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特低豐度油藏水平井開(kāi)發(fā)布井物性界限研究

2019-11-04 02:39:42中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司北京100028
關(guān)鍵詞:產(chǎn)油量段長(zhǎng)度壓力梯度

(中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司,北京 100028)

梁斌 (中海油研究總院有限責(zé)任公司,北京 100028)

劉新光,楊依依 (中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司,北京 100028)

目標(biāo)油田A位于非洲北部,埋深大于3500m,地層壓力高達(dá)56MPa,儲(chǔ)層滲透率1~136mD,孔隙度9.3%。A油田地質(zhì)儲(chǔ)量巨大,但油層薄、儲(chǔ)量豐度低(小于50×104m3/km2),為典型的低孔滲、特低豐度異常高壓油藏,儲(chǔ)層為辮狀河沉積,連續(xù)性差。由于非洲國(guó)家本地化及財(cái)稅政策的要求,單井鉆完井費(fèi)用高,油田開(kāi)發(fā)面臨著井網(wǎng)部署難、經(jīng)濟(jì)性差等諸多難題,因此急需開(kāi)展布井界限研究,以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化布井。

低孔滲、低豐度油藏水平井開(kāi)發(fā)在海外油田中鮮有報(bào)道,低孔滲油藏啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感對(duì)油田開(kāi)發(fā)的影響也更多側(cè)重在室內(nèi)試驗(yàn)研究、影響機(jī)理等方面,對(duì)于數(shù)值模擬中的實(shí)現(xiàn)及以此預(yù)測(cè)布井物性界限研究較少。筆者結(jié)合室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)結(jié)果,將應(yīng)力敏感和啟動(dòng)壓力梯度對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響結(jié)合鉆完井技術(shù)可行性,并將經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)用到布井下限中,以單井經(jīng)濟(jì)累計(jì)產(chǎn)量為基礎(chǔ),明確A油田經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的物性界限,旨在為地質(zhì)儲(chǔ)層甜點(diǎn)預(yù)測(cè)明確方向,為開(kāi)發(fā)方案制定提供依據(jù)。

1 國(guó)內(nèi)外低孔滲薄層油藏開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

辮狀河沉積儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外油田開(kāi)發(fā)中都是個(gè)難題,但目前國(guó)內(nèi)外在薄油層中實(shí)施水平井技術(shù)較為成熟[1~8]。國(guó)外已開(kāi)發(fā)油田中,挪威水利公司特羅爾油田利用水平井開(kāi)發(fā)厚度為十幾米甚至幾米的油層;墨西哥灣利用水平井開(kāi)發(fā)厚度不到3m的氣層,在油層厚度不足1m的情況下鉆穿150m;美國(guó)Alpine油田油層有效厚度14m,儲(chǔ)層滲透率15mD,部署超過(guò)1500m的長(zhǎng)水平井開(kāi)發(fā),取得了較好的開(kāi)發(fā)效果[9]。

在國(guó)內(nèi),薄層油藏開(kāi)發(fā)較多[10],尤其在低豐度、低滲透油藏中大多應(yīng)用水平井開(kāi)發(fā),也都取得了不錯(cuò)的開(kāi)發(fā)效果[11,12]。遼河于樓油田駕26斷塊[13]為沼澤環(huán)境的網(wǎng)狀河道沉積,單砂體厚度平均4.5m,儲(chǔ)層分布不穩(wěn)定,連通性差,且儲(chǔ)層滲透率較低,該油田先打?qū)а劬嗷ヅ浜显?.2m油層段實(shí)施水平井,試采時(shí)6mm油嘴自噴日產(chǎn)超百?lài)?。遼河興隆臺(tái)也有薄層水平井開(kāi)發(fā)的先例[14],該油田在歡2-11-13塊平均有效厚度僅3.9m的油層中實(shí)施水平井開(kāi)發(fā),與初始直井開(kāi)發(fā)相比具有單井產(chǎn)能高,產(chǎn)量遞減緩慢和無(wú)水采油期延長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)??死斠狸懥河吞颷15]在油層平均厚度3.5m的區(qū)域部署水平井試驗(yàn)區(qū)開(kāi)發(fā),實(shí)鉆水平段長(zhǎng)度320m左右,比直井產(chǎn)能高2.5倍,明顯提高了油藏采收率。大慶油田葡萄花油組為儲(chǔ)量豐度小于20×104m3/km2的特低豐度薄互層油藏,單井厚度2~6m,單層厚度小于1m;該油田基于已投產(chǎn)水平井百米含油砂巖長(zhǎng)度產(chǎn)量貢獻(xiàn)值指導(dǎo)超薄層水平井開(kāi)發(fā),現(xiàn)階段機(jī)采井厚度下限為2.2~2.6m,如采用水平井與直井聯(lián)合布井開(kāi)發(fā)可使儲(chǔ)層厚度下限降低至1m以下[16,17]。

