海上特低幅构造稠油底水油藏水平井开发策略

刘 超，廖新武，李廷礼，张运来，马跃明

(1.中海油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452;2.中油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010)

引 言

世界上绝大部分的原油都储藏在含有底水或边水的油藏中，然而对于油柱高度小于20 m、甚至小于10 m，地层原油黏度200 μPa·s以上的底水油藏的开发是目前世界级的难题。

针对开发过程中底水锥进的问题，虽然采取了油层避射、控制生产压差、氮气泡沫压水锥、化学堵水等一系列措施，但是效果不理想或以牺牲采油速度为代价［1－3］。在现代油田尤其是海上油田的开发过程中，由于受制于平台寿命和操作成本等因素，往往需要较高的采油速度来获得更好的经济效益，因此以往的开发思路已经难以适应此类油田的开发需求［4－5］。本文针对油柱高度小于20 m的特低幅稠油底水油藏提出了相应的开发生产策略，为解决这一难题提供了思路。

1 油田概况及开采现状

Z油田是1个海上大型河流相砂岩稠油油田，其主要含油层段为明下段和馆上段。油田分为南区、北区、西区，开发方案设计以定向井多层合采的方式开发。2001年油田投入开发后，含水上升快，油田产量递减快，其主要原因是底水油藏储量比例大(约占40%)、多种油藏类型合采、油水黏度比大等。尤其是明下段的底水油藏，由于采用定向井开采，目前井点位置底水锥进严重，造成井点位置的含水普遍较高，处于相对较低水平的生产状况，但同时采出程度却很低，有很大的剩余油潜力。

以该油田西区明下段底水油藏E－NmⅡ1砂体为例，该砂体为低幅构造的底水油藏，疏松砂岩，孔隙度为17% ～38%，渗透率为30×10－3～8600×10－3μm2，平均渗透率为3100 ×10－3μm2，地下原油黏度为260 mPa·s，开发初期采用定向井开采，布井区的油柱高度为12～22 m。2002年投入开发后，大多数定向井表现出的生产特征是:初期生产状况良好，产能在40～70 m3/d，但在投产后2～5个月，含水率就升高到80%以上，产量迅速下降为10～15 m3/d。截至2009年底，该砂体综合含水率达到89.8%，而采出程度仅为6.9%。通过水驱曲线计算其水驱储量动用程度仅为38%，数值模拟研究表明，大量的剩余油富集在定向井之间和储层的中上部，没有被动用。现场饱和度测井表明:井筒附近的油层纵向水淹差异大，底部水淹严重，沿着井筒向上油层水淹程度逐渐变轻，顶部没有水淹，这也验证了数模研究的成果。为了挖掘储层上部和老井间的剩余油，改善低油柱稠油底水油藏的开发效果，对水平井在特低幅构造油藏中的适应性及其影响因素进行了研究［6］。

2 水平井开发稠油底水油藏影响因素分析

利用水平井开发底水油藏的效果主要受油层厚度、隔夹层分布、水平段长度、生产策略等因素的影响［7］。

2.1 油层厚度

对于构造幅度小、油柱高度低的油藏部署水平井开发的极限是多少，该采取什么样的开发策略，C.S.Kabir给出自己的见解，但仅限于带气顶的轻质油藏，对于黏度超过200 mPa·s的稠油底水油藏的布井极限，国内外文献论述较少［8］。建立Z油田西区E－NmⅡ1砂体地质模型，在不同油层厚度的区域布井，进行了数值模拟研究(图1)。布井区域油层厚度从4～20 m不等，由图1可知，井轨迹距离油水界面的高度在8 m以上时，累计产油可以达到5×104m3以上，通常是有经济效益的。水平井尽可能布置在储层顶部，距离2 m左右，因此油柱高度下限值为10 m。

图1 水平井累计产油与低幅构造稠油底水油藏油柱高度关系

从Z油田已经投产的低油柱油藏水平井的生产情况看，油层厚度在10 m以上区域的水平井，初期日产油在50～100 m3/d以上，累计产油在5×104～15×104m3以上。这些水平井中大部分井的无水采油期都比直井长，而且含水率达到90%以后，通过大泵提液措施，仍然有很大的生产潜力。生产实践表明，低油柱稠油底水油藏水平井全寿命期内累计产油的60%是在含水率达到90%以上后采出的。以Z油田的D25h井为例，该井含水率90%时累计产油为4.9×104m3，目前为96%，累计产油已达12.2×104m3，预计全寿命周期内累计产油在15.0×104m3以上。

2.2 隔夹层分布

模仿E－NmⅡ1砂体的地质油藏条件，建立了多个隔夹层分布机理模型(图2)，研究表明:①隔夹层的存在能够明显增加累产油量;②多个隔夹层比一个隔夹层效果好;③连续分布的、范围较广的夹层能够大大改善水平井开发效果。

图2 隔夹层阻挡底水锥进改善开发效果机理模型

在Z油田的实际生产中，隔夹层的分布与水平井的累计产油也显示出密切的关系:有隔夹层遮挡的水平井累计产油通常比没有隔夹层遮挡的要高出20%～30%;无隔夹层遮挡的水平井的无水采油期一般只有0～2个月，隔夹层局部遮挡的水平井无水采油期有3～5个月，有隔夹层连续分布遮挡底水的水平井无水采油期可达12～20个月。

