儲(chǔ)集層內(nèi)孔、洞和縫離散分布，非均質(zhì)性極強(qiáng)。目的層中奧陶統(tǒng)一間房組頂面埋深大于7 200 m，完井垂向平均深度約為7 600 m，部分井完鉆垂向深度大于8 000 m。地層壓力系數(shù)為1.12～1.20，初始油藏壓力為83～87 MPa，飽和壓力為32～36 MPa，油藏天然能量弱，水體倍數(shù)普遍小于4，油藏溫度為150～165 ℃，油藏溫度下地面脫氣原油黏度為0.2～3.0 mPa·s，地面原油密度約為0.80 g/cm3，地層原油密度為0.54～0.59 g/cm3，原油體積系數(shù)為1.8～2.3，地層原油C7+物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為18.7%～24.1%，屬于弱揮發(fā)性輕質(zhì)油藏。

圖1 FQ油田超深層斷控縫洞型油藏儲(chǔ)集體分布Fig.1.Distribution of ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield

1.2 開發(fā)特征

FQ 油田一次采油基本結(jié)束，已開始大規(guī)模注水注氣補(bǔ)能，可將一次采油可細(xì)分為初期、中期和后期3個(gè)階段。

一次采油初期，為充分利用地層彈性能量，采用自噴方式開采，儲(chǔ)集層供液能力強(qiáng)，油井產(chǎn)量高，上調(diào)油嘴尺寸，油井產(chǎn)量同步大幅度提高，平均單井日產(chǎn)油量為83 t，井口油壓為32～44 MPa。因底水能量弱、油柱高度大等，油井生產(chǎn)未見水，無(wú)水采油期可達(dá)2～5年，且大部分油井停噴前仍未見水，但單位壓降累計(jì)產(chǎn)油量較低，為0.07×104～3.09×104t/MPa，平均為0.45×104t/MPa，遠(yuǎn)低于塔河油田Z強(qiáng)底水?dāng)嗫乜p洞型油藏。

一次采油中期，因水體能量弱，又無(wú)人工補(bǔ)充能量，長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度自噴開采，導(dǎo)致FQ 油田地層壓力下降較快，引起縫洞體變形和裂縫閉合，如FQ-8 井在600 d內(nèi)裂縫導(dǎo)流能力從2 855 mD·m降至1 056 mD·m，下降幅度高達(dá)63.0%。通常2～3 年后，井口壓力和井筒壓力開始依次低于泡點(diǎn)壓力，溶解氣析出，生產(chǎn)氣油比增加約11%，達(dá)到216～494 m3/t；油井產(chǎn)量快速遞減，平均年遞減率約為30%～50%，但由于儲(chǔ)集層厚度大(大于500 m)，弱底水還未竄至井底，油井生產(chǎn)仍未見水。

一次采油后期，井底壓力和地層壓力也開始依次低于泡點(diǎn)壓力，油井產(chǎn)量急速遞減，年遞減率高達(dá)50%～80%。底水沿?cái)嗔押土芽p向上突破，油井開始見水，含水率可在7 d內(nèi)上升至約30%，通過(guò)不斷縮小油嘴尺寸降低井底流壓，短期內(nèi)能有效控制含水上升速度，但嚴(yán)重影響油井產(chǎn)量。隨著地層壓力繼續(xù)下降，大部分油井停噴，井口油壓降低為0，雖然部分油井通過(guò)轉(zhuǎn)抽還能維持生產(chǎn)，但產(chǎn)量不到初期的20%。該階段地層壓力保持程度僅為20%～30%，瀝青質(zhì)析出、油井出砂、套損等工程事件頻發(fā)，需長(zhǎng)時(shí)間修井，嚴(yán)重影響油井正常生產(chǎn)和后期轉(zhuǎn)注。對(duì)于不適合轉(zhuǎn)抽的深井及低效井，一般考慮注水注氣以快速補(bǔ)充能量，一次采油結(jié)束，油田開發(fā)進(jìn)入二次采油階段。

