海上邊水薄層稠油油藏天然能量分區(qū)

謝明英，閆正和，衛(wèi)喜輝，吳劉磊，張宇

（1.中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518000；2.中海油田服務(wù)股份有限公司 油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459）

中國南海東部E 稠油油藏具油層薄、構(gòu)造平緩、原油黏度高和受邊水影響較大的特征[1]，在彈性開采過程中以邊水驅(qū)動為主。由于高速開發(fā)，E 油藏高部位壓力傳導(dǎo)距離遠，邊水能量供應(yīng)不及時，導(dǎo)致能量不足，無法滿足高速開發(fā)的需要，準確確定天然能量供應(yīng)充足范圍，對不同區(qū)域的開發(fā)方式選擇具有重要意義。

目前，關(guān)于邊水油藏的天然能量評價主要集中在研究邊水活躍程度、天然能量強弱、能量分區(qū)評價等方面[2-7]。天然能量評價有物質(zhì)平衡法[8-9]、指標評價法[10-11]、數(shù)值模擬法[12-14]、物模實驗法[15]等方法，但這些方法對天然能量分區(qū)評價乏力。對于邊水薄層油藏，天然能量傳遞困難，盡管整體評價邊水能量充足，但是距離邊水過遠的區(qū)域，無法充分利用邊水能量，嚴重影響油井產(chǎn)能，因此，有必要確定天然能量供應(yīng)充足與否的分區(qū)界限。

本文以南海東部E 油藏為例，利用數(shù)值模擬方法分析各個主控因素對油井產(chǎn)能及壓力變化的影響，研究油井區(qū)域天然能量強弱，確定天然能量分區(qū)界限，并建立適用于類似油藏的分區(qū)界限圖版。對于海上依靠天然能量開發(fā)的油田，該方法有助于確定天然能量供應(yīng)充足范圍，判斷油井區(qū)域天然能量強弱，對開發(fā)初期不同區(qū)域的開發(fā)方式選擇具有指導(dǎo)意義，同時也為同類型油藏的開發(fā)提供借鑒。

1 油藏概況

E 油藏油層埋深為1 600 m，油層薄，平均厚度為5 m，探明含油面積為11 km2，油藏構(gòu)造平緩，地層傾角為1°；儲集層為長石石英砂巖，孔隙度為26%，滲透率為360 mD；油層溫度為75 ℃，地層壓力系數(shù)為1，屬于正常溫壓油藏。油藏北部低部位有較為活躍的邊水，油層為邊水驅(qū)動彈性開采。地層原油黏度為110 mPa·s，地面脫氣原油密度為0.9 g/cm3，屬于典型的邊水薄層稠油油藏。

E 油藏構(gòu)造平緩，平面邊水推進不均勻，天然能量供應(yīng)存在差異，邊水波及不到的區(qū)域產(chǎn)能低，嚴重影響油藏的開發(fā)效果。隨著油田逐步開發(fā)，高部位油井整體產(chǎn)量遞減快，井底流壓下降迅速。因此，需要研究油藏邊水能量供應(yīng)情況，進而制定相應(yīng)的開發(fā)方案，實現(xiàn)油藏高效開發(fā)。

2 主控因素選取及數(shù)值模型建立

為充分利用天然能量，實現(xiàn)油田高效開發(fā)，綜合考慮油藏特征和油井生產(chǎn)制度，分析影響天然能量供應(yīng)能力的主控因素，主要包括油井到邊水距離、水體能量、油層厚度、原油流度及采液速度[16-20]。

結(jié)合E 油藏地質(zhì)特征，利用油藏相滲資料及流體高壓物性，建立與該油藏構(gòu)造特征相似的物理模型，模型為角點網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸為50 m×50 m×1 m。通過數(shù)值模擬方法研究主控因素對天然能量供應(yīng)能力影響，模型油層厚度分別為2 m、5 m和8 m，模型中布置2口油井，設(shè)油井與邊水距離分別為200 m、600 m和1 000 m，油井分別以60 m3/d、80 m3/d、100 m3/d、120 m3/d 和140 m3/d 定產(chǎn)液量生產(chǎn)，同時在低部位的解析水體倍數(shù)分別為20、40和60，原油黏度為定值，改變儲集層滲透率來等效不同流度下生產(chǎn)情況，模擬油井生產(chǎn)動態(tài)與油藏壓力變化，研究油藏能量供應(yīng)情況。

