鹿克峰

（中海石油（中國）有限公司上海分公司勘探開發(fā)研究院 上海 200335）

油氣同采方式下氣頂油藏原油侵入狀況的判斷與調整＊

鹿克峰

（中海石油（中國）有限公司上海分公司勘探開發(fā)研究院 上海 200335）

東海西湖凹陷AC氣頂油藏采用利用天然能量、同一套井網(wǎng)同時開采氣頂和油區(qū)的開發(fā)方式，動態(tài)跟蹤過程中難以判斷原油侵入氣頂狀況?；谖镔|平衡原理，推導出了計算原油侵入氣頂體積的公式，并構建了原油侵入指示曲線（原油侵入氣頂體積百分數(shù)－生產(chǎn)時間關系曲線），該曲線與X 軸交點即為原油侵入氣頂?shù)钠鹗紩r間，曲線單調性反映流體的移動方向，斜率則反映移動速度。利用本文方法對AC氣頂油藏原油侵入情況進行了分析，結果表明在原油采出程度為4．3%時，原油即已快速侵入氣頂。綜合AC氣頂油藏采氣速度的敏感性分析、現(xiàn)場系統(tǒng)試井結果，認識到通過降低采油速度可降低生產(chǎn)氣油比，從而達到降低采氣速度遏制原油進一步快速侵入氣頂?shù)哪康?，最終現(xiàn)場實施效果明顯。本文方法對指導同類氣頂油藏的開發(fā)具有重要的借鑒意義。

油氣同采；氣頂油藏；原油侵入；指示曲線；開發(fā)調整；采氣速度；西湖凹陷

東海西湖凹陷AC氣頂油藏埋深2 696 m，油層厚度為8．2 m，儲層滲透率為100～500 mD，原油溶解氣油比為162 m3／m3，開發(fā)井鉆后評估原油地質儲量為300．04×104m3，與油藏連通的氣頂指數(shù)為0．53，現(xiàn)有生產(chǎn)井4口（3口水平井，1口定向井）。因油層厚度較薄且氣頂、油區(qū)儲量均有限，為節(jié)約成本，該氣頂油藏選取利用天然能量、同一套井網(wǎng)同時開采氣頂與油區(qū)的方式開發(fā)，3口水平井水平段均處于油氣界面附近。該氣頂油藏開發(fā)歷程大致分為2個階段：第1階段（2014年9月至2016年3月），原油產(chǎn)量變動頻繁，平均采油速度為2．8%，生產(chǎn)氣油比為600～2 000 m3／m3，平均采氣速度為9．4%；第2階段（2016年4月至今），實施了降低并穩(wěn)定采油速度的調整措施，平均采油速度降低為1．3%，生產(chǎn)氣油比逐步降低并穩(wěn)定在800 m3／m3左右，平均采氣速度降為3．6%。在開發(fā)的第1階段，該氣頂油藏中井點位置已明顯出現(xiàn)氣竄，達到油氣同采的目的，但因缺乏直接的監(jiān)測手段和動態(tài)診斷方法，無法判斷這一生產(chǎn)模式的合理性。

對氣頂油藏開發(fā)次序和調整原則早期已有較為深入的研究，明確了在氣頂氣儲量相對較大時采取氣頂、油區(qū)同時開發(fā)的方式［1－2］，并提出了開發(fā)過程中盡量均衡開采油氣，穩(wěn)定油氣界面，避免原油侵入氣頂?shù)幕菊{整原則［3－11］。近期對氣頂油藏油氣界面移動規(guī)律的研究陸續(xù)增多［12－15］，文獻［12］較具代表性，該文基于規(guī)則幾何形態(tài)的地層模型，分別采用物理模型和油藏工程評價模型，對氣頂油藏不同開采方式下的流體界面移動速度進行了實驗和計算，得出兩點結論對采用衰竭開發(fā)的AC氣頂油藏具有重要指導意義：①油藏工程評價模型計算結果與物理模擬實驗結果具有較好的一致性，證實了物質平衡方法對氣頂油藏具有較好的適用性；②氣頂、油區(qū)衰竭式同采時，采油速度與采氣速度是影響流體界面穩(wěn)定性的主控因素。但該文獻中的一些假設條件與實際不符：基于地層規(guī)則幾何形態(tài)的假設與實際斷背斜式構造形態(tài)不符；計算中假定氣頂氣產(chǎn)量為已知，而實際油藏現(xiàn)場可檢測的一般是井口總產(chǎn)氣量（氣頂氣＋溶解氣）。

