海上零散薄油藏地层自流注水开发实践

宋春华，景凤江，何贤科 （中海石油 （中国）有限公司上海分公司，上海 200030）

随着油田勘探开发的不断深入，可供开发的优质储量越来越少，挖潜难度及接替储量的发现难度也越来越大，因此已发现但受技术条件制约很难形成经济产量的非常规储量如零散薄油层、低渗透油层的开发，是缓解产量压力、延长油田经济寿命最直接而现实的途径。由于薄油层垂向厚度小，利用常规定向井开发，油层泄油面积有限，难以形成商业生产能力，而利用水平井尤其是多分支水平井可大幅提高单井产能，将单油层厚度的经济门槛降低至最低，从而实现薄油层储量动用的目的［1］。对于常规薄油层水平井开发国内外成功经验很多，尤其是地质导向钻井技术的应用，有效破解了常规薄油层开发难题。但对于海上零散薄油藏，由于油层薄、油砂体小、储量分散、天然能量弱，采用水平井开发虽然可以改善初期单井产量，但随后会出现地层能量不足，地层压力下降迅速，单井产量减小急剧，无法从根本上解决零散薄油藏单井产量小、采收率低等问题；如果采用注水开发，虽然能解决上述问题，但因海上油田开发设施与陆地油田存在很大差异，相对于陆地油田来说，海上油田增加平台注水设施、注水处理设施和钻专用注水井等，投入资金大，开发成本很高，同时如果钻专用注水井需要占用平台上有限的井槽，因此海上零散薄油藏采用常规注水开发从经济角度来说是不可行的。故提出这样一种设想：利用薄油层上部地层水作为水源，通过井筒使上部地层水通过地层压差自流注入到油层中，这种方法不但可以达到注水补充地层能量、提高采收率的目的，还可以节约平台注水设备投资，省去专用钻注水井的投资以及有限的井槽设施。

有关地层自流注水开发理念，早在20世纪70年代国外已有这方面的研究［2，3］。笔者在1998年南海西部文昌油田ODP（油田总体开发方案）油藏工程开发方案设计中，设计自流注水开发，该油田在开发实施评价时，因地质模式发生变化 （边底水能量充足），这种开采方式没有实施。

中国海域A油田古近系渐新统H组第四砂组b油藏 （简称H4b），因油层厚度薄、储量分散、天然能量弱，水平井开发后初期产量高，生产一段时间后产量急剧下降，数值模拟研究表明，依靠天然能量开采最终采收率为6.3%。根据油藏地质特征结合平台设施现状，设计地层自流注水井改善 “薄散”油藏开发产量下降快、采出程度低的现状，于2009年成功实施，并取得明显开发效果。该油田地层自流注水的开发实践，是在我国海上油田开发中的首次应用，同时也开创了我国油田 “特殊注水”开发的先河。

1 地层自流注水开发原理与理论计算

1.1 地层自流注水原理

自流注水实际就是被开发的油藏与水藏间压力平衡的过程 （图1），自流注水中注水量的大小取决于采油速度、地层压力差、油藏天然能量的大小以及水藏水体大小等［2］。

图1 自流注水模式示意图

1.2 自流注水量与油藏压力变化模拟研究

1.2.1 计算模型及求解方法

通常需注水的油藏水体能量弱，可近似视为封闭地层。砂岩油藏地层自流注水符合径向流特征，适合达西定理条件，因此其注水量可近似用封闭地层中的一口注水井的拟稳态流来估算［4～6］。计算方法是先用公式 （1）计算初始注水量，再利用公式 （2）计算相应时间的平均地层压力，最后利用公式 （3）计算新的井底流压，这样就可以计算不同时刻的注入量。

式中：Qwi为初始注水量，m3/d；K为渗透率，mD；h为地层厚度，m；pinj、pw1为分别为注入压力和初始井底流压，MPa；μw为地层水黏度，mPa·s；re、rw分别为泄油半径和井筒半径，m；qw为单位时间注水量，m3；t为注水时间，h；pi为原始地层压力；MPa；Ct为综合压缩系数，MPa－1；（t）为t时刻平均地层压力，MPa；pw2为注水t时刻的井底流压，MPa。

1.2.2 油藏模拟计算

A油田H4b油藏具有油层超薄，单个油砂体面积小的特征，单井有效厚度小于3m，最薄的砂体仅0.8m；单砂体含油面积为0.3～1.0km2，天然能量弱。而距离 H4b油层150m左右上部第三砂组（H3）有约100m以上的厚水层，其地层水特征与第四砂组 （H4）基本相同，因此为地层自流注水提供了 “得天独厚”的天然条件。

在三维地质模型基础上开展地层自流注水开发模拟研究，对自流注水井段形状、距离等开展研究［3，4］，结果表明，由于上部H3水层能量充足，地层水在地层压差的作用下流入H4b油藏，地层能量得到明显补充，井口压力回升明显，采油井产能和累计产油量明显提高；同时模拟结果显示，水平井段注水效果好于定向井段。单井累计产油比无注水时提高1倍，采收率提高15个百分点以上。

