張啟龍,張曉誠,王曉鵬,龔 寧,李 進(jìn),王 菲

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室,天津 300459; 2.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249)

隨著渤海油田開采程度的逐漸加深,以S油田為代表的疏松砂巖油田經(jīng)過井網(wǎng)加密調(diào)整后,油田平面矛盾得到緩解,但隨著油田進(jìn)入高含水期,其縱向矛盾突出,厚層內(nèi)部普遍存在水淹不均的現(xiàn)象,剩余油在層內(nèi)的富集程度不均,制約開采效率[1-3]。渤海S油田因高含水問題大幅降低油井產(chǎn)量,增加平臺水處理負(fù)荷,高流量水沖蝕防砂管柱,造成防砂失效、井下管柱損害以及電泵設(shè)備過載等問題,嚴(yán)重影響油井正常生產(chǎn)和油田采收率,同時增加處理成本,逐漸成為制約該油田高效開發(fā)的主要因素。由于該油田出水井?dāng)?shù)較多,各井出水規(guī)律存在較大差別,且無明顯規(guī)律,無法有效指導(dǎo)生產(chǎn)措施或控水手段,導(dǎo)致高含水趨勢進(jìn)一步加強,急需對該油田高含水井進(jìn)行統(tǒng)計分析,研究該油田井的出水規(guī)律,以此為基礎(chǔ)對控水措施提供指導(dǎo)。

為解決以上問題,本文對渤海S油田107口水平生產(chǎn)井進(jìn)行統(tǒng)計,采用無因次累計產(chǎn)油量—含水率曲線法對其出水規(guī)律進(jìn)行歸類和分析,總結(jié)歸納出5種出水模式。以此為基礎(chǔ),分析了高含水的原因,從而選出了影響高含水的5個因素。利用灰色關(guān)聯(lián)法對各因素敏感性進(jìn)行了分析,提出了相關(guān)控水建議,對渤海S油田及其他類似高含水油田有較好的指導(dǎo)意義。

1 渤海S油田出水現(xiàn)狀分析

對渤海S油田107口水平生產(chǎn)井的生產(chǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計,采用無因次累計產(chǎn)油量—含水率曲線法對其出水規(guī)律進(jìn)行歸類和分析。

1.1 無因次累計產(chǎn)油量—含水率曲線法

由于各井投產(chǎn)時間不同,統(tǒng)計各井累計產(chǎn)量與含水率之間的關(guān)系時,需將累計產(chǎn)油量進(jìn)行歸一化處理,采用無因次累計采油量表征單井累計產(chǎn)出情況[4],見式(1)。

(1)

式中,λ為無因此累計產(chǎn)油量;T為油田正常生產(chǎn)總時間;Q(t)為油田t時刻的產(chǎn)量。

1.2 出水規(guī)律統(tǒng)計與分析

通過對各井無因次累計產(chǎn)油量—含水率進(jìn)行計算并繪制曲線,根據(jù)曲線形狀特征總結(jié)了該油田的5種出水類型[5-6]。

(1)未定義類型。部分井由于出砂修井、生產(chǎn)年限不足或者頻繁調(diào)泵,未形成長期穩(wěn)定的生產(chǎn)周期,導(dǎo)致其生產(chǎn)曲線無明顯規(guī)律,無法提取有效信息。

(2)凸形曲線。35口井在無因次累計產(chǎn)油量—含水率曲線中呈現(xiàn)凸形,以C15H1、C28H2、C35H和N22H井為例,如圖1所示。該類型井投產(chǎn)即見水,基本不存在無水采油期,中低含水期的單井含水率上升速度較快,很快進(jìn)入高含水期,但高含水期含水率上升速度減緩。其主要采油期集中在中高含水階段,需提前考慮控水措施[7]。

(3)凹形曲線。15口井在無因次累計產(chǎn)油量—含水率曲線中呈現(xiàn)凹型形,以C37H、E33H和H32H1井為例,如圖2所示。該類型井有一定低含水采油期,且低含水期內(nèi)的含水率上升緩慢,40%以上的產(chǎn)量可在低含水期內(nèi)產(chǎn)出,生產(chǎn)后期含水率快速上升,該類型井應(yīng)精細(xì)化控制生產(chǎn)制度,盡量延長低含水期。

