葛麗珍, 王公昌, 張 瑞, 張 烈, 張俊廷
(中海石油 (中國(guó))有限公司天津分公司, 天津 300459)
水驅(qū)油田開(kāi)發(fā)后期,油田主力層普遍水淹,呈現(xiàn)出底部、中部、頂部水淹以及多段水淹等多種水淹模式[1-3]。如何精準(zhǔn)表征儲(chǔ)層中的水淹層,是制定高含水階段射孔原則的基礎(chǔ)。水淹層解釋方法一般以阿奇公式為基礎(chǔ),結(jié)合儲(chǔ)層物性以及動(dòng)態(tài)資料,反演計(jì)算表征水淹層的參數(shù),達(dá)到定量表征水淹級(jí)別的目的[4-5]。由于儲(chǔ)層具有非均質(zhì)性,各主力層驅(qū)替程度不一,高含水期驅(qū)油效率多分布在10%~45%,存在較大的提升空間[6-8]。S油田位于渤海遼東灣海域,為大型披覆背斜整裝稠油油田,其沉積類型為三角洲前緣沉積,平均滲透率2 800 mD,平均孔隙度 32%,黏度分布在 24~425 mPa·s。在一次綜合調(diào)整時(shí)期,以測(cè)井解釋資料為基礎(chǔ),劃分了水淹級(jí)別類型,制定了適當(dāng)避射強(qiáng)水淹層的射孔原則以降低層間干擾、擴(kuò)大波及體積[9]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要開(kāi)展了變密度射孔、邊底水油藏避射等技術(shù)研究,為控制含水率上升、提高開(kāi)發(fā)效果提供了理論基礎(chǔ)[10-14],但針對(duì)常規(guī)水驅(qū)油藏強(qiáng)水淹層級(jí)別細(xì)化以及相應(yīng)避射原則的研究較少。同時(shí),經(jīng)長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)后,儲(chǔ)層滲流阻力發(fā)生改變,而針對(duì)此情形射孔原則的研究也較為少見(jiàn)。因此,對(duì)于S油田長(zhǎng)期水驅(qū)開(kāi)發(fā)、強(qiáng)水淹層段顯著增加的問(wèn)題,傳統(tǒng)水淹層級(jí)別劃分與基于傳統(tǒng)水淹級(jí)別的射孔原則已不能適用于當(dāng)前開(kāi)發(fā)階段調(diào)整井射孔需求。如何細(xì)化水淹級(jí)別劃分進(jìn)而有效避射,直接決定了油井投產(chǎn)初期的產(chǎn)能、含水率的上升速度、油藏的采收率和經(jīng)濟(jì)效益。
為此,筆者以室內(nèi)試驗(yàn)和測(cè)井解釋資料為基礎(chǔ),在分析傳統(tǒng)水淹級(jí)別劃分的基礎(chǔ)上,利用滲流阻力系數(shù)、低效注入水定量評(píng)價(jià)射孔驅(qū)油效率界限,建立了不同黏度下高含水階段水淹級(jí)別的細(xì)化劃分標(biāo)準(zhǔn),以指導(dǎo)強(qiáng)水淹級(jí)別下儲(chǔ)層射孔方案的制定。
一次綜合調(diào)整時(shí)期,S油田采用電阻率反演法解釋水淹層,計(jì)算驅(qū)油效率的公式為[15-17]:
式中:η為驅(qū)油效率,%;Soi為原始含油飽和度;為目前平均含油飽和度。
依照測(cè)井解釋規(guī)范[18],S油田不同區(qū)塊原油黏度差異較大,高部位和低部位對(duì)應(yīng)的平均黏度分別為 60 和 150 mPa·s,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況,針對(duì)上述2種地層原油黏度分別制定了水淹級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1)。在中低含水階段,采用對(duì)未水淹和中低水淹層射孔,避射強(qiáng)水淹層的射孔原則。
表1 S油田一次綜合調(diào)整時(shí)期傳統(tǒng)水淹級(jí)別劃分Table 1 Traditional classification of water flooded level in primary comprehensive adjustment period of S Oilfield
為明確高含水階段不同注入量下含水率和驅(qū)油效率的變化規(guī)律,分析了S油田大量巖心水驅(qū)油一維物理模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。從圖1可以看出,驅(qū)油效率升高的階段主要在高含水階段,含水率達(dá)到80%后驅(qū)油效率呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì)。從圖2可以看出,隨著注入量增加,含水率增加幅度較小,敏感性變?nèi)?;隨著注入量增加驅(qū)油效率大幅提升,敏感性變強(qiáng)。
圖1 含水率與驅(qū)油效率的關(guān)系Fig.1 Relationship between water cut and displacement efficiency
圖2 含水率、驅(qū)油效率與注入量的關(guān)系Fig.2 Relationships of water cut and displacement efficiency with injected pore volume multiple
