渤中BZ 油田沙二段注水時(shí)機(jī)研究及應(yīng)用

凌浩川，吳 錚，孫 強(qiáng)，王記俊，趙 卓

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

合理注水時(shí)機(jī)的確定對(duì)油藏注水開發(fā)至關(guān)重要。注水時(shí)間早，油藏可延長自噴采油期以及提高油井產(chǎn)量；但是，早期注水相對(duì)晚期注水投資大、油井無水采油期縮短、不能充分利用油藏天然能量。注水時(shí)間晚，可以充分利用油藏的天然能量，減少注水投資；但是，地層原油脫氣后，原油黏度升高，會(huì)降低水驅(qū)開發(fā)的效果。低滲透油藏大多數(shù)彈性能量低、滲流阻力大，加之應(yīng)力敏感效應(yīng)，油井投產(chǎn)后壓力和產(chǎn)量下降快，并且壓力、產(chǎn)量降低后恢復(fù)起來十分困難［1-4］。因此陸地低滲透油田一般主張超前注水以降低低滲儲(chǔ)層應(yīng)力敏感效應(yīng)對(duì)注水開發(fā)的影響，提高油井的產(chǎn)液能力［5-7］。對(duì)于異常高壓低滲油藏注水一般主張?jiān)缙诔浞掷锰烊荒芰块_發(fā)，當(dāng)壓力系數(shù)降至一定程度后才開始注水補(bǔ)充地層能量，但是關(guān)于異常高壓注水時(shí)機(jī)的選擇也沒有統(tǒng)一的定論，一般而言當(dāng)?shù)貙訅毫抵领o水壓力左右開始注水［8-9］。渤中BZ 油田沙二段屬于異常高壓低滲油藏，油藏平均埋深3 300 m，原始地層壓力46.9 MPa，壓力系數(shù)1.42。在充分調(diào)研陸地異常高壓低滲油藏注水時(shí)機(jī)的基礎(chǔ)上，綜合考慮低滲儲(chǔ)層應(yīng)力敏感、注采壓差以及水驅(qū)采收率，開展油田的注水時(shí)機(jī)研究。

1 相似油田調(diào)研

通過對(duì)陸上相似油田的調(diào)研分析可知：對(duì)于異常高壓一般低滲透油藏，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档届o水柱壓力或飽和壓力附近時(shí)注水時(shí)機(jī)最佳，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆抵领o水柱壓力0.8 倍時(shí)開始注水的油藏水驅(qū)開發(fā)效果明顯較差（見表1）。

表1 異常高壓油田開發(fā)狀況簡表[10]

渤中BZ 油田沙二段儲(chǔ)層平均滲透率31.5×10-3μm2，原始地層壓力系數(shù)1.42，也屬于異常高壓一般低滲透油藏，注水時(shí)機(jī)的選擇對(duì)水驅(qū)開發(fā)效果影響較大。

2 注水時(shí)機(jī)研究

2.1 應(yīng)力敏感對(duì)注水時(shí)機(jī)影響

根據(jù)渤中BZ 油田沙二段低滲儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，5 塊不同滲透率級(jí)別巖心的滲透率損失率為9.84%～45.31%。滲透率為36.62×10-3μm2的巖心滲透率損失率僅為9.84%，滲透率為0.64×10-3μm2的巖心滲透率損失率達(dá)到了45.31%，滲透率越小的巖心應(yīng)力敏感越嚴(yán)重（見表2）。但總體而言，渤中BZ油田沙二段應(yīng)力敏感性表現(xiàn)為弱—中等偏弱。

表2 渤中BZ油田沙二段巖心應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

儲(chǔ)層初始條件下存在一定的有效應(yīng)力，這會(huì)導(dǎo)致油藏實(shí)際應(yīng)力敏感較室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測試的要?。?1-12］。沙二段上覆巖石壓力為75.9 MPa，油藏在原始地層壓力條件下，儲(chǔ)層有效應(yīng)力已經(jīng)接近30 MPa，在此條件下增加有效應(yīng)力，其滲透率損失率將不到6%；但隨著地層壓力降低，儲(chǔ)層有效應(yīng)力會(huì)進(jìn)一步增加，尤其在注采井近井地帶會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力敏感現(xiàn)象。因此對(duì)于渤中BZ 油田沙二段低滲儲(chǔ)層而言，當(dāng)有效壓力大于30 MPa 時(shí)，基本可以忽略應(yīng)力敏感；但當(dāng)有效壓力降至30 MPa 以下，則不可以忽略應(yīng)力敏感對(duì)注水時(shí)機(jī)的影響（見圖1）。

圖1 渤中BZ油田沙二段不同巖心應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 注采壓差對(duì)注水時(shí)機(jī)要求