為了獲取適應一般在生產(chǎn)氣頂油藏油氣界面移動規(guī)律的動態(tài)評價方法，本文在建立氣頂、油區(qū)均衡生產(chǎn)條件關系式的基礎上，結合通用的物質平衡方程式，推導出了原油侵入體積的計算公式，并制作了診斷地層原油侵入氣頂時間、油氣界面總體移動趨勢的原油侵入指示曲線。本文方法求解目標以侵入體積代替以往文獻中的移動距離，適用性不受地層幾何形態(tài)的限制；計算所需產(chǎn)氣量為井口產(chǎn)氣量，易于獲取。利用本文方法有效診斷出了西湖凹陷AC氣頂油藏原油侵入氣頂時間，并指導了措施方案的制定，現(xiàn)場實施效果明顯。

1 原油侵入狀況判斷方法

對于利用天然能量開發(fā)的氣頂油藏，在油氣同采的情況下氣頂、油區(qū)開采達到均衡時（即氣頂體積與原始氣頂體積相同時）須滿足采出氣總體積＝原始氣頂氣的膨脹體積＋原始氣頂中束縛水膨脹及巖石壓縮排出流體體積＋逸出至氣頂?shù)娜芙鈿怏w積＋產(chǎn)出的溶解氣體積，以上均按地下體積計。

已產(chǎn)出的溶解氣與逸出至氣頂?shù)娜芙鈿怏w積之和即為原始溶解氣體積與剩余油中溶解氣體積之差，油氣開采達到均衡的關系式可表示為

定義Np珚Rp為理論均衡累產(chǎn)氣。

在天然能量開發(fā)條件下，通用的MBE關系式［16］可整理成以下形式：

由式（2）減去式（1）可得

令ΔD＝NpRp－Np珚Rp，式（3）右側項＝Vgo，且等號兩邊同時除以原始原油地下體積NBoi進行無因次化，則式（3）簡化為

式（3）右側項Vgo等于地層中凈水侵量、剩余油體積、原始油區(qū)束縛水膨脹及巖石壓縮排出流體體積之和扣除原始地層原油體積后的剩余體積，實際上是原油越過原始油氣界面侵入到氣頂中體積，以下簡稱為原油侵入體積（若計算為負值時，絕對值為氣頂氣越過原始油氣界面侵入到原油中的體積）。式（4）說明，通過實際累產(chǎn)氣與理論均衡累產(chǎn)氣之差，即可實現(xiàn)原油侵入體積百分數(shù)的計算。在已知氣頂油藏儲量、流體PVT性質、產(chǎn)量史及壓力史時，通過式（1）可計算不同開發(fā)時間下的理論均衡累產(chǎn)氣，進而在二維直角坐標系統(tǒng)中可作出100ΔD×Bg／（NBoi）與生產(chǎn)時間關系曲線，本文稱之為原油侵入指示曲線。

2 西湖凹陷AC氣頂油藏原油侵入時間計算

本文方法基于物質平衡原理推導出，其適用條件與基本的氣頂油藏物質平衡方程式相近，對氣頂指數(shù)、水體能量的大小沒有特殊要求，但需要保證開發(fā)過程中任一時刻整個油藏壓力變化不大，一般不適合于低滲透氣頂油藏；本文方法以求解原油侵入體積為目標，適用性不受地層幾何形態(tài)的限制；計算所需產(chǎn)氣量為井口總產(chǎn)氣量，不必進行氣頂氣與溶解氣的產(chǎn)量劈分，可適用于多種井網(wǎng)形式（油氣分采，二套井網(wǎng)油氣同采，同一井網(wǎng)油氣同采）。因此，AC氣頂油藏基本情況適合應用本文方法。

