吳起油田X區長6油藏水平井注水開采特征及效果評價

羅 麟，石 彬，張熙研

(陜西延長石油(集團)有限公司研究院，西安 710065)

0 引言

吳起油田資源面積2 377 km2，動用儲量5.9×108t，年產油250×104t，為了有效動用低品位儲量，提高采出程度，在邊底水油藏、低滲透油藏、特低滲透油藏、超低滲透油藏和致密油藏開展大規模水平井技術應用。如今水平井井數140口，年產油16.2×104t，占總產量的6.5%;自然遞減率除2016年降產之外，其余均大于10%，急需水平井能量補充方式礦場試驗及效果評價。

目前，國內外對水平井能量補充主要采用注水、注氣、氣液交替、吞吐等手段，其中注水能量補充方式最為常用。但是由于油藏類型、儲層物性和滲流特征均不同，水平井注水效果存在較大差異，需要系統綜合評價判斷是否適合注水補充，而國內注水效果評價方法多采用單指標及影響因素法[1-2，7]和多指標綜合評價的數學方法[4-6，8-10]。單指標評價方法能直觀表征指標規律及影響因素，但評價覆蓋面過于單一;多指標綜合評價信息豐富、全面，但評價指標容易重復，方法難，計算量大，不能快速、靈活地判斷水平井單井注水效果，不能及時解決問題。該文結合吳起油田的水平井開采特征，運用雷達圖版法和權重系數法對水平井單井注水效果開展多指標定量評價，明確水平井注水開發生產中存在的問題，為指導其他同類型油藏水平井注水開發提供參考。

1 油藏地質特征

吳起油田X區主力開發層系為長6油層組，其中長612和長622油層為水平井開發主要目的層。長6儲層主要巖性為淺灰色、灰綠色細粒巖屑長石砂巖;孔隙度為2.38%～16.32%，平均孔隙度10.8%;滲透率為0.03～1.09 mD，平均滲透0.755 mD。長6油藏原油密度為0.846 g/cm3，黏度為6.6 mPa·s，凝固點為18.7℃;原始地層壓力為15.5 MPa，壓力系數為0.79，原始氣油比31 m3/t，屬于低溫低壓的巖性油藏。

2 開采特征

X區長6油藏常規井井排井距為500 m×130 m，井排方向為70°，井網采用菱形反九點法，采用注水開發的方式;而X區共有16口水平井，水平段長580～1 000 m，平均段長687.4 m，平均A靶井深2 070 m，方位142°～344°，平均砂巖厚度22 m，平均油層段長509.2 m，平均油層有效厚度11 m，采用水平井采-直井注五點法聯合注水開發方式，注水時機為超前注水和滯后注水。

自2010年平1井投產至今，16口水平井累產油15.83×104t，其中平1井投產時間最長，為116個月，累產油1.97×104t;平18井投產時間最短，為40個月，累產油0.63×104t。16口水平井平均單井初期日產油10.5 t，穩產期平均日產油7.5 t。

2.1 見水見效特征

油井生產一般經歷上升、下降和穩定3個階段，水平井同樣如此。開發初期，水平井的產量變化遵循遞減規律下降，如果注水見效，產量可能上升或者保持穩定。但大部分井存在滯后見效現象，均在產量下降到一定程度后，注水波及時才保持穩定或有所回升。

油井注水見效類型分為不見效、一般見效和明顯見效。X區長6油藏水平井主要為一般見效和明顯見效，其見水見效特征主要表現為4類，如表1、圖1所示。Ⅰ類水平井見效特征不明顯，初期遞減以后，單井產量無明顯變化，產能基本保持穩定;Ⅱ類水平井見效后單井增產明顯，產能上升并保持穩定，見效周期較長，最短時間2.5年;Ⅲ類水平井見效后單井產量增加，但隨即見水，產量快速下降，當其余注水井波及時，再次見效，產量有所回升，平均2～3個見效周期，見效周期約6～22個月;Ⅳ類水平井見效后單井產量增加，隨即水淹，含水快速上升到95%以上。

表1 X區水平井見水見效情況表Tab.1 Water breakthrough effect of horizontal wells in X Area

圖1 X區水平井不同見效井生產曲線對比Fig.1 Comparison of production curves of different effective horizontal wells in X area

2.2 含水變化特征

X區水平井含水特征表現為初期平均含水37.0%，87.5%的水平井處于中、低含水階段;投產第3年，含水小于60%的井由初期的14口降至10口，含水大于80%的井由初期的0口增至2口，如圖2所示。