根據(jù)國內(nèi)油田注水開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為保證注水安全，最大井底壓力取油層破裂壓力的0.85 倍，同時(shí)根據(jù)渤中BZ 油田實(shí)測油層破裂壓力計(jì)算注水井最大井口壓力（見表3）。

表3 渤中BZ油田沙二段破裂壓力和最大井口注水壓力

式中，pf為破裂壓力，MPa；pmax為最大井口壓力，MPa；ps為沿程摩阻，MPa；ρw為水密度，g/m3；h為儲(chǔ)層中深，m。

油田注水井實(shí)際最大注水壓力25 MPa，最大井底壓力可達(dá)58 MPa，考慮注水壓差15 MPa，因此注水時(shí)地層壓力最高保持水平為43 MPa，即地層壓力系數(shù)1.3。渤中BZ 油田沙二段油藏飽和壓力為17.8 MPa，為了防止油層脫氣導(dǎo)致開發(fā)效果變差，油井最低井底流壓保持在飽和壓力的0.85，即油井最低井底流壓15.1 MPa，考慮生產(chǎn)壓差15 MPa，因此地層壓力的最低保持水平為30.1 MPa，即地層壓力系數(shù)為0.9?？紤]注采壓差，渤中BZ 油田沙二段注水時(shí)機(jī)應(yīng)該在壓力系數(shù)降至0.9～1.3之間。

2.3 注水時(shí)機(jī)數(shù)值模擬研究

為了研究渤中BZ 油田沙二段合理注水時(shí)機(jī)，基于目前井網(wǎng)（5 注14 采），分別設(shè)計(jì)了5 個(gè)方案進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測。當(dāng)沙二段油藏壓力下降至某一壓力系數(shù)時(shí)開始考慮注水井保持注采平衡注水，當(dāng)含水達(dá)到98%時(shí)關(guān)井，得到不同壓力系數(shù)開始注水的采收率（見圖2）。從數(shù)模結(jié)果可以分析得出：當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)降至1.0 時(shí)開始注水，既能充分利用異常高壓油藏的天然能量，又能防止因油井脫氣導(dǎo)致的原油黏度增加從而影響水驅(qū)開發(fā)效果。因此，渤中BZ 油田沙二段最佳的注水時(shí)機(jī)是地層壓力系數(shù)降至1.0左右。

圖2 渤中BZ油田沙二段不同壓力系數(shù)下開始注水的水驅(qū)采收率

3 實(shí)際應(yīng)用

渤中BZ 油田沙二段于2005 年2 月投產(chǎn)，生產(chǎn)7年后地層壓力系數(shù)逐漸降至1.0 左右。油田自2012年開始開展注水試驗(yàn)，形成了目前的5 注14 采井網(wǎng)。實(shí)施注水以來，油田液量穩(wěn)定在600 m3/d水平，年自然遞減率控制在15%以內(nèi)。尤其是2017 年以來通過增注和智能流場調(diào)控，在無新井實(shí)施的情況下實(shí)現(xiàn)了連續(xù)3年持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)（見圖3）。

圖3 渤中BZ油田沙二段注采曲線

從沙二段含水與采出程度曲線可以看出，在地層壓力系數(shù)降至1.0 開始全面注水后，取得了較好的水驅(qū)開發(fā)效果，目前采出程度達(dá)到了16.3%，預(yù)計(jì)目前井網(wǎng)采收率能達(dá)到27.2%（見圖4）。

圖4 渤中BZ油田沙二段含水與采出程度曲線

4 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

（1）在充分調(diào)研陸地異常高壓低滲透油田注水時(shí)機(jī)的基礎(chǔ)上綜合考慮低滲儲(chǔ)層應(yīng)力敏感、注采壓差以及數(shù)值模擬結(jié)果，提出了渤中BZ 油田沙二段最佳注水時(shí)機(jī)為壓力系數(shù)降至1.0開始注水。

（2）隨著地層壓力降低，儲(chǔ)層有效應(yīng)力會(huì)進(jìn)一步增加，尤其在注采井近井地帶會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力敏感現(xiàn)象。因此對(duì)于渤中BZ 油田沙二段低滲儲(chǔ)層而言，當(dāng)有效壓力大于30 MPa 時(shí)，基本可以忽略應(yīng)力敏感；但當(dāng)有效壓力降至30 MPa 以下，則不可以忽略應(yīng)力敏感對(duì)注水時(shí)機(jī)的影響。

（3）實(shí)例應(yīng)用表明，渤中BZ 油田沙二段地層壓力系數(shù)降至1.0 時(shí)開始注水既能充分利用異常高壓油藏的天然能量，又能防止因油井脫氣，在無新井實(shí)施的情況下通過優(yōu)化注水實(shí)現(xiàn)了連續(xù)3年的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，取得了較好的水驅(qū)開發(fā)效果。