复杂断块油藏屏障注水机理研究①

王雨，李扬，陈存良，吴晓慧，杨明

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 塘沽 300459)

气顶油藏在开采过程中,由于储层内的原油被采出，注入水来不及补充，原有的压力平衡被打破，所以气顶气会侵入油藏使得油井气窜[1]。目前,国内外对气顶油藏的开发主要分为3类[2]:①屏障注水，防止油气互窜;②在不保持地层压力情况下同时采油采气，保持油气区压力平衡;③在保持压力采油中保持油气区压力平衡。目前应用较多的是屏障注水，所谓屏障注水[3]是指将注水井钻于气油界面附近，此时水和气混合驱替油环，同时注入水可以隔离气顶和油环，实现气顶油环单独开采。屏障注水可以有效防止油气互窜，使得油井见气后生产气油比处于较低的水平，提高油井开发效果。前人针对屏障注水做了大量的研究，童凯军等[4]对大气顶窄油环油藏屏障注水开发技术适应性进行了研究，该油田主要发育辫状河三角洲沉积，井网为排状注水的规则井网，认为屏障注水与衰竭开发及常规注水相比，能显著提高此类油藏的采收率，屏障注水比例为60%时开发效果最好。房娜等[5]对大气顶油藏产能的影响因素进行了分析，气顶指数、储层非均质性和水平段垂向位置是影响气窜规律的主要因素。范子菲等[6]提出油气界面运移是影响油藏开发效果的关键。但是对于复杂断块油藏屏障注水研究较少，为有效改善油田开发效果，有必要对复杂断块油藏屏障注水的开发方式进行研究。

1 油井生产概况

D9H井为B油田的一口水平生产井，开发3-1474砂体(见图1)，储层埋深1502～1512 m，水平段长度为251.5 m。该井2010年6月投产，投产初期日产油量达到130 m3/d(见图2)。由于注水井投产滞后，初期注采比仅为0.8，生产一段时间后该井生产气油比升高到120 m3/ m3，产油量出现递减。将注采比调整为1.1后，气油比稳定在原始溶解气油比50 m3/m3左右，含水率逐渐上升到60%。2014年1月调整注采比为0.9，D9H井含水率降低至40%，产油量逐渐回升。2017年10月为了控制气油比将注采比调整为1.1，调整后该井日产油量、气油比保持平稳。这是因为注水的滞后，气顶气运移到油井处油井生产气油比升高，当加强注水后气顶气停止运移，气油比降低，油井含水上升。由此可见，在屏障注水的过程中，注水时机、注采比是影响油井开发效果的关键。

图1 3-1474砂体含油面积 图2 D9H井生产曲线

2 采用数值模拟研究屏障注水机理

为了更好地开发气顶油藏，分别从注水时机、注水方式两个角度对屏障注水的运移规律、油井生产效果进行深入分析，明确屏障注水提高油藏开发效果的机理。基于油田的地质特征，建立了一个20×50×10的气顶油藏机理模型，xy方向网格步长25 m，z方向网格步长1 m，平均孔隙度为0.3，平均渗透率800×10-3μm2，初始含油饱和度为0.7。模型设置一注一采的开发井网进行研究。

2.1 屏障注水时机优化

本研究设计了两种方案：(1)在油藏投产初期注水；(2)晚期注水(3a后)。开发指标预测结果见图3。

a 含水率与采出程度关系曲线 b 气油比曲线

从预测结果可以看出，早期注水的开发效果明显好于晚期注水。因为开发初期注水可以快速在气顶和油层之间形成屏障，隔离气顶和油层，有效地抑制油井气窜。晚期注水(3a后)前期主要利用气顶驱动，油井发生气窜后，产油量迅速递减，后期注水后由于压力亏空大，油井过早水淹导致关井。

2.2 注水方式研究

结合油田开发特点，共设计了三种注水方案：(1)衰竭开发；(2)屏障注水；(3)周期性强弱交替屏障注水(2.0注采比半年，0.8注采比半年)(见图4)。

图4 不同开发方式下的气油比曲线

由图4可知衰竭开发气油比持续升高，油井由于受到气的影响早早关井，从而导致油藏的采出程度较低；屏障注水井位于内外含气边界之间，注入水的继续推入，会把内含气边界以外的气顶气继续推入油层中，造成屏障注水后气油比继续升高。当屏障注入水形成水障后，气油比呈现下降的趋势，说明水障起到了隔离气顶的作用；变注采比屏障注水方式气油比的变化规律与屏障注水类似，但最终的采出程度大于前两个方案。这是由于在水障形成后，屏障注水除补充油环亏空体积外，还会将部分原油推向气区，侵入气顶的原油部分以残余油的形式存在于地层中，无法采出。长期采用屏障注水也会抑制气顶膨胀能，减缓产油的速度。

图5所示屏障形成前，气顶气进入油藏驱动原油；屏障形成后，水障起到了隔离气顶的作用；降低注采比后水障的能量减弱，由于油层和气层之间存在压差，气顶发生膨胀，气、油界面向含油部分推进，从而把原油驱替到井底；当气油比升高，油井产量降低后，提高注采比再一次形成水障控制气窜，油井的产量依旧保持平稳，因此变注采比屏障注水可以提高油藏的采收率。

图5 周期性屏障注水运移过程

3 结论

(1)通过对复杂断块油田屏障注水的理论研究，认为早期注水可以有效抑制油井气窜，所以注水时机应该尽可能选择早期注水。

(2)研究了气顶油藏周期性屏障注水开发机理：周期性屏障注水既能利用气顶膨胀的能量，又能有效地利用屏障注水控制油井气窜，使得油井见气后生产油气比处于较低的水平，提高油井开发效果。