渤海南部中轻质油藏采油速度界限确定

阳晓燕，张建民，张占华，陈晓明，王 龙

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

针对高投入、高风险的海上油田，提高采油速度是获取高产量的有效途径[1-2]。然而，油藏采油速度过高，易加快边底水、注入水突破，递减率加快[3-4]，因此，对合理采油速度界限的研究显得极为重要[5-7]。渤海南部油田以中轻质油藏为主，黏度为0.4～16.0 mPa·s。投产初期，部分井区采油速度高，需对各区块、单井进行生产制度优化，确保油田和区块的合理开发。基于Leverett函数式以及相对渗透率经验公式，建立采油速度与含水率、递减率的理论模型，并结合数值模拟技术，提出渤海南部中轻质油藏的合理采油速度界限。

1 采油速度理论模型

在油田动态分析中，产水率是一个重要的指标，即Leverett函数表达式[8-9]：

(1)

式中：fw为含水率，%；Kro、Krw为油、水相对渗透率；μw为地层水黏度，mPa·s；μo为地层原油黏度，mPa·s。

为便于应用，常将相对渗透率的比值表示为含水饱和度的函数[8]，即：

(2)

式中：Sw为含水饱和度；a、b为相对渗透率曲线回归参数。

水驱油效率表达式为[8]：

(3)

式中：R为采出程度；Swi为束缚水饱和度。

联立式(1)～(3)，对方程两边求导，可得：

(4)

式中：t为时间变量，a。

当dt=1时，即建立采油速度模型为：

(5)

式中：vo为采油速度，%；Fw为年含水上升速度，%。

从式(5)可以看出，一个油田是否适合高速开发，油田的固有属性决定其开发规律[10]。油田束缚水饱和度和相对渗透率曲线对采油速度影响较大，含水阶段的变化以及对开发效果的需求也决定着油田合理采油速度的取值。为更直观地描述不同采油速度对油田开发效果的影响，建立递减率与采油速度的理论模型。

当油田进入递减阶段后[11-13]，建立递减率与含水率的表达式，通过推导得：

(6)

式中：Dt为递减率，%；Ql为阶段产液量，m3；Qo为阶段产油量，m3。

对式(6)进一步推导，可建立递减率与含水率的表达式：

(7)

将式(7)代入式(4)，可建立采油速度对递减率影响的数学模型：

Dt=vob(1-Swi)fw

(8)

2 采油速度影响因素图版

利用油田或者区块相对渗透率曲线，确定相对渗透率曲线回归参数，进而确定该油田的采油速度图版。以渤中35-2油田为例，通过回归该油田油水相对渗透率比值与含水饱和度的关系曲线，可得b=21.76。将b值以及束缚水饱和度代入式(5)、(8)，可建立采油速度相关图版(图1、2)。可以看出，油田的相对渗透率曲线对油田的开发策略有决定性作用。

图1 不同采油速度下年含水上升速度随含水率变化曲线

图2 不同含水率下采油速度对年递减率的影响

采油速度对油田年含水上升速度及年递减率影响较大，采油速度越高，年含水上升速度越快。随着采油速度的增加，递减率逐渐加大，过高的采油速度将对油田后续开发带来不利影响。然而，海上油田考虑平台寿命问题[14-15]，采油速度过低，平台寿命期内采出程度有限。为此，对于海上油田，需结合平台寿命内的采出程度，进一步确定油田的合理采油速度。

3 合理采油速度的确定

根据渤中35-2油田地质情况，在油田已钻井方案基础上，采用数值模拟法进行研究。设置4个不同方案，对应的生产压差分别为0.5、1.0、1.5、2.0 MPa，对应的采油速度分别为1.9%、3.8%、6.0%、7.3%。数值模拟结果见表1。

表1 合理采油速度研究数据

由表1可知，随着初期采油速度增加，采收率逐渐降低；采油速度小于6.0%时，对采收率的影响不大，采油速度大于6.0%后，对采收率影响较大；海上油田平台寿命有限(20 a)，随着采油速度增加，平台寿命内采出程度逐渐增加，然后降低，采油速度存在最优值。

综合考虑海上油田开发时间与开发成本，以平台寿命内的采出程度为依据，同时考虑平台的日处理能力、递减率、含水率等确定采油速度界限。研究结果表明，采油速度过低，在有限的时间里采出程度远小于油田的采收率，当采油速度增至6%以后，在平台寿命期间，采出程度基本与采收率保持一致。如果油藏实施强注强采，采油速度过高，则会破坏地下油水关系，造成边水、底水突进或油层水淹，使得油井含水上升急剧，递减率加快。因此，渤海南部中轻质油藏合理采油速度应控制在6%以内。

4 实例分析

4.1 指导油田开发方案编制

垦利10-4油田主要受构造、断层控制，为层状构造油藏，砂体纵向叠合好，纵向油层多，原油黏度为4.86～5.92 mPa·s，平均渗透率为762.7×10-3μm2，平均孔隙度为29.1%，为中、高孔渗储层。在油田开发方案编制过程中，探井测试比采油指数为11.56 m3/(d·MPa·m)，计算单井产能高，油田初步方案确定开发井22口，油田初期采油速度能达到7%。然而，渤海南部已有一个采油速度为7%的油田，含水快速突破，产量递减加大，对于油田开发产生负面影响。结合垦利10-4油田基础资料，论证该油田合理采油速度为4.5%。对此进行方案优化，最终确定开发井为17口，既降低了开发成本，又保证了油田的合理开发。2016年油田全面投产，含水上升缓慢，产量保持稳定，生产形势良好(图3)。

