渤海高含水油田出水規律分析與控水建議

張啟龍,張曉誠,王曉鵬,龔 寧,李 進,王 菲

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 海洋石油高效開發國家重點實驗室,天津 300459; 2.中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249)

隨著渤海油田開采程度的逐漸加深,以S油田為代表的疏松砂巖油田經過井網加密調整后,油田平面矛盾得到緩解,但隨著油田進入高含水期,其縱向矛盾突出,厚層內部普遍存在水淹不均的現象,剩余油在層內的富集程度不均,制約開采效率[1-3]。渤海S油田因高含水問題大幅降低油井產量,增加平臺水處理負荷,高流量水沖蝕防砂管柱,造成防砂失效、井下管柱損害以及電泵設備過載等問題,嚴重影響油井正常生產和油田采收率,同時增加處理成本,逐漸成為制約該油田高效開發的主要因素。由于該油田出水井數較多,各井出水規律存在較大差別,且無明顯規律,無法有效指導生產措施或控水手段,導致高含水趨勢進一步加強,急需對該油田高含水井進行統計分析,研究該油田井的出水規律,以此為基礎對控水措施提供指導。

為解決以上問題,本文對渤海S油田107口水平生產井進行統計,采用無因次累計產油量—含水率曲線法對其出水規律進行歸類和分析,總結歸納出5種出水模式。以此為基礎,分析了高含水的原因,從而選出了影響高含水的5個因素。利用灰色關聯法對各因素敏感性進行了分析,提出了相關控水建議,對渤海S油田及其他類似高含水油田有較好的指導意義。

1 渤海S油田出水現狀分析

對渤海S油田107口水平生產井的生產情況進行統計,采用無因次累計產油量—含水率曲線法對其出水規律進行歸類和分析。

1.1 無因次累計產油量—含水率曲線法

由于各井投產時間不同,統計各井累計產量與含水率之間的關系時,需將累計產油量進行歸一化處理,采用無因次累計采油量表征單井累計產出情況[4],見式(1)。

(1)

式中,λ為無因此累計產油量;T為油田正常生產總時間;Q(t)為油田t時刻的產量。

1.2 出水規律統計與分析

通過對各井無因次累計產油量—含水率進行計算并繪制曲線,根據曲線形狀特征總結了該油田的5種出水類型[5-6]。

(1)未定義類型。部分井由于出砂修井、生產年限不足或者頻繁調泵,未形成長期穩定的生產周期,導致其生產曲線無明顯規律,無法提取有效信息。

(2)凸形曲線。35口井在無因次累計產油量—含水率曲線中呈現凸形,以C15H1、C28H2、C35H和N22H井為例,如圖1所示。該類型井投產即見水,基本不存在無水采油期,中低含水期的單井含水率上升速度較快,很快進入高含水期,但高含水期含水率上升速度減緩。其主要采油期集中在中高含水階段,需提前考慮控水措施[7]。

(3)凹形曲線。15口井在無因次累計產油量—含水率曲線中呈現凹型形,以C37H、E33H和H32H1井為例,如圖2所示。該類型井有一定低含水采油期,且低含水期內的含水率上升緩慢,40%以上的產量可在低含水期內產出,生產后期含水率快速上升,該類型井應精細化控制生產制度,盡量延長低含水期。

圖1 凸形曲線生產動態Fig.1 Production dynamics of convex curves

圖2 凹形曲線生產動態Fig.2 Production dynamics of concave curves

(4)S形曲線。12口井在無因次累計產油量—含水率曲線中呈現S形,以E14H1、G38H和C28H2井為例,如圖3所示。該類型井存在一定時間的低含水采油期、較長時間的含水率直線上升期以及一定時間的高含水平緩期,控水措施在快速上升期作用有限,應盡量在低含水期采取措施。

(5)平行直線形。21口井在無因次累計產油量—含水率曲線中呈現平行直線型,以C26H1、C28H和H32H1井為例,如圖4所示。該類型井投產即高含水,一般鉆遇暴性水淹儲層,該類型井應采用較大排量泵,并提高平臺水處理能力,采用大泵提液方式采出剩余油。

