异常高压低渗透油藏产能随有效压力的变化规律*——以渤海南部BZ油田为例

李丰辉田 楠刘 晖郑 旭冯 鑫杨庆红

(1.中海石油(中国)有限公司曹妃甸作业公司; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司)

异常高压低渗透油藏产能随有效压力的变化规律*
——以渤海南部BZ油田为例

李丰辉1田 楠1刘 晖1郑 旭1冯 鑫2杨庆红2

(1.中海石油(中国)有限公司曹妃甸作业公司; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司)

利用有效压力原理对渤海南部BZ油田的覆压孔渗资料重新分析,把实验岩心的受力状态还原到地下取心处储层的受力状态,分析岩心渗透率随有效压力的变化规律,认为该油田沙二段储层的压力敏感性不强,沙三段压力敏感性较强。利用有效压力原理和该油田回归的渗透率与有效压力的关系式及PVT资料,计算不同油藏压力下原油的流度,结果表明当初始渗透率≥0.45mD时,在油藏压力降至饱和压力之前,地层原油流度随着油藏压力的降低而增大,最终导致油井产能持续增加。上述实验分析结论与计算结果得到了实际生产资料的证实。

异常高压;低渗透油藏;压力敏感性;有效压力;产能;变化规律

异常高压油藏开采初期利用天然能量弹性开采,地层压力下降快,初期产量高、递减快。目前研究此类油藏递减快的主要方法是覆压孔渗实验,认为此类油藏的储层物性压力敏感性比较强[1-8],但这些研究大多是在以地面条件下测得的岩心渗透率为基准值进行分析,并没有转化到取心时岩心的原始受力状态,本文对此进行了修正。另外,影响油井产能的因素除储层渗透率外,还有地层原油粘度,仅研究储层物性随压力变化而忽略了压力对流体性质的影响是不全面的。因此,研究压力对异常高压油藏产能影响时,应综合分析渗透率、地层原油性质随地层压力的变化对油井产能的影响。本文以渤海南部BZ异常高压油田为例,通过综合考虑地层压力的变化对储层物性和流体性质的影响,研究该油田产能随地层压力的变化规律。

1 油田概况

BZ油田位于渤海南部海域,开发层系为古近系沙河街组,油藏埋深3 250～3 900m,属于异常高压复杂断块低渗油藏。储层段为砂泥岩薄互层,单砂层油层厚度0.2～10.5m,大部分在1～4m。储层物性较差,其中沙二段储层孔隙度14%～16%,平均为15%,渗透率13～120mD,平均为42mD,为中孔低渗储层,储层连通性较好;沙三段油层测井解释孔隙度主要在10.2%～18.2%,平均为14.5%,测井解释渗透率在0.3～200mD,厚度加权平均为24.1mD(部分井区储层渗透率小于2mD),储层连通性较差。油藏温度120～135℃,油藏压力系数1.40～1.59,地层压力42～57 MPa;地层原油粘度低(＜1.5mPa·s),溶解气油比高,饱和压力14.58～18.40 MPa,地饱压差30 MPa左右,目前主要利用天然能量弹性衰竭开采。

2 岩石压力敏感性分析

油藏开采过程中,由于地层流体被采出,油藏压力降低,储层受到的净有效上覆压力增大,发生储集层变形而导致渗透率降低。由于异常高压油藏的原始油藏压力高,压力降落的空间更大,储层受到的净有效上覆压力增加幅度大,因此开展此类油藏储层物性随压力的变化规律研究对于分析此类油藏产能随油藏压力的变化至关重要。

2.1 评价方法

目前研究储集层物性随压力变化规律的方法主要是覆压孔渗实验,即固定岩石孔隙中流体压力,增加岩石围压模拟储层地下受力变化过程,通过测定不同围压下岩石的孔隙度和渗透率来确定储层物性的变化规律。岩石的压力敏感程度以渗透率损失率来表示,其计算式为

式(1)中:Ki为岩心初始渗透率;Kp为有效压力为p时的岩心渗透率。

由式(1)可知,渗透率损失率的大小与岩心初始渗透率的选取密切相关。前人[1-6,9-13]以岩心在地面条件下的渗透率为初始渗透率来计算渗透率损失率,认为异常高压低渗油藏储层具有压力敏感性强的特点。但岩心是在一定埋深下取出,原始地层下岩石本身承受一定的压力,因此采用地面条件下的渗透率为基准分析储层的敏感性问题不合理,应该以岩石原始埋深受力状态下测得的岩心渗透率为基准,这样计算不同有效压力下的渗透率损失率才合理。

2.2 实例分析

对BZ油田A5井岩心做了覆压孔渗实验。该井沙二段取心平均深度3 332m,沙三段取心平均深度3 672m,上覆岩石和流体的混合密度2.1 g/cm3,计算得出沙二段和沙三段上覆压力分别为69.97和 76.00 MPa,按压力系数1.45计算,沙二段和沙三段油藏原始压力分别为48.31和52.40 MPa,原始条件下岩石受到的净上覆压力分别为21.66和23.60 MPa。

