耿站立 安桂榮 周文勝 許家峰 張偉 鄧九果

(中海油研究總院)

海上稠油油田井網(wǎng)密度與采收率關(guān)系研究*

耿站立 安桂榮 周文勝 許家峰 張偉 鄧九果

(中海油研究總院)

海上油田開發(fā)的核心目標(biāo)是在平臺(tái)壽命期內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)采收率，需要盡早確定合理的井網(wǎng)密度。在借鑒中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院根據(jù)中國(guó)144個(gè)油田或開發(fā)單元的資料回歸的井網(wǎng)密度與采收率關(guān)系式基礎(chǔ)上，考慮稠油水驅(qū)規(guī)律及特點(diǎn)，對(duì)前述關(guān)系式的驅(qū)油效率項(xiàng)進(jìn)行了校正，進(jìn)而形成了適合海上稠油油田特點(diǎn)的井網(wǎng)密度與采收率關(guān)系式。海上稠油油田驗(yàn)證結(jié)果表明，校正后的井網(wǎng)密度與采收率關(guān)系式能夠準(zhǔn)確描述不同井網(wǎng)加密階段的標(biāo)定水驅(qū)采收率的變化趨勢(shì)。

海上稠油油田水驅(qū)井網(wǎng)密度采收率

海上油田開發(fā)一般首先采用相對(duì)較稀的井網(wǎng)、多層合采合注的模式投產(chǎn)，隨著勘探開發(fā)的深入，在不同階段進(jìn)行井網(wǎng)加密調(diào)整，從而不斷改善油田開發(fā)效果并提高最終采收率。制訂合理的開發(fā)技術(shù)政策、分析加密潛力的前提是建立正確的采收率與井網(wǎng)密度關(guān)系。前蘇聯(lián)著名學(xué)者謝爾卡喬夫建立了采收率和井網(wǎng)密度關(guān)系式［1］;中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院在此基礎(chǔ)上根據(jù)中國(guó)144個(gè)油田或開發(fā)區(qū)塊的資料，按地層條件下原油流度分級(jí)回歸出了5個(gè)區(qū)間的采收率與井網(wǎng)密度關(guān)系式［2］。目前海上陸相油田大多處于中低含水階段，沒有足夠多(特)高含水油田樣本數(shù)據(jù)來建立井網(wǎng)密度與采收率關(guān)系式，因此要借鑒中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院所回歸的關(guān)系式來研究海上油田井網(wǎng)密度與采收率之間的關(guān)系，但又不能完全照搬，須做進(jìn)一步的改進(jìn)和校正。

1 對(duì)謝爾卡喬夫公式的討論

根據(jù)前蘇聯(lián)學(xué)者謝爾卡喬夫的研究，不同井網(wǎng)加密階段的井網(wǎng)密度與最終采收率有如下關(guān)系:

式(1)中:ER為最終采收率，f;ED為水驅(qū)油效率，f;S為井網(wǎng)密度，口/km2;a為井網(wǎng)指數(shù)，決定于油層連通性、水油流度比、非均質(zhì)特征等。

中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院分析了國(guó)內(nèi)144個(gè)注水開發(fā)區(qū)塊或油田實(shí)際資料［3-4］，按照流動(dòng)系數(shù)的不同，回歸得出驅(qū)油效率關(guān)系式及井網(wǎng)指數(shù)與流度關(guān)系式，即

式(2)、(3)中:ED變化范圍為0.403 5～0.603 1;Ka為空氣滲透率，mD;μo為地下原油粘度，mPa·s;r為相關(guān)系數(shù);Ka/μo為地下原油流動(dòng)系數(shù)，變化范圍為(5～600)×10－3μm2/(mPa·s)。

因此，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院所回歸的井網(wǎng)密度與最終采收率經(jīng)驗(yàn)公式可以表示為

式(4)中的驅(qū)油效率(ED)與體積波及系數(shù)(e－a/S)的系數(shù)能很好地適應(yīng)我國(guó)以內(nèi)陸湖盆中的河流砂體沉積為主的儲(chǔ)集層巖性變化大、非均質(zhì)嚴(yán)重、延續(xù)性差和多斷層的特點(diǎn)。因此，只要能準(zhǔn)確地求取研究區(qū)塊或油田的空氣滲透率和地層原油粘度，就可以確定該區(qū)塊或油田的井網(wǎng)密度與采收率之間的關(guān)系。

但是，目前海上陸相油田大多處于中低含水階段，沒有足夠的(特)高含水期油田樣本數(shù)據(jù)來研究海上油田的井網(wǎng)密度與采收率關(guān)系，因此，需要借鑒中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院回歸的井網(wǎng)密度與采收率關(guān)系式，但須做改進(jìn)與校正。

以下是對(duì)謝爾卡喬夫公式的體積波及系數(shù)(e－a/S)與驅(qū)油效率(ED)進(jìn)行的討論:

