超深层断控缝洞型油藏油井合理产能优化方法及应用

顾浩，康志江，尚根华，张冬丽，李红凯，黄孝特

(中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083)

近年来，塔里木盆地超深层(埋深大于6 000 m)断控缝洞型油藏大规模勘探开发，已提交探明石油储量约4×108t，年产油能力达到400×104t，是塔里木盆地油气增储上产的重要领域[1-7]。超深层断控缝洞型油藏与风化壳及暗河缝洞型油藏不同，其典型特征为深大断裂控储控藏[8-11]，主干断裂及其周围孔洞和裂缝十分发育，油井产量普遍较高。因此，制定合理开发政策，对实现油藏高效开发十分重要，其中，油井合理产能优化是关键。

前人已对不同类型油气藏合理产能优化开展了大量研究[12-17]，主要表现在2 个方面：其一是从不同角度理解合理产能的含义，如采收率最大、见水时间最晚、经济效益最好等；其二是用不同方法优化合理产能，如系统试井法、无阻流量法、数值模拟法、经验法等。塔里木盆地超深层断控缝洞型油藏的缝洞组合结构、流体流动规律、开发特征等与传统砂岩油气藏差异大[18]，有必要基于油藏地质与开发特征研究合理产能优化。为此，本文以塔里木盆地FQ油田为例，分析超深层断控缝洞型油藏地质与开发特征，论述油井合理产能含义，建立合理产能优化方法，为同类型油藏油井合理产能确定提供借鉴。

1 油藏特征

1.1 地质特征

塔里木盆地FQ 油田中—下奥陶统碳酸盐岩受多期次构造作用，沿断裂带发育一定规模的破碎带，经岩溶水、热液等改造，形成不同空间结构的断控缝洞型储集体(图1)。该油田油气主要来源于寒武系玉尔吐斯组烃源岩，沿深大断裂垂向运移后充注成藏。平面上，走滑断裂呈条带状，走向以北东—南西向和北西—南东向为主，宽度为0.1～5.0 km。由于构造作用差异，走滑断裂具有分段性，一般可划分为挤压、拉张和纯走滑3种断裂样式，不同段地震响应特征、缝洞组合模式、储集体规模、储集体物性等差异较大。纵向上，通源深大断裂和高角度裂缝十分发育，储集体呈漏斗型，即浅部的缝洞型储集体较深部的规模大，浅部和深部的缝洞型储集体通过断裂和裂缝沟通，纵向连通性好，局部存在一定分隔性。储集层巨厚，油柱高度大于500 m，储集层内孔、洞和缝离散分布，非均质性极强。目的层中奥陶统一间房组顶面埋深大于7 200 m，完井垂向平均深度约为7 600 m，部分井完钻垂向深度大于8 000 m。地层压力系数为1.12～1.20，初始油藏压力为83～87 MPa，饱和压力为32～36 MPa，油藏天然能量弱，水体倍数普遍小于4，油藏温度为150～165 ℃，油藏温度下地面脱气原油黏度为0.2～3.0 mPa·s，地面原油密度约为0.80 g/cm3，地层原油密度为0.54～0.59 g/cm3，原油体积系数为1.8～2.3，地层原油C7+物质的量分数为18.7%～24.1%，属于弱挥发性轻质油藏。

图1 FQ油田超深层断控缝洞型油藏储集体分布Fig.1.Distribution of ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield

1.2 开发特征

FQ 油田一次采油基本结束，已开始大规模注水注气补能，可将一次采油可细分为初期、中期和后期3个阶段。

一次采油初期，为充分利用地层弹性能量，采用自喷方式开采，储集层供液能力强，油井产量高，上调油嘴尺寸，油井产量同步大幅度提高，平均单井日产油量为83 t，井口油压为32～44 MPa。因底水能量弱、油柱高度大等，油井生产未见水，无水采油期可达2～5年，且大部分油井停喷前仍未见水，但单位压降累计产油量较低，为0.07×104～3.09×104t/MPa，平均为0.45×104t/MPa，远低于塔河油田Z强底水断控缝洞型油藏。