東海油氣田自2010年起，新投產(chǎn)油氣田主力油氣藏基本都安裝了井下固定壓力計，實現(xiàn)了油氣藏地層壓力的實時監(jiān)測。AC氣頂油藏1口動態(tài)監(jiān)測井安裝了永久式井下壓力計，為原油侵入指示曲線的應用提供了資料條件。該氣頂油藏自投產(chǎn)起至第19個月的實測地層壓力、實際累產(chǎn)油、實際累產(chǎn)氣數(shù)據(jù)見表1。早期探井對氣頂、底油分別進行了地層流體PVT取樣及實驗室分析，經(jīng)PVT實驗數(shù)據(jù)校正并回歸得到原油體積系數(shù)、溶解氣油比、天然氣偏差因子與壓力關系分別為

利用式（5）～（7）計算得到對應地層壓力下原油體積系數(shù)、溶解氣油比、天然氣偏差因子值，進而由天然氣偏差因子通過理論計算得到天然氣體積系數(shù)，結果見表1，其中原油、氣頂儲量數(shù)據(jù)同前述，其他計算基本參數(shù)取值為：地層溫度119℃，束縛水飽和度0．30，巖石壓縮系數(shù)1．47×10－4／MPa，地層水壓縮系數(shù)2．21×10－4／MPa。

將基本參數(shù)代入式（1）計算得到理論均衡累產(chǎn)氣，進而計算出侵入體積百分數(shù)100ΔD×Bg／（NBoi），結果見表1，最終作成原油侵入指示曲線（圖1）。

表1 西湖凹陷AC氣頂油藏原油侵入指示曲線計算參數(shù)及結果Table 1 Parameters value and calculation results of oil invasion index curve of AC gas－cap reservoir in Xihu sag

圖1 西湖凹陷AC氣頂油藏措施前原油侵入指示曲線Fig．1 Oil invasion index curve of AC gas cap reservoir in Xihu sag before reduce the oil production rate

結合式（4）可以判斷圖1的物理意義：曲線處于X軸下方，表明氣頂氣下侵至原始含油區(qū)域；曲線處于X軸上方，表明原油上侵至原始氣頂區(qū)域；曲線與X軸交點為原油侵入氣頂?shù)钠鹗紩r間，在第18．5個月左右，對應原油采出程度接近4．3%。曲線單調性反映流體的移動方向，斜率則反映移動速度，前12個月為氣頂膨脹過程，第12～19個月為氣頂快速收縮過程，曲線陡直上升。將指示曲線與AC氣頂油藏歷史開采曲線（圖2）進行對比，生產(chǎn)氣油比曲線與指示曲線的單調性具有反向特征，這在一定程度上驗證了本文方法的可靠性。

圖2 西湖凹陷AC氣頂油藏歷史開采曲線Fig．2 Production history curves of AC gas cap reservoir in Xihu sag

3 西湖凹陷AC氣頂油藏原油侵入狀況分析與調整

從表1數(shù)據(jù)知，AC氣頂油藏第7～17個月的采氣速度高達8%～15%，有必要研究采氣速度對原油侵入的影響。

3．1 采氣速度對原油侵入氣頂?shù)挠绊?/p>

盡量保持機理研究的基本參數(shù)與AC氣頂油藏一致，即保持原油儲量、氣頂指數(shù)、流體PVT不變，固定采油速度為2%，采氣速度分別取3%、4%、6%、8%、10%，分別計算指示曲線。因對該氣頂油藏重設生產(chǎn)史后，其壓力史將隨之改變，需要首先進行設定產(chǎn)量下壓力預測，本文采用文獻［12］中的迭代法計算壓力史，進而通過式（1）、（4）計算原油侵入指示曲線。

圖3為AC氣頂油藏不同采氣速度下原油侵入指示曲線，可以看出：①隨著采氣速度降低，指示曲線與X軸交點右移，原油侵入氣頂時間延長，且延長時間呈幾何倍數(shù)增大，這說明AC氣頂油藏開發(fā)第1階段高的采氣速度是導致原油較早侵入氣頂?shù)闹匾颍虎陔S著采氣速度降低，曲線遞增段斜率減小，說明降低采氣速度對原油侵入氣頂?shù)乃俣染哂忻黠@抑制作用。

圖3 西湖凹陷AC氣頂油藏不同采氣速度下原油侵入指示曲線Fig．3 Oil invasion index curves of AC gas cap reservoir in Xihu sag under different gas production rates