圖1 凸形曲線生產(chǎn)動態(tài)Fig.1 Production dynamics of convex curves

圖2 凹形曲線生產(chǎn)動態(tài)Fig.2 Production dynamics of concave curves

(4)S形曲線。12口井在無因次累計產(chǎn)油量—含水率曲線中呈現(xiàn)S形,以E14H1、G38H和C28H2井為例,如圖3所示。該類型井存在一定時間的低含水采油期、較長時間的含水率直線上升期以及一定時間的高含水平緩期,控水措施在快速上升期作用有限,應(yīng)盡量在低含水期采取措施。

(5)平行直線形。21口井在無因次累計產(chǎn)油量—含水率曲線中呈現(xiàn)平行直線型,以C26H1、C28H和H32H1井為例,如圖4所示。該類型井投產(chǎn)即高含水,一般鉆遇暴性水淹儲層,該類型井應(yīng)采用較大排量泵,并提高平臺水處理能力,采用大泵提液方式采出剩余油。

圖4 平行直線形生產(chǎn)動態(tài)Fig.4 Parallel linear production dynamics

1.3 各出水類型比例分析

通過對以上5種出水類型的井進(jìn)行統(tǒng)計,各類型井所占比例如圖5所示。渤海S油田水平井含水率曲線以凸形為主,其次是平行直線形、S形、凹形。其中,較為理想的生產(chǎn)類型(S形、凹形)占比為25%,出水嚴(yán)重的生產(chǎn)類型(凸形、平行直線形)占比57%。因此,總體上渤海S油田的高含水形式較為嚴(yán)峻,急需采取有效的控水措施,以保證該油田剩余油的有效開采。

圖5 各出水類型井?dāng)?shù)占比Fig.5 Proportion of wells of each water outlet type

2 水平井高含水原因分析

引起水平生產(chǎn)井快速見水的原因較多,通過對渤海S油田高含水原因的分析[8-9],可將因素概括為非均質(zhì)類因素和均質(zhì)類因素2類。

2.1 非均質(zhì)類因素

所謂非均質(zhì)類見水,主要是指井筒或井筒周邊產(chǎn)液剖面不均勻造成的井筒部分點發(fā)生局部水淹的現(xiàn)象。根據(jù)其發(fā)生的原因,可以分為滲透率非均質(zhì)性和井筒壓力非均質(zhì)性。

渤海S油田水平井沿井段滲透率非均質(zhì)性分布可分為多段式、兩段式、均質(zhì)性。多段式指滲透率沿水平井滲透率呈多段式分布,開井前根據(jù)測井結(jié)果所有層為油層,開井后見水時間短,含水上升速度快;兩段式是指井筒沿水平方向成2段分布,其見水快慢取決于2段的滲透率差值;均勻式是指滲透率沿水平井筒均勻分布,與前2類相比,其見水速度相對較慢,此時占據(jù)主導(dǎo)影響的不是滲透率,需要考慮其他因素影響。為了表征滲透率的非均質(zhì)性,引入滲透率離散系數(shù)V,見式(2)—式(4)。V值越大,表明地層非均質(zhì)性越強;V值越小,表明地層均質(zhì)特征越明顯;V=0,表征地層滲透率完全相等。

(2)

(3)

(4)

井筒壓力非均質(zhì)性是指井筒內(nèi)沿水平方向壓力的逐漸增高,易導(dǎo)致油水剖面在水平井低壓點率先突破,從而造成單井含水率的快速上升,即水平井跟趾效應(yīng)。其本質(zhì)在于,井筒內(nèi)的流體產(chǎn)生的摩阻、流體撞擊井壁產(chǎn)生的回壓力等綜合效應(yīng)造成井筒內(nèi)根部、趾部壓力不一致,水平段井筒壓降使得跟端生產(chǎn)壓差較大,跟端見水速度高于趾端。水平井的跟趾效應(yīng)是無法避免的,利用水平井段長度表征跟趾效應(yīng)的強弱。水平井段越長,則沿程摩阻越大,導(dǎo)致跟趾段壓差越大,當(dāng)水平段長度為0時,表征不存在井筒壓力差異性。