2 考慮應(yīng)力敏感和啟動(dòng)壓力梯度的數(shù)值模擬

利用地震和測(cè)井資料,結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)建立地質(zhì)模型,模型網(wǎng)格共256萬(wàn)個(gè),總有效網(wǎng)格24.9萬(wàn)個(gè),網(wǎng)格尺寸平面上為100m×100m,縱向上0.3~1m。應(yīng)用ECLIPISE軟件進(jìn)行初始化和模型構(gòu)建、儲(chǔ)量擬合及DST擬合工作。模型中流體參數(shù)、相滲曲線(xiàn)等基礎(chǔ)參數(shù)基于A油田試驗(yàn)結(jié)果??紤]A油田地質(zhì)模型網(wǎng)格數(shù)較多,選取以探井A-1井為中心的典型區(qū)塊(網(wǎng)格數(shù)41×41×36,有效網(wǎng)格1.2萬(wàn)個(gè))部署2注6采的反九點(diǎn)注采井網(wǎng)開(kāi)展優(yōu)化研究工作,方案優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 A油田基礎(chǔ)方案優(yōu)化研究

由表1可知,A油田水平井注水開(kāi)發(fā)效果最好。

不同開(kāi)發(fā)井距對(duì)比結(jié)果(見(jiàn)圖1)表明,隨著開(kāi)發(fā)井距的增大,井?dāng)?shù)減少,平均單井累計(jì)產(chǎn)油量增大,但井距超過(guò)700m后單井累計(jì)產(chǎn)油量增加不明顯;結(jié)合對(duì)該油田河道寬度認(rèn)識(shí),考慮儲(chǔ)層連通性的風(fēng)險(xiǎn),綜合推薦700m井距開(kāi)發(fā)。

不同水平段長(zhǎng)度開(kāi)發(fā)模擬結(jié)果對(duì)比(見(jiàn)圖2)表明,隨著水平段長(zhǎng)度的增加,井?dāng)?shù)減少且平均單井累計(jì)產(chǎn)量增加,水平段長(zhǎng)度超過(guò)800m后平均單井累計(jì)產(chǎn)量增加幅度較小,因此水平段長(zhǎng)度以800~900m為宜。

圖1 不同開(kāi)發(fā)井距平均單井累計(jì)產(chǎn)油量 圖2 不同水平段長(zhǎng)度平均單井累計(jì)產(chǎn)油量

2.1 辮狀河儲(chǔ)層水平井布井方向優(yōu)化

圖3 A油田開(kāi)發(fā)水平井布井方向優(yōu)選

對(duì)辮狀河儲(chǔ)層,考慮儲(chǔ)層連續(xù)性的方向,需對(duì)水平井布井方向開(kāi)展優(yōu)化研究。在相同的地質(zhì)儲(chǔ)量、井?dāng)?shù)、井距及水平段長(zhǎng)度的前提下,對(duì)比研究垂直物源方向和平行物源方向部署水平井對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖3。模擬結(jié)果表明,垂直物源方向部署水平井比平行物源方向部署累計(jì)產(chǎn)油量增加24.9×104m3,增加累計(jì)產(chǎn)量達(dá)50.1%。結(jié)合油藏沉積展布,證實(shí)在辮狀河儲(chǔ)層中垂直物源方向布井可以增大水平井鉆遇有利砂體的幾率。因此,在該類(lèi)油藏中推薦垂直物源方向部署水平井開(kāi)發(fā)。

