气顶边水油藏水平井开发效果影响因素分析*

张迎春 童凯军 郑浩 吕坐彬 潘玲黎

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

气顶边水油藏水平井开发效果影响因素分析*

张迎春 童凯军 郑浩 吕坐彬 潘玲黎

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

结合锦州X油田E s3-I断块气顶边水油藏地质特征及开发特点，建立了典型气顶边水油藏地质模型，通过试验设计方法对6个影响油气采收率的因素进行了优化组合，利用数值模拟软件对各个组合方案进行了模拟运算，进而分析了水平井开发效果的影响因素及其敏感程度，结果表明:油环水平井井数对该类油藏原油采收率的影响程度最大，而气顶动用情况则对该类油藏天然气采收率的影响程度最大;油环原油最终采收率对其他影响因素的敏感程度依次为水平段垂向位置、原油采油速度、储层各向异性、气顶动用情况、隔层分布以及隔层分布与气顶动用的交互作用。

气顶边水油藏水平井采收率影响因素试验设计方法

对于采用水平井开发的气顶边水油藏［1］，由于其渗流机理较一般油藏类型更为复杂，为了改善水平井开发效果，有必要对影响最终采收率的因素进行细致研究和分析。传统做法只能定性分析单因素对某种开发指标的影响程度，无法了解因素间的交互作用给开发指标造成的影响。为此，引入试验设计方法，通过多因素多水平的试验研究，有效地设计、筛选出影响开发效果的显著因素，进而深入认识该类型油藏的开发规律。笔者以渤海海域锦州X油田E s3-I断块为例，利用试验设计方法来组合各个因素，利用数值模拟软件对组合方案进行计算，分析评价了各个因素水平对于利用水平井开发气顶边水油藏最终采收率的影响程度，为下一步开发部署及开发调整提供参考依据。

1研究区地质概况

锦州X油田沙河街组是“十一五”期间渤海油田投入开发规模最大的气顶砂岩油藏。该油田内古近系沙二段发育着一系列受构造控制的短轴背斜气顶油藏，其中又以探井A所处断块(E s3-I)最为典型。E s3-I断块是一个带大气顶、边底水、窄油环的砂岩油藏(气顶指数2.03、水体倍数5～8倍、油环平面宽度小于600 m)，主要发育辫状河三角洲沉积，岩性以细砂岩为主，储集层平均渗透率325 mD，平均孔隙度25%，属于中高孔渗储层;地面原油密度0.878 g/cm3，地层原油粘度0.71 mPa·s，原始气油比为70 m3/m3，属于典型的轻质饱和原油;ODP开发方案中井位部署以定向井开发为主，采用平行流体界面穿多层钻进方式部署了一批水平井。

2模型建立及试验方案组合设计

2.1 地质模型建立

研究区储层砂体分布连续、稳定，具有统一的油、气、水界面。分析E s3-I油藏特点，综合地质基础研究、测井分析及带油环油藏建模方法研究，结合地层存在一定倾角的特点，以地质建模软件Petrel采用顺层网格建模及加密方法描述了油环分布，建立起典型的气顶边水砂岩油藏概念模型(图1)。为了充分描述油环内油井气窜、水锥形态，平面上网格尺寸为25 m×25 m，垂向上网格尺寸平均大小为1～2 m，模型的基本参数如表1所示。此外，模拟油环区地质储量OIIP为177×104m3，气顶区地质储量GIIP为12×108m3，气顶指数2.5，水体倍数15倍。

2.2 试验设计

对于一个具体的气顶油藏，最终开发指标通常涉及到地质、工程以及经济等多方面的因素影响，如果存在的影响因素太多，一方面开展单因素优化不能确定出哪些因素是主控影响因素，另一方面全面优化工作将显得费时费力;而应用试验设计方法能够较少次数的运算扩展设计的空间，可以大大提高优化设计的效率，已经被广泛应用于各种工程领域［2-5］。本文借助Minitab软件，利用试验设计方法研究了E s3-I气顶边水油藏水平井开发过程中包括地质、油藏、工程等不同因素对于最终采收率的影响，具体因素及水平见表2。