2.2 均質(zhì)類因素

所謂均質(zhì)類見水,主要是指隨著生產(chǎn)時間的逐漸累計,油水剖面均勻地進(jìn)入井筒造成水平井見水,其見水速度較非均質(zhì)類見水快,主要受地層平均滲透率、產(chǎn)液強度和投產(chǎn)時間的影響。

平均滲透率是指水平段各點滲透率的加權(quán)平均值,表征水平井段油水界面的整體推進(jìn)速度。平均滲透率大的井表明油水界面推進(jìn)的速度快,其見水速度也就更大。因此,平均滲透率與見水速度呈正相關(guān)。

除了地層性質(zhì)的影響外,單井的生產(chǎn)制度也是影響見水速度的重要因素。生產(chǎn)制度主要包括產(chǎn)液量、生產(chǎn)壓差、射孔打開程度等。在進(jìn)行影響因素分析時,可將上述開采因素歸結(jié)于一個綜合性的開采指標(biāo)“采液強度”,即單位油層有效厚度的日產(chǎn)油量。高采液強度易造成油水剖面均勻推進(jìn)速度的加快,引發(fā)單井含水率的快速上升。因此,在滿足產(chǎn)量要求的基礎(chǔ)上,應(yīng)適當(dāng)控制單井的采液強度。

投產(chǎn)時間主要體現(xiàn)水平井投產(chǎn)時所處的開發(fā)環(huán)境,相同條件下投產(chǎn)較晚的井,其油水剖面在前期生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,已經(jīng)有了一定程度的整體推進(jìn),其見水速度較之前投產(chǎn)的井有所增加。

3 敏感性分析與措施建議

通過對水平井非均質(zhì)類因素和均質(zhì)類因素的分析,總結(jié)出了影響水平井見水速度的5個因素,即滲透率離散系數(shù)、平均滲透率、采液強度、水平井段長度和投產(chǎn)時間。利用灰色關(guān)聯(lián)度方法對五個因素的敏感性進(jìn)行分析,優(yōu)選影響見水速度的主控因素,以此為依據(jù)提出控水措施建議。

3.1 基于灰色關(guān)聯(lián)度的敏感性分析

為了充分利用歷史作業(yè)數(shù)據(jù),采用灰色關(guān)聯(lián)法研究各因素對見水速度的影響敏感性[10-13],選取滲透率離散系數(shù)、平均滲透率、采液強度、水平井段長度和投產(chǎn)時間5個因素為比較序列,構(gòu)建見水速度指標(biāo)為參考序列,表征單井含水率上升的速度,見式(5)。

(5)

式中,vw為見水速度;w1為投產(chǎn)初期的含水率;w2為目前的含水率;t1為投產(chǎn)初期時間;t2為目前時間。

灰色關(guān)聯(lián)度的基本步驟如下[14-15]。

(1)搜集歷史井的參考序列和比較序列數(shù)據(jù),構(gòu)建分析序列,見表1。

表1 基于歷史數(shù)據(jù)分析序列Tab.1 Analyzing sequences based on historical data

(2)對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理,消除單位的影響。主要方法有初值法、極差法、均值法等,本文采用適用范圍最廣的均值法進(jìn)行處理,即序列元素值(和)除以序列平均值(和),見式(6)、式(7)。

(6)

(7)

(3)計算各因素關(guān)聯(lián)度系數(shù)。利用式(8)—式(10)依次計算差序列、兩極最小差和最大差,再利用式(11)求取關(guān)聯(lián)度系數(shù)。

Δi=|y(k)-xi(k)|

(8)

(9)

(10)

ξi(k)=

(11)

