馮敏，吳向紅，馬凱，黃奇志，楊勝來

1.中國石油勘探開發(fā)研究院非洲研究所，北京海淀 100083

2.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京昌平 102249

油田長期停產(chǎn)滲流規(guī)律及開發(fā)特征研究

馮敏1*，吳向紅1，馬凱1，黃奇志1，楊勝來2

1.中國石油勘探開發(fā)研究院非洲研究所，北京海淀 100083

2.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京昌平 102249

針對油田停產(chǎn)后地下流體如何運移分布、地層能量如何恢復(fù)、產(chǎn)能如何變化等問題開展油田停產(chǎn)后油水滲流規(guī)律及地層能量恢復(fù)程度等研究。研究中綜合利用了物理實驗?zāi)M、數(shù)值模擬及油藏工程等多項方法。研究表明，油田停產(chǎn)期間仍存在微觀油水運移，油水重新分布，油藏壓力逐漸回升，地層能量逐步恢復(fù)。因此油田經(jīng)過較長時間的停產(chǎn)后，單井產(chǎn)能呈先升高后降低，含水先降低后上升的特征。研究結(jié)果對長期大范圍停產(chǎn)油田的滲流機理和開發(fā)規(guī)律認識有一定的借鑒意義。

長期停產(chǎn)；油水運移分布；滲流規(guī)律；地層壓力恢復(fù)；開發(fā)特征

馮敏，吳向紅，馬凱，等.油田長期停產(chǎn)滲流規(guī)律及開發(fā)特征研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，38(5)：115121.

FENG Min，WU Xianghong，MA Kai，et al.Seepage Flow Discipline and Production Performance of Long-term Shutdown Oilfields[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science&Technology Edition)，2016，38(5)：115121.

引言

2011年7月南北蘇丹政局不穩(wěn)，人員安全難以保證，2012年初南蘇丹境內(nèi)油田全面停產(chǎn)，且停產(chǎn)長達兩年之久，在世界上實屬首次。油田長期停產(chǎn)對地下滲流規(guī)律有何影響，開發(fā)特征是否發(fā)生變化等都是很有必要的研究。目前中國外針對因低產(chǎn)、高含水、能量不足、出砂、井況等各種原因造成長期停產(chǎn)的單口井研究較多，而且研究大多側(cè)重于油井停產(chǎn)原因、復(fù)產(chǎn)潛力及復(fù)產(chǎn)方法等方面[1—5]。而很少有對長期大范圍停產(chǎn)的油田整體滲流特征和開發(fā)規(guī)律變化方面的研究。

因此本文綜合利用物理實驗?zāi)M、數(shù)值模擬及油藏工程等多項研究方法，開展油田停產(chǎn)后地下流體運移分布規(guī)律、地層能量恢復(fù)程度及開發(fā)特征變化規(guī)律等研究，為油田進一步開發(fā)調(diào)整提供依據(jù)和參考，也為今后類似油田的開發(fā)提供思路和借鑒。

1 油田概況

CH油田以斷塊、斷背斜構(gòu)造為主，油層主要埋深1 200～2 000 m。油藏類型以層狀邊水油藏為主，其次為塊狀底水油藏，其中天然能量充足、油藏與天然能量不足需要注水油藏儲量占各約50%。儲層巖性為砂巖，以河流相沉積為主，儲層物性好，具有高孔高滲的特征。油田具有正常的溫度壓力系統(tǒng)，原始地層壓力11.7～13.8 MPa，飽和壓力1.4～3.5 MPa，地飽壓差一般大于6.9 MPa。氣油比低，7.1～17.8 m3/m3，溶解氣中CO2含量高。油品性質(zhì)復(fù)雜，平面、縱向均有差異，其中高凝油占總儲量的42.6%，稠油占44.1%。

2 油田長期停產(chǎn)期間油水滲流規(guī)律研究

大型油田關(guān)井停產(chǎn)如此長的時間，在世界上尚屬首次。摸清油藏停產(chǎn)期間油水滲流規(guī)律對油田后續(xù)開發(fā)至關(guān)重要，因此分別采用物理模擬和數(shù)值模擬手段進行詳細研究。