圖4 平行直線形生產動態Fig.4 Parallel linear production dynamics

1.3 各出水類型比例分析

通過對以上5種出水類型的井進行統計,各類型井所占比例如圖5所示。渤海S油田水平井含水率曲線以凸形為主,其次是平行直線形、S形、凹形。其中,較為理想的生產類型(S形、凹形)占比為25%,出水嚴重的生產類型(凸形、平行直線形)占比57%。因此,總體上渤海S油田的高含水形式較為嚴峻,急需采取有效的控水措施,以保證該油田剩余油的有效開采。

圖5 各出水類型井數占比Fig.5 Proportion of wells of each water outlet type

2 水平井高含水原因分析

引起水平生產井快速見水的原因較多,通過對渤海S油田高含水原因的分析[8-9],可將因素概括為非均質類因素和均質類因素2類。

2.1 非均質類因素

所謂非均質類見水,主要是指井筒或井筒周邊產液剖面不均勻造成的井筒部分點發生局部水淹的現象。根據其發生的原因,可以分為滲透率非均質性和井筒壓力非均質性。

渤海S油田水平井沿井段滲透率非均質性分布可分為多段式、兩段式、均質性。多段式指滲透率沿水平井滲透率呈多段式分布,開井前根據測井結果所有層為油層,開井后見水時間短,含水上升速度快;兩段式是指井筒沿水平方向成2段分布,其見水快慢取決于2段的滲透率差值;均勻式是指滲透率沿水平井筒均勻分布,與前2類相比,其見水速度相對較慢,此時占據主導影響的不是滲透率,需要考慮其他因素影響。為了表征滲透率的非均質性,引入滲透率離散系數V,見式(2)—式(4)。V值越大,表明地層非均質性越強;V值越小,表明地層均質特征越明顯;V=0,表征地層滲透率完全相等。

(2)

(3)

(4)

井筒壓力非均質性是指井筒內沿水平方向壓力的逐漸增高,易導致油水剖面在水平井低壓點率先突破,從而造成單井含水率的快速上升,即水平井跟趾效應。其本質在于,井筒內的流體產生的摩阻、流體撞擊井壁產生的回壓力等綜合效應造成井筒內根部、趾部壓力不一致,水平段井筒壓降使得跟端生產壓差較大,跟端見水速度高于趾端。水平井的跟趾效應是無法避免的,利用水平井段長度表征跟趾效應的強弱。水平井段越長,則沿程摩阻越大,導致跟趾段壓差越大,當水平段長度為0時,表征不存在井筒壓力差異性。

2.2 均質類因素

所謂均質類見水,主要是指隨著生產時間的逐漸累計,油水剖面均勻地進入井筒造成水平井見水,其見水速度較非均質類見水快,主要受地層平均滲透率、產液強度和投產時間的影響。

平均滲透率是指水平段各點滲透率的加權平均值,表征水平井段油水界面的整體推進速度。平均滲透率大的井表明油水界面推進的速度快,其見水速度也就更大。因此,平均滲透率與見水速度呈正相關。

除了地層性質的影響外,單井的生產制度也是影響見水速度的重要因素。生產制度主要包括產液量、生產壓差、射孔打開程度等。在進行影響因素分析時,可將上述開采因素歸結于一個綜合性的開采指標“采液強度”,即單位油層有效厚度的日產油量。高采液強度易造成油水剖面均勻推進速度的加快,引發單井含水率的快速上升。因此,在滿足產量要求的基礎上,應適當控制單井的采液強度。

投產時間主要體現水平井投產時所處的開發環境,相同條件下投產較晚的井,其油水剖面在前期生產的基礎上,已經有了一定程度的整體推進,其見水速度較之前投產的井有所增加。

3 敏感性分析與措施建議

通過對水平井非均質類因素和均質類因素的分析,總結出了影響水平井見水速度的5個因素,即滲透率離散系數、平均滲透率、采液強度、水平井段長度和投產時間。利用灰色關聯度方法對五個因素的敏感性進行分析,優選影響見水速度的主控因素,以此為依據提出控水措施建議。

3.1 基于灰色關聯度的敏感性分析

為了充分利用歷史作業數據,采用灰色關聯法研究各因素對見水速度的影響敏感性[10-13],選取滲透率離散系數、平均滲透率、采液強度、水平井段長度和投產時間5個因素為比較序列,構建見水速度指標為參考序列,表征單井含水率上升的速度,見式(5)。