2 油井合理產(chǎn)能含義

在優(yōu)化油井合理產(chǎn)能前，需明確合理產(chǎn)能的含義，超深層斷控縫洞型油藏的地質(zhì)與開發(fā)特征，賦予油井合理產(chǎn)能新的內(nèi)涵。

首先，要區(qū)別產(chǎn)能與產(chǎn)量，明確合理產(chǎn)能優(yōu)化含義。產(chǎn)能是指油藏、區(qū)塊或油井的原油生產(chǎn)能力，是一個(gè)理論值，其中，油井產(chǎn)能還可用采油指數(shù)、絕對(duì)無(wú)阻流量等指標(biāo)表征。以采油指數(shù)為例，增大射孔段厚度、儲(chǔ)集層改造提高滲透率或降低表皮系數(shù)、注降黏劑降低地層原油黏度、利用水平井?dāng)U大泄油面積等措施，均能增大采油指數(shù)，即提高油井產(chǎn)能。產(chǎn)量是指油藏、區(qū)塊或油井的原油生產(chǎn)數(shù)量，是一個(gè)實(shí)際值，其中，油井產(chǎn)量短期主要受油嘴尺寸或井底流壓的影響，長(zhǎng)期受地質(zhì)、開發(fā)、工程等諸多復(fù)雜因素影響，產(chǎn)能要大于產(chǎn)量。雖然產(chǎn)能與產(chǎn)量在概念上有區(qū)別，但油井合理產(chǎn)能優(yōu)化一般側(cè)重油井產(chǎn)量?jī)?yōu)化，也稱油井配產(chǎn)，因?yàn)橛途a(chǎn)能一般越大越好，但油井產(chǎn)量卻存在一個(gè)最優(yōu)值，油井產(chǎn)量?jī)?yōu)化更具有實(shí)際意義。因此，學(xué)者們常將油井合理產(chǎn)能與合理產(chǎn)量混用，但需要明確的是，最終優(yōu)化的均為油井配產(chǎn)，是一個(gè)可調(diào)控和可量化的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

其次，超深層斷控縫洞型油藏高度離散的縫洞空間組合結(jié)構(gòu)、復(fù)雜的井縫洞連通性、斷裂-裂縫主控的高壓非等溫流體多方向流動(dòng)性及初期高產(chǎn)高能特點(diǎn)決定油井初期產(chǎn)能受儲(chǔ)集層、油井和流體共同影響，因此，可從儲(chǔ)集層-油井-流體系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的角度闡述一次采油初期油井合理產(chǎn)能的含義。油井投產(chǎn)初期，儲(chǔ)集層供液能力強(qiáng)，油井產(chǎn)能高，若配產(chǎn)過(guò)低，整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)能未得到有效釋放；若配產(chǎn)過(guò)高，由于存在斷裂邊界、井間干擾、慣性阻力等因素，儲(chǔ)集層-油井-流體系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易過(guò)早引起裂縫閉合、地層堵塞、井筒損壞等問(wèn)題，導(dǎo)致油井產(chǎn)能下降。因此，超深層斷控縫洞型油藏一次采油初期油井合理產(chǎn)能的含義為儲(chǔ)集層持續(xù)充足供液、油井流動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定下對(duì)應(yīng)的最大油井產(chǎn)量，即儲(chǔ)集層-油井-流體系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)且生產(chǎn)能力得到充分發(fā)揮，若改變油井生產(chǎn)制度，如增大或減小井底生產(chǎn)壓差，整個(gè)系統(tǒng)最佳狀態(tài)將被破壞。

最后，超深層斷控縫洞型油藏一次采油中期油井合理產(chǎn)能的含義為可采儲(chǔ)量損失最少、產(chǎn)量遞減率最小、見水時(shí)間最晚等對(duì)應(yīng)的油井產(chǎn)量。一次采油后期油井合理產(chǎn)能的含義為產(chǎn)量遞減率最小、含水上升速度最慢、采收率最高等對(duì)應(yīng)的油井產(chǎn)量，且需滿足15年累計(jì)產(chǎn)油量最大。