圖2 X區水平井含水占比Fig.2 Water cut ratio of horizontal wells in zone X area

含水變化規律主要表現為S型和凹型，如表2所示。含水規律為S型的水平井，初期含水上升率較小，隨著注水推進，含水上升速度變快，采出程度降低，進入高含水階段后，含水上升率變小;而含水規律為凹型的水平井，初期含水上升率較小，由于注水水淹，含水快速上升達到99%以上。其中7口S型水平井在開采過程中含水上升率超過10%，但及時調整注水量后，平均含水率下降30%，單井采出程度提高2%～7%。

表2 X區水平井含水上升規律表Tab.2 Water cut rising law of horizontal wells in X area

續表2

2.3 產量遞減特征

通過X區16口水平井月度生產數據統計，其產量變化表現為投產1年后，初期大于10 t/d的高產井由7口降至0口，初期小于5 t/d的低產井由1口上升至4口，而生產3年后低產井數上升到8口，大部分井產量遞減較快，低產井數增加，68%的水平井注水見效后，單井產量略有回升，如圖3所示。

圖3 X區水平井日產油占比Fig.3 Ratio of daily oil production of horizontal wells in X area

產量變化特征表現為初期遞減時間為3～30個月，平均為16.1個月，遞減幅度較大，期末產量為投產初期產量的60%;穩產期時間長約16～96個月，平均41個月，注水見效后，產量大幅度上升，平均為初期遞減期末產量的54.7%。

從表3水平井遞減規律看，水平井遞減類型主要為雙曲遞減和調和遞減。符合雙曲遞減的水平井，遞減指數小于1，平均0.26，初始月遞減率較小，平均6.2%;符合調和遞減的水平井，遞減指數等于1，表明初期遞減較大，平均13.3%，隨后遞減減緩。

表3 X區水平井產量遞減特征表Tab.3 Production decline characteristics of horizontal wells in X area table

3 注水效果評價

3.1 評價指標選擇原則

注水效果評價是油藏注水開發不同階段的指標定量分析的結果，國內多采用多開發指標定量綜合評價判定方法，全面反映油藏注水開發的特征。但是注水評價指標涵蓋不同階段、不同油藏共計40余項，多用于整個油田或區塊的注水效果評價，如果全部用來對水平井單井注水效果進行評價，指標計算重復率高，所以在眾多效果評價指標中選擇適宜的指標進行評價尤為重要。多指標的選擇必須遵循以下原則:

1)所有評價指標必須遵照油田開發相關技術標準和規范，如油田開發管理綱要中低滲透油藏水驅儲量控制程度要達到70%。

2)評價指標覆蓋的范圍應如實反映現場真實注水情況，同時由于水平井注水開發尚處于礦場試驗階段，注水時間較短，規模小，模式單一，評價指標不宜過多。

3)評價指標需具有代表性，數據容易采集，計算方法簡單等特點。

3.2 評價指標的確定

通過對X區水平井注水開采特征的研究，從5個方面確定9項指標反映水平井注水見效、產量變化、含水變化以及注采參數如何調整等，同時依據注水相關技術標準和規范，結合X區長6油藏物性特征、滲流特征、開發特征等確定指標及界限，如表4所示。

表4 X區水平井注水效果綜合評價指標及界限Tab.4 Comprehensive evaluation index and limit of horizontal well water injection effect in X Area

1)水驅狀況應該反映注水的有效波及范圍和效果，因此選擇水驅儲量控制程度和水驅采收率。水驅控制程度界限依據油田開發規范和標準，而水驅采收率界限結合X區采收率計算結果確定，即經驗公式采收率19.3%、水驅特征方法采收率21.7%、遞減規律法采收率21.6%、采收率標定20.9%。

2)產量變化主要選擇遞減率來表征注水后的產量遞減情況，界限需要由X區水平井初期遞減率15%和穩產期遞減率5%來確定。

3)含水變化主要體現地層中含油飽和度的變化及油井產水率的變化，因此含水上升率是判斷注水開發效果好壞最常用的指標之一。應用X區長6相對滲透率曲線取得含水上升率的理論曲線，建立含水上升率圖版確定含水上升率4%，8%，12%，13%為不同含水階段的界限，如圖4所示。

圖4 X區長6油藏含水上升率圖版Fig.4 Chart of water cut rise rate of Chang6 reservoir in X area

4)地層能量情況選擇累計注采比、階段注采比表征地層的注采平衡狀況，界限以行業標準為準。

5)注水利用情況指標選取表征實際單井注水量的注配率、表征階段注入水利用率的階段存水率、水驅指數。由于存水率受含水率的影響，根據全油田長6油藏各個區存水率與含水率關系，結合現場生產實際確定階段存水率-0.1，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9為不同含水階段的界限，如圖5所示。水驅指數是存入地下水量與采出地下原油體積之比，是驅油效果的指標，根據X區長6油藏水驅指數與理論水驅指數的圖版對比確定0.8和1.0為界限，如圖6所示。