2.1 物理模擬研究

根據(jù)相似原理設(shè)計室內(nèi)物理模擬實驗，進行油藏水驅(qū)過程的關(guān)井重啟動態(tài)模擬。模型依據(jù)CH油田主力油層X層的物性條件進行設(shè)計，建立層內(nèi)正韻律非均質(zhì)模型。模型內(nèi)包含低滲(100mD)、中滲(450 mD)和高滲(1 400 mD)3個小層，層間無隔層，變異系數(shù)為0.72。實驗裝置及流程圖如圖1所示。

圖1 實驗裝置及流程示意圖Fig.1Experimental device and experimental procedures

實驗流程整體可分為水驅(qū)、停產(chǎn)重啟兩個階段，分別模擬油藏注水開發(fā)和停產(chǎn)復(fù)產(chǎn)過程。具體實驗步驟如下：(1)模型設(shè)計與初始化，包括模型稱重、抽空、飽和水、飽和油等步驟。(2)水驅(qū)油實驗，模擬注水開發(fā)過程。(3)模型關(guān)閉0.5個月后第一次重啟，模擬較短停產(chǎn)期。(4)模型再次關(guān)閉5個月后第二次重啟，模擬較長停產(chǎn)期。

實驗過程中的含水率變化曲線如圖2所示。水驅(qū)實驗過程中，含水很快突破，含水率快速上升。結(jié)點1關(guān)閉高滲透層，含水大幅度下降后又快速上升，說明含水沿中滲透層突進。結(jié)點2關(guān)閉中滲透層，含水快速下降，后又迅速上升，說明低滲透層也已經(jīng)水淹。結(jié)點3模型關(guān)閉0.5個月后第一次重啟，含水下降不明顯，繼續(xù)水驅(qū)含水率趨于穩(wěn)定。結(jié)點4模型關(guān)閉5個月后第二次重啟，含水呈先下降后上升的趨勢。由此可以看出，經(jīng)過較長時間的關(guān)井，油水分布發(fā)生變化，殘余油向井底流動，因此開井初期含水會有所下降，但下降幅度不大，且隨開發(fā)時間增加逐漸恢復(fù)到關(guān)井前水平。

模型關(guān)閉前殘余油主要分布在難以驅(qū)替的邊角死角(圖3)，關(guān)井一段時間后殘余油慢慢向構(gòu)造中心部位滲流移動(圖4)，說明停產(chǎn)期間油水重新運移分布。

停產(chǎn)期間油水運移機理：關(guān)井初期在邊底水能量的作用下，油水仍在緩慢運移，總體趨勢是流體向油井井底附近運移，生產(chǎn)井井底壓力逐漸上升，油藏壓力場趨于均勻分布。關(guān)井較長時間后，在毛管力的作用下，仍存在微觀油水運移[6—12]。

圖2 物理模擬實驗含水變化曲線Fig.2Water cut curve of the physical simulation

圖3 模型關(guān)閉前殘余油飽和度分布圖Fig.3Residual oil saturation before the physical model was shut down

圖4 停產(chǎn)一段時間后殘余油飽和度分布圖Fig.4Residual oil saturation after the shutdown period

2.2 數(shù)值模擬研究

以CH油田主力區(qū)塊F塊為例進行數(shù)值模擬研究，觀察油水運移規(guī)律和剩余油分布變化情況。設(shè)置模型某一時間關(guān)井，2年后重新生產(chǎn)，關(guān)井時間與實際停產(chǎn)時間一致。

數(shù)值模擬結(jié)果表明停產(chǎn)期間地層流體發(fā)生重力分異，地層流體重新分布，油層高部位含油飽和度略有上升，低部位含水飽和度略有上升[13—15]，如圖5所示。

以F塊X7層頂部同一個網(wǎng)格為例，停產(chǎn)前后其含油飽和度由76.9上升至77.3，而底部同一網(wǎng)格停產(chǎn)前后含水飽和度由51.2上升為55.9。由此可判斷地層原油在停產(chǎn)期間向構(gòu)造高部位富集，原指進、錐進邊底水情況得到緩解。

