復(fù)雜斷塊油藏屏障注水機(jī)理研究①

王雨，李揚(yáng)，陳存良，吳曉慧，楊明

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 塘沽 300459)

氣頂油藏在開采過(guò)程中,由于儲(chǔ)層內(nèi)的原油被采出，注入水來(lái)不及補(bǔ)充，原有的壓力平衡被打破，所以氣頂氣會(huì)侵入油藏使得油井氣竄[1]。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)氣頂油藏的開發(fā)主要分為3類[2]:①屏障注水，防止油氣互竄;②在不保持地層壓力情況下同時(shí)采油采氣，保持油氣區(qū)壓力平衡;③在保持壓力采油中保持油氣區(qū)壓力平衡。目前應(yīng)用較多的是屏障注水，所謂屏障注水[3]是指將注水井鉆于氣油界面附近，此時(shí)水和氣混合驅(qū)替油環(huán)，同時(shí)注入水可以隔離氣頂和油環(huán)，實(shí)現(xiàn)氣頂油環(huán)單獨(dú)開采。屏障注水可以有效防止油氣互竄，使得油井見氣后生產(chǎn)氣油比處于較低的水平，提高油井開發(fā)效果。前人針對(duì)屏障注水做了大量的研究，童凱軍等[4]對(duì)大氣頂窄油環(huán)油藏屏障注水開發(fā)技術(shù)適應(yīng)性進(jìn)行了研究，該油田主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積，井網(wǎng)為排狀注水的規(guī)則井網(wǎng)，認(rèn)為屏障注水與衰竭開發(fā)及常規(guī)注水相比，能顯著提高此類油藏的采收率，屏障注水比例為60%時(shí)開發(fā)效果最好。房娜等[5]對(duì)大氣頂油藏產(chǎn)能的影響因素進(jìn)行了分析，氣頂指數(shù)、儲(chǔ)層非均質(zhì)性和水平段垂向位置是影響氣竄規(guī)律的主要因素。范子菲等[6]提出油氣界面運(yùn)移是影響油藏開發(fā)效果的關(guān)鍵。但是對(duì)于復(fù)雜斷塊油藏屏障注水研究較少，為有效改善油田開發(fā)效果，有必要對(duì)復(fù)雜斷塊油藏屏障注水的開發(fā)方式進(jìn)行研究。

1 油井生產(chǎn)概況

D9H井為B油田的一口水平生產(chǎn)井，開發(fā)3-1474砂體(見圖1)，儲(chǔ)層埋深1502～1512 m，水平段長(zhǎng)度為251.5 m。該井2010年6月投產(chǎn)，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油量達(dá)到130 m3/d(見圖2)。由于注水井投產(chǎn)滯后，初期注采比僅為0.8，生產(chǎn)一段時(shí)間后該井生產(chǎn)氣油比升高到120 m3/ m3，產(chǎn)油量出現(xiàn)遞減。將注采比調(diào)整為1.1后，氣油比穩(wěn)定在原始溶解氣油比50 m3/m3左右，含水率逐漸上升到60%。2014年1月調(diào)整注采比為0.9，D9H井含水率降低至40%，產(chǎn)油量逐漸回升。2017年10月為了控制氣油比將注采比調(diào)整為1.1，調(diào)整后該井日產(chǎn)油量、氣油比保持平穩(wěn)。這是因?yàn)樽⑺臏?，氣頂氣運(yùn)移到油井處油井生產(chǎn)氣油比升高，當(dāng)加強(qiáng)注水后氣頂氣停止運(yùn)移，氣油比降低，油井含水上升。由此可見，在屏障注水的過(guò)程中，注水時(shí)機(jī)、注采比是影響油井開發(fā)效果的關(guān)鍵。