(4)計算各因素的灰色關(guān)聯(lián)度,表征各因素影響權(quán)重,以此為依據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度排序,見表2。根據(jù)計算結(jié)果,各因素對見水速度影響的關(guān)聯(lián)度排序為:投產(chǎn)時間>滲透率離散系數(shù)>水平井段長度>平均滲透率>采液強度。其中,非均質(zhì)因素的平均關(guān)聯(lián)度為0.784 5,均質(zhì)因素的平均關(guān)聯(lián)度為0.780 5,因此非均質(zhì)因素對高含水的影響程度大于均質(zhì)因素,控水應(yīng)重點考慮消除因素的非均質(zhì)性。

表2 灰色關(guān)聯(lián)度排序Tab.2 Grey correlation degree sorting

3.2 控水措施與建議

根據(jù)以上因素對高含水影響方向性的分析結(jié)果,滲透率離散系數(shù)、平均滲透率、采液強度、水平井段長度和投產(chǎn)時間5個因素均與油田高含水呈正相關(guān),即各因素均加劇了油田的高含水進(jìn)程?；趯Σ澈油田出水規(guī)律的分析與影響因素敏感性研究結(jié)論,形成以下控水措施與建議[16-19]。

(1)基于油藏認(rèn)識和配產(chǎn)數(shù)據(jù),提前判斷單井的見水類型。當(dāng)井為理想的生產(chǎn)類型(S形、凹形)時,提前在完井階段下入控水工具,如ICD、AICD等,盡量延長無水或者低水采油期;當(dāng)井為出水嚴(yán)重的生產(chǎn)類型(凸形、平行直線形)時,機械控水措施起到的作用有限,建議采用大排量泵提高平臺水處理能力,采用大泵提液方式采出剩余油。

(2)根據(jù)各因素敏感性研究結(jié)果,投產(chǎn)時間、滲透率離散系數(shù)、水平井段長度為主要影響因素。由于投產(chǎn)時間與油田高含水呈正相關(guān),而采用整體開發(fā)模式可以使后期調(diào)整儲量的投產(chǎn)時間前移,從而縮短了各井的投產(chǎn)時間間隔,可以起到抑制油田含水率上升的作用;針對滲透率離散系數(shù)的影響,建議將控水措施場景由井筒擴展到井筒外,如“連續(xù)封隔體技術(shù)+ICD/AICD”技術(shù)[20],通過井筒外充填親油疏水顆粒降低油水的軸向運移,配合井筒內(nèi)的阻力限流作用,降低滲透率差異性對出水的影響;針對水平井段長度的影響,盡量在滿足產(chǎn)量的前提下,控制水平井段的長度,并在井筒內(nèi)下入中心管以平衡井筒內(nèi)的壓力分布,降低水平井段的跟趾效應(yīng)。

(3)根據(jù)敏感性研究結(jié)果,采液強度對見水速度的影響相對較小。在該油田調(diào)整開發(fā)階段,適當(dāng)加大采液強度,盡早采出井下剩余油,提前收回開發(fā)成本,提高該油田開發(fā)的凈現(xiàn)值和內(nèi)部收益率。

4 結(jié)論

(1)采用無因次累計產(chǎn)油量—含水率曲線法對其對渤海S油田水平生產(chǎn)井的出水規(guī)律進(jìn)行歸類和分析,歸納總結(jié)5種出水類型,其中出水嚴(yán)重的生產(chǎn)類型(凸形、平行直線形)占比57%,高含水形式較為嚴(yán)峻。

(2)對渤海油田高含水原因進(jìn)行分析,歸納形成了非均質(zhì)類出水和均質(zhì)類出水2大類型,總結(jié)出了影響水平井見水速度的5個因素,即滲透率離散系數(shù)、平均滲透率、采液強度、水平井段長度和投產(chǎn)時間。

(3)利用灰色關(guān)聯(lián)度對5個因素對見水速度的影響敏感性進(jìn)行了研究,得到了各因素的敏感性排序為:投產(chǎn)時間>滲透率離散系數(shù)>水平井段長度>平均滲透率>采液強度。

(4)基于對渤海S油田出水規(guī)律的分析與影響因素敏感性研究結(jié)果,提出了具體的控水措施與建議,對該油田或者類似高含水油田有較好的指導(dǎo)借鑒作用。