圖5 F塊某區(qū)域含油飽和度分布圖Fig.5Oil saturation of an area in F block

3 油田長期停產(chǎn)期間地層能量恢復(fù)研究

3.1 數(shù)值模擬研究

F塊數(shù)值模擬結(jié)果表明停產(chǎn)期各儲層地層壓力均有恢復(fù)。由于油藏、水體存在壓差，停產(chǎn)后邊底水繼續(xù)流向采油區(qū)，補充地層能量，使油藏壓力逐漸回升。受構(gòu)造部位、斷層切割作用、儲層連續(xù)性等因素的影響，平面上同層不同區(qū)域地層壓力恢復(fù)程度存在差異(圖6)。

圖6 F塊縱向壓力分布圖Fig.6Vertical pressure distribution of F block

圖7 F塊主力層地層壓力曲線Fig.7Reservoir pressure curves of the main zone in F block

圖7為F塊主力儲層地層壓力隨時間的變化曲線，從上到下分別為X7、X6、X4和X5。停產(chǎn)初期各層平均地層壓力保持水平分別為66.1%、58.7%、70.0%和78.0%，停產(chǎn)兩年后各層平均地層壓力保持水平分別為80.9%、78.1%、91.2%和96.6%。X6和X7層邊底水能量相對充足，地層壓力恢復(fù)較快，而X4和X5層邊底水能量相對較弱，且儲層連續(xù)性相對較差，地層壓力恢復(fù)程度小。由此可見，停產(chǎn)后地層能量恢復(fù)水平除受天然能量影響外，還受儲層地質(zhì)構(gòu)造的影響。

3.2 生產(chǎn)監(jiān)測

為了監(jiān)測停產(chǎn)期間壓力恢復(fù)情況，指導(dǎo)復(fù)產(chǎn)后油田合理開發(fā)，停產(chǎn)兩年后對CH油田多口單井進行了靜壓測試。如9口單層生產(chǎn)直井，均位于油藏邊部位置，停產(chǎn)前地層壓力保持水平55.0%～83.0%，停產(chǎn)2年后，地層壓力較原始地層壓力下降約0.7 MPa左右，壓力保持水平恢復(fù)到92.0%以上(表1)。16口水平井壓力測試結(jié)果表明，受地層能量傳遞速度和距離以及儲層構(gòu)造的影響，構(gòu)造內(nèi)部井壓力恢復(fù)速度較構(gòu)造邊部井略慢，停產(chǎn)2年后構(gòu)造內(nèi)部井壓力保持水平恢復(fù)到80.4%～91.8%，構(gòu)造邊部井壓力保持水平恢復(fù)到91.1%～96.5%(表2)。

表1 CH油田單層生產(chǎn)直井地層壓力分析Tab.1Reservoir pressure of vertical wells in CH Oilfield

表2 CH油田單層生產(chǎn)水平井地層壓力分析Tab.2Reservoir pressure of horizontal wells in CH Oilfield

以上分析表明，經(jīng)長時間停產(chǎn)后，地層能量有較大幅度的恢復(fù)，但受構(gòu)造部位、斷層切割作用、儲層連續(xù)性等因素的影響，平面上同層不同區(qū)域地層壓力恢復(fù)程度存在差異，構(gòu)造邊部壓力恢復(fù)水平高于構(gòu)造內(nèi)部壓力恢復(fù)水平。

4 油田長期停產(chǎn)后開發(fā)規(guī)律研究

4.1 含水變化規(guī)律分析

CH油田投產(chǎn)后含水快速上升，2007年3月含水即上升至23.8%，含水上升率高達24.0%。2007年4月至2012年12月含水上升速度相對較慢，含水上升率為3.3%。2011年至油田停產(chǎn)前含水上升速度加快，含水上升至61.8%，含水上升率升高為9.6%。

復(fù)產(chǎn)后由于首先開啟高含水井，含水61.9%，與停產(chǎn)前持平。但隨著高產(chǎn)低含水井的開啟，含水降至59.8%。隨后含水又快速上升，含水上升率為11.3%(圖8)。

CH油田5口井實際含水曲線如圖9所示，復(fù)產(chǎn)初期含水較停產(chǎn)前平均降低10%。但是生產(chǎn)一段時間后，含水又平穩(wěn)上升。

由此可見，油田復(fù)產(chǎn)后含水有一個短時間的降低，然后按照原來開發(fā)規(guī)律繼續(xù)上升，停產(chǎn)對整個油田的含水率變化影響不大。

