復雜斷塊油藏屏障注水機理研究①

王雨，李揚，陳存良，吳曉慧，楊明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 塘沽 300459)

氣頂油藏在開采過程中,由于儲層內的原油被采出，注入水來不及補充，原有的壓力平衡被打破，所以氣頂氣會侵入油藏使得油井氣竄[1]。目前,國內外對氣頂油藏的開發主要分為3類[2]:①屏障注水，防止油氣互竄;②在不保持地層壓力情況下同時采油采氣，保持油氣區壓力平衡;③在保持壓力采油中保持油氣區壓力平衡。目前應用較多的是屏障注水，所謂屏障注水[3]是指將注水井鉆于氣油界面附近，此時水和氣混合驅替油環，同時注入水可以隔離氣頂和油環，實現氣頂油環單獨開采。屏障注水可以有效防止油氣互竄，使得油井見氣后生產氣油比處于較低的水平，提高油井開發效果。前人針對屏障注水做了大量的研究，童凱軍等[4]對大氣頂窄油環油藏屏障注水開發技術適應性進行了研究，該油田主要發育辮狀河三角洲沉積，井網為排狀注水的規則井網，認為屏障注水與衰竭開發及常規注水相比，能顯著提高此類油藏的采收率，屏障注水比例為60%時開發效果最好。房娜等[5]對大氣頂油藏產能的影響因素進行了分析，氣頂指數、儲層非均質性和水平段垂向位置是影響氣竄規律的主要因素。范子菲等[6]提出油氣界面運移是影響油藏開發效果的關鍵。但是對于復雜斷塊油藏屏障注水研究較少，為有效改善油田開發效果，有必要對復雜斷塊油藏屏障注水的開發方式進行研究。

1 油井生產概況

D9H井為B油田的一口水平生產井，開發3-1474砂體(見圖1)，儲層埋深1502～1512 m，水平段長度為251.5 m。該井2010年6月投產，投產初期日產油量達到130 m3/d(見圖2)。由于注水井投產滯后，初期注采比僅為0.8，生產一段時間后該井生產氣油比升高到120 m3/ m3，產油量出現遞減。將注采比調整為1.1后，氣油比穩定在原始溶解氣油比50 m3/m3左右，含水率逐漸上升到60%。2014年1月調整注采比為0.9，D9H井含水率降低至40%，產油量逐漸回升。2017年10月為了控制氣油比將注采比調整為1.1，調整后該井日產油量、氣油比保持平穩。這是因為注水的滯后，氣頂氣運移到油井處油井生產氣油比升高，當加強注水后氣頂氣停止運移，氣油比降低，油井含水上升。由此可見，在屏障注水的過程中，注水時機、注采比是影響油井開發效果的關鍵。

圖1 3-1474砂體含油面積 圖2 D9H井生產曲線

2 采用數值模擬研究屏障注水機理

為了更好地開發氣頂油藏，分別從注水時機、注水方式兩個角度對屏障注水的運移規律、油井生產效果進行深入分析，明確屏障注水提高油藏開發效果的機理。基于油田的地質特征，建立了一個20×50×10的氣頂油藏機理模型，xy方向網格步長25 m，z方向網格步長1 m，平均孔隙度為0.3，平均滲透率800×10-3μm2，初始含油飽和度為0.7。模型設置一注一采的開發井網進行研究。

2.1 屏障注水時機優化

本研究設計了兩種方案：(1)在油藏投產初期注水；(2)晚期注水(3a后)。開發指標預測結果見圖3。

a 含水率與采出程度關系曲線 b 氣油比曲線

從預測結果可以看出，早期注水的開發效果明顯好于晚期注水。因為開發初期注水可以快速在氣頂和油層之間形成屏障，隔離氣頂和油層，有效地抑制油井氣竄。晚期注水(3a后)前期主要利用氣頂驅動，油井發生氣竄后，產油量迅速遞減，后期注水后由于壓力虧空大，油井過早水淹導致關井。

2.2 注水方式研究

結合油田開發特點，共設計了三種注水方案：(1)衰竭開發；(2)屏障注水；(3)周期性強弱交替屏障注水(2.0注采比半年，0.8注采比半年)(見圖4)。

圖4 不同開發方式下的氣油比曲線

由圖4可知衰竭開發氣油比持續升高，油井由于受到氣的影響早早關井，從而導致油藏的采出程度較低；屏障注水井位于內外含氣邊界之間，注入水的繼續推入，會把內含氣邊界以外的氣頂氣繼續推入油層中，造成屏障注水后氣油比繼續升高。當屏障注入水形成水障后，氣油比呈現下降的趨勢，說明水障起到了隔離氣頂的作用；變注采比屏障注水方式氣油比的變化規律與屏障注水類似，但最終的采出程度大于前兩個方案。這是由于在水障形成后，屏障注水除補充油環虧空體積外，還會將部分原油推向氣區，侵入氣頂的原油部分以殘余油的形式存在于地層中，無法采出。長期采用屏障注水也會抑制氣頂膨脹能，減緩產油的速度。

圖5所示屏障形成前，氣頂氣進入油藏驅動原油；屏障形成后，水障起到了隔離氣頂的作用；降低注采比后水障的能量減弱，由于油層和氣層之間存在壓差，氣頂發生膨脹，氣、油界面向含油部分推進，從而把原油驅替到井底；當氣油比升高，油井產量降低后，提高注采比再一次形成水障控制氣竄，油井的產量依舊保持平穩，因此變注采比屏障注水可以提高油藏的采收率。

圖5 周期性屏障注水運移過程

3 結論

(1)通過對復雜斷塊油田屏障注水的理論研究，認為早期注水可以有效抑制油井氣竄，所以注水時機應該盡可能選擇早期注水。

(2)研究了氣頂油藏周期性屏障注水開發機理：周期性屏障注水既能利用氣頂膨脹的能量，又能有效地利用屏障注水控制油井氣竄，使得油井見氣后生產油氣比處于較低的水平，提高油井開發效果。