此外，隔夹层的渗透性也是影响开发效果的重要因素。数值模拟研究表明，当隔夹层没有或者几乎没有渗透性的时候，其挡水增油作用更明显，还可以增大驱油面积。

总之，隔夹层的存在对低油柱稠油底水油藏的水平井是非常有利的因素，非渗透隔夹层下方的剩余油，可以在开发后期利用老井侧钻来开发。

2.3 水平段长度

前人对水平井的产能影响因素进行的大量研究表明，水平段长度对其产能有着重要的影响。考虑井筒摩阻后的JOSHI公式和陈氏公式都表明，水平井产能随着水平段的增加成正相关性增加(但不是线性增加)，亦即水平段越长越好。CHEVRON公司在英国北海的Captain油田，水平井的水平段长度为1500～2000 m，PLT测试资料证实即使是在水平段的“趾端”仍然有产量贡献。事实表明在地下情况简单、含油面积较大的油藏中，水平段越长水平井的产量越高，控制同等规模的储量需要的井数也越少。但是随着水平段长度的增加，油藏情况更加复杂、钻井难度加大，更重要的是由于受到老井底水锥进范围、砂体展布范围、断层分布、油水边界等因素的影响，使得有些油藏不适合将水平段钻的很长。例如Z油田进行综合调整时，在老定向井间布署水平井挖潜，就受到老井井距及其水锥范围的限制。该油田的老定向井的井距大约是350～500 m，精细油藏描述研究对老井周围的水锥进行的定量化表征结果是老井周围80～110 m范围内不适宜部署调整井，因为该区域已经严重水淹，很容易导致调整井快速水淹。因此结合数值模拟结果推荐的水平段长度在250～400 m(图3)。事实上在实施的过程中，由于河流相沉积的复杂性，有的水平井的水平段甚至只有200 m左右，说明机理模型研究的理想条件和实际油藏的条件是有很大差别的。

图3 低幅构造稠油油藏水平井长度优化决策示意图

2.4 生产策略

前人的研究往往只关注如何避免底水突破［9］，而海上油田的高速开发使底水突破不可避免，所以对底水突破后的开发策略同样感兴趣。

采用CHAPERON公式计算水平井的临界产能。

利用式(1)计算的临界产能为12 m3/d，对应临界生产压差为0.08 MPa，这样的采油速度在实际生产中达不到经济效益的要求。合理的生产压差应该既能获得较高的采收率，又能保持较高的采油速度。陈民锋、姜汉桥等研究了海上油田不同开发井型的合理生产制度，但主要依据生产井防砂的出砂极限压差来对合理生产压差取值［10］。

结合Z油田的油藏特点，设计了三段式生产模式:①在含水率低于40%的开发初期，采取小压差生产，尽量延长低含水采油期;②在含水率40% ～80%的开发中期，逐步提液;③含水率超过80%以后，采用大压差、高液量生产。

Z油田的开发实践表明，采取上述“三段式”生产模式不仅是可行的，而且取得了良好的开发效果，尤其是在第3阶段，采取“千方泵”进行提液，增油量非常显著，而含水率却不会明显升高，甚至有所下降。

3 水平井实践效果

自2003年4月，Z油田的第1口调整井D27m井投产以来，截至2012年底，该油田已投产水平调整井46口，大部分为低油柱稠油底水油藏水平井，油柱高度为10～20 m，地层原油黏度为260 mPa·s，这些位于特低构造幅度而且是稠油底水油藏等极限条件下的水平井，投产后生产状况良好，通过大泵提液等措施，水平调整井的产量达到1450 m3/d，占油田总产量的1/3，截至目前，累计增油已达254×104m3/d，增加可采储量835×104m3/d，油田最终采收率提高了4.9%。

4 结论

(1)以累计产油5×104m3为经济效益底限，Z油田可利用水平井开发低油柱稠油底水油藏的厚度下限是8～10 m。

(2)受老井井距及水淹范围的限制，Z油田水平调整井水平段的适宜长度是200～400 m。

(3)进行精细油藏描述，掌握隔夹层的分布规律，明显改善了海上低幅稠油底水油藏的开发效果。

(4)初期尽量延长无水采油期，中期逐步提液、高含水后大泵提液的“三段式”生产策略适宜海上低幅稠油底水油藏的开发特点。

［1］文华.边底水油藏开发效果及调整对策研究［J］.特种油气藏，2009，16(2):50 －52.

［2］王涛，李相方，姚约东.正韵律底水油藏水平井开发技术界限研究［J］.特种油气藏，2009，16(1):58－60.

［3］蒋晓蓉，谭光天，张其敏.底水锥进油藏油水同采技术研究［J］.特种油气藏，2005，12(6):55－57.

［4］Sarmarth Patwardhan，Mohan Kelkar.Dewatering in hunton reservoir－ drill vertical or horizontal well［C］.SPE89462，2004:1 －5.

［5］郎兆新.油藏工程基础［M］.东营:石油大学出版社，1991:24－25.

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［8］Kabir C S，Agamini M.Production strategy for thin oil columns in saturated Reservoirs［C］.SPE89462，2004:1－5.

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［10］陈民锋，姜汉桥.海上油田不同开发井型合理生产制度研究［J］. 钻采工艺，2007，35(3):67 －69.