(5)

式中,vw為見水速度;w1為投產初期的含水率;w2為目前的含水率;t1為投產初期時間;t2為目前時間。

灰色關聯度的基本步驟如下[14-15]。

(1)搜集歷史井的參考序列和比較序列數據,構建分析序列,見表1。

表1 基于歷史數據分析序列Tab.1 Analyzing sequences based on historical data

(2)對數據進行無量綱化處理,消除單位的影響。主要方法有初值法、極差法、均值法等,本文采用適用范圍最廣的均值法進行處理,即序列元素值(和)除以序列平均值(和),見式(6)、式(7)。

(6)

(7)

(3)計算各因素關聯度系數。利用式(8)—式(10)依次計算差序列、兩極最小差和最大差,再利用式(11)求取關聯度系數。

Δi=|y(k)-xi(k)|

(8)

(9)

(10)

ξi(k)=

(11)

(4)計算各因素的灰色關聯度,表征各因素影響權重,以此為依據進行關聯度排序,見表2。根據計算結果,各因素對見水速度影響的關聯度排序為:投產時間>滲透率離散系數>水平井段長度>平均滲透率>采液強度。其中,非均質因素的平均關聯度為0.784 5,均質因素的平均關聯度為0.780 5,因此非均質因素對高含水的影響程度大于均質因素,控水應重點考慮消除因素的非均質性。

表2 灰色關聯度排序Tab.2 Grey correlation degree sorting

3.2 控水措施與建議

根據以上因素對高含水影響方向性的分析結果,滲透率離散系數、平均滲透率、采液強度、水平井段長度和投產時間5個因素均與油田高含水呈正相關,即各因素均加劇了油田的高含水進程?；趯Σ澈油田出水規律的分析與影響因素敏感性研究結論,形成以下控水措施與建議[16-19]。

(1)基于油藏認識和配產數據,提前判斷單井的見水類型。當井為理想的生產類型(S形、凹形)時,提前在完井階段下入控水工具,如ICD、AICD等,盡量延長無水或者低水采油期;當井為出水嚴重的生產類型(凸形、平行直線形)時,機械控水措施起到的作用有限,建議采用大排量泵提高平臺水處理能力,采用大泵提液方式采出剩余油。

(2)根據各因素敏感性研究結果,投產時間、滲透率離散系數、水平井段長度為主要影響因素。由于投產時間與油田高含水呈正相關,而采用整體開發模式可以使后期調整儲量的投產時間前移,從而縮短了各井的投產時間間隔,可以起到抑制油田含水率上升的作用;針對滲透率離散系數的影響,建議將控水措施場景由井筒擴展到井筒外,如“連續封隔體技術+ICD/AICD”技術[20],通過井筒外充填親油疏水顆粒降低油水的軸向運移,配合井筒內的阻力限流作用,降低滲透率差異性對出水的影響;針對水平井段長度的影響,盡量在滿足產量的前提下,控制水平井段的長度,并在井筒內下入中心管以平衡井筒內的壓力分布,降低水平井段的跟趾效應。

(3)根據敏感性研究結果,采液強度對見水速度的影響相對較小。在該油田調整開發階段,適當加大采液強度,盡早采出井下剩余油,提前收回開發成本,提高該油田開發的凈現值和內部收益率。

4 結論

(1)采用無因次累計產油量—含水率曲線法對其對渤海S油田水平生產井的出水規律進行歸類和分析,歸納總結5種出水類型,其中出水嚴重的生產類型(凸形、平行直線形)占比57%,高含水形式較為嚴峻。

(2)對渤海油田高含水原因進行分析,歸納形成了非均質類出水和均質類出水2大類型,總結出了影響水平井見水速度的5個因素,即滲透率離散系數、平均滲透率、采液強度、水平井段長度和投產時間。

(3)利用灰色關聯度對5個因素對見水速度的影響敏感性進行了研究,得到了各因素的敏感性排序為:投產時間>滲透率離散系數>水平井段長度>平均滲透率>采液強度。

(4)基于對渤海S油田出水規律的分析與影響因素敏感性研究結果,提出了具體的控水措施與建議,對該油田或者類似高含水油田有較好的指導借鑒作用。