圖5 延長油田長6油藏各個區實際存水率隨含水變化關系Fig.5 Relationship between actual water storage rate and water cut in Chang6 reservoir of Yanchang Oilfield

圖6 X區長6實際水驅指數與理論水驅指數圖版對比Fig.6 Comparison between actual water drive index and theoretical water drive index chart of Chang 6 in X Area

3.3 評價方法

水平井注水效果評價屬于多指標參數綜合評價，通過各項指標參數來定量表征水平井的開發效果。通常綜合評價多采用模糊綜合判斷法、灰色系統理論法、數值模擬評價法、系統參數指標法等數學方法，但這種方法數據量大、計算難度有要求。針對需要對水平井單井逐一評價的要求，調研后確定采用雷達圖版法和指標權重系數法對水平井進行定量效果評價。

雷達圖版法能將多指標在同一個二維平面中對比分析，然后定性評價各個方面的優劣狀況。該綜合圖版繪制簡單，可快速靈活地進行各指標對照分析，確定水平井現階段的各指標分級情況。統計之前評價指標參數，統一對各指標不同量綱的原始數據進行歸一化處理，最后繪制出水平井注水效果綜合評價圖版，如圖7所示。水平井注水效果綜合評價圖版根據不同的含水階段主要分為4個，每個圖版由9項評價指標構成，將各自的指標界限數據對應相連構成評價區域，如表4所示。指標界限最外側評價區域為優秀，中間為良好，最中心為一般。當對應指標計算出結果時，對照相應含水階段的圖版參數投影到評價區域，得出評價結果。

圖7 不同含水階段水平井注水效果綜合評價圖版Fig.7 Comprehensive evaluation chart of water injection effect of horizontal wells in different water cut stages

權重系數法是確定多指標定量綜合評價的重要方法，由于各指標關系復雜及評價指標的局限性[11]，因此不能采用數學法求取權重，應當以專家打分(Delphi法)為主[10，14-15]。專家打分原則首先根據行業標準《油田開發水平分級標準》將5個主要評價方面權重平均分配，即一級權重每項權重0.2。其次考慮該地區物性和滲流特征，同時水平井生產受含水影響最大，而目前注水階段水驅狀況相對要求較低，因此從水驅狀況和含水變化情況2個方面邀請15位專家打分，根據專家打分結果計算出指標的權數均值0.145和0.254以及標準差0.026;將專家再次集中，反復討論打分結果以便趨于一致，最終確定對應的一級權重為0.15和0.25。最后依據行業標準針對注水階段對各評價指標的要求不同，對二級權重采取相同方法求得權重值。各權重系數如表5所示。

水平井注水效果綜合評價最終定量得分按照指標分值計算相加，當單指標評價為“優秀”時，該項權重分值為滿分100;當評價為“良好”時，權重值為滿分值的60%;當評價為“一般”時，權重值為滿分值的40%。最終將綜合評價指標分值分為4個等級，大于85時分級為優秀，在75～85時分級為良好，在65～75時分級為一般，小于65時分級為差。

3.4 評價結果

依據水平井注水效果綜合評價方法，對吳起X區長6油藏水平井多項開發指標進行計算，并統一歸一化處理，對照不同含水階段綜合評價圖版對比綜合評價，16口水平井注水開發效果綜合評價如表6所示。

表6 X區水平井注水效果綜合評價表Tab.6 Comprehensive evaluation table of water injection effect of horizontal wells in X Area

由表6可以看出，水平井注水開發效果分級為優秀，表明平3、平8、平10、平13、平18井目前的注水參數適宜，可繼續沿用。開發效果分級為良好、一般，表明平1、平2、平5、平6、平7、平14井含水上升率較高，需控水穩油，精細調整注水量2～3 m3;還有平4、平11、平15井累計注采比較低，地層能量存在虧空，可適當提高注水量1～3 m3。注水開發效果分級為差，表明平9、平17井各項開發指標均不理想且處于特高含水階段，需停止注水立即采取堵水等措施治理。

4 結論

1)長6油藏水平井注水平均單井減緩遞減率4.2%，同時將含水率控制在中低含水階段，能提高單井采出程度2%～7%。

2)水平井注水效果結合水平井的物性、滲流和開采特征，選取水驅控制程度、水驅采收率、遞減率、含水上升率、累計注采比、階段注采比、注配率、存水率、水驅指數等9項指標綜合評價，該9項指標能真實反映水平井注水現狀。

3)通過雷達圖版法和權重系數法對X區水平井進行注水效果綜合評價，結果符合其實際開發現狀，同時提出對平1、平2、平5、平6、平7、平14井需降低注水量2～3 m3，對平4、平11、平15井可適當增加注水量1～3 m3。