超深層斷控縫洞型油藏油井合理產能優化方法及應用

顧浩，康志江，尚根華，張冬麗，李紅凱，黃孝特

(中國石化 石油勘探開發研究院，北京 100083)

近年來，塔里木盆地超深層(埋深大于6 000 m)斷控縫洞型油藏大規?？碧介_發，已提交探明石油儲量約4×108t，年產油能力達到400×104t，是塔里木盆地油氣增儲上產的重要領域[1-7]。超深層斷控縫洞型油藏與風化殼及暗河縫洞型油藏不同，其典型特征為深大斷裂控儲控藏[8-11]，主干斷裂及其周圍孔洞和裂縫十分發育，油井產量普遍較高。因此，制定合理開發政策，對實現油藏高效開發十分重要，其中，油井合理產能優化是關鍵。

前人已對不同類型油氣藏合理產能優化開展了大量研究[12-17]，主要表現在2 個方面：其一是從不同角度理解合理產能的含義，如采收率最大、見水時間最晚、經濟效益最好等；其二是用不同方法優化合理產能，如系統試井法、無阻流量法、數值模擬法、經驗法等。塔里木盆地超深層斷控縫洞型油藏的縫洞組合結構、流體流動規律、開發特征等與傳統砂巖油氣藏差異大[18]，有必要基于油藏地質與開發特征研究合理產能優化。為此，本文以塔里木盆地FQ油田為例，分析超深層斷控縫洞型油藏地質與開發特征，論述油井合理產能含義，建立合理產能優化方法，為同類型油藏油井合理產能確定提供借鑒。

1 油藏特征

1.1 地質特征

塔里木盆地FQ 油田中—下奧陶統碳酸鹽巖受多期次構造作用，沿斷裂帶發育一定規模的破碎帶，經巖溶水、熱液等改造，形成不同空間結構的斷控縫洞型儲集體(圖1)。該油田油氣主要來源于寒武系玉爾吐斯組烴源巖，沿深大斷裂垂向運移后充注成藏。平面上，走滑斷裂呈條帶狀，走向以北東—南西向和北西—南東向為主，寬度為0.1～5.0 km。由于構造作用差異，走滑斷裂具有分段性，一般可劃分為擠壓、拉張和純走滑3種斷裂樣式，不同段地震響應特征、縫洞組合模式、儲集體規模、儲集體物性等差異較大?？v向上，通源深大斷裂和高角度裂縫十分發育，儲集體呈漏斗型，即淺部的縫洞型儲集體較深部的規模大，淺部和深部的縫洞型儲集體通過斷裂和裂縫溝通，縱向連通性好，局部存在一定分隔性。儲集層巨厚，油柱高度大于500 m，儲集層內孔、洞和縫離散分布，非均質性極強。目的層中奧陶統一間房組頂面埋深大于7 200 m，完井垂向平均深度約為7 600 m，部分井完鉆垂向深度大于8 000 m。地層壓力系數為1.12～1.20，初始油藏壓力為83～87 MPa，飽和壓力為32～36 MPa，油藏天然能量弱，水體倍數普遍小于4，油藏溫度為150～165 ℃，油藏溫度下地面脫氣原油黏度為0.2～3.0 mPa·s，地面原油密度約為0.80 g/cm3，地層原油密度為0.54～0.59 g/cm3，原油體積系數為1.8～2.3，地層原油C7+物質的量分數為18.7%～24.1%，屬于弱揮發性輕質油藏。

圖1 FQ油田超深層斷控縫洞型油藏儲集體分布Fig.1.Distribution of ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield

1.2 開發特征

FQ 油田一次采油基本結束，已開始大規模注水注氣補能，可將一次采油可細分為初期、中期和后期3個階段。

一次采油初期，為充分利用地層彈性能量，采用自噴方式開采，儲集層供液能力強，油井產量高，上調油嘴尺寸，油井產量同步大幅度提高，平均單井日產油量為83 t，井口油壓為32～44 MPa。因底水能量弱、油柱高度大等，油井生產未見水，無水采油期可達2～5年，且大部分油井停噴前仍未見水，但單位壓降累計產油量較低，為0.07×104～3.09×104t/MPa，平均為0.45×104t/MPa，遠低于塔河油田Z強底水斷控縫洞型油藏。

