楊東東 李 功

(中海石油(中國)有限公司天津分公司， 天津 300452)

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水平井在海上復(fù)雜河流相油田中的應(yīng)用研究

楊東東 李 功

(中海石油(中國)有限公司天津分公司， 天津 300452)

BZ油田是渤海首次發(fā)現(xiàn)的大型復(fù)雜河流相稠油油田，具有平面上呈窄條帶狀分布(平均寬度300 m)、縱向疊合程度差、厚度薄、層間矛盾突出、含水上升快等特點。該油田開發(fā)難度大，目前并無成熟經(jīng)驗可以借鑒。從精細地質(zhì)油藏研究入手，運用鏡像反映和勢疊加等滲流理論，通過數(shù)值模擬方法對渤海海上窄條帶狀砂體精細刻畫、水平井產(chǎn)能評價、水平井井網(wǎng)優(yōu)化部署進行系統(tǒng)研究。

窄條帶狀；稠油；數(shù)值模擬；水平井產(chǎn)能；井網(wǎng)優(yōu)化部署

1 渤海BZ油田地質(zhì)特征及開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

BZ油田是一條被北東 — 南西向和東西向2組斷層所分割的明下段斷裂背斜，由北、中、南3個斷塊構(gòu)成，儲層分布復(fù)雜。受巖性和斷層分割作用的影響，單期河道砂體平面上展示出“帶狀河道”的特點，河道寬度平均在300 m左右。在縱向上，儲層分布相對集中單一，疊合程度差，主力含油砂體一般只有1～3層，平均厚度4～8 m；橫向上，儲層分布不穩(wěn)定，砂泥巖交替頻繁，儲層連通性差，局部含油范圍內(nèi)存在儲層不發(fā)育區(qū)。原油屬于常規(guī)稠油，地層原油黏度為50～240 mPa·s，在平面上存在一定的差別，從西南向北東方向原油性質(zhì)漸漸變好。

該油田于2004年開始投產(chǎn)，采用一套開發(fā)層系、多層合采、以定向井為主的開發(fā)方式。與其他河流相油田相比，BZ油田儲層的欠發(fā)育及其“帶狀”分布特點使得其開發(fā)井的布井難度更大。在評價階段，根據(jù)探井及三維地震資料研究結(jié)果，認為BZ油田明下段IV、V油組主力砂體疊加連片分布，連通性較好，油藏類型為以巖性與構(gòu)造雙重控制的巖性構(gòu)造邊水油藏為主。然而鉆后結(jié)果表明，單一河道寬度平均僅300 m左右，且河道與河道之間連通性較差，無法采用規(guī)則井網(wǎng)開發(fā)。采用定向井多層合采開發(fā)的產(chǎn)能較低，平均產(chǎn)能僅為50 td，層間矛盾突出(注采對應(yīng)率僅為60%)，開采效果較差。

2 水平井高效開發(fā)

2.1 渤海窄條帶狀砂體精細刻畫

準確的地質(zhì)預(yù)測結(jié)果是油田開發(fā)的基礎(chǔ)，也是水平井成功實施的前提。在精細小層對比的基礎(chǔ)上，采用了地層切片技術(shù)提取振幅屬性來約束窄條狀砂體的精細刻畫。比起時間切片(水平切片)和沿層切片技術(shù)，地層切片技術(shù)考慮了沉積速率隨平面的變化情況，其結(jié)果更顯合理。其地層界面劃分更接近于等時沉積界面，可利用的窄條狀振幅能量較強，相變點更清楚?；诘卣饠?shù)據(jù)體精細平面掃描結(jié)果，結(jié)合地震反射波組的反射特點，判斷是否為河道砂體，再利用地層切片平面信息對砂體進行追蹤描述，可直觀地觀察河道平面展布規(guī)律。

根據(jù)得到的窄條狀砂體平面展布特征及鉆井資料，進行單期河道識別。以NmⅢ22砂體為例，該砂體由3期河道疊置而成(見圖1)。布井之時，應(yīng)根據(jù)單一河道的識別及劃分結(jié)果，將注采井網(wǎng)布置在同一期河道內(nèi)，以確保注水見效。在第二期河道內(nèi)，布置了注水井B15及采油井B3h，B3h井的受效明顯。截至2016年底，該井在6年半的時間內(nèi)累計產(chǎn)油達30×104t，開發(fā)效果良好。