图1、2分别为BZ油田A5井沙二段和沙三段岩心覆压孔渗实验中渗透率损失率与有效压力的关系图。可以看出,同一块岩心在有效压力相同时,以地面条件下的渗透率为基准计算所得的渗透率损失率是以转化到地下受力状态下渗透率为基准时的1.5～2.5倍。分析认为,初始渗透率选值不合理是造成异常高压低渗透储层压力敏感性强的主要原因。

按照储层敏感性流动实验方法中压力敏感性的评价标准[14],敏感性强弱按渗透率损失率判断(渗透率损失率≤5%,无损害;5%＜渗透率损失率≤30%,弱损害;30%＜渗透率损失率≤50%,中等偏弱损害;50%＜渗透率损失率≤70%,中等偏强损害;70%＜渗透率损失率≤90%,强损害;90%＜渗透率损失率,极强损害)。由图1、2可以看出:BZ油田A5井区沙二段的压力敏感性不强,但该井区沙三段压力敏感性较强,在开发过程中应加强对地层压力的保持。

图1 渤海南部BZ油田A5井沙二段岩心渗透率损失与有效压力关系

图2 渤海南部BZ油田A5井沙三段岩心渗透率损失与有效压力关系

3 储层渗透率随有效压力变化规律

储层物性随压力的变化受岩石类型、孔喉结构、胶结方式等多种因素的影响。目前还没有一个统一的数学表达式来描述储层渗透率随压力变化的规律。根据前人的研究[10-14],异常高压低渗透储层渗透率随有效压力的变化规律主要有指数式、幂函数式、二重指数和多项式等多种形式。笔者认为大多数情况下指数式就可准确描述孔隙度、渗透率与有效压力的关系。对BZ油田不同地面渗透率的岩心,以不同的有效压力和对应的渗透率值为起点进行渗透率与有效压力关系的回归分析,结果如图3所示。分析图3发现,该油田的储层渗透率与有效压力满足幂函数关系

式(2)中:K为有效压力为pe时的渗透率;K1为有效压力为p1时的渗透率;m为拟合指数,小于0,不同的起点有不同的值与之对应。

图3 渤海南部BZ油田岩心渗透率随有效压力的变化规律

4 压力对地层原油性质的影响

BZ油田原油物性:地层原油粘度0.66～1.25mPa·s,平均0.92mPa·s;饱和压力14.58～18.40 MPa,平均16.29 MPa;气油比87～98m3/m3,平均92m3/m3;体积系数为1.284～1.387,平均1.343。该油田原油具有溶解气油比高,地层原油粘度低,饱和压力低,地饱压差大的特点。原油性质随地层压力的变化主要通过PVT取样分析获得。图4为该油田A5井、A8井及A1-4井不同层段的PVT分析结果,可以看出:在地层压力降至饱和压力之前,随着地层压力的降低,地层原油粘度减小率逐渐降低;当地层压力降至饱和压力时,原油粘度比原始地层压力下的粘度降低了近40%。这表明,该油田的原油对压力具有较强的敏感性。

图4 渤海南部BZ油田原油粘度减小率与油藏压力的关系曲线

5 压力对油井产能的影响

由径向渗流公式[6-9]可知,假设油井的泄油半径不变,确定采油指数随地层压力的变化规律时只须确定流度随压力的变化即可。根据有效压力原理、式(2)及PVT资料计算BZ油田不同初始渗透率储层中原油在不同油藏压力下的流度值,结果表明:当初始渗透率值≥0.45mD、油藏压力降至饱和压力之前,随着油藏压力的降低,流度值是逐渐增加的(图5a);当初始渗透率＜0.45mD时,随着油藏压力的降低,流度值却是逐渐减小的(图5b)。也就是说,在BZ油田,当储层的初始渗透率值≥0.45mD,在地层压力降至饱和压力之前,随着地层压力的减小,原油流动性变好的幅度大于储层物性变差的幅度,最终导致油藏产能持续增大。

图5 渤海南部BZ油田不同初始渗透率储层中原油流度随油藏压力的变化曲线

根据BZ油田3口油井(含水率＜2%)的静压和流压资料,依据节点分析理论,采用wellflow软件建立油井的产能模型和井筒的压降模型,计算不同时期的井底流压和油藏压力,进而计算不同油藏压力下油井的采液指数,其结果如图6所示,可以看出3口井的采液指数均是随着油藏压力的降低而增大。

在这3口井中,A5井属于常规定向井,为井下压力计监测井,其油层总厚度为44.3m,射开油层厚度为32.48m,射孔段油层中部垂深为3 410m,测井解释加权平均渗透率为40.8m D,油藏初始温度126.7℃。该井于2006年4月21日投产,原始油藏压力为50.6 MPa,投产初期压力计测得流压为43.4 MPa,产液量132m3/d,采液指数为18.3m3/ (d·MPa)。2006年7月19日对该井进行了PBU压力测试,测得地层压力46.1 MPa,开井后测得流压42.2 MPa,产油量88.8m3/d,折算采液指数为22.5m3/(d·MPa)。根据实测资料计算,结果如图6b所示,可以看出A5井的采液指数确实是随着地层压力的降低而增加,从而印证了前面的实验分析和计算的结果。