图3 垦利10-4油田日产油、含水率随时间变化曲线

4.2 指导新油田高效开发

渤中35-2油田位于渤海南部海域，构造均受断层控制，形成众多的断鼻、断块及断背斜圈闭，断裂系统复杂，平均孔隙度为29.7%，平均渗透率为1 000×10-3μm2，为中、高孔渗储层；地面原油密度为889 kg/m3，地层原油黏度为3.42 mPa·s，为中轻质油藏。

该油田于2014年5月投产，根据研究结果，分井区确定区块采油速度，油田整体采油速度控制在6%以内，可取得较好的开发效果。实际生产中，结合产量目标，基于新油田多做贡献的原则，依据理论研究图版，对边底水较强的砂体适当控制采油速度，对储量规模较大、单井控制储量较高的砂体以及边部注水、高部位的生产井，应适当提高采油速度生产(表2)。

投产以来，该油田产量形势稳定，连续4 a超过开发方案设计产量(表3)。油井含水上升缓慢，年自然递减始终控制在理论曲线之内，开发效果良好。合理的采油速度既保证了产量目标，又有效地控制了油田递减，为油田的高效开发提供了保障。

表2 渤中35-2油田各井区采油速度优化

表3 油田整体开发方案与实际年产量对比

4.3 指导老油田综合调整

渤中34-1油田主力层位为明化镇组，平均孔隙度为30.7%，平均渗透率为1 210×10-3μm2，为高孔、高渗储层，地层原油黏度为1.02～12.60 mPa·s，为中轻质油藏。该油田于2007年投产，经过动态认识及滚动扩边，地质储量翻倍，油田处于中含水阶段，采油速度不足2.0%。结合油田开发规律以及合理采油速度策略，将采油速度提高至3.0%。由于油田多数生产井可以达到设计生产压差，为此，2014年提出综合调整方案，进行局部加密，进一步完善注采井网，提高油田储量动用程度。该油田综合调整方案增加27口井，2015年10月综合调整结束，全面投产，新增产能近1 500 m3/d，油田开发效果变好，采收率大幅提高(图4)。

图4 渤中34-1油田开发效果

5 结 论

(1) 合理的采油速度对海上油田的高效开发至关重要。通过理论推导，建立了采油速度与含水率、递减率的理论模型，并建立相关图版，由此可确定油田的合理采油速度。该图版对中轻质油藏合理采油速度的确定具有指导性。

(2) 利用油藏数值模拟技术可确定采油速度界限，为海上中轻质油田高效开发提供依据。

[1] 冯其红，石飞，王守磊，等.提液井合理井底流动压力的确定[J].油气地质与采收率，2011，18(3)：74-76.

[2] 范金旺，何东，刘芳，等.新区采油速度与稳产时间、递减率变化关系研究[J].断块油气田，2007，14(4)：47-48.

[3] 吴文有，王禄春，张继风，等.特高含水期油田采油速度主要影响因素[J].大庆石油地质与开发，2012，31(5)：51-55.

[4] 杨智刚，张宸恺，阿布都艾尼，等.水驱油田影响采油速度的因素[J].新疆石油地质，2015，36(5)：588-591.

[5] 王娟茹，靳晓军，胡锌波，等.焉耆盆地宝北区块低渗透油藏合理采油速度的确定[J].新疆石油地质，2001，22(3)：241-243.

[6] 许宁.巨厚块状砂砾岩底水油藏合理注采井网研究[J].特种油气藏，2004，11(6)：52-53.

[7] 王怒涛，钟飞翔，代万波.等.确定合理采油速度的最优化方法[J].断块油气田，2005，12(4)：45-47.

[8] 杨胜来，魏俊之.油层物理学[M].北京：石油工业出版社，2004：261-263.

[9] 张建国，杜殿发，侯健，等.油气层渗流力学[M].东营：中国石油大学出版社，2006：214-217.

[10] 姜凤光，王小林.采油速度影响因素及理论值研究[J].西南石油大学学报(自然科学版)，2013，35(6)：104-108.

[11] 姜汉桥，姚军.油藏工程原理与方法[M].东营：中国石油大学出版社，2006：246-247.

[12] 郝明强，刘雄，庄永涛.压裂水平井见水阶段产量递减规律研究[J].特种油气藏，2013，20(1)：77-79.

[13] 李发印，宋考平.油气田产量相对变化率曲线及应用[J].特种油气藏，2011，18(1)：61-63.

[14] 杨英杰，王银邦，刘楠.浅海重力式平台的冰振疲劳寿命估算[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2013，29(2)：228-232.

[15] 许亮斌，陈国明.考虑疲劳失效的海洋平台动态可靠性分析[J].石油学报，2007，28(3)：131-134.