3．2 措施方案制定與效果分析

因AC氣頂油藏采用的是同一套井網(wǎng)同時開采氣頂和油區(qū)的開發(fā)方式，無法單獨進行氣頂采氣速度的調整。根據(jù)固定采油速度情況下不同采氣速度敏感性分析結果，調控的原則是盡量維持低氣油比下生產(chǎn)。

采用現(xiàn)場系統(tǒng)試井的方法，對AC氣頂油藏3口主要生產(chǎn)井生產(chǎn)制度與生產(chǎn)氣油比關系進行了測試，結果見圖4。從圖4可以看出，該氣頂油藏生產(chǎn)氣油比隨日產(chǎn)油的降低而降低。AC1井、AC2井測試曲線均出現(xiàn)明顯拐點，確定原油配產(chǎn)分別為30、50 m3／d；AC3井測試最小油嘴下生產(chǎn)氣油比已接近溶解氣油比，確定配產(chǎn)70 m3／d，油藏合計配產(chǎn)150 m3／d，折算采油速度為1．8%。因此，該氣頂油藏措施方案確定后續(xù)生產(chǎn)采油速度控制在1．8%以下。

圖4 西湖凹陷AC氣頂油藏生產(chǎn)井系統(tǒng)試井結果Fig．4 Results of systematic well testing in gas wells of AC gas cap reservoir in Xihu sag

2016年4月起對AC氣頂油藏實施降低采油速度措施，日產(chǎn)油基本維持在120～140 m3／d，采油速度由措施前2．1%降低到1．2%～1．5%；生產(chǎn)氣油比逐步降低并穩(wěn)定在800 m3／m3左右（圖2）。降低采油速度后，該氣頂油藏采氣速度得到了有效控制，由措施前6．4%降低到3．5%～4．0%（圖5）。

采用本文方法計算了AC氣頂油藏措施后原油侵入指示曲線（圖6），措施后原油經(jīng)歷短暫快速侵入后，曲線平穩(wěn)上升，說明原油快速侵入氣頂?shù)内厔莸玫搅擞行Ф糁啤?/p>

圖5 西湖凹陷AC氣頂油藏采氣速度曲線Fig．5 Gas production curve of AC gas cap reservoir in Xihu sag

圖6 西湖凹陷AC氣頂油藏原油措施前后侵入指示曲線對比Fig．6 Oil invasion index curve of AC gas cap reservoir in Xihu sag before and after reducing the oil production rate

4 結論

1）本文提出以原油侵入體積代替以往文獻中的油氣界面移動距離來判斷油氣同采氣頂油藏原油侵入狀況的新方法，其適用性不受地層幾何形態(tài)的限制，并且計算時采用的是井口總產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)，易于現(xiàn)場獲取。

2）本文方法可用于氣頂油藏的動態(tài)跟蹤、參數(shù)敏感性分析、措施效果評價。西湖凹陷AC氣頂油藏應用表明，在原油采出程度為4．3%時，原油即已快速侵入氣頂。

3）降低采油速度可降低生產(chǎn)氣油比，從而達到降低采氣速度遏制原油進一步快速侵入氣頂?shù)哪康?，AC氣頂油藏實施降低采油速度方案效果明顯，原油快速侵入氣頂?shù)内厔莸玫搅擞行Ф糁啤?/p>

符號注釋

Np—累積產(chǎn)油量，104m3；

珚Rp—理論累積平衡氣油比，m3／m3；

Bg—天然氣體積系數(shù)，m3／m3；

m—氣頂指數(shù)；

N —原始原油儲量，104m3；

Boi—原始原油體積系數(shù)，m3／m3；

Bg—天然氣體積系數(shù)，m3／m3；

Bgi—原始天然氣體積系數(shù)，m3／m3；

Swi—束縛水飽和度，f；

Cw—地層水壓縮系數(shù)，1／MPa；

Cf—巖石壓縮系數(shù)，1／MPa；

Δp—地層壓力降，MPa；

Rsi—原始溶解氣油比，m3／m3；

Rs—溶解氣油比，m3／m3；

Bo—原油體積系數(shù)，m3／m3；

Rp—累積生產(chǎn)氣油比，m3／m3；

We—水侵量，104m3；

Wp—累積產(chǎn)水量，104m3；

Bw—地層水體積系數(shù)，m3／m3；

p—地層壓力，MPa；

Z—天然氣偏差因子。

［1］ 余忠，趙會杰，李衛(wèi)京，等．正確選擇氣頂油藏高效開發(fā)模式［J］．石油勘探與開發(fā)，2003，30（2）：70－72．YU Zhong，ZHAO Huijie，LI Weijing，et al．Optimization of development scheme for gas－cap reservoir［J］．Petroleum Exploration and Development，2003，30（2）：70－72．