3 數(shù)值模擬結(jié)果

利用所建模型，分別計算不同油藏條件下的分區(qū)界限，選擇原油流度、油層厚度、日產(chǎn)液量及水體倍數(shù)4 個參數(shù)，對分區(qū)界限進行單因素分析，并采用灰色關(guān)聯(lián)分析，研究4個主控因素對天然能量分區(qū)的影響程度。

3.1 天然能量分區(qū)界限

運用數(shù)值模擬方法預(yù)測在不同開采位置下油井生產(chǎn)動態(tài)與油藏壓力的變化，然后計算不同開采位置采出1%地質(zhì)儲量時的地層壓力下降值（Dpr），以該值為0.80 MPa作為能量充足與否的界限，當Dpr為0.80 MPa時，油井到邊水的距離為保證油井天然能量充足的極限距離，確定天然能量分區(qū)界限。

油層厚度為2 m，儲集層孔隙度為25%，滲透率為500 mD，邊水水體倍數(shù)為20，原油黏度為110 mPa·s，不同邊水距離的Dpr計算結(jié)果見表1。經(jīng)過擬合，Dpr為0.80 MPa 時，滿足天然能量充足的邊水極限距離為532 m，即當油井到邊水的距離不超過532 m 時，能依靠天然能量維持開采；當油井到邊水距離大于532 m后，僅依靠天然能量開采是不可行的，需要補充能量。

表1 不同邊水距離的Dpr計算結(jié)果Table 1. Dpr calculation results for different distances to edge water

3.2 單因素分析

以油層厚度5 m、儲集層滲透率500 mD、水體倍數(shù)20 的稠油油藏數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ)方案，開展單因素分析。

（1）原油流度 原油黏度一定情況下，設(shè)儲集層滲透率分別為100 mD、500 mD和1 000 mD，分析邊水極限距離隨原油流度變化規(guī)律。結(jié)果表明，當儲集層滲透率為100 mD時，井筒到邊水的極限距離為90 m；當滲透率為500 mD 時，邊水極限距離為1 339 m；當滲透率增大到1 000 mD 時，邊水極限距離則增大到2 704 m?？傊瑑瘜訚B透率直接影響流體流動能力，滲透率越大，流度越大，邊水供給的天然能量越充足，油井到邊水的極限距離越大，邊水極限距離與油藏滲透率呈正相關(guān)。

（2）油層厚度 其他條件一定，設(shè)油層厚度分別為2 m、5 m 和8 m，模擬油井到邊水的極限距離隨油層厚度的變化。結(jié)果表明，油層厚度為2 m 時，油井到邊水的極限距離為532 m；油層厚度為5 m 時，邊水極限距離為1 339 m；當油層厚度增加到8 m 時，邊水極限距離增大到2 010 m。因此，相同開采條件下，油層厚度越小，地層壓力下降越明顯，油井到邊水的距離要求更小，才能保證邊水供給的天然能量充足。

（3）日產(chǎn)液量 其他條件不變，設(shè)日產(chǎn)液量分別為60 m3、80 m3、100 m3、120 m3和140 m3，分析油井到邊水的極限距離隨油井日產(chǎn)液量變化規(guī)律，油井到邊水的極限距離依次為1 345 m、1 342 m、1 339 m、1 336 m和1 332 m。因此，在其他條件相同條件的情況下，提高油井日產(chǎn)液量，采液速度相應(yīng)提高，地層壓力下降越快，能量充足區(qū)范圍縮小，油井到邊水的極限距離相應(yīng)減??；日產(chǎn)液量由60 m3升到140 m3，油井到邊水的極限距離僅需縮短13 m，因此，日產(chǎn)液量的變化對油井到邊水的極限距離影響微弱。

（4）水體倍數(shù) 其他條件不變，設(shè)水體倍數(shù)分別為20、40 和60，模擬油井到邊水的極限距離隨水體倍數(shù)的變化。結(jié)果表明，水體倍數(shù)分別為20、40 和60時，邊水極限距離分別為1 339 m、1 475 m和1 518 m，這表明水體倍數(shù)越大，水體能量越充足，油井到邊水的極限距離越大。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是指對一個系統(tǒng)發(fā)展變化規(guī)律的定量描述和比較的方法，利用關(guān)聯(lián)度來表征各個主控因素對于結(jié)果的影響程度，關(guān)聯(lián)度越高，影響程度越大。運用此方法來分析各個主控因素對于能量分區(qū)界限的影響程度。①確定分析數(shù)列，結(jié)合405 套方案的模擬計算結(jié)果，將油井到邊水的極限距離作為結(jié)果數(shù)據(jù)列x0=x0（k），其中，k=1，2，…，n；影響結(jié)果的4 個主控因素作為比較數(shù)據(jù)列xi=xi（k），其中，i=1，2，…，m。②由于各主控因素物理意義不同，量綱不一致，采用均值化處理方法使數(shù)據(jù)無因次化。③逐個計算每個比較數(shù)據(jù)列與結(jié)果數(shù)據(jù)列對應(yīng)元素的絕對差值，每個比較數(shù)據(jù)列與結(jié)果數(shù)據(jù)列對應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)為ωi（k）。④關(guān)聯(lián)系數(shù)是比較數(shù)據(jù)列與結(jié)果數(shù)據(jù)列在各個時刻的關(guān)聯(lián)程度值，其數(shù)不止一個，而信息過于分散不便于進行整體性比較，因此，將各個時刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個值，即關(guān)聯(lián)度r0i。