2.2 水平井開發(fā)初期產(chǎn)能

目前，關(guān)于窄條狀油田注采井網(wǎng)的水平井產(chǎn)能研究尚未見到報道，無法合理地預(yù)測該類型油藏注采井網(wǎng)的水平井產(chǎn)能。在本次研究中，將利用鏡像反映和勢疊加原理等滲流理論，推導(dǎo)窄條狀油田注采井網(wǎng)條件下的水平井產(chǎn)能公式。

圖1 窄條狀砂體單期河道識別

圖2 保角變換示意圖

取保角變換(見圖2)：

則將z平面變換成ζ1平面，再變換成ζ平面(由于對稱，僅考慮上半平面)，ζ平面上是一半無限長、寬度為π的帶狀地層。假設(shè)每口直井的井底壓力相等，根據(jù)勢的疊加原理，有：

式中： Ф —— 勢函數(shù)；

C—— 常數(shù)；

h—— 儲層厚度，m；

Q—— 單井的日產(chǎn)量，m3d。

在ζ平面上，水平井處于等勢線上，將坐標(ζ，0)代入上式得到注水坑道上的勢：

Φh(ξ,η)=C

在注水井壁上取點(ξ0-ρw，η0)，則有：

計算水平井產(chǎn)量：

式中：L—— 水平井長度，m；

a—— 河道寬度，m；

d—— 注水井與水平井直徑，m；

ρw—— 井半徑，m；

Qh—— 水平井日產(chǎn)量，m3d；

K—— 平均空氣滲透率，10-3μm2；

△p—— 生產(chǎn)壓差，MPa；

μ—— 地層原油黏度，mPa·s。

利用水平井產(chǎn)能公式與直井產(chǎn)能公式，代入油田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并繪制河道寬度對水平井與直井產(chǎn)能比的影響(見圖3)。

圖3 河道寬度對水平井與直井產(chǎn)能比的影響

窄條帶狀油田的水平井初期產(chǎn)能為直井初期產(chǎn)能的3～5倍，水平井與其相應(yīng)直井的產(chǎn)能比隨著河道寬度、儲層厚度的增加而下降。與直井相比較，水平井更適用于窄條帶狀薄油藏開發(fā)。

2.3 窄條帶狀砂體井網(wǎng)部署優(yōu)化

為了便于研究，根據(jù)窄條帶狀砂體的地質(zhì)油藏特征，建立概念模型，使用流線模擬器[10]，網(wǎng)格步長設(shè)為20 m。河道中心最厚，物性最好，向河道兩邊砂體逐漸變薄，物性逐漸變差，分別建立200、300、400 m的河道，概念模型能反映河道較窄的特點。

(1) 生產(chǎn)井及注水井井型。在概念模型中建立生產(chǎn)井為定向井和水平井，注水井為定向井和水平井的兩注一采井網(wǎng)，計算不同河道寬度時各生產(chǎn)井及注水井井型對方案的影響。研究發(fā)現(xiàn)，針對不同河道寬度的窄條帶狀油田，水平生產(chǎn)井的初期產(chǎn)量遠大于定向生產(chǎn)井，采油速度及采收率高。這說明水平生產(chǎn)井在窄條帶狀油田開采中具有優(yōu)勢。但相較而言，在窄條帶狀油田開發(fā)應(yīng)用中，水平注水井并不比定向注水井有太大優(yōu)勢。

(2) 儲層非均質(zhì)性。為了研究儲層非均質(zhì)性對窄條帶狀油田開發(fā)的影響，分別建立級差為1∶2、1∶5、1∶10的不同模型。研究發(fā)現(xiàn)，級差越大，儲層平面非均質(zhì)性程度越高，注入水更易沿高滲帶向油井舌進，邊部得不到水驅(qū)的區(qū)域越大，波及系數(shù)越小。通過不同級差下采出程度與含水的關(guān)系曲線可以看出，儲層非均質(zhì)性越大，見水時間越早，含水上升速度越快，采出程度越低；中低含水期時，非均質(zhì)性對含水上升影響較大；高含水期后，非均質(zhì)性對含水上升的影響變小(見圖4)。

圖4 不同級差及河道寬度下的采出程度與含水率關(guān)系曲線

(3) 生產(chǎn)井方位。在概念模型中建立兩注一采井網(wǎng)，設(shè)計水平井平行于河道、水平井與河道呈45°角、水平井垂直于河道布置3種布井方式(見圖5)。