圖8 CH油田含水與含水上升率曲線Fig.8Water cut and increase rate of water cut of CH Oilfield

圖9 復(fù)產(chǎn)前后單井含水對比曲線Fig.9Water cut of single wells before and after shutdown period

4.2 產(chǎn)能變化分析

圖10為CH油田5口井實際日產(chǎn)油曲線，復(fù)產(chǎn)初期日產(chǎn)油較停產(chǎn)前平均上升300bbl(1bbl=159L)，但生產(chǎn)一段時間后，日產(chǎn)油又逐步降低，進一步驗證了停產(chǎn)期間油水重新運移、分布的規(guī)律。

圖10 復(fù)產(chǎn)前后單井日產(chǎn)油對比曲線Fig.10Oil production of single wells before and after oilfield shutdown

5 結(jié)論

(1)首次開展油田停產(chǎn)重啟物理模擬實驗與數(shù)值模擬研究，表明停產(chǎn)期間油水分布發(fā)生變化。在邊底水能量的作用下，關(guān)井初期油水仍在緩慢運移，整體趨勢是向油井井底附近運移，油藏壓力場趨于平均分布。且在毛管力的作用下，長時間關(guān)井后仍存在微觀的油水運移。

(2)數(shù)值模擬結(jié)果和靜壓測試均表明，各儲層地層壓力在停產(chǎn)期間均有較大程度的恢復(fù)。受構(gòu)造位置、斷層切割作用、儲層連續(xù)性等因素的影響，平面上同層不同區(qū)域地層壓力恢復(fù)程度存在差異。

(3)油田經(jīng)過長時間停產(chǎn)，油水重新運移分布，復(fù)產(chǎn)后單井日產(chǎn)油呈先升高后降低，含水先降低后上升的趨勢。不同類型油藏含水短時間均有降低，隨后繼續(xù)上升。

[1]程紅.油田長停井復(fù)產(chǎn)探討[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2015，28(1)：4041，45.

CHENG Hong.Discussion of recovery of lasting shutdown oil-water wells[J].Journal of Jianghan Petroleum University of Staff and Workers，2015，28(1)：4041，45.

[2]黃蓓蕾.長停井低產(chǎn)井增產(chǎn)措施研究與應(yīng)用效果[J].中國科技博覽，2012(33)：335336.

HUANG Beilei.Well stimulations and application study of long-term shut down wells[J].China Science and Technology Review，2012(33)：335336.

[3]于子慶，蘆鳳艷，段景杰.優(yōu)選利用長停井提高油田產(chǎn)能研究[J].油氣田地面工程，2008，27(10)：78.

YU Ziqing，LU Fengyan，DUAN Jingjie.To improve oilfield production by optimizing long-term shut down wells[J].Oil-Gasfield Surface Engineering，2008，27(10)：78.

[4]魯娟黨，李丹，李曉革，等.南堡油田長停井恢復(fù)再利用[J].西部探礦工程，2012(1)：7780.

LU Juandang，LI Dan，LI Xiaoge，et al.Long-term shut down wells recovered of Nanpu Oilfield[J].West-China Exploration Engineering，2012(1)：7780.

[5]葉華興.高升油田開發(fā)中后期長停井挖潛技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2012(14)：111112.

YE Huaxing.Long-term shut down wells recovered technology study of Gaosheng Oilfield[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2012(14)：111112.

[6]曾濺輝，王捷.油氣運移機理及物理模擬[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.

ZENG Jianhui，WANG Jie.Oil and gas migration mechanism and physical modeling[M].Beijing：Petroleum Industry Press，2002.

[7]佳布D，唐納森E C.油層物理[M].第2版.沈平平，秦積舜，譯.北京：石油工業(yè)出版社，2007，12：470500.

[8]曾濺輝.正韻律砂層中滲透率級差對石油運移和聚集影響的模擬試驗研究[J].石油勘探與開發(fā)，2000，27(4)：102105.

ZENG Jianhui.Experimental study on oil migration of positive rhythm sand reservoir[J].Petroleum Exploration and Development，2000，27(4)：102105.

[9]曾濺輝，王洪玉.反韻律砂層石油運移模擬實驗研究[J].沉積學(xué)報，2001，19(4)：592597.

ZENG Jianhui，WANG Hongyu.Experimental Study of Oil Migration in coarsening upward sands[J].Acta Sedimentologica Sinica，2001，19(4)：592597.

