复杂断块油藏开发潜力分析方法——以滩海地区A油田为例

毕永斌，张雪娜，马晓丽，刘道杰 ，陈 雷，但佳敏

（1.中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北唐山 063004；2.中国石油冀东油田分公司陆上油田作业区，河北唐山 063004；3.中国石油冀东油田分公司钻采工艺研究院，河北唐山 063004）

复杂断块油田受断层控制，油水关系复杂。特殊的地表、地理环境导致工程地质条件也较复杂；同时井筒条件差，采油方式复杂，资料录取难度大，常规油藏工程分析资料匮乏[1]。本文通过综合分析影响滩海地区典型油田开发效果的主要因素，运用概率分析法形成了适合复杂断块油田开发潜力的分析方法，有效地解决了因资料不系统、不全面导致开发潜力分析难度大的问题，为明确复杂断块油田提高采收率技术对策提供了依据。

1 油田采收率公式推导

油藏第k层采收率：

式中：ERk为油藏第k层采收率，%；Swk为第k层含水饱和度，f；Swik为第k层束缚水饱和度，f；Awk为第k层平面水驱波及面积，km2；kA为第k层油层含油面积，km2；hwk为第k层油层纵向水驱波及厚度，m；kh为第k层油层厚度，m。

多油层集合体（油藏）采收率：

式中：ER为油藏采收率，%；wk为油藏平均含水饱和度，f；wi为油藏平均束缚水饱和度，f；h为油藏厚度，m；ED为油藏驱油效率，f；EP为油藏平面波及系数，f；EZ为油藏纵向波及系数，f。

对油藏纵向波及系数EZ的研究从生产角度包括两重含义：一是对一个开发层系而言，由于层间非均质的影响，需研究水驱对各小层的影响[2，3]；二是对单层而言，需研究纵向水驱波及程度。由于滩海地区复杂断块油田纵向注采井段长、层数多，需分别深入研究两重含义对提高开发潜力的影响，因此，为了本次研究需要，纵向波及系数中两重含义的第一重定义为层间波及系数EZJ，第二重定义为层内波及系数EZN。

则多油层集合体（油藏）采收率式（2）可简化为：

由式（4）可以看出，油藏采收率受驱油效率、平面波及系数、层间波及系数及层内波及系数四要素共同影响。含水饱和度是计算驱油效率的主要指标，而含油饱和度的变化是判断水驱是否波及的关键，因此，饱和度是影响采收率计算的最重要因素。

对于多油藏集合体（油田），其含有多种油藏类型，各油气系统具有的随机性和复杂性导致不同类型油藏的驱油效率、平面波及系数、层间波及系数及层内波及系数具有离散性，难以直接计算油田采收率。假设离散后四要素分布具有可统计性，基于概率统计学方法，可采用Weibull统计分布函数对四要素的分布进行描述，统计分布密度函数表示为[4]：

式中：φ(αl)为统计分布密度函数；αl为样本参数，l=1,2,3,4，分别代表油田驱油效率EDo、油田平面波及系数EPo、油田层间波及系数EZJo、油田层内波及系数EZNo；βl为第l个样本离散系数，取值见文献[4]；为样本概率平均值。

将式（6）代入式（4）中，得到采收率ERo为：

2 开发潜力分析方法研究

油田开发受多因素综合影响，各因素之间具有交叉性和叠加性，而与饱和度密切相关的平面波及系数、层间波及系数、层内波及系数以及驱油效率最为重要。因此，为了进一步分析四要素分别对油田提高采收率潜力的影响，以滩海地区A油田为例，分析计算了四要素，并提出四要素单位增长率可采储量及单因素变化增加可采储量极限两个概念，建立了滩海地区复杂断块油田开发潜力的研究方法。

2.1 采收率四要素分析

2.1.1 驱油效率

通过岩心实验可以得到岩样的驱油效率。在滩海地区，受储层非均质的影响，同一断块、同一层位、不同小层之间，甚至同一小层内部驱油效率的实验值相差很大，如何确定A油田具有代表性的驱油效率会影响到对开发潜力的判断。利用岩心实验得到各油藏驱油效率数据，绘制滩海地区A油田各油藏驱油效率与频率和累积频率关系曲线（图1），驱油效率呈正态分布，概率平均值为0.42，离散系数取15，由式（6）求得概率最高区域的驱油效率为0.43，即为该油田的驱油效率。