图1 典型气顶边水油藏地质模型

表1 典型气顶边水油藏数值模型基本参数取值表

表2 典型气顶边水油藏采收率影响因素及其水平

借助试验设计方法进行了六因素二水平的部分析因试验，模拟试验共计32次，试验开展主要有3个目的:①确定所研究的自变量中哪一个最重要;②确定自变量之间是否存在重要的交互作用;③确定自变量的2个水平中哪一个最优，即自变量对考察指标是正面影响还是负面影响。设计出各因素的组合方案之后，在E s3-I气顶边水油藏地质模型基础上，利用Eclipse E100黑油模拟器对各个方案进行模拟运算，并以模拟运算得出的油气采收率来评估各个影响因素的重要性，分析因素之间的交互作用效果，部分结果见表3。

表3 典型气顶边水油藏部分响应面分析方案与试验模拟结果

3模拟结果分析与讨论

3.1 单因素影响分析

通过对不同方案的运算结果开展统计分析，可以绘制出各个考察因素对评价指标影响的半正态分布图(图2、3)，其中半正态分布图的横坐标代表各因素在两水平之间变化时引起的相应原油、天然气指标平均值的变化，纵坐标代表累计概率。该图由代表不同因素及其相互之间的交互影响分布散点构成。其中大部分对评价指标影响不显著的因素点将构成一条相关关系较好的直线，而对评价指标影响较为显著的因素点将会偏离该直线段，并且具有影响越显著偏离程度越大的特点。如果某种因素从低值水平到高值水平变化时引起评价指标的减少，那么其影响是负面的;反之，如果引起评价指标增大则说明其作用是正面的［6］。

由图2可以看出，对于利用天然能量开发条件下的带大气顶油环油藏而言，影响原油采收率最显著的因素排序为:开发井数＞水平段垂向位置＞油环采油速度＞储层各向异性＞气顶动用情况＞隔层分布＞隔层分布与气顶动用的交互作用。

图2 典型气顶边水油藏原油采收率统计分析图

图3 典型气顶边水油藏天然气采收率统计分析图

由图3可以看出，各个考察因素对油藏天然气采收率影响的重要程度由高到低依次排序为:气顶动用情况＞水平段垂向位置＞隔层分布＞储层各向异性＞隔层分布与储层各向异性的交互作用＞油环采油速度。

另外，通过对回归模型的方差分析也可以了解各因素对评价指标的影响程度。由于篇幅有限，本次研究选取天然气采收率为代表，对前述试验设计结果进行方差分析，结果见表4。通常将方差(P)值(Prob＞P)小于或等于0.05作为显著性检验水平: P＜0.05表明模型或参数有显著的影响;P＜0.01表明有高度显著的影响。由表4可以看出，油藏天然气采收率评价模型P＜0.000 1，表明此模型在被研究的整个回归区域拟合较好;气顶动用情况(D)P＜0.000 1、水平段垂向位置(E)P=0.008属于有高度显著的影响因素，隔层分布(A)P=0.042 6属于有显著的影响因素，这三者对天然气采收率有着较显著的影响。其中，气顶动用情况及水平段垂向位置对天然气采收率大小呈现明显的正效应，隔层分布则呈现负效应。由此可认定，这三者为其主要影响因素，而其他因素及交互影响因素P均大于0.05表明对天然气采收率影响不显著。

表4 典型气顶边水油藏天然气采收率统计模型方差分析

3.2 因素交互作用影响分析

从图4可以看出，对于原油采收率，各因素之间的交互作用模式大致可以划分为3种类型，分别为无交互作用模式(图4a)、弱交互作用模式(图4b)及强交互作用模式(图4c)。对于强交互作用模式而言，气顶动用情况对于原油采收率的影响程度在不同隔层分布地层中是不一样的。当地层中没有稳定隔层分布时，油藏气顶动用与不动用相比，原油采收率将损失2.7%;而当地层中有稳定隔层分布时，油藏气顶后期利用气井动用与不动用相比，原油采收率仅仅损失1.3%。

如前所述，对于天然气采收率，影响最显著的3个因素分别为气顶动用情况(D)、水平段垂向位置(E)及隔层分布(A)，而其他交互因素对天然气采收率影响不显著，这里不再重点叙述。

图4 典型气顶边水油藏3种因素间交互作用模式(原油采收率)

