海上A氣田生產水回注可行性方案研究

嚴申斌，時　瓊，馬　戀

(中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030)

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海上A氣田生產水回注可行性方案研究

嚴申斌，時瓊，馬戀

(中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030)

為實現海上氣田生產零污染的目標，在沒有現成研究流程和模式的情況下，以淺層封存地質條件研究為基礎、以回注層注入指數為橋梁、以地層破裂壓力為約束，對A氣田分別從淺層斷裂系統、回注層位優選、回注層注入能力分析等方面開展生產水回注方案研究，結果表明，A氣田淺層地層形態較為完整，斷層發育較少，從三潭組至海底未見斷層發育，氣田生產水回注對斷層影響較小，不存在斷層溢流的風險。

海上氣田；生產水回注；吸水指數

自2011年渤海蓬萊19-3油田發生漏油事故以來，國家加大對海洋環境的保護力度。2013年3月國家海洋局發文明確要求海洋工程建設單位應當采取有效措施實現建設項目零污染，在建設項目的環評報告中需明確零污染的有效措施。針對國家環保要求，油田開發一般采取污水回注，而中國近海關于氣田生產污水回注沒有先例。為滿足零污染的要求，在氣田地質油藏方案編制階段，對海上A氣田進行了生產水回注可行性方案研究。

1　氣田地質及開發概況

A氣田位于中國近海海域，圈閉類型主要為斷塊，其次為斷鼻和斷背斜。氣田目前已鉆探井7口，自上而下依次揭示的地層為：第四系東海群，新近系上新統三潭組，中新統柳浪組、玉泉組、龍井組，古近系漸新統花港組、始新統平湖組。A氣田含油氣層系主要分布在漸新統花港組和始新統平湖組。本次生產水回注方案研究的目的層為淺層新近系中新統柳浪組、玉泉組和龍井組。

A氣田開發方案設計9口開發井，其中定向井4口，水平井5口；氣田高峰日產氣量126.5×104m3、日產油量174.08 m3，采氣速度5.9%，生產年限19年；生產期末累計產氣37.81×108m3、采出程度51.9%，累計產油44.08×104m3、采出程度26.6%。

9口開發井最大日產水量208.7 m3，由于在注水配套設備時需要考慮一定的余量，因此此次生產水回注量以250 m3/d為上限開展研究。

2　生產水回注可行性方案研究

本文以淺層封存地質條件研究為基礎，以回注層注入指數為橋梁，以地層破裂壓力為約束，對A氣田分別從淺層斷裂系統、回注層位優選、回注層注入能力分析及數值模擬等方面開展可行性方案研究。

2.1淺層斷裂系統

隨著注入時間、注入總量的增加，地層壓力會發生變化，導致斷層活化、注入水外溢發生[1]，因此需對氣田淺層斷裂系統進行分析。A氣田淺層(龍井組、玉泉組、柳浪組)地層形態較為完整，其中龍井組和玉泉組表現為低幅度的單斜構造，地層傾角較小；而柳浪組表現為近水平地層。淺層斷層發育較少，淺層斷至三潭組底界附近，距海底800 m左右，深層斷至古近系始新統平湖組下段，從三潭組至海底未見斷層發育。因此A氣田生產水回注受斷層影響較小，不存在斷層溢流的風險。

2.2回注層位優選

根據調研資料[2]和A氣田的實際情況，在符合環保政策的前提下，注水層位的選取主要遵循以下原則：①儲蓋組合好，區域蓋層發育；②儲層物性好，分布廣泛；③埋深相對淺，易于回注。

2.2.1 儲蓋關系分析

本次生產水回注主要考慮1 600～3 000 m的新近系中新統柳浪組、玉泉組、龍井組地層。而對于1 600 m以上的地層，由于資料不全，難以準確分析。結合已有的研究成果劃分對比A氣田淺層地層，參照相鄰氣田分層，采用“旋回對比，分級控制”的對比方法，從淺層柳浪組、玉泉組、龍井組初步篩選出9套儲蓋關系良好的砂泥巖組合，分布廣泛的砂巖是潛在的回注層，其中柳浪組1套，玉泉組5套，龍井組3套(圖1)。

圖1　A氣田淺層地層對比及儲蓋組合

2.2.2 回注層儲層物性

根據測井資料處理解釋結果，淺層柳浪組儲層測井解釋孔隙度30.3%，滲透率2 191.7×10-3μm2，屬于特高孔特高滲儲層；玉泉組儲層測井解釋孔隙度23.8%～28.5%，滲透率(185.9～957.1)×10-3μm2，屬于中高孔特高滲儲層；龍井組儲層測井解釋孔隙度20.1%～20.9%，滲透率(44.3～58.3)×10-3μm2，屬于中孔中滲儲層。隨著埋深的增加，回注層儲層物性有所變差，但總體物性較好(表1)。

2.2.3 回注層選擇

表1　回注層儲層物性統計

綜合儲層物性、厚度、儲蓋關系等因素，回注層位選擇封存條件較好的玉泉組2號砂體，預計埋深2 376.9～2 417.7 m(測深)；備選層位為柳浪組底部砂巖，預計埋深2 032.2～2 066.1 m(測深)。

2.3回注層注入能力分析

A氣田沒有試注資料，回注層的注入能力主要通過吸水指數確定。由于注水井的流動類似于油井流動，遵循達西定律，因此注水井的吸水能力取決于回注層的有效滲透率和有效厚度、污水的黏度、井控半徑以及注水井的完井效率等因素[3-6]。

2.3.1 吸水指數Jw

在單井徑向穩定流條件下，吸水指數Jw可表示為：

Jw=0.543hKw/(Bwμw×

(LN(rc/rw)+S-0.75))