一次采油中期，因水体能量弱，又无人工补充能量，长时间高强度自喷开采，导致FQ 油田地层压力下降较快，引起缝洞体变形和裂缝闭合，如FQ-8 井在600 d内裂缝导流能力从2 855 mD·m降至1 056 mD·m，下降幅度高达63.0%。通常2～3 年后，井口压力和井筒压力开始依次低于泡点压力，溶解气析出，生产气油比增加约11%，达到216～494 m³/t；油井产量快速递减，平均年递减率约为30%～50%，但由于储集层厚度大(大于500 m)，弱底水还未窜至井底，油井生产仍未见水。

一次采油后期，井底压力和地层压力也开始依次低于泡点压力，油井产量急速递减，年递减率高达50%～80%。底水沿断裂和裂缝向上突破，油井开始见水，含水率可在7 d内上升至约30%，通过不断缩小油嘴尺寸降低井底流压，短期内能有效控制含水上升速度，但严重影响油井产量。随着地层压力继续下降，大部分油井停喷，井口油压降低为0，虽然部分油井通过转抽还能维持生产，但产量不到初期的20%。该阶段地层压力保持程度仅为20%～30%，沥青质析出、油井出砂、套损等工程事件频发，需长时间修井，严重影响油井正常生产和后期转注。对于不适合转抽的深井及低效井，一般考虑注水注气以快速补充能量，一次采油结束，油田开发进入二次采油阶段。

2 油井合理产能含义

在优化油井合理产能前，需明确合理产能的含义，超深层断控缝洞型油藏的地质与开发特征，赋予油井合理产能新的内涵。

首先，要区别产能与产量，明确合理产能优化含义。产能是指油藏、区块或油井的原油生产能力，是一个理论值，其中，油井产能还可用采油指数、绝对无阻流量等指标表征。以采油指数为例，增大射孔段厚度、储集层改造提高渗透率或降低表皮系数、注降黏剂降低地层原油黏度、利用水平井扩大泄油面积等措施，均能增大采油指数，即提高油井产能。产量是指油藏、区块或油井的原油生产数量，是一个实际值，其中，油井产量短期主要受油嘴尺寸或井底流压的影响，长期受地质、开发、工程等诸多复杂因素影响，产能要大于产量。虽然产能与产量在概念上有区别，但油井合理产能优化一般侧重油井产量优化，也称油井配产，因为油井产能一般越大越好，但油井产量却存在一个最优值，油井产量优化更具有实际意义。因此，学者们常将油井合理产能与合理产量混用，但需要明确的是，最终优化的均为油井配产，是一个可调控和可量化的产量数据。

其次，超深层断控缝洞型油藏高度离散的缝洞空间组合结构、复杂的井缝洞连通性、断裂-裂缝主控的高压非等温流体多方向流动性及初期高产高能特点决定油井初期产能受储集层、油井和流体共同影响，因此，可从储集层-油井-流体系统稳定状态的角度阐述一次采油初期油井合理产能的含义。油井投产初期，储集层供液能力强，油井产能高，若配产过低，整个系统产能未得到有效释放；若配产过高，由于存在断裂边界、井间干扰、惯性阻力等因素，储集层-油井-流体系统处于不稳定状态，易过早引起裂缝闭合、地层堵塞、井筒损坏等问题，导致油井产能下降。因此，超深层断控缝洞型油藏一次采油初期油井合理产能的含义为储集层持续充足供液、油井流动状态稳定下对应的最大油井产量，即储集层-油井-流体系统处于稳定状态且生产能力得到充分发挥，若改变油井生产制度，如增大或减小井底生产压差，整个系统最佳状态将被破坏。

最后，超深层断控缝洞型油藏一次采油中期油井合理产能的含义为可采储量损失最少、产量递减率最小、见水时间最晚等对应的油井产量。一次采油后期油井合理产能的含义为产量递减率最小、含水上升速度最慢、采收率最高等对应的油井产量，且需满足15年累计产油量最大。