2.2 考慮應(yīng)力敏感及啟動(dòng)壓力梯度的方案優(yōu)化

A油田儲(chǔ)層滲透率為1~136mD,國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究表明,低滲儲(chǔ)層滲透率隨著有效覆壓的變化而表現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)力敏感[18,19]。而針對(duì)低滲儲(chǔ)層數(shù)值模擬中是否應(yīng)當(dāng)考慮啟動(dòng)壓力梯度一直是國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者爭(zhēng)論的熱點(diǎn)[20~25],王曉東等[20]認(rèn)為在低滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中存在低速非達(dá)西滲流現(xiàn)象,在低滲油田開(kāi)發(fā)中也正是啟動(dòng)壓力梯度的存在加劇了壓力降落程度,使得“壓降漏斗”變小、變尖,其研究證實(shí)在啟動(dòng)壓力梯度存在的情況下,壓力分布曲線(xiàn)與原始地層壓力水平線(xiàn)相交,且交角隨著啟動(dòng)壓力梯度的增大而增加,存在壓力擾動(dòng)外緣,這一現(xiàn)象與低滲油田開(kāi)發(fā)中的規(guī)律符合。因此,在A油田的方案優(yōu)化中,需考慮應(yīng)力敏感及啟動(dòng)壓力在數(shù)值模型中的體現(xiàn),并以此開(kāi)展方案模擬研究。

2.2.1 應(yīng)力敏感

對(duì)于低滲儲(chǔ)層,經(jīng)公式推導(dǎo)及室內(nèi)巖心試驗(yàn)回歸得到任意初始滲透率與有效覆壓之間的關(guān)系式[18]為:

(1)

式中:K、K*分別為對(duì)應(yīng)于σ和σ*下的滲透率,mD;σ、σ*分別為有效覆壓和初始有效覆壓,MPa;pc為儲(chǔ)層條件下的上覆壓力,MPa;p為孔隙流體壓力,MPa;Sp為應(yīng)力敏感系數(shù),Sp=c(K*)-n(系數(shù)c、n與油氣藏儲(chǔ)層有關(guān),可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定)。

基于A油田相關(guān)參數(shù),開(kāi)展了室內(nèi)巖心試驗(yàn),確定了Sp的數(shù)學(xué)回歸式為:

Sp=0.2415(K*)-0.3109

(2)

由式(1)和式(2)聯(lián)合可得:

(3)

圖4 A油田儲(chǔ)層啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系曲線(xiàn)

式(3)為A油田任意初始滲透率與有效覆壓的關(guān)系式,據(jù)該關(guān)系式即可方便計(jì)算出任意點(diǎn)的滲透率在油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中的變化動(dòng)態(tài),亦即可求得不同地層壓力下的滲透率變化曲線(xiàn),從而應(yīng)用在數(shù)值模擬當(dāng)中。

2.2.2 啟動(dòng)壓力梯度

基于前人經(jīng)驗(yàn),考慮將啟動(dòng)壓力梯度應(yīng)用于A油田的數(shù)值模擬研究中。基于A油田實(shí)驗(yàn)室?guī)r心測(cè)定,得到了低滲儲(chǔ)層滲透率與啟動(dòng)壓力梯度的關(guān)系曲線(xiàn)(見(jiàn)圖4)?;貧w得到啟動(dòng)壓力梯度與儲(chǔ)層滲透率的關(guān)系式為:

y=0.078x-1.567

(4)

在模型中通過(guò)對(duì)任意相鄰網(wǎng)格設(shè)置不同的分區(qū),基于試驗(yàn)得到啟動(dòng)壓力梯度與滲透率的關(guān)系,即可實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬中體現(xiàn)啟動(dòng)壓力梯度對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響。

2.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比

針對(duì)A油田,分別模擬了是否考慮應(yīng)力敏感和啟動(dòng)壓力梯度的油田開(kāi)發(fā)方案,模擬結(jié)果見(jiàn)圖5。在控制條件相同的前提下,若考慮啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感,油田開(kāi)發(fā)遞減更快,最終累計(jì)產(chǎn)油量降低,采收率降低4.1%。這也與前人研究的在低滲油田開(kāi)發(fā)中啟動(dòng)壓力梯度的存在將加劇壓力降落程度,使得“壓降漏斗”變小、變尖結(jié)論一致[20~25]。對(duì)比模擬結(jié)果和相似油田開(kāi)發(fā)實(shí)例,基于A油田低孔滲的油藏特征,在油藏方案數(shù)值模擬中應(yīng)當(dāng)考慮應(yīng)力敏感和啟動(dòng)壓力梯度,這樣得到的結(jié)果更為合理可信。