式中：Jw——注水井吸水能力，m3/(MPa·d)；Kw——水的有效滲透率，10-3μm2；h——回注層段有效厚度，m；Bw——水的體積系數；μw——水黏度，mPa·s；S——注水井綜合表皮系數；rc——注水井控制半徑，m；rw——井筒半徑，m。

各回注層吸水指數計算結果見表2。本次選定的注水層玉泉組2號砂體和備選層柳浪組1號砂體具有較強的吸水能力。

2.3.2 最大注入壓力和日注入量

表2　各回注層吸水指數計算結果

若回注水層因局部憋壓而導致地層壓力接近其破裂壓力或井底注入壓力接近地層破裂壓力，則需停止注水，此時可分別計算出最大井底注入壓力和最大日注水量，計算結果見表3。

表3　各回注層最大注入壓力和最大日注水量計算結果

2.4回注方案數值模擬分析

最大井底注入壓力和最大日注水量是判斷生產水回注方案可行性的關鍵指標。根據氣田整體開發方案研究結果，氣田最大日產水量208.7 m3，遠低于各回注層最大日注水量，因此只需對注水期的地層壓力及井底流壓變化進行預測。

2.4.1 敏感性分析

以玉泉組2號砂體作為回注數值模擬對象，并建立均質地質模型，砂體范圍5 km×5 km，平面網格數為100×100=10 000，縱向上劃分為40層，在模型中心模擬一口注水井。井筒表皮系數、地層有效滲透率以及日注水量直接影響地層壓力及井底流壓的變化，故對模型的這幾項參數進行敏感性分析研究。

(1)表皮系數。分別以0，5，15，50，100作為井筒表皮系數對注水方案進行敏感性分析。從模擬預測結果來看(表4)，地層壓力對表皮系數不敏感，即使表皮系數取100，注水期最后一年末的地層壓力和井底流壓也僅比原始地層壓力增加不到3 MPa，遠低于該層的地層破裂壓力及最大井底注入壓力，因此可認為井筒污染對于注水期地層壓力的影響較小。

(2)有效滲透率。以測井解釋滲透率的100%，80%，50%，30%，10%作為地層有效滲透率對注水方案進行敏感性分析。從模擬預測結果來看(表4)，有效滲透率越低，注水過程中地層壓力以及井底流壓上升越快，但即使有效滲透率取測井解釋滲透率的10%，注水期最后一年末的地層壓力和井底流壓也僅比原始地層壓力增加不到3 MPa，遠低于該層的地層破裂壓力及最大井底注入壓力，因此可認為有效滲透率對于注水期地層壓力的影響較小。

(3)日注水量。以300 m3/d，250 m3/d，210 m3/d，150 m3/d以及實際生產水日產量(Qdw)作為不同日注水量對注水方案進行敏感性分析。從模擬預測結果來看(表4)，日注水量越大，注水過程中地層壓力以及井底流壓上升越快，但即使日注水量達300 m3/d，注水期最后一年末的地層壓力和井底流壓也僅比原始地層壓力增加不到3 MPa，遠低于該層的地層破裂壓力及最大井底注入壓力，因此可認為實際生產水日產量對于注水期地層壓力的影響較小。

2.4.2 推薦方案

在敏感性分析的基礎上，對生產水回注方案的各項參數進行了優化對比，最終確定了推薦方案，方案中表皮系數參考以往測試解釋結果取15，有效滲透率取測井解釋滲透率的80%，日注水量取實際生產水日產量。預測指標表明，注水期最后一年末的地層壓力和井底流壓分別為25.77 MPa和25.85 MPa(表4)，較原始地層壓力增加不到1 MPa，遠低于該層的地層破裂壓力及最大井底注入壓力，因此該推薦方案可行。

表4　生產水回注方案數值模擬結果

3　結論

(1)A氣田淺層地層形態較為完整，斷層發育較少，從三潭組至海底未見斷層發育，氣田生產水回注對斷層影響較小，不存在斷層溢流的風險。綜合氣田淺層儲蓋關系、儲層物性、厚度及斷裂系統等因素，回注層位選擇封存條件較好的玉泉組2號砂體，備選層位為柳浪組底部1號砂體。

(2)氣田最大日產水量208.71 m3，遠低于回注層最大日注入量；數值模擬研究結果表明，生產水回注到生產期末，地層壓力和井底流壓較原始地層壓力增加不到1 MPa，遠低于地層破裂壓力，推薦注水方案可行。

(3)首次針對海上氣田開展生產水回注可行性方案研究，形成了一套“以淺層封存地質條件研究為基礎，以回注層注入指數為橋梁，以地層破裂壓力為約束”的符合安全環保需求的方案研究流程和技術體系，為后續海上氣田生產水回注提供參考。

[1]何芬,李濤,馬奎前，等.海上油田污水回注技術與應用[J].長江大學學報(自科科學版),2014,26(11):118-121.

[2]黃軍立,張光明,徐兵，等.污水回注可行性油藏研究——以番禺4-2油田為例[J].石油天然氣學報,2013,35(4):141-144.

[3]葛家理.油氣層滲流力學[M].北京：石油工業出版社,1982：170-181.

[4]崔云芳.滲流力學[M].北京：石油工業出版社,1994：39-72.

[5]李琴.砂巖油藏儲層射孔完井注水效率定量評價方法研究[D].北京：中國地質大學,2012：61-83.

[6]程秋菊,鄭軍,馮文光，等.污水回注井最大注水量預測模型[J].成都理工大學學報(自然科學版),2012,39(3):285-289.

編輯：趙川喜

1673-8217(2016)04-0099-04

2016-01-26

嚴申斌，碩士，工程師，1982年出生，2008年畢業于長江大學礦產普查與勘探專業，現從事開發地質方面的研究工作。

TE357.6

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