4应用效果

在深化区域地质研究和油气田开发设计的基础上，明确E s3-I断块气顶油藏坚持走“先采油后采气”的开发模式，将原油采出程度最大化放在开发任务的首要位置。对于水平井开发的油环油藏，影响原油采收率最重要的3个主控因素分别为开发井数(即单井控制储量)、水平井在油环中所处的垂向位置及油环采油速度，而各个因素之间的交互影响作用相对较弱。在此基础上，开展了主控因素的单因素分析，得出E s3-I油藏以14口水平井开发(单井原油控制储量30×104m3)、水平段位于油环内距离油水界面1/3处、油环初期整体以3.5%的采油速度开采且后期动用气顶的方式开发效果将取得最优，25年累计产油量188×104m3，原油采收率30%;累计产气量17×108m3，天然气采收率70%。

E s3-I油藏于2009年12月在油环下部1/3处先后完钻7口水平井。截至2012年5月，7口水平井累计产油量69×104m3，阶段原油采出程度达到11%，累计产气量1.06×108m3;单井初期最高日产油量450 m3，平均日产油量200 m3，平均日产气量2.1×104m3;目前单井平均日产油量90 m3，平均日产气量2.7×104m3。这充分表明，采用水平井优化开发参数开采抑制了E s3-I断块油藏气顶气窜，取得了较好的开发效果(图5)。

图5 E s3-I气顶边水油藏开采现状图

5结论

(1)利用试验设计方法综合考虑了隔层分布、储层各向异性、开发井数、水平段垂向位置、气顶动用情况及油环采油速度等诸多因素对气顶油藏油气采收率的影响程度。研究表明，油环水平井开发井数对原油采收率的影响程度最大，而气顶动用情况则对天然气采收率的影响程度最大;油环原油最终采收率对其他影响因素的敏感程度依次为:水平段垂向位置、原油采油速度、储层各向异性、气顶动用情况、隔层分布以及隔层分布与气顶动用的交互作用。

(2)应用结果表明，采用水平井优化开发参数开采能够抑制气顶边水油藏气顶气窜，从而达到改善该类油藏水平井开发效果的目的，对于指导该类油藏进一步高效开发具有重要意义。

［1］杨庆红，童凯军，张迎春，等．利用水平井开发大气顶窄油环油藏研究与实践［J］．中国海上油气，2011，23(5):313-317．

［2］张迎春，童凯军，葛丽珍，等．水平井开发大气顶弱边水油藏早期采油速度研究［J］．石油天然气学报，2011，33(5):106-110．

［3］康晓东，张贤松，冯国智，等．基于均匀设计的聚合物驱注入参数优化方法［J］．中国海上油气，2008，20(2):99-101．

［4］赵金省，张明，李天太，等．基于均匀设计的泡沫渗流阻力因子影响因素研究［J］．钻采工艺，2009，32(4):74-76．

［5］王厉强，王洪辉，向阳，等．开发概念方案优化的正交设计缺陷及解决方法［J］．天然气工业，2007，27(4):101-103．

［6］周宗明，张贤松，李保振，等．实验设计法在凝析气藏后期注水开发方案设计中的应用［J］．天然气工业，2010，30(8):29-33．

(编辑:杨滨)

An analysis of the factors to influence development of oil reservoirs with gas cap and edge water by horizontal wells

Zhang Yingchun Tong Kaijun Zheng Hao LüZuobin Pan Lingli
(Bohai Oilfield Exploration and Development Research Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452)

In combination with the geology and development features of E s3-I faulted-block oil reservoir with gas cap and edge water in X oilfield，a geological model was built for the typical reservoirs with gas cap and edge water．An experimental design method was used to optimize the combination of six factors to influence hydrocarbon recovery，and the optimized combinations were modelled respectively by using a set of numerical simulation software．Finally，the factors to influence development of these reservoirs by horizontal wells and their sensitivity were analyzed．The results have shown that the impact of horizontal well number in the oil ring on oil recovery is the greatest in these reservoirs;and that the exploitation degree of gas cap has the greatest impact on gas recovery in these reservoirs．The other factors to affect the oil ring recovery are the vertical position of horizontal segments，the oil production rate，the reservoir anisotropy，the exploitation degree of gas cap，the barriers and the interaction between the barriers and the exploitation degree of gas cap，with their sensitivity descending．

oil reservoir with gas cap and edge water; horizontal well;recovery;factor;experimental design method

*中国海洋石油总公司“十一五”重点科技攻关项目(2007CNBO0415)部分研究成果。

张迎春，男，高级工程师，1999年毕业于中国石油大学(北京)石油工程专业，获硕士学位，主要从事油气田开发方面的研究工作。地址:天津市塘沽区609信箱(邮编:300452)。E-mail:zhangych2@cnooc．com．cn。

2012-07-17