一次采油中期，因水體能量弱，又無人工補充能量，長時間高強度自噴開采，導致FQ 油田地層壓力下降較快，引起縫洞體變形和裂縫閉合，如FQ-8 井在600 d內裂縫導流能力從2 855 mD·m降至1 056 mD·m，下降幅度高達63.0%。通常2～3 年后，井口壓力和井筒壓力開始依次低于泡點壓力，溶解氣析出，生產氣油比增加約11%，達到216～494 m3/t；油井產量快速遞減，平均年遞減率約為30%～50%，但由于儲集層厚度大(大于500 m)，弱底水還未竄至井底，油井生產仍未見水。

一次采油后期，井底壓力和地層壓力也開始依次低于泡點壓力，油井產量急速遞減，年遞減率高達50%～80%。底水沿斷裂和裂縫向上突破，油井開始見水，含水率可在7 d內上升至約30%，通過不斷縮小油嘴尺寸降低井底流壓，短期內能有效控制含水上升速度，但嚴重影響油井產量。隨著地層壓力繼續下降，大部分油井停噴，井口油壓降低為0，雖然部分油井通過轉抽還能維持生產，但產量不到初期的20%。該階段地層壓力保持程度僅為20%～30%，瀝青質析出、油井出砂、套損等工程事件頻發，需長時間修井，嚴重影響油井正常生產和后期轉注。對于不適合轉抽的深井及低效井，一般考慮注水注氣以快速補充能量，一次采油結束，油田開發進入二次采油階段。

2 油井合理產能含義

在優化油井合理產能前，需明確合理產能的含義，超深層斷控縫洞型油藏的地質與開發特征，賦予油井合理產能新的內涵。

首先，要區別產能與產量，明確合理產能優化含義。產能是指油藏、區塊或油井的原油生產能力，是一個理論值，其中，油井產能還可用采油指數、絕對無阻流量等指標表征。以采油指數為例，增大射孔段厚度、儲集層改造提高滲透率或降低表皮系數、注降黏劑降低地層原油黏度、利用水平井擴大泄油面積等措施，均能增大采油指數，即提高油井產能。產量是指油藏、區塊或油井的原油生產數量，是一個實際值，其中，油井產量短期主要受油嘴尺寸或井底流壓的影響，長期受地質、開發、工程等諸多復雜因素影響，產能要大于產量。雖然產能與產量在概念上有區別，但油井合理產能優化一般側重油井產量優化，也稱油井配產，因為油井產能一般越大越好，但油井產量卻存在一個最優值，油井產量優化更具有實際意義。因此，學者們常將油井合理產能與合理產量混用，但需要明確的是，最終優化的均為油井配產，是一個可調控和可量化的產量數據。

其次，超深層斷控縫洞型油藏高度離散的縫洞空間組合結構、復雜的井縫洞連通性、斷裂-裂縫主控的高壓非等溫流體多方向流動性及初期高產高能特點決定油井初期產能受儲集層、油井和流體共同影響，因此，可從儲集層-油井-流體系統穩定狀態的角度闡述一次采油初期油井合理產能的含義。油井投產初期，儲集層供液能力強，油井產能高，若配產過低，整個系統產能未得到有效釋放；若配產過高，由于存在斷裂邊界、井間干擾、慣性阻力等因素，儲集層-油井-流體系統處于不穩定狀態，易過早引起裂縫閉合、地層堵塞、井筒損壞等問題，導致油井產能下降。因此，超深層斷控縫洞型油藏一次采油初期油井合理產能的含義為儲集層持續充足供液、油井流動狀態穩定下對應的最大油井產量，即儲集層-油井-流體系統處于穩定狀態且生產能力得到充分發揮，若改變油井生產制度，如增大或減小井底生產壓差，整個系統最佳狀態將被破壞。

最后，超深層斷控縫洞型油藏一次采油中期油井合理產能的含義為可采儲量損失最少、產量遞減率最小、見水時間最晚等對應的油井產量。一次采油后期油井合理產能的含義為產量遞減率最小、含水上升速度最慢、采收率最高等對應的油井產量，且需滿足15年累計產油量最大。

3 油井合理產能優化方法

3.1 產能試井法

產能試井法適用于一次采油初期油井合理產能優化。改變油嘴尺寸，明確儲集層-油井-流體系統在穩定狀態下油井產量與井底流壓的關系，綜合考慮縫洞組合結構、斷裂邊界、井間干擾、流體流動類型等對油井產能的影響，是了解超深層斷控縫洞型油藏油井產能的最佳方法?；贔Q 油田大量產能試井資料，結合初始靜壓數據，發現超深層斷控縫洞型油藏產能試井曲線形態與常規砂巖油藏存在較大差異，具有下凸型、直線型、上翹型和臺階型4 種類型，占比依次約為60%、15%、5%和20%。