［2］ 王昱，鐘儀華．氣頂油藏開發(fā)技術對策探討［J］．西南石油學院學報，2002，24（3）：54－57．WANG Yu，ZHONG Yihua．Technical strategy discussion for gas－cap reservoir developmet［J］．Journal of Southwest Petroleum Insitute，2002，24（3）：54－57．

［3］ 姚約東，李相方．氣頂油氣田開發(fā)程序的探討［J］．天然氣工業(yè)，2005，25（2）：124－126．YAO Yuedong，LI Xiangfang．Discussion on developmet programms of gas－cap reservoir［J］．Natural Gas Industry，2005，25（2）：124－126．

［4］ 于東海．新灘油田墾東34塊氣頂油藏氣井合理產(chǎn)能優(yōu)化研究［J］．油氣地質與采收率，2006，13（3）：74－76．YU Donghai．Optimization study on rational productivity of the gas well in gas cap reervoir of Kendong 34 block in Xin－Tan oilfield［J］．Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2006，13（3）：74－76．

［5］ 張迎春，童凱軍，鄭浩，等．氣頂邊水油藏水平井開發(fā)效果影響因素分析［J］．中國海上油氣，2012，24（增刊1）：57－61．ZHANG Yingchun，TONG Kaijun，ZHENG Hao，et al．An analysis of the factors to influence development of oil reservoirs with gas cap and edge water by horizontal wells［J］．China Offshore Oil and Gas，2012，24（S1）：57－61．

［6］ 楊慶紅，童凱軍，張迎春，等．利用水平井開發(fā)大氣頂窄油環(huán)油藏研究與實踐［J］．中國海上油氣，2011，23（5）：313－317．YANG Qinghong，TONG Kaijun，ZHANG Yingchun，et al．A study on horizontal－well development of reservoirs with big gas cap and narrow oil rim and its practice［J］．China Offshore Oil and Gas，2011，23（5）：313－317．

［7］ 范子菲，傅秀娟．氣頂?shù)姿筒厮骄a(chǎn)能公式和見水時間研究［J］．中國海上油氣（地質），1995，9（6）：406－413．FAN Zifei，F(xiàn)U Xiujuan．A study of productivity and breakthrough time of horizontal well in a reservoir with gas－cap and bottom－water drive［J］．China Offshore Oil and Gas（Geology），1995，9（6）：406－413．

［8］ 李傳亮，張厚和．帶氣頂?shù)姿筒赜途R界產(chǎn)量確定［J］．中國海上油氣（地質），1993，7（5）：47－54．LI Chuanliang，ZHANG Houhe．A formula to determine the critical oil－production rate of wells producing from bottom water reservoir with a gas cap［J］．China Offshore Oil and Gas（Geology），1993，7（5）：47－54．

［9］ 李曉平．利用正交變換法求解水平井滲流模型［J］．中國海上油氣（地質），1995，9（2）：136－140．LI Xiaoping．Solution of horizontal well percolation models by orthogonal transformation［J］．China Offshore Oil and Gas（Geology），1995，9（2）：136－140．

［10］ 喻蓮，趙文琪，陳禮，等．凝析氣頂油藏復雜氣竄問題研究［J］．特種油氣藏，2013，20（4）：110－112．YU Lian，ZHAO Wenqi，CHEN Li，et al．Research on complex gas channeling in reservoir with condensate gas cap［J］．Special Oil ＆ Gas Reservoirs，2013，20（4）：110－112．

［11］ 袁昭，邵明記，于家義，等．氣頂油藏開發(fā)中隔障開采法淺議［J］．特種油氣藏，2007，14（4）：62－64．YUAN Zhao，SHAO Mingji，YU Jiayi，et al．An approach to obstruction recovery method for developing gas cap field［J］．Special Oil ＆ Gas Reservoirs，2007，14（4）：62－64．