(1)中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院研究的國(guó)內(nèi)144個(gè)注水開發(fā)區(qū)塊或油田均為以內(nèi)陸湖盆中的河流砂體沉積為主，由此回歸的體積波及系數(shù)(e－a/S)在陸相沉積油田具有廣泛實(shí)用性，本文的研究對(duì)象——海上稠油油田也均為陸相沉積，因此式(4)的體積波及系數(shù)(e－a/S)項(xiàng)可以描述海上稠油油田的井網(wǎng)密度與體積波及系數(shù)關(guān)系。

(2)從經(jīng)濟(jì)意義來說，式(4)中的驅(qū)油效率應(yīng)對(duì)應(yīng)于含水率98%時(shí)的驅(qū)油效率(ED0.98)，但實(shí)際上采用了含水率為100%時(shí)的驅(qū)油效率(ED1.00)?；貧w式(4)所用區(qū)塊或油田的地下原油粘度基本上都是在20 mPa·s以下，對(duì)于這樣的油田來說，ED0.98與ED1.00相差不大，其誤差可以在式(4)中轉(zhuǎn)移到井網(wǎng)指數(shù)a的系數(shù)中去;但對(duì)于地下原油粘度大于50 mPa·s的海上稠油油田來說，ED0.98與ED1.00相差很大，不能通過井網(wǎng)指數(shù)a的系數(shù)來彌補(bǔ)，因此須對(duì)驅(qū)油效率(ED)項(xiàng)進(jìn)行校正。

2 對(duì)謝爾卡喬夫公式的校正

基于上述討論，以海上Q油田為例進(jìn)行校正。該油田平均地下原油粘度為169 mPa·s，其典型的油水相對(duì)滲透率曲線如圖1所示。在此假定(如此假定的原因?qū)⒃谙挛氖黾?地下原油粘度為20～200 mPa·s時(shí)對(duì)應(yīng)的相對(duì)滲透率曲線均如圖1所示，分別計(jì)算出了地下原油粘度為20～200 mPa·s下含水率為98%時(shí)的驅(qū)油效率ED0.98，并以地下原油粘度為20 mPa·s時(shí)的驅(qū)油效率為基準(zhǔn)計(jì)算出了其他粘度值對(duì)應(yīng)的驅(qū)油效率的校正系數(shù)α(圖2)。由圖2分析可知，地下原油粘度越大，驅(qū)油效率ED0.98越小，由于式(1)中ER與ED同比變化，因而式(1)中ED取ED0.98值和ED1.00值對(duì)ER影響很大。

圖1 海上Q油田典型油水相對(duì)滲透率曲線

圖2 驅(qū)油效率ED0.98校正系數(shù)與原油粘度關(guān)系

驅(qū)油效率ED0.98的校正系數(shù)α與地下原油粘度之間的關(guān)系可以表示為

因此，校正后的中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院經(jīng)驗(yàn)公式可以表示為

關(guān)于前文述及的假定“地下原油粘度為20～200 mPa·s時(shí)對(duì)應(yīng)的相對(duì)滲透率曲線均如圖1所示”，從滲流理論的物理意義來說，該假定不盡合理，筆者也嘗試收集海上各稠油油田的不同地下原油粘度下的油水相對(duì)滲透率曲線，并按照前文的方法計(jì)算不同地下原油粘度下的驅(qū)油效率ED0.98，進(jìn)而計(jì)算相應(yīng)的驅(qū)油效率ED0.98的校正系數(shù)，但由于海上稠油油田相關(guān)數(shù)據(jù)資料較少，并無明顯的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此筆者直接采用上述假設(shè)研究了海上稠油油田驅(qū)油效率ED0.98的校正系數(shù)與地下原油粘度之間的關(guān)系。

3 新方法的驗(yàn)證

圖3 海上S、Q、L、B油田不同方法得到的驅(qū)油效率對(duì)比

為了證明該校正方法的適用性，筆者在海上S、Q、L、B等稠油油田(原油粘度分別為55、169、146、80 mPa·s)分別進(jìn)行了驗(yàn)證，如圖3所示，校正后的驅(qū)油效率ED0.98值均明顯小于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的驅(qū)油效率ED1.00值，但與式(2)計(jì)算的驅(qū)油效率ED1.00值接近;另外，根據(jù)式(6)計(jì)算的海上S、Q、L、B油田的不同井網(wǎng)調(diào)整階段的采收率與實(shí)際標(biāo)定值比較接近，說明式(5)的校正方法比較可靠。下文以Q油田為例進(jìn)行詳細(xì)論述。