3 油井合理產(chǎn)能優(yōu)化方法

3.1 產(chǎn)能試井法

產(chǎn)能試井法適用于一次采油初期油井合理產(chǎn)能優(yōu)化。改變油嘴尺寸，明確儲(chǔ)集層-油井-流體系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下油井產(chǎn)量與井底流壓的關(guān)系，綜合考慮縫洞組合結(jié)構(gòu)、斷裂邊界、井間干擾、流體流動(dòng)類型等對(duì)油井產(chǎn)能的影響，是了解超深層斷控縫洞型油藏油井產(chǎn)能的最佳方法?；贔Q 油田大量產(chǎn)能試井資料，結(jié)合初始靜壓數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超深層斷控縫洞型油藏產(chǎn)能試井曲線形態(tài)與常規(guī)砂巖油藏存在較大差異，具有下凸型、直線型、上翹型和臺(tái)階型4 種類型，占比依次約為60%、15%、5%和20%。

（1)下凸型 產(chǎn)能測(cè)試過(guò)程中，擴(kuò)大油嘴，提高井底生產(chǎn)壓差，油井產(chǎn)量先線性增大，隨著井底生產(chǎn)壓差進(jìn)一步提高，油井產(chǎn)量增大趨勢(shì)變緩，表現(xiàn)為采油指數(shù)降低。主要原因：當(dāng)流速較高時(shí)，除存在黏滯阻力外，還產(chǎn)生較大的慣性阻力[19]；井底流壓低，壓降范圍大，流體流動(dòng)受斷裂邊界和鄰井干擾影響。油井合理產(chǎn)能取產(chǎn)能試井曲線拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)產(chǎn)能(圖2a)，若提高油井配產(chǎn)，會(huì)改變儲(chǔ)集層-油井-流體系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)；若降低油井配產(chǎn)，不能充分發(fā)揮儲(chǔ)集層供液能力。

（2)直線型 產(chǎn)能測(cè)試過(guò)程中，擴(kuò)大油嘴，提高井底生產(chǎn)壓差，油井產(chǎn)量一直保持線性增大，未出現(xiàn)拐點(diǎn)，表現(xiàn)為采油指數(shù)不變。主要原因：井周發(fā)育規(guī)模大且邊界遠(yuǎn)的縫洞型儲(chǔ)集體，儲(chǔ)集層供液能力強(qiáng)、油井產(chǎn)能高，但由于油嘴尺寸和流體流速相對(duì)較小，一方面流體流動(dòng)還未到達(dá)邊界，受斷裂帶和鄰井干擾影響小；另一方面流體流動(dòng)過(guò)程中未產(chǎn)生較大的慣性阻力，儲(chǔ)集層-油井-流體系統(tǒng)仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。在目前測(cè)試范圍內(nèi)，油井合理產(chǎn)能取最大測(cè)試油嘴對(duì)應(yīng)產(chǎn)能(圖2b)，但需要繼續(xù)擴(kuò)大油嘴測(cè)試產(chǎn)能直至曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。

（3)上翹型 產(chǎn)能測(cè)試過(guò)程中，擴(kuò)大油嘴，提高井底生產(chǎn)壓差，油井產(chǎn)量快速增大，產(chǎn)能試井曲線上翹，表現(xiàn)為采油指數(shù)增大。此類型在常規(guī)砂巖油藏產(chǎn)能試井中罕見，之所以出現(xiàn)在超深層斷控縫洞型油藏，主要是因?yàn)榫馨l(fā)育物性較好的縫洞型儲(chǔ)集體，隨著井底生產(chǎn)壓差增大，井周新的縫洞體開啟，向井筒額外供液，流體加速流動(dòng)。在目前測(cè)試范圍內(nèi)，油井合理產(chǎn)能取最大測(cè)試油嘴對(duì)應(yīng)產(chǎn)能(圖2c)，但也需要繼續(xù)擴(kuò)大油嘴測(cè)試產(chǎn)能，直至曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。

圖2 FQ油田超深層斷控縫洞型油藏4類產(chǎn)能試井曲線及合理產(chǎn)能Fig.2.Productivity test curves and the corresponding reasonable productivity of ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield.