3 油井合理产能优化方法

3.1 产能试井法

产能试井法适用于一次采油初期油井合理产能优化。改变油嘴尺寸，明确储集层-油井-流体系统在稳定状态下油井产量与井底流压的关系，综合考虑缝洞组合结构、断裂边界、井间干扰、流体流动类型等对油井产能的影响，是了解超深层断控缝洞型油藏油井产能的最佳方法。基于FQ 油田大量产能试井资料，结合初始静压数据，发现超深层断控缝洞型油藏产能试井曲线形态与常规砂岩油藏存在较大差异，具有下凸型、直线型、上翘型和台阶型4 种类型，占比依次约为60%、15%、5%和20%。

（1)下凸型 产能测试过程中，扩大油嘴，提高井底生产压差，油井产量先线性增大，随着井底生产压差进一步提高，油井产量增大趋势变缓，表现为采油指数降低。主要原因：当流速较高时，除存在黏滞阻力外，还产生较大的惯性阻力[19]；井底流压低，压降范围大，流体流动受断裂边界和邻井干扰影响。油井合理产能取产能试井曲线拐点对应产能(图2a)，若提高油井配产，会改变储集层-油井-流体系统稳定状态；若降低油井配产，不能充分发挥储集层供液能力。

（2)直线型 产能测试过程中，扩大油嘴，提高井底生产压差，油井产量一直保持线性增大，未出现拐点，表现为采油指数不变。主要原因：井周发育规模大且边界远的缝洞型储集体，储集层供液能力强、油井产能高，但由于油嘴尺寸和流体流速相对较小，一方面流体流动还未到达边界，受断裂带和邻井干扰影响小；另一方面流体流动过程中未产生较大的惯性阻力，储集层-油井-流体系统仍处于稳定状态。在目前测试范围内，油井合理产能取最大测试油嘴对应产能(图2b)，但需要继续扩大油嘴测试产能直至曲线出现拐点。

（3)上翘型 产能测试过程中，扩大油嘴，提高井底生产压差，油井产量快速增大，产能试井曲线上翘，表现为采油指数增大。此类型在常规砂岩油藏产能试井中罕见，之所以出现在超深层断控缝洞型油藏，主要是因为井周发育物性较好的缝洞型储集体，随着井底生产压差增大，井周新的缝洞体开启，向井筒额外供液，流体加速流动。在目前测试范围内，油井合理产能取最大测试油嘴对应产能(图2c)，但也需要继续扩大油嘴测试产能，直至曲线出现拐点。

图2 FQ油田超深层断控缝洞型油藏4类产能试井曲线及合理产能Fig.2.Productivity test curves and the corresponding reasonable productivity of ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield.

（4)台阶型 产能测试过程中，扩大油嘴，提高井底生产压差，油井产量先线性增大，然后不变或变化小，最后又线性增大，即中间出现台阶变化。主要原因：当井底生产压差增幅较大时，开始动用远端其他储集体。在目前测试范围内，油井合理产能取台阶后最大测试油嘴对应产能(图2d)。

3.2 嘴流法

油田开发实践证实，短期内生产气油比不变且油压波动小，油井产量与油嘴尺寸呈一一对应关系，可通过优化油嘴尺寸确定油井合理产能，此方法成本低且操作简单。针对超深层断控缝洞型油藏，嘴流法适用于以下2 种情况的油井合理产能确定：一种是辅助产能试井法优化一次采油初期油井合理产能；另一种是一次采油初期或中期无产能试井资料。

在油嘴前油压与油嘴后回压作用下，油气经过油嘴时，气体膨胀，混合物体积流量大，但若油嘴直径小，会导致油气经过油嘴时流速很大，可能到达临界流动。在临界流动条件下，回压与油压之比小于0.546 时，流量与回压无关，只与油压、油嘴直径及生产气油比有关，矿场统计经验公式[20]：