6 结论

1)利用覆压孔渗实验分析岩石压力敏感性时,岩心的初始渗透率应选取在原始油藏压力下岩石受到的净有效上覆压力时的渗透率值,这样才能真实反映储层渗透率随压力的变化规律。

2)渤海南部BZ油田为异常高压低渗透油藏,其储层渗透率随有效压力的变化符合幂函数K=的形式;在地层压力降至饱和压力之前,随着地层压力的降低,地层原油粘度减小率是逐渐降低的。

3)实验资料计算分析结果及实际生产测试资料均表明,当BZ油田储层渗透率≥0.45mD时,在油藏压力降至饱和压力之前,随着油藏压力的降低储层原油流度是增加的,即原油流动性变好的幅度大于储层物性变差的幅度,最终导致油井产能增加。因此,对于异常高压油田的开发,不能只考虑压力下降对储层物性的伤害,应该结合地层流体对压力的敏感性,综合得出地层压力对油井产能的影响,以便更好地指导油田的开发。

[1]张兴焰,闫志军,李淑梅,等.压敏效应对文东异常高压低渗油田开发的影响[J].大庆石油地质与开发,2005,24(2):55-56,107.

[2]张琰,崔迎春.低渗气藏应力敏感性及评价方法的研究[J].现代地质,2001,15(4):453-457.

[3]王胜利.压力敏感性对深层低渗储层伤害特征研究[J].西部探矿工程,2004,16(7):59-60.

[4]朱绍鹏,李茂,劳业春,等.一种新的低渗压敏油藏产能方程推导及特征分析[J].中国海上油气,2012,24(5):29-33.

[5]田树宝,张琪.高压异常压力敏感性油藏IPR曲线计算方法研究[J].油气采收率技术,1999,6(1):33-37.

[6]姜瑞忠,张晓亮,马江平,等.特低渗透油藏弹性采收率计算新方法[J].中国海上油气,2010,22(1):27-29.

[7]朱绍鹏,劳业春,杨志兴,等.一种新的压敏油藏产能方程[J].中国海上油气,2012,24(1):29-32.

[8]李传亮.油藏工程原理[M].2版.北京:石油工业出版社, 2011.

[9]国家石油和化学工业局.覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法:中国,中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 6385—1999[P].1999-05-17.

[10]戈尔布诺夫A T.异常油田开发[M].张树宝,译.北京:石油工业出版社,1987.

[11]杨胜来,王小强,汪德刚,等.异常高压气藏岩石应力敏感性实验与模型研究[J].天然气工业,2005,25(2),107-109,213.

[12]CHIN L R.对压力敏感性油藏的耦合分析[J].王中良,张剑军,史淑芳,等译.国外油田工程,2001,17(6):16-21.

[13]吴凡,孙黎娟,何江.孔隙度、渗透率与净覆压的规律研究和应用[J].西南石油学院学报,1999,21(4):23-25.

[14]冯鑫,李丰辉,侯东梅,等.异常高压油气藏储层物性随有效压力变化的研究[J].中国海上油气,2008,20(5):316-318.

The change ofproductivity with effectivepressure in low-permeability oil reservoirs with abnormally-highpressure:a case of BZ oilfield in thesouthern Bohai Sea

Li Fenghui1Tian Nan1LiuHui1Zheng Xu1Feng Xin2Yang Qinghong2
(1.CFDOperating Co.of CNOOC Ltd.,Tianjin,300461; 2.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

Theprinciple of effectivepressure was used to analyze once again theporosity andpermeability data under burdenpressure in BZ oilfield, thesouthern Bohaisea,and by recovering the reservoirpressure of experimental coresamples,the change of corepermeability with effectivepressure was analyzed,by which it is considered that Es2 is relatively lower and Es3 is relatively higher inpressuresensitivity.Theprinciple of effectivepressure,a regressed relational expression betweenpermeability and effectivepressure and PVT data in this oilfield were used to calculate oilmobility under various reservoirpressure.The results haveshown that oilmobility will increase with reservoirpressure dropping when the initialpermeability≥0.45mD and before the reservoirpressure drops to bubblepointpressure,finally resulting in the continuous increase of wellproductivity.These experimental and analytical conclusions and calculation results have been confirmed by the actualproduction data.

abnormally-highpressure;low-permeability oil reservoir;pressuresensitivity;effectivepressure;productivity;change

2014-03-06改回日期:2014-06-16

(编辑:张喜林 杨 滨)

*中国海洋石油总公司“十二五”重大专项“中国近海低孔低渗油藏勘探开发关键技术研究与实践(编号:CNOOC-KJ 125 ZDXM 07)”部分研究成果。

李丰辉,男,2006年毕业于中国石油大学(北京),获硕士学位,主要从事油藏研究、生产管理和动态分析工作。地址:天津市塘沽区天津港保税区海滨十五路199号(邮编:300461)。电话:022-25806306。E-mail:lfh2@cnooc.com.cn。