圖1 3-1474砂體含油面積 圖2 D9H井生產(chǎn)曲線

2 采用數(shù)值模擬研究屏障注水機(jī)理

為了更好地開發(fā)氣頂油藏，分別從注水時(shí)機(jī)、注水方式兩個(gè)角度對(duì)屏障注水的運(yùn)移規(guī)律、油井生產(chǎn)效果進(jìn)行深入分析，明確屏障注水提高油藏開發(fā)效果的機(jī)理?；谟吞锏牡刭|(zhì)特征，建立了一個(gè)20×50×10的氣頂油藏機(jī)理模型，xy方向網(wǎng)格步長(zhǎng)25 m，z方向網(wǎng)格步長(zhǎng)1 m，平均孔隙度為0.3，平均滲透率800×10-3μm2，初始含油飽和度為0.7。模型設(shè)置一注一采的開發(fā)井網(wǎng)進(jìn)行研究。

2.1 屏障注水時(shí)機(jī)優(yōu)化

本研究設(shè)計(jì)了兩種方案：(1)在油藏投產(chǎn)初期注水；(2)晚期注水(3a后)。開發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果見圖3。

a 含水率與采出程度關(guān)系曲線 b 氣油比曲線

從預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，早期注水的開發(fā)效果明顯好于晚期注水。因?yàn)殚_發(fā)初期注水可以快速在氣頂和油層之間形成屏障，隔離氣頂和油層，有效地抑制油井氣竄。晚期注水(3a后)前期主要利用氣頂驅(qū)動(dòng)，油井發(fā)生氣竄后，產(chǎn)油量迅速遞減，后期注水后由于壓力虧空大，油井過(guò)早水淹導(dǎo)致關(guān)井。

2.2 注水方式研究

結(jié)合油田開發(fā)特點(diǎn)，共設(shè)計(jì)了三種注水方案：(1)衰竭開發(fā)；(2)屏障注水；(3)周期性強(qiáng)弱交替屏障注水(2.0注采比半年，0.8注采比半年)(見圖4)。

圖4 不同開發(fā)方式下的氣油比曲線

由圖4可知衰竭開發(fā)氣油比持續(xù)升高，油井由于受到氣的影響早早關(guān)井，從而導(dǎo)致油藏的采出程度較低；屏障注水井位于內(nèi)外含氣邊界之間，注入水的繼續(xù)推入，會(huì)把內(nèi)含氣邊界以外的氣頂氣繼續(xù)推入油層中，造成屏障注水后氣油比繼續(xù)升高。當(dāng)屏障注入水形成水障后，氣油比呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，說(shuō)明水障起到了隔離氣頂?shù)淖饔茫蛔冏⒉杀绕琳献⑺绞綒庥捅鹊淖兓?guī)律與屏障注水類似，但最終的采出程度大于前兩個(gè)方案。這是由于在水障形成后，屏障注水除補(bǔ)充油環(huán)虧空體積外，還會(huì)將部分原油推向氣區(qū)，侵入氣頂?shù)脑筒糠忠詺堄嘤偷男问酱嬖谟诘貙又?，無(wú)法采出。長(zhǎng)期采用屏障注水也會(huì)抑制氣頂膨脹能，減緩產(chǎn)油的速度。

圖5所示屏障形成前，氣頂氣進(jìn)入油藏驅(qū)動(dòng)原油；屏障形成后，水障起到了隔離氣頂?shù)淖饔茫唤档妥⒉杀群笏系哪芰繙p弱，由于油層和氣層之間存在壓差，氣頂發(fā)生膨脹，氣、油界面向含油部分推進(jìn)，從而把原油驅(qū)替到井底；當(dāng)氣油比升高，油井產(chǎn)量降低后，提高注采比再一次形成水障控制氣竄，油井的產(chǎn)量依舊保持平穩(wěn)，因此變注采比屏障注水可以提高油藏的采收率。

圖5 周期性屏障注水運(yùn)移過(guò)程

3 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)復(fù)雜斷塊油田屏障注水的理論研究，認(rèn)為早期注水可以有效抑制油井氣竄，所以注水時(shí)機(jī)應(yīng)該盡可能選擇早期注水。

(2)研究了氣頂油藏周期性屏障注水開發(fā)機(jī)理：周期性屏障注水既能利用氣頂膨脹的能量，又能有效地利用屏障注水控制油井氣竄，使得油井見氣后生產(chǎn)油氣比處于較低的水平，提高油井開發(fā)效果。