图1 滩海地区A油田驱油效率与频率和累积频率关系曲线

2.1.2 平面波及系数

对于整装且相对均质的油藏，根据井网形式、注水方式、储层渗流特征、注水量等参数可以计算出不同布井方式下的平面波及系数。但对于滩海地区复杂断块油藏，断块面积大多小于1 km2，平面相变快，油砂体呈条带状或土豆状分布，难以形成完善的注采井网。纵向上，油层层数多、规模大小不一，不同断块油层的集中发育段存在差别，导致井网对油砂体的控制程度低。显然，在该地区无法应用常规方法计算平面波及系数，而这一参数又是计算体积波及系数、量化平面矛盾不可或缺的。虽然该地区地质条件复杂，给平面波及系数的计算带来较大难度，但通过对现有地质条件和认识水平的分析，找到了一种确定平面波及系数的可行方法，即小层数模法。在以单砂层为单元的储层精细描述基础上，建立精细地质模型，数值模拟各小层剩余油分布，根据含油饱和度的变化，确定波及系数；首先根据新钻井投产初期含水情况，确定未动用区含油饱和度界限，定量描述各小层的平面动用状况，运用概率法得出油田平面波及系数。

A油田经过20多年的开发，完钻井数多，井网密度大，目前井距130～180 m，精细油藏描述精度达到单砂层，为精细数值模拟奠定了基础。目前新钻井为老区的二次开发加密调整井，可以认为初期含水10%以下是水驱未波及区域。统计这部分井投产初期含水与含油饱和度关系（图2），含油饱和度58%以上的区域可以界定为未波及面积。通过对各小层剩余油分布面积的统计，计算得出各油藏的平面波及系数。根据平面波及系数与累积概率关系曲线（图3），得到平面波及系数概率平均值为0.48，离散系数取15，求得概率最高区域的平面波及系数为0.50。

图2 A油田投产初期含水与含油饱和度关系

图3 A油田平面波及系数与频率和累积频率关系曲线

2.1.3 层间波及系数

层间波及系数也与含油饱和度变化有关，常用计算方法为产液剖面法，用产液层厚度与总射开厚度的比值近似代替层间波及系数。当某一区块产液剖面资料比较多时，该方法比较准确。但由于滩海地区大部分井斜角30°以上，以机采井为主，受井筒条件和技术条件的限制，多数井无法取得分层产液资料。考虑到该区注水井吸水剖面资料录取比较及时，连续性较好，可对比性强，同时吸水层的含油饱和度也发生了变化，因此，可以采用吸水剖面和产液剖面综合分析法，即油井产液层厚度与注水井吸水厚度之和除以油井射开油层厚度与注水井射开厚度之和，得到各井组层间波及系数。该种方法虽然比不上应用油井产液剖面计算得到的数值准确，但在深斜井、大位移条件下，不失为一种计算层间波及系数的有效方法。

根据该方法计算得出A油田各油藏的层间波及系数，运用概率统计方法，绘制层间波及系数与频率和累积频率关系曲线（图4），层间波及系数呈正态分布，求得其概率平均值为0.49，离散系数取15，求得概率最高区域的层间波及系数为0.51。

2.1.4 层内波及系数

对于层内波及系数的确定，关键取决于油层水淹层解释的准确性，即如何准确地判断含油饱和度是否变化。为了提高复杂断块油藏水淹层解释的精度，以岩石物理实验为依据、以常规测井资料为基础，运用电阻率降低法、径向电阻率法、自然电位幅度异常法以及电阻率降低系数与产水率交汇图法，寻找和归纳油层含油饱和度变化前后的测井响应差异（图5），从而识别水淹层及水淹部位，并根据层内水淹状况计算出水淹波及系数。运用该方法，近几年来在该区块开展了大量的水淹层测井评价工作，并经投产验证具有较高的准确性。

在确保油藏层内波及系数计算值准确性的基础上，通过统计近几年新钻井各油层水淹状况及波及系数，基于概率统计方法，绘制层内波及系数与频率关系曲线（图6），层内波及系数呈正态分布，其概率平均值为0.68，离散系数取15，求得概率最高区域的层内波及系数为0.71。

2.2 四要素单因素潜力

四要素单因素变化是指假设平面波及系数、层间波及系数、层内波及系数、驱油效率四要素之一变化，其他不变。

2.2.1 四要素单因素变化单位增长率

四要素单因素变化单位增长率是指单因素变化每提高1%可采储量的增加值。其中平面波及系数变化单位可采储量增长率NRPU、层间波及系数变化单位可采储量增长率NRZJU、层内波及系数变化单位可采储量增长率NRZNU以及驱油效率变化单位可采储量增长率NRDU的计算公式分别为：

其中，EPoi+1-EPoi= 0.01；EZJoi+1-EZJoi= 0.01；EZNoi+1-EZNoi= 0.01；EZDoi+1-EZDoi= 0.01。