（4)臺(tái)階型 產(chǎn)能測(cè)試過(guò)程中，擴(kuò)大油嘴，提高井底生產(chǎn)壓差，油井產(chǎn)量先線性增大，然后不變或變化小，最后又線性增大，即中間出現(xiàn)臺(tái)階變化。主要原因：當(dāng)井底生產(chǎn)壓差增幅較大時(shí)，開始動(dòng)用遠(yuǎn)端其他儲(chǔ)集體。在目前測(cè)試范圍內(nèi)，油井合理產(chǎn)能取臺(tái)階后最大測(cè)試油嘴對(duì)應(yīng)產(chǎn)能(圖2d)。

3.2 嘴流法

油田開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，短期內(nèi)生產(chǎn)氣油比不變且油壓波動(dòng)小，油井產(chǎn)量與油嘴尺寸呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可通過(guò)優(yōu)化油嘴尺寸確定油井合理產(chǎn)能，此方法成本低且操作簡(jiǎn)單。針對(duì)超深層斷控縫洞型油藏，嘴流法適用于以下2 種情況的油井合理產(chǎn)能確定：一種是輔助產(chǎn)能試井法優(yōu)化一次采油初期油井合理產(chǎn)能；另一種是一次采油初期或中期無(wú)產(chǎn)能試井資料。

在油嘴前油壓與油嘴后回壓作用下，油氣經(jīng)過(guò)油嘴時(shí)，氣體膨脹，混合物體積流量大，但若油嘴直徑小，會(huì)導(dǎo)致油氣經(jīng)過(guò)油嘴時(shí)流速很大，可能到達(dá)臨界流動(dòng)。在臨界流動(dòng)條件下，回壓與油壓之比小于0.546 時(shí)，流量與回壓無(wú)關(guān)，只與油壓、油嘴直徑及生產(chǎn)氣油比有關(guān)，礦場(chǎng)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式[20]：

式中a、b、c——換算常數(shù)；

d——油嘴直徑，mm；

G——嘴流法產(chǎn)能指數(shù)；

pt——油壓，MPa；

qo——日產(chǎn)油量，t；

Rgo——生產(chǎn)氣油比，m3/t。

分別繪制qo與d2、lnqo與lnd的關(guān)系曲線，油井合理產(chǎn)能取曲線拐點(diǎn)處對(duì)應(yīng)產(chǎn)能，曲線斜率變化反映油井產(chǎn)能變化(圖3)。

圖3 FQ油田超深層斷控縫洞型油藏嘴流法優(yōu)化合理產(chǎn)能Fig.3.Productivity optimization by the nozzle flow method for ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield

3.3 油藏?cái)?shù)值模擬法

油藏?cái)?shù)值模擬法適用于一次采油中期和后期油井合理產(chǎn)能優(yōu)化。在一次采油中—后期，油藏測(cè)試資料較為豐富，隨著對(duì)地震、地質(zhì)、油藏、動(dòng)態(tài)等資料的深入剖析，對(duì)油藏的認(rèn)識(shí)程度逐步提高，可建立相對(duì)準(zhǔn)確的油藏地質(zhì)模型，發(fā)揮油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)在油氣開發(fā)預(yù)測(cè)與合理產(chǎn)能優(yōu)化方面的優(yōu)勢(shì)。

以解決一次采油中—后期開發(fā)矛盾為導(dǎo)向，通過(guò)優(yōu)化油井見水時(shí)間、含水率、累計(jì)產(chǎn)油量、階段采出程度、采收率等關(guān)鍵指標(biāo)，確定油井合理產(chǎn)能。例如，F(xiàn)Q-15 井與FQ-16 井屬于同一個(gè)連通井組，為解決FQ-16井一次采油后期含水率上升過(guò)快的問(wèn)題，優(yōu)化FQ-15井合理產(chǎn)能以延緩FQ-16井含水上升速度，實(shí)現(xiàn)底水均衡抬升。利用油藏?cái)?shù)值模擬法，選用見水時(shí)間差和無(wú)水采油期總累計(jì)產(chǎn)油量2個(gè)指標(biāo)，優(yōu)化FQ-15井合理產(chǎn)能(表1)。其中，當(dāng)FQ-15井日產(chǎn)液量為120 t時(shí)，F(xiàn)Q-15 井與FQ-16 井底水相對(duì)均衡抬升(圖4)，見水時(shí)間差最小，無(wú)水采油期總累計(jì)產(chǎn)油量最高，因此，推薦FQ-15井合理產(chǎn)能約為120 t/d。