由水驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果可知,含水率達(dá)到80%以上時(shí),驅(qū)油效率仍有較大提升空間,但根據(jù)現(xiàn)有水淹級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)與避射原則,對(duì)含水率>80%儲(chǔ)層采取避射,不利于充分發(fā)揮儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)潛力。目前S油田已進(jìn)入高含水率、高采出程度的開(kāi)發(fā)階段,儲(chǔ)層普遍水淹且強(qiáng)水淹比例較高,充分考慮強(qiáng)水淹層的驅(qū)油效率提升,將有助于最大限度挖掘油田潛力。
長(zhǎng)期水驅(qū)開(kāi)發(fā)后,多層合采導(dǎo)致層間、層內(nèi)驅(qū)替不均,驅(qū)油效率級(jí)差大。多層合采時(shí),在驅(qū)油效率高的水淹層段易形成優(yōu)勢(shì)滲流通道,導(dǎo)致低驅(qū)油效率層段動(dòng)用差,造成動(dòng)態(tài)干擾。高含水后期,影響滲流阻力變化的主要因素是相對(duì)滲透率和油水黏度。因此,基于油水滲流理論求解油水兩相滲流阻力,利用滲流阻力系數(shù)進(jìn)一步量化驅(qū)油效率避射界限。一維兩相滲流的達(dá)西公式可表示為:
根據(jù)等值滲流阻力法原理,可得:
式中:Ql為產(chǎn)液量,m3/d;A為截面積,m2;L為長(zhǎng)度,m;K為有效滲透率,mD;△p為生產(chǎn)壓差,MPa;Kro為油相相對(duì)滲透率;Krw為水相相對(duì)滲透率;μo為原油黏度,mPa·s;μw為地層水黏度,mPa·s。
滲流阻力系數(shù)α可表示為:
根據(jù)式(1)和式(4),繪制滲流阻力系數(shù)和驅(qū)油效率的關(guān)系曲線,結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可以看出,驅(qū)油效率變化分為2個(gè)階段:在階段Ⅰ中,驅(qū)油效率隨滲流阻力系數(shù)下降有明顯增加,此時(shí)可通過(guò)降低阻力系數(shù)提高驅(qū)油效率;在階段Ⅱ中,驅(qū)油效率隨滲流阻力系數(shù)下降變化趨緩,說(shuō)明此時(shí)阻力系數(shù)不再是影響驅(qū)油效率的主控因素。
圖3 驅(qū)油效率與阻力系數(shù)的關(guān)系Fig.3 Relationship between displacement efficiency and resistance coefficient
為進(jìn)一步識(shí)別驅(qū)油效率增幅趨緩界限,繪制了驅(qū)油效率與阻力系數(shù)導(dǎo)數(shù)關(guān)系曲線,結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4可以看出,當(dāng)驅(qū)油效率達(dá)到35%~40%后,阻力系數(shù)導(dǎo)數(shù)變化微小,驅(qū)油效率不再因含水率上升而變化,即驅(qū)油效率的干擾界限為35%~40%。
圖4 驅(qū)油效率與阻力系數(shù)導(dǎo)數(shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between oil displacement efficiency and resistance coefficient derivative
當(dāng)流體黏度一定時(shí),滲流阻力系數(shù)主要受滲透率影響,參考滲透率突進(jìn)系數(shù)評(píng)價(jià)方法[5],提出采用阻力突進(jìn)系數(shù)表征干擾強(qiáng)度。阻力突進(jìn)系數(shù)的定義為:
式中:Ti為阻力突進(jìn)系數(shù);和αmin分別為儲(chǔ)層平均阻力系數(shù)和最小阻力系數(shù),mD/(mPa·s)。
根據(jù)式(5)繪制了阻力突進(jìn)系數(shù)與驅(qū)油效率的關(guān)系曲線,如圖5所示。從圖5可以看出:Ti越大,強(qiáng)水淹段越易干擾其他儲(chǔ)層段;當(dāng)Ti>10時(shí),曲線快速變化,干擾嚴(yán)重;當(dāng)3≤Ti≤10時(shí),曲線變化趨于平緩,干擾較為明顯;當(dāng)Ti<3時(shí),曲線變化不明顯,干擾幾乎消失。
圖5 不同驅(qū)油效率下阻力突進(jìn)系數(shù)Fig.5 Resistance breakthrough coefficient under different displacement efficiencies
注水效率是指注入1倍孔隙體積水的驅(qū)油效率增加值[19-21],其小于5%時(shí)表示注入水在儲(chǔ)層中的循環(huán)為低效循環(huán)。
結(jié)合S油田主力層滲透率和流體性質(zhì),選取S油田原油黏度為60 mPa·s的驅(qū)油效率試驗(yàn)結(jié)果,繪制了不同滲透率巖心注水效率與驅(qū)油效率的關(guān)系曲線,如圖6所示。從圖6可以看出,隨著驅(qū)油效率不斷提高,注水效率明顯降低,當(dāng)驅(qū)油效率超過(guò)40%~45%后,注水效率降至5%以下,注入水無(wú)效循環(huán)加劇。
圖6 不同滲透率巖心注水效率與驅(qū)油效率的關(guān)系Fig.6 Relationship between water injection efficiency and displacement efficiency of cores with different permeability