若河道寬度為200 m：水平井與河道呈45°角時水驅(qū)油波及面積最大，采收率最高；水平井與河道垂直時次之；水平井平行于河道時水驅(qū)波及面積最小，采收率最低。若河道寬度為400 m：水平井與河道垂直時水驅(qū)油波及面積最大，采收率最高；水平井與河道呈45°角時次之；水平井平行于河道時水驅(qū)油波及面積最小，采收率最低。這是由于當河道較窄時，水平井長度較短，產(chǎn)能低，生產(chǎn)壓差大。相較水平井采用與河道呈45°角的布井方式，見水早，含水上升率快；當河道較寬時，水平井較長，生產(chǎn)壓差小，由于距注水井更遠，相較水平井采用與河道呈45°角的布井方式，見水晚，含水率上升率慢。當河道較窄時(小于400 m)，應(yīng)采用與河道呈45°角的布井方式；當河道較寬時(大于400 m)，應(yīng)采用垂直于河道的布井方式。

(4) 注水井方位。按照注水井在河道中心及邊部的不同位置，部署3套井網(wǎng)：注水井平行位于河道中心；注水井平行位于河道邊部；注水井交錯位于河道邊部。研究發(fā)現(xiàn)，當注水井平行位于河道中心時，由于河道中心物性最好，注入水沿河道中心高滲帶突進快，波及系數(shù)小，含水上升快，采出程度低，受非均質(zhì)性影響，注水井交錯位于河道邊部時井網(wǎng)最優(yōu)。

(5) 注水時機。對注水時機進行研究，分別為投產(chǎn)即注、地層壓力降到飽和壓力處注水、地層壓力降到0.85倍的飽和壓力處注水、地層壓力降到0.7倍的飽和壓力處注水。結(jié)果表明，當?shù)貙訅毫档斤柡蛪毫μ幾⑺?，采出程度最高，開發(fā)效果最好。對于窄條帶狀油田，合理的注水時機為地層壓力降到飽和壓力處注水。

3 應(yīng)用實例

此項研究成果已經(jīng)成功應(yīng)用于渤海先后發(fā)現(xiàn)的5處窄條狀油田中。利用水平井開發(fā)該類型油田，產(chǎn)能得到了釋放。平均產(chǎn)能增長了2.3倍，動用儲量增加了3 910×104t，采收率增長了11%，取得了很好的應(yīng)用效果。

例如，2012年B油田明化鎮(zhèn)組新發(fā)現(xiàn)窄條帶狀砂體，探明儲量為280×104t，布置了5口井，其中3口水平生產(chǎn)井，2口注水井。水平生產(chǎn)井單井初期日產(chǎn)量均超過了120 t，初期產(chǎn)能達到定向井的3倍以上，B油田產(chǎn)量幾乎翻了一番 (見圖6)。

4 結(jié) 語

本次研究從精細地質(zhì)研究入手，應(yīng)用保角變換、鏡像反映和勢疊加原理等理論，推導(dǎo)出窄河道型油田兩注一采井網(wǎng)形式的水平井產(chǎn)能計算公式。通過計算可知，水平井產(chǎn)能為直井的3～5倍，隨著河道寬度、儲層厚度的增加水平井與直井的產(chǎn)能比下降，水平井適合開發(fā)窄條帶狀薄油藏。同時，利用流線數(shù)值模擬技術(shù)系統(tǒng)研究了窄條帶狀砂體的井網(wǎng)部署，包括井型、井位、注水時機等，成功指導(dǎo)了該類型油田調(diào)整方案優(yōu)化及預(yù)測，扭轉(zhuǎn)了之前窄條狀油田開發(fā)效果差的局面，使整體開發(fā)水平得到了提高。

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Study and Application of Horizontal Wells in Narrow and Belt Heavy Oil Reservoirs

YANGDongdongLIGong

(Tianjin Branch of CNOOC, Tianjin 300452, China)

BZ oilfield is the first known large and complex fluvial heavy oil reservoir in Bohai area, with the characteristics as narrow and belt shaped distribution-width (average 300m), poor vertical overlaps and thin thicknesses, which result in strong interlayer interference, rapid water breakthrough and other development difficulties, so there is no mature experience from both at home and abroad. This research starts from fine geological reservoir study and adopts the theories of Mirror Image Method and superposition principle to carry on the study on reservoir fine description, productivity evaluation of horizontal well and horizontal well pattern optimization by numerical simulation.

narrow belt shaped; heavy oil reservoir; numerical simulation; productivity of horizontal well; horizontal well pattern optimization

2016-12-20

國家科技重大專項“海上油田叢式井網(wǎng)整體加密及綜合調(diào)整油藏工程技術(shù)示范”(2011ZX05057-001)

楊東東(1981 — )，女，碩士，工程師，研究方向為油氣田開發(fā)。

TE343

A

1673-1980(2017)02-0042-05