［12］ 范子菲，程林松，宋珩，等．帶氣頂油藏油氣同采條件下流體界面移動規(guī)律［J］．石油勘探與開發(fā)，2015，42（5）：624－631．FAN Zifei，CHENG Linsong，SONG Heng，et al．Fluid interface moving for the concurrent production of gas cap and oil rim of gas cap reservoirs［J］．Petroleum Exploration and Development，2015，42（5）：624－631．

［13］ 張安剛，范子菲，宋珩．氣頂油藏油氣界面移動距離的計算［J］．計算物理，2015，32（4）：469－474．ZHANG Angang，F(xiàn)AN Zifei，SONG Heng．Calculation of oilgas contact migration distance in gas－cap reservoir［J］．Chinese Journal of Computational Physics，2015，32（4）：469－474．

［14］ 劉佳，程林松，范子菲，等．氣頂油環(huán)協(xié)同開發(fā)下油氣界面運移規(guī)律研究［J］．西南石油大學學報（自然科學版），2015，37（5）：99－105．LIU Jia，CHENG Linsong，F(xiàn)AN Zifei，et al．Experimental studies on oil and gas coordinated development mechanism of oil rim reservoirs［J］．Journal of Southwest Petroleum Insitute（Science ＆ Technology Edition），2015，37（5）：99－105．

［15］ 張安剛，范子菲，宋珩，等．計算凝析氣頂油藏油氣界面移動距離的新方法 ［J］．油氣地質與采收率，2015，22（1）：102－105．ZHANG Angang，F(xiàn)AN Zifei，SONG Heng，et al．A new computing method of moving range of the oil－gas contact in oil reservoir with condensate gas cap［J］．Petroluem Geology and Recovery Efficiency，2015，22（1）：102－105．

［16］ 姜漢橋，姚軍，姜瑞忠．油藏工程原理與方法 ［M］．東營：中國石油大學出版社，2006：200－208．

Judgment and adjustment of crude oil invasion for oil and gas commingled production in gas cap reservoir

LU Kefeng
（Exploration ＆ Development Research Institute，Shanghai Branch of CNOOC Ltd．，Shanghai 200335，China）

AC gas cap reservoir in Xihu sag simultaneously develops gas cap and oil in the same well pattern with natural energy，thus causing the difficulty to judge crude oil invasion gas cap in dynamic tracking process．Based on material balance theory，volume equation of crude oil invasion gas cap is derived，and oil invasion index curves with definite physical meaning（curves of volume percentage of crude oil invasion gas cap and production time）are established，in which the intersections of curves with X－axis are start time of crude oil invasion gas cap，monotonicity of curves reflect fluid movement direction，and the slopes reflect movement speed．Result shows crude oil has invaded gas cap quickly when oil recovery factor is 4．3%in AC gas cap reservoir．Combing sensitivity analysis of comprehensive production velocity of AC gas cap reservoir with systematic well testing results，the knowledge of reducing GOR by decreasing production velocity is obtained，which can restrain crude oil to invade gas cap further rapidly．The effect of field application is obvious，which indicates the proposed method can guide development of similar gas cap reservoirs．

commingled production of oil and gas；gas cap reservoir；crude oil invasion；index curves；development adjustment；production velocity；Xihu sag

TE349

A

鹿克峰．油氣同采方式下氣頂油藏原油侵入狀況的判斷與調整［J］．中國海上油氣，2017，29（5）：69－74．

LU Kefeng．Judgment and adjustment of crude oil invasion for oil and gas commingled production in gas cap reservoir［J］．China Offshore Oil and Gas，2017，29（5）：69－74．

1673－1506（2017）05－0069－06

10．11935／j．issn．1673－1506．2017．05．009

＊“十三五”國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)（編號：2016ZX05027）”部分研究成果。

鹿克峰，男，高級工程師，長期從事油氣藏工程研究工作。地址：上海市長寧區(qū)通協(xié)路388號中海油大廈（郵編：200335）。E－mail：lukf＠cnooc．com．cn。

2017－02－17 改回日期：2017－06－28

（編輯：楊濱）