圖4 油藏?cái)?shù)值模擬法方案4預(yù)測(cè)過(guò)FQ-15井—FQ-16井剖面含油飽和度分布Fig.4.Oil saturation prediction in Case No.4 with reservoir numerical simulation method

表1 FQ-15井油藏?cái)?shù)值模擬法優(yōu)化合理產(chǎn)能結(jié)果Table 1.Results of the productivity optimization with reservoir numerical simulation method for Well FQ-15

4 應(yīng)用效果

上述油井合理產(chǎn)能優(yōu)化方法在塔里木盆地FQ 油田得到廣泛應(yīng)用。采用產(chǎn)能試井法結(jié)合嘴流法優(yōu)化了一次采油初期10 口油井合理產(chǎn)能，獲現(xiàn)場(chǎng)采納并實(shí)施(表2)；采用油藏?cái)?shù)值模擬法優(yōu)化了一次采油中—后期FQ-16 井、FQ-15 井等油井合理產(chǎn)能，有效控制產(chǎn)量遞減，延緩底水上升，其中，F(xiàn)Q-16井已增加產(chǎn)油量超過(guò)3.2×104t，含水率控制在20%以內(nèi)。目前，這些方法已在其他單元推廣應(yīng)用，產(chǎn)量年遞減率小于15%，預(yù)計(jì)采收率能達(dá)到20%左右。

表2 FQ油田一次采油初期產(chǎn)能試井法及嘴流法優(yōu)化合理產(chǎn)能結(jié)果Table 2.Results of the productivity optimization with productivity test method and nozzle flow method in the initial stage of primary oil recovery in FQ oilfield

5 結(jié)論

(1)超深層斷控縫洞型油藏一次采油初期油井合理產(chǎn)能含義為儲(chǔ)集層持續(xù)充足供液、油井流動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定下對(duì)應(yīng)的最大油井產(chǎn)量；中期油井合理產(chǎn)能含義為可采儲(chǔ)量損失最少、產(chǎn)量遞減率最小、見水時(shí)間最晚等對(duì)應(yīng)的油井產(chǎn)量；后期油井合理產(chǎn)能含義為產(chǎn)量遞減率最小、含水上升速度最慢、采收率最高等對(duì)應(yīng)的油井產(chǎn)量。

(2)塔里木盆地FQ 油田超深層斷控縫洞型油藏產(chǎn)能試井曲線具有下凸型、直線型、上翹型和臺(tái)階型4 種類型，下凸型曲線油井合理產(chǎn)能取產(chǎn)能試井曲線拐點(diǎn)處對(duì)應(yīng)產(chǎn)能；直線型和上翹型曲線油井合理產(chǎn)能均取最大測(cè)試油嘴對(duì)應(yīng)產(chǎn)能，但需繼續(xù)擴(kuò)大油嘴測(cè)試產(chǎn)能直至產(chǎn)能試井曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)；臺(tái)階型曲線油井合理產(chǎn)能取臺(tái)階后最大測(cè)試油嘴對(duì)應(yīng)產(chǎn)能。

(3)油藏?cái)?shù)值模擬法適用于一次采油中期和后期油井合理產(chǎn)能優(yōu)化，以解決中—后期開發(fā)矛盾為導(dǎo)向，通過(guò)優(yōu)化油井見水時(shí)間、含水率、累計(jì)產(chǎn)油量等關(guān)鍵指標(biāo)，確定油井合理產(chǎn)能。