式中i、k、m——連續(xù)正整數(shù)；

r0i——第i種主控因素與邊水極限距離數(shù)據(jù)列的關(guān)聯(lián)度；

x0——油井到邊水的極限距離數(shù)據(jù)列，x0=x0（k）；

xi——影響油井到邊水極限距離的第i種主控因素數(shù)據(jù)列，xi=xi（k）；

ωi（k）——比較數(shù)據(jù)列與結(jié)果數(shù)據(jù)列對應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

4 個主控因素對邊水極限距離的關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果如表2 所示，主控因素重要性排序為原油流度、油層厚度、水體倍數(shù)和日產(chǎn)液量。

表2 主控因素對邊水極限距離影響程度Table 2.Influences of controlling factors on extreme distance to edge water

3.4 天然能量分區(qū)界限圖版

根據(jù)上述研究可知，邊水極限距離受日產(chǎn)液量影響相對較小，采用線性插值方法計算出不同油藏條件下的天然能量分區(qū)界限，建立3 種水體倍數(shù)下分區(qū)界限圖版（圖1）。對于開發(fā)初期的邊水薄層稠油油藏，利用油層厚度、原油流度和水體倍數(shù)，可以快速確定該油藏中供給油井的天然能量充足與否。

圖1 不同水體倍數(shù)下天然能量分區(qū)界限圖版Fig.1.Natural energy charts for different water multiples

4 實例應(yīng)用

E油藏主力油層厚度約5 m，邊水水體倍數(shù)為20，滲透率為360 mD，平均原油黏度為110 mPa·s，原油流度為3.3 mD/（mPa·s），選擇20 倍水體天然能量分區(qū)界限圖版，確定該油藏油井到邊水的極限距離為922 m。因此，以距邊水922 m 為分界線，將油藏劃分為能量充足區(qū)和能量不足區(qū)（圖2）。

圖2 南海東部E油藏天然能量分區(qū)Fig.2.Natural energy partition of E reservoir in eastern South China Sea

能量不足區(qū)油井投產(chǎn)初期產(chǎn)量較高，投產(chǎn)后產(chǎn)量快速遞減，井底流壓快速下降，2 個月后產(chǎn)量和井底流壓趨于穩(wěn)定，且產(chǎn)量較低，整體表現(xiàn)出天然能量不足特征，通過調(diào)整開發(fā)方式，E-10井注水后，E-8井產(chǎn)液量上升，地層壓力恢復(fù)。

能量充足區(qū)油井產(chǎn)液量穩(wěn)定，含水上升快，整體表現(xiàn)出天然能量充足的特征。計算結(jié)果與油田生產(chǎn)動態(tài)相符合，驗證了該圖版的可靠性。

5 結(jié)論

（1）利用數(shù)值模擬方法研究油藏天然能量充足范圍，提出以采出1%地質(zhì)儲量壓降0.80 MPa 時，油井到邊水的極限距離作為天然能量充足的界限，建立了不同水體倍數(shù)下的天然能量分區(qū)界限圖版。

（2）影響油井到邊水極限距離的主控因素有原油流度、油層厚度、日產(chǎn)液量和水體倍數(shù)。油藏滲透率越大，油層越厚，邊水越活躍，采液速度越慢，天然能量供應(yīng)充足范圍越大，油井到邊水的極限距離越大；其中原油流度影響最大，其次為油層厚度，日產(chǎn)液量影響最小。

（3）應(yīng)用20 倍水體天然能量分區(qū)界限圖版，確定E 稠油油藏天然能量分區(qū)界線，即油井到邊水的距離為922 m，計算結(jié)果與區(qū)域油井實際生產(chǎn)動態(tài)相符，說明該圖版可靠，可供同類型油藏借鑒。