式中a、b、c——换算常数；

d——油嘴直径，mm；

G——嘴流法产能指数；

pt——油压，MPa；

qo——日产油量，t；

Rgo——生产气油比，m³/t。

分别绘制qo与d2、lnqo与lnd的关系曲线，油井合理产能取曲线拐点处对应产能，曲线斜率变化反映油井产能变化(图3)。

图3 FQ油田超深层断控缝洞型油藏嘴流法优化合理产能Fig.3.Productivity optimization by the nozzle flow method for ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield

3.3 油藏数值模拟法

油藏数值模拟法适用于一次采油中期和后期油井合理产能优化。在一次采油中—后期，油藏测试资料较为丰富，随着对地震、地质、油藏、动态等资料的深入剖析，对油藏的认识程度逐步提高，可建立相对准确的油藏地质模型，发挥油藏数值模拟技术在油气开发预测与合理产能优化方面的优势。

以解决一次采油中—后期开发矛盾为导向，通过优化油井见水时间、含水率、累计产油量、阶段采出程度、采收率等关键指标，确定油井合理产能。例如，FQ-15 井与FQ-16 井属于同一个连通井组，为解决FQ-16井一次采油后期含水率上升过快的问题，优化FQ-15井合理产能以延缓FQ-16井含水上升速度，实现底水均衡抬升。利用油藏数值模拟法，选用见水时间差和无水采油期总累计产油量2个指标，优化FQ-15井合理产能(表1)。其中，当FQ-15井日产液量为120 t时，FQ-15 井与FQ-16 井底水相对均衡抬升(图4)，见水时间差最小，无水采油期总累计产油量最高，因此，推荐FQ-15井合理产能约为120 t/d。

图4 油藏数值模拟法方案4预测过FQ-15井—FQ-16井剖面含油饱和度分布Fig.4.Oil saturation prediction in Case No.4 with reservoir numerical simulation method

表1 FQ-15井油藏数值模拟法优化合理产能结果Table 1.Results of the productivity optimization with reservoir numerical simulation method for Well FQ-15

4 应用效果

上述油井合理产能优化方法在塔里木盆地FQ 油田得到广泛应用。采用产能试井法结合嘴流法优化了一次采油初期10 口油井合理产能，获现场采纳并实施(表2)；采用油藏数值模拟法优化了一次采油中—后期FQ-16 井、FQ-15 井等油井合理产能，有效控制产量递减，延缓底水上升，其中，FQ-16井已增加产油量超过3.2×104t，含水率控制在20%以内。目前，这些方法已在其他单元推广应用，产量年递减率小于15%，预计采收率能达到20%左右。

表2 FQ油田一次采油初期产能试井法及嘴流法优化合理产能结果Table 2.Results of the productivity optimization with productivity test method and nozzle flow method in the initial stage of primary oil recovery in FQ oilfield

5 结论

(1)超深层断控缝洞型油藏一次采油初期油井合理产能含义为储集层持续充足供液、油井流动状态稳定下对应的最大油井产量；中期油井合理产能含义为可采储量损失最少、产量递减率最小、见水时间最晚等对应的油井产量；后期油井合理产能含义为产量递减率最小、含水上升速度最慢、采收率最高等对应的油井产量。

(2)塔里木盆地FQ 油田超深层断控缝洞型油藏产能试井曲线具有下凸型、直线型、上翘型和台阶型4 种类型，下凸型曲线油井合理产能取产能试井曲线拐点处对应产能；直线型和上翘型曲线油井合理产能均取最大测试油嘴对应产能，但需继续扩大油嘴测试产能直至产能试井曲线出现拐点；台阶型曲线油井合理产能取台阶后最大测试油嘴对应产能。

(3)油藏数值模拟法适用于一次采油中期和后期油井合理产能优化，以解决中—后期开发矛盾为导向，通过优化油井见水时间、含水率、累计产油量等关键指标，确定油井合理产能。