[10]張慧生，宋付權(quán).低滲透油藏中毛管力在水油兩相滲流中的作用[J].復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版)，2002，41(5)：483486.

ZHANG Huisheng，SONG Fuquan.The impact of capillary pressure to two-phase flow in low permeability oilreservoirs[J].JournalofFudanUniversity(NaturalScience)，2002，41(5)：483486.

[11]唐玄，金之鈞，楊明慧，等.碳酸鹽巖裂縫介質(zhì)中微觀二維油水運移聚集物理模擬實驗研究[J].地質(zhì)論評，2006，52(4)：570576.

TANG Xuan，JIN Zhijun，YANG Minghui，et al.Experimental study on water—oil migration and accumulation in 2-D micro—Model of carbonate fractures media[J].Geological Review，2006，52(4)：570576.

[12]張發(fā)強，羅曉容，苗盛，等.石油二次運移的模式及其影響因素[J].石油實驗地質(zhì)，2003，25(1)：6975.

ZHANG Faqiang，LUO Xiaorong，MIAO Sheng，et al. The patterns and its effect factors of secondary hydrocarbon migration[J].Petroleum Geology&Experiment，2003，25(1)：6975.

[13]李傳亮，張學(xué)磊.地層油氣性質(zhì)的差異原因分析[J].新疆石油地質(zhì)，2006，27(6)：766767.

LIChuanliang，ZHANGXuelei.Ananalysisofdifference ofin-placeoilandgasproperty[J].XinjiangPetroleumGeology，2006，27(6)：766767.

[14]周興熙.油氣田中油氣的分異作用以塔里木盆地牙哈凝析油氣田為例[J].地質(zhì)論評，2003，49(5)：507512.

ZHOU Xingxi.Differentiation process inside oil and gas field：example from the Yaha oil and gas condensation field in the Tarim Basin[J].Geology Review，2003，49(5)：507512.

[15]ARCHER J S，WALL C G.Petroleum engineering principles and practice[M].Kluwer Academic Publishers，1986.

馮敏，1981年生，女，漢族，山東濰坊人，工程師，碩士，主要從事油氣田開發(fā)工作。E-mail：fengmin@cnpcint.com

吳向紅，1964年生，女，漢族，重慶銅梁人，教授級高級工程師，主要從事油氣田開發(fā)工作。E-mail：wxhong@petrochina.com.cn

馬凱，1986年生，女，漢族，山東德州人，工程師，主要從事油氣田開發(fā)工作。E-mail：makai1206@petrochina.com.cn

黃奇志，1972年生，男，漢族，安徽潛山人，高級工程師，主要從事油氣開發(fā)地質(zhì)工作。E-mail：hqz802@163.com

楊勝來，1961年生，男，漢族，河北辛集人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣田開發(fā)工程等方面的研究和教學(xué)工作。E-mail：yangsl@cup.edu.cn

編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Seepage Flow Discipline and Production Performance of Long-term Shutdown Oilfields

FENG Min1*，WU Xianghong1，MA Kai1，HUANG Qizhi1，YANG Shenglai2
1.Africa Departement，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，CNPC，Haidian，Beijing 100083，China 2.Institute of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Changping，Beijing 102249，China

Theseepagecharacteristicsofundergroundfluidandtheformationenergyofanoilfieldshutdownforover15months were studied focusing on underground fluid distribution，formation energy recovery and field production after shutdown period. Physical modeling experiment and numerical simulation were synthesized and applied in this study.The results indicates that the micro movement and redistribution of oil and water were observed，and the reservoir pressure gradually rose again with the gradual recovery of formation energy under the shutdown.Therefore，the well production first increases and then decreases，andthewatercutfirstdecreasesandthenincreasesafterlong-termshutdown.Itisprovidedanewangleforstudyingtheseepage characteristics and development laws of long time wide-range shutdown oilfields.

long-term shutdown；oil and water migration and distribution；seepage flow discipline；reservoir pressure recovery；production performance

10.11885/j.issn.16745086.2015.01.05.01

16745086(2016)05011507

TE343

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20160928.1450.006.html

20150105

時間：20160928

馮敏，E-mail：fengmin@cnpcint.com

中國石油天然氣集團公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項目課題1(2016D 4401)。