式中：N为动用地质储量，104t；NRPU为平面波及系数变化单位可采储量增长率，104t；RZJUN为层间波及系数变化单位可采储量增长率，104t；NRZNU为层内波及系数变化单位可采储量增长率，104t；NRDU为驱油效率变化单位可采储量增长率，104t；EPoi+1为第i+1个平面波及系数，f；EPoi为第i个平面波及系数，f；EZJoi+1为第i+1个层间波及系数，f；EZJoi为第i个层间波及系数，f；EZNoi+1为第i+1个层内波及系数，f；EZNoi为第i个层内波及系数，f；EZDoi+1为第i+1个驱油效率，f；EZDoi为第i个驱油效率，f。

由于考虑单因素变化，对于目前井网开发条件下，NRPU、NRZJU、NRZNU及NRDU均可以求出。按照上述公式，计算出滩海地区A油田四要素单因素变化单位增长率，结果表明该油田四要素单因素变化单位增长率以转换驱替方式提高驱油效率最大，提高层间波及系数次之。

2.2.2 四要素单因素增加可采储量极限

四要素单因素变化增加可采储量极限是指单因素变化达到极限后可采储量增加值。各单因素变化达到极限后可采储量增加值的计算公式分别为：

式中：NRPmax为平面波及系数变化增加可采储量极限，104t；NRZJmax为层间波及系数变化增加可采储量极限，104t；NRZNmax为层内波及系数变化增加可采储量极限，104t；NRDmax为驱油效率变化增加可采储量极限，104t。

2.2.3 四要素单因素极限值的确定

前人研究成果表明[5–7]，影响极限驱油效率的主要影响因素是油水黏度比（或其他驱替介质）、油层岩石孔隙结构和岩石表面润湿性，其中黏度比是最主要的影响因素。为了研究A油田极限驱油效率，通过对不同驱替介质（聚合物、泡沫、CO2、N2以及烃类气）开展一维驱替实验、细管实验以及长岩心驱替实验，优选驱替方式，进而得出驱油效率的极限值，结果表明该油藏烃类气驱效果最优，驱油效率为0.76。

对于波及系数的极限值，戴斯（Dyes）[8]、余启泰等人进行了大量的研究工作，总结出了平面波及系数及厚度波及系数的计算公式。在不考虑经济因素的条件下，通过加密调整的不断完善以及流度比的增大，在含水率为1时，平面波及系数极限可以达到1；当同一开发层系内打开的油层数较少或单层开采时，层间波及系数也可以达到1，此时，厚度波及系数即等于层内波及系数。所以，平面波及系数、层间波及系数以及层内波及系数的极限值均可以为1。

将A油田四要素目前开发条件下的数值以及极限值代入式（12）～（15）中，可以得到四要素单因素变化增加可采储量的极限值（表1）。从表1中可以看出，该油田提高层间波及系数增加可采储量极限值最高，占38.8%，其次为转换驱替方式。

表1 A油田四要素单因素潜力分析增加可采储量对比

3 应用效果

在上述研究成果的指导下，在A油田开展了层系细分井网重组、精细注采调整、深部调驱以及气驱先导试验工作。通过精细刻画剩余油平面、层间及层内的分布，立体部署层系井网，平面上以提高剩余储量控制程度为目的，以油藏分布为约束，优化井网平面部署；纵向上以提高动用程度为目的，相近组合，细分层系，缩小开发井段，达到了挖掘平面及层间潜力的目的；通过提高分注率、深部调驱等进一步减缓油藏层间及层内矛盾，不断改善水驱状况；同时积极论证转换驱替方式潜力，优选实施CO2重力驱[9–10]，提高驱油效率，挖潜剩余油。多技术组合调整后A油田日产油由135 t上升至215 t，含水基本保持稳定，自然递减及综合递减分别下降10.9%和16.9%，阶段可采储量增加87.4×104t，阶段采收率提高7.5%，取得了较好的开发效果（表2）。

表2 A油田主要开发指标对比

4 结论

（1）以各油藏饱和度变化为依据，建立提高采收率四要素计算概率统计方法，有效地解决了复杂断块油田因资料不系统、不全面导致开发潜力分析难度大的问题，为明确复杂断块油田提高采收率技术对策提供了依据。

（2）四要素单因素变化单位增长率及单因素增加可采储量极限值是影响各油田采收率的主要因素，可进一步明确完善水驱、改善水驱、转化驱替介质提高最终采收率的潜力方向，进而制定有针对性的措施与技术组合，力求叠加效果最大化提高采收率。