綜上所述,巖心驅(qū)油效率達(dá)到40%后,注水效率明顯降低,易動(dòng)用剩余油驅(qū)替較為均勻,注入水對(duì)難動(dòng)用剩余油驅(qū)替效果明顯降低,注入水易形成低效循環(huán)。
S油田不同區(qū)塊原油黏度差異較大,黏度不同也會(huì)導(dǎo)致干擾界限和注入水低效循環(huán)驅(qū)油效率界限存在差異。
結(jié)合稠油油藏高含水期開(kāi)發(fā)規(guī)律,主要考慮消除注入水低效循環(huán)。當(dāng)注水效率在5%左右時(shí),注水效率曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn),驅(qū)油效率大于該拐點(diǎn)后,則出現(xiàn)注入水低效循環(huán),故以該拐點(diǎn)作為驅(qū)油效率界限。分析不同黏度原油注水效率與驅(qū)油效率的關(guān)系可知,高部位注入水低效循環(huán)的驅(qū)油效率界限為45%,低部位注入水低效循環(huán)的驅(qū)油效率界限為35%(見(jiàn)圖7)。
圖7 不同黏度原油注水效率與驅(qū)油效率的關(guān)系Fig.7 Relationship between water injection efficiency and displacement efficiency of crude oil with different viscosity
為提高水淹程度的評(píng)價(jià)質(zhì)量,基于以上驅(qū)油效率差異和注入水低效循環(huán)研究,結(jié)合傳統(tǒng)水淹級(jí)別類型,將含水率超過(guò)80%的強(qiáng)水淹級(jí)別細(xì)化為4個(gè)級(jí)別,制定了S油田整體水淹狀況下的水淹級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表2。
表2 S油田水淹級(jí)別精細(xì)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Fine classification of water flooded level in S Oilfield
基于水淹級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn),制定S油田強(qiáng)水淹層避射原則:對(duì)該油田構(gòu)造高部位驅(qū)油效率在30%~45%的層段射孔,驅(qū)油效率大于45%層段采取避射措施;對(duì)該油田構(gòu)造低部位區(qū)域驅(qū)油效率在20%~35%的層段射孔,驅(qū)油效率大于35%層段采取避射措施。施工過(guò)程中,防砂段間需保證一定間隔距離,可基于工程需要避射一定厚度油層。
G1S2井位于S油田低部位,鉆遇油層52.5 m,地層原油黏度 150 mPa·s,因原井出砂側(cè)鉆,側(cè)鉆前含水率94%,日產(chǎn)油量8 m3。按照水淹級(jí)別分類,鉆遇油層中強(qiáng)水淹層占比為47%,強(qiáng)水淹層中III、IV、V、VI級(jí)占比分別為10%、13%、15%、62%。該井的射孔方案為:對(duì)驅(qū)油效率大于35%的層段采取避射措施,除工程原因犧牲油層外,其余層段全部射開(kāi),如圖8所示。
圖8 G1S2井射孔方案示意Fig.8 Perforation scheme of Well G1S2
投產(chǎn)后,G1S2井含水率85%,日產(chǎn)油量55 m3,含水率84%,與側(cè)鉆前相比含水率下降10百分點(diǎn),日產(chǎn)油量增加近47 m3,控水增油效果顯著(見(jiàn)圖9)。
圖9 G1S2井生產(chǎn)曲線Fig.9 Production curve of Well G1S2
截至目前,S油田近3年在10口側(cè)鉆定向井根據(jù)上述避射原則射孔,與側(cè)鉆前相比,平均含水率降低8百分點(diǎn),投產(chǎn)初期日增油量達(dá)200 m3,累計(jì)增油量達(dá)7.24×104m3,取得了較好的開(kāi)發(fā)效果。
1)基于滲流阻力系數(shù)和注入水低效循環(huán)量化評(píng)價(jià),綜合判斷得到原油黏度分別為60和150 mPa·s時(shí),驅(qū)油效率大于45%和35%的層段易形成優(yōu)勢(shì)滲流通道,在多層合采時(shí)干擾低驅(qū)油效率層段。
2)針對(duì)高含水后期開(kāi)發(fā)階段油田,將強(qiáng)水淹層段細(xì)分為4個(gè)級(jí)別,結(jié)合中低水淹級(jí)別劃分類型,將S油田水淹級(jí)別細(xì)化為6級(jí)(Ⅰ、Ⅱ、III、IV、V、Ⅵ)。驅(qū)油效率界限受原油黏度差異影響,針對(duì)不同黏度原油的避射原則為:對(duì)于黏度60 mPa·s的原油,避射驅(qū)油效率大于45%的層段;對(duì)于黏度150 mPa·s的原油,避射驅(qū)油效率大于35%的層段。
3)高含水階段稠油油藏驅(qū)油效率具有較大提升空間,避射僅是提高低動(dòng)用儲(chǔ)層驅(qū)油效率的手段之一,綜合利用調(diào)剖調(diào)驅(qū)、卡水、提高有效驅(qū)替壓力梯度等手段,可進(jìn)一步改善油田開(kāi)發(fā)效果。