Q油田構(gòu)造比較平緩，含油面積為11.4 km2，主力含油層段為明化鎮(zhèn)組與館陶組，明化鎮(zhèn)組為曲流河沉積，館陶組為辮狀河沉積，鉆遇單層砂體基本為復(fù)合河道砂巖體，屬正韻律和復(fù)合韻律;儲(chǔ)層物性好，屬高孔高滲儲(chǔ)層，孔隙度25%～45%(平均值35%)，滲透率100～11 487 mD(平均值3 000 mD);油藏類型為受巖性影響的構(gòu)造油藏，地下原油粘度在22～260 mPa·s之間。該油田于2001年10月投入開發(fā)，目前有油井42口、水井8口，采用反9點(diǎn)井網(wǎng)，井距350～500 m，日產(chǎn)油1 205 m3，綜合含水82.1%，采油速度1.05%，采出程度7.72%，標(biāo)定采收率15.1%。經(jīng)過10年“少井高產(chǎn)”模式的開發(fā)，該油田平面和層間矛盾逐漸暴露，為此編制了綜合調(diào)整方案，擬增加23口水平調(diào)整井和13口定向注水井，方案標(biāo)定采收率25.6%;同時(shí)為了研究該油田“技術(shù)”加密潛力，按照陸地油田開發(fā)模式和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)界限提出了3套虛擬開發(fā)方案，標(biāo)定采收率分別為32.8%、35.8%和34.3%，并根據(jù)式(6)計(jì)算了不同調(diào)整階段(包括3個(gè)虛擬開發(fā)方案)的校正采收率(表1)，其中實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的平均驅(qū)油效率ED1.00為68%，校正后的驅(qū)油效率ED0.98為46%。

表1 海上Q油田不同方案預(yù)測(cè)采收率與校正采收率對(duì)比

由表1可知，不同井網(wǎng)調(diào)整階段的標(biāo)定采收率與校正采收率非常接近，因此，通過校正后的采收率經(jīng)驗(yàn)公式可以很容易根據(jù)稠油油田的室內(nèi)測(cè)定驅(qū)油效率、平均滲透率、平均地下原油粘度及井網(wǎng)密度計(jì)算其采收率，為科學(xué)評(píng)估海上稠油油田井網(wǎng)“技術(shù)”加密潛力提供了簡(jiǎn)便工具，在此基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法可以進(jìn)一步評(píng)估海上稠油油田井網(wǎng)“經(jīng)濟(jì)”加密潛力。

4 結(jié)論

(1)對(duì)某一具體稠油油田來說，地下原油粘度越大，驅(qū)油效率ED0.98越小;由于ER與ED同比變化，因而ED取ED0.98值和ED1.00值對(duì)ER影響很大。

(2)驗(yàn)證結(jié)果表明，通過校正后的采收率經(jīng)驗(yàn)公式可以很容易計(jì)算海上稠油油田的水驅(qū)采收率，為科學(xué)評(píng)估海上稠油油田井網(wǎng)“技術(shù)”加密潛力提供了簡(jiǎn)便工具，在此基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法可以進(jìn)一步評(píng)估海上稠油油田井網(wǎng)“經(jīng)濟(jì)”加密潛力。

［1］Щелкачеввн．Влияние на неφтеотдачу плотности сетки скважин и их размещения［J］．Неφтяное Хозязйство，1974，(6):26-29．

［2］李道品．低滲透油田高效開發(fā)決策論［M］．北京:石油工業(yè)出版社，2003．

［3］邵運(yùn)堂，李留仁，趙艷艷，等．低滲油藏合理井網(wǎng)密度的確定［J］．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，20(5):41-44．

［4］劉世良，鄭應(yīng)釗．確定老油田合理井網(wǎng)密度和極限井網(wǎng)密度的新方法［J］．新疆石油地質(zhì)，2004，25(3):310-311．

A research on the relationship between well pattern density and recovery factor in offshore heavy oilfields

Geng ZhanliAn GuirongZhou Wensheng Xu JiafengZhang WeiDeng Jiuguo
(CNOOC Research Institute，Beijing，100027)

For the development of offshore oilfields，its core goal should be to achieve the maximum economic recovery factor during the life of an offshore platform，and it is required to determine the reasonable well pattern density．A regression expression of the relationship between pattern density and recovery factor was found for the data from 144 oilfields or developing units by Exploration and Production Research Institute，CNPC．The term of oil displacement efficiency in this regression expression，however，was revised by considering water drive behavoirs of heavy oil，thus resulting in a new expression of the relationship between pattern density and recovery factor for offshore heavy oilfields．Its application in some offshore heavy oilfields has demonstrated that the new expression can exactly describe the changes of the nominal water-drive recovery factor at different development stages of the oilfields．

offshore heavy oilfield;water drive;well pattern density;recovery factor

2011-10-26改回日期:2012-02-16

(編輯:楊濱)

*國(guó)家科技重大專項(xiàng)“海上油田叢式井網(wǎng)整體加密及綜合調(diào)整技術(shù)(編號(hào):2011ZX05024-002)”部分研究成果。

耿站立，男，工程師，2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣田動(dòng)態(tài)分析及開發(fā)規(guī)劃研究工作。地址:北京市東直門外小街6號(hào)海油大廈(郵編:100027)。E-mail:gengzhl@cnooc．com．cn。