2 地层自流注水开发实践

2.1 储层精细描述

H4b油藏具有油层薄、储集层横向变化快、单个油藏规模小等特征，决定了油藏精细描述的重点是对油藏顶面微构造、油层厚度及油砂体分布范围的准确描述。Q－marine地震资料采集为开展精细构造描述和储层研究提供了资料基础［7］。由于Q－marine地震资料相对常规三维地震资料，其信噪比高、频带宽，成像清晰，便于开展层位追踪、精细构造解释和储层反演。叠前深度偏移处理后波组特征好，小断层波组错断明显、断点 “干脆”，尖灭等地质现象明显。在纵向上以小层为单元利用合成记录标定目的层位，平面上加密解释测网，以达到准确识别局部微构造的目的。在精细构造解释的基础上，充分利用钻井资料，对每口井深度重新校正，使深度误差小于0.5m，绘制小于5m等高距的砂体顶面精细构造图，为井位部署奠定基础。

油层厚度及油砂体分布范围是零散薄层精细油藏描述的重中之重，由于储层薄，常规地震反演难以预测储层分布，通过叠前深度偏移处理及纵横波联合反演，大大提高了零散薄油层储层预测结果的可靠性，结合沉积微相研究，基本确定砂体分布范围，在此基础上建立三维精细地质模型，为轨迹优化及随钻跟踪提供直接依据。图2是精细三维孔隙度模型，在此基础上通过轨迹优化与LWD（随钻测井）旋转地质导向结合，使零散薄油层钻遇率达到50%以上，充分发挥了水平井优势，提高了单井产量和注水受效率。

2.2 注水开发实践

水平多分支井BO1井2007年投入开发，投产6个月后，地层压力下降近9MPa，产量由投产初期200m3/d下降至20m3/d。为缓解油田产量压力，2008年设计并完钻采油、注水功能于一井的BO2井（图3），该井为一多底多分支水平井，不仅可以开采H4b油藏、H4c油藏，同时兼钻一个水平分支段达到地层自流注水的目的。自流注水于2009年1月成功见效，BO1井产量和压力均有大幅度提高。注水前日产油量为20m3左右，油压波动、不稳定，注水后日产油量提高到40m3左右，油压相对稳定。2009年2月25日BO1井关井，井口压力由注水前的2MPa逐步回升到7.9MPa；2009年4月27日，BO1井重新开井生产，产油量高达65m3/d，可以看出，自流注水后地层能量得到明显补充。为此油藏开发效果显著改善，开发效益稳步提高。

图2 A油田H4b零散薄油层三维孔隙度模型

图3 采油、自流注水井示意图 （BO2井）

3 地层自流注水应用前景

海上A油田地层自流注水开发技术在我国虽然为首次应用，但国外早在20世纪70年代已有较大规模应用。以沙特阿拉伯海上Khafji油田为例［5］，该油田1969年8月开始投产，初始原油产量为4770m3/d，1972年又部署了15口生产井，原油产量增加到10485m3/d。1975年，油藏中部低压区的生产气油比快速增加，导致5口生产井关闭，原油产量降至5200m3/d，地层压力下降到约18.3MPa，比原始地层压力低6.9MPa，气油比保持在280m3/m3左右，表现出典型的溶解气驱油藏的特征。为了控制气油比，并提高采收率，于1975年11月启动了边缘 “自流注水”保压开采措施，将上部的Sec－ond Bharain层和Shuaiba层的地层水注入油层，至1977年11月先后有8口自流注水井投入注水，1980年，气油比被控制在180m3/m3以下，油藏压力保持在18MPa左右，原油产量保持在6360～7150m3/d。该油田通过地层自流注水取得了良好的开发效果和经济效益。

结合海上A油田及国外大中型油田地层自流注水开发实践，地层自流注水开发不仅可应用于特小规模油田的注水开发，还适用于需要注水的大型油田，是海上油田减少开发投资、提高采收率开发新途径，具有广阔的应用前景。

4 结论

1）A油田H4b油藏地层自流注水研究和开发实践表明，多底、多水平分支井及 “地层自流注水”开发技术，使零散薄油层单井产量为常规井的6～10倍，采收率比常规开采提高15个百分点以上，有效破解了海上零散薄油层开发的经济瓶颈，其开发实践为海上中后期零散薄油层挖潜探索出了一条新的途径。

2）根据A油田H4b油藏成功自流注水开发实践，以及国外大型油田规模性采用自流注水开采方式，建议海上具备自流注水开发条件的油田可以尝试规模性自流注水开发方式进行开采实践。

［1］裴素安 .地质导向技术在冀东油田的应用 ［J］.天然气勘探与开发，2006，29（4）：57～59.

［2］Koot L W，Michael R，Konopczynski M R.Single well combination oil production/water dump flood apparatus and methods［P］.US 2003/0066649A1，2003－04－10.

［3］Kazuo F.Pressure maintenance by formation water dumping for the Ratawi Limestone Oil Reservoir，Offshore ［J］.Journal Petroleum Technology，1982，34 （4）：738～754.

［4］陈元千，油气藏工程计算方法 ［M］.北京：石油工业出版社，1990.138～147.

［5］田平，陈月明 苏庆申，等，凝析气田自流注气的数值模拟研究 ［J］.石油大学学报 （自然科学报），1998，22（4）：45～48.

［6］伍轶鸣 .吉拉克凝析气田自流注气提高采收率方案研究 ［J］.天然气工业，1993，19（2）：58～62.

［7］黄旭日 .国外时移地震技术的研究状况 ［J］.勘探地球物理进展，2003，26（1）：7～12.

［编辑］ 萧雨