圖5 啟動(dòng)壓力梯度對(duì)A油田開(kāi)發(fā)效果影響

3 水平井布井物性下限及開(kāi)發(fā)效果

對(duì)水平井布井下限的研究,結(jié)合鉆完井分別研究了方案優(yōu)化中的800m長(zhǎng)度水平井方案和基于類(lèi)比對(duì)象的Alpine的長(zhǎng)水平井方案(2000m水平段長(zhǎng)度)。在井距相同的前提下,在A油田部署不同水平段長(zhǎng)度的反九點(diǎn)井網(wǎng),其中800m水平段長(zhǎng)度開(kāi)發(fā)部署采油井123口,2000m水平段長(zhǎng)度開(kāi)發(fā)部署采油井62口。在考慮應(yīng)力敏感和啟動(dòng)壓力梯度的前提下,開(kāi)展方案模擬,對(duì)比分析開(kāi)發(fā)效果。

A油田埋深超過(guò)3500m,2000m水平段鉆完井費(fèi)用為800m水平段鉆完井費(fèi)用的1.3倍?;诮?jīng)濟(jì)測(cè)算結(jié)果,在工程規(guī)模恒定、工程投資相同的前提下,800m水平段經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的單井累計(jì)產(chǎn)油量下限為15.0×104m3,2000m水平段經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的單井累計(jì)產(chǎn)油量下限為19.5×104m3。分析對(duì)比不同方案開(kāi)發(fā)井累計(jì)產(chǎn)油量及水平井鉆遇儲(chǔ)層物性,可得不同方案的布井下限。

800m水平段開(kāi)發(fā)方案中,能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)界限的開(kāi)發(fā)井?dāng)?shù)共22口,占總井?dāng)?shù)的17.9%。同時(shí),單井累計(jì)產(chǎn)油量和滲透率相對(duì)關(guān)系明確,按照方案統(tǒng)計(jì),布井區(qū)滲透率大于150mD則可實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求(見(jiàn)圖6)。

若采用2000m水平段水平井開(kāi)發(fā),共部屬62口水平井,單井累計(jì)產(chǎn)油量大于20×104m3的井共有12口,占總井?dāng)?shù)的19.4%。此外,在現(xiàn)階段地質(zhì)認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上,800m水平井方案中無(wú)產(chǎn)量貢獻(xiàn)的井共有12口(射孔段完全位于無(wú)效儲(chǔ)層中的井),占總開(kāi)發(fā)井?dāng)?shù)的9.8%,而2000m水平井方案中僅2口該類(lèi)井,占3.2%,說(shuō)明長(zhǎng)水平井能夠增加有效儲(chǔ)層鉆遇率,在一定程度上減少無(wú)效井,提升經(jīng)濟(jì)效益(見(jiàn)圖7)。

圖6 800m水平井開(kāi)發(fā)單井累計(jì)產(chǎn)油量與對(duì)應(yīng)井?dāng)?shù)及滲透率的關(guān)系

圖7 2000m水平井開(kāi)發(fā)單井累計(jì)產(chǎn)油量與對(duì)應(yīng)井?dāng)?shù)及滲透率的關(guān)系

基于以上研究成果,可針對(duì)性開(kāi)展儲(chǔ)層甜點(diǎn)預(yù)測(cè)研究,在滿(mǎn)足物性下限的甜點(diǎn)區(qū)域布井,實(shí)現(xiàn)單井經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)。

4 結(jié)論

1)現(xiàn)有技術(shù)條件下,水平井或長(zhǎng)水平井可實(shí)現(xiàn)薄層低豐度油田開(kāi)發(fā)。對(duì)于辮狀河儲(chǔ)層,如若地質(zhì)認(rèn)識(shí)和儲(chǔ)層描述存在困難,導(dǎo)眼井配合實(shí)施水平井 ,可以提高儲(chǔ)層鉆遇率。

2)辮狀河沉積油藏,垂直物源方向部署水平井能更多地鉆遇有利儲(chǔ)層,開(kāi)發(fā)效果更好。

3)低孔滲油藏在數(shù)值模擬中應(yīng)考慮應(yīng)力敏感和啟動(dòng)壓力梯度,可準(zhǔn)確模擬該類(lèi)油藏開(kāi)發(fā)中“壓降漏斗”變小、變尖的生產(chǎn)實(shí)際。

4)海外區(qū)塊開(kāi)發(fā)井部署時(shí)要以經(jīng)濟(jì)效益為先,以單井累計(jì)產(chǎn)油量為基礎(chǔ)測(cè)算符合公司經(jīng)濟(jì)效益的布井物性下限;在鉆完井技術(shù)可行的前提下,部署長(zhǎng)水平井開(kāi)發(fā)可提高儲(chǔ)層鉆遇率,減少無(wú)效井?dāng)?shù)。

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