（1)下凸型 產能測試過程中，擴大油嘴，提高井底生產壓差，油井產量先線性增大，隨著井底生產壓差進一步提高，油井產量增大趨勢變緩，表現為采油指數降低。主要原因：當流速較高時，除存在黏滯阻力外，還產生較大的慣性阻力[19]；井底流壓低，壓降范圍大，流體流動受斷裂邊界和鄰井干擾影響。油井合理產能取產能試井曲線拐點對應產能(圖2a)，若提高油井配產，會改變儲集層-油井-流體系統穩定狀態；若降低油井配產，不能充分發揮儲集層供液能力。

（2)直線型 產能測試過程中，擴大油嘴，提高井底生產壓差，油井產量一直保持線性增大，未出現拐點，表現為采油指數不變。主要原因：井周發育規模大且邊界遠的縫洞型儲集體，儲集層供液能力強、油井產能高，但由于油嘴尺寸和流體流速相對較小，一方面流體流動還未到達邊界，受斷裂帶和鄰井干擾影響??；另一方面流體流動過程中未產生較大的慣性阻力，儲集層-油井-流體系統仍處于穩定狀態。在目前測試范圍內，油井合理產能取最大測試油嘴對應產能(圖2b)，但需要繼續擴大油嘴測試產能直至曲線出現拐點。

（3)上翹型 產能測試過程中，擴大油嘴，提高井底生產壓差，油井產量快速增大，產能試井曲線上翹，表現為采油指數增大。此類型在常規砂巖油藏產能試井中罕見，之所以出現在超深層斷控縫洞型油藏，主要是因為井周發育物性較好的縫洞型儲集體，隨著井底生產壓差增大，井周新的縫洞體開啟，向井筒額外供液，流體加速流動。在目前測試范圍內，油井合理產能取最大測試油嘴對應產能(圖2c)，但也需要繼續擴大油嘴測試產能，直至曲線出現拐點。

圖2 FQ油田超深層斷控縫洞型油藏4類產能試井曲線及合理產能Fig.2.Productivity test curves and the corresponding reasonable productivity of ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield.

（4)臺階型 產能測試過程中，擴大油嘴，提高井底生產壓差，油井產量先線性增大，然后不變或變化小，最后又線性增大，即中間出現臺階變化。主要原因：當井底生產壓差增幅較大時，開始動用遠端其他儲集體。在目前測試范圍內，油井合理產能取臺階后最大測試油嘴對應產能(圖2d)。

3.2 嘴流法

油田開發實踐證實，短期內生產氣油比不變且油壓波動小，油井產量與油嘴尺寸呈一一對應關系，可通過優化油嘴尺寸確定油井合理產能，此方法成本低且操作簡單。針對超深層斷控縫洞型油藏，嘴流法適用于以下2 種情況的油井合理產能確定：一種是輔助產能試井法優化一次采油初期油井合理產能；另一種是一次采油初期或中期無產能試井資料。

在油嘴前油壓與油嘴后回壓作用下，油氣經過油嘴時，氣體膨脹，混合物體積流量大，但若油嘴直徑小，會導致油氣經過油嘴時流速很大，可能到達臨界流動。在臨界流動條件下，回壓與油壓之比小于0.546 時，流量與回壓無關，只與油壓、油嘴直徑及生產氣油比有關，礦場統計經驗公式[20]：

式中a、b、c——換算常數；

d——油嘴直徑，mm；

G——嘴流法產能指數；

pt——油壓，MPa；

qo——日產油量，t；

Rgo——生產氣油比，m3/t。

分別繪制qo與d2、lnqo與lnd的關系曲線，油井合理產能取曲線拐點處對應產能，曲線斜率變化反映油井產能變化(圖3)。

圖3 FQ油田超深層斷控縫洞型油藏嘴流法優化合理產能Fig.3.Productivity optimization by the nozzle flow method for ultra-deep fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in FQ oilfield

3.3 油藏數值模擬法

油藏數值模擬法適用于一次采油中期和后期油井合理產能優化。在一次采油中—后期，油藏測試資料較為豐富，隨著對地震、地質、油藏、動態等資料的深入剖析，對油藏的認識程度逐步提高，可建立相對準確的油藏地質模型，發揮油藏數值模擬技術在油氣開發預測與合理產能優化方面的優勢。

以解決一次采油中—后期開發矛盾為導向，通過優化油井見水時間、含水率、累計產油量、階段采出程度、采收率等關鍵指標，確定油井合理產能。例如，FQ-15 井與FQ-16 井屬于同一個連通井組，為解決FQ-16井一次采油后期含水率上升過快的問題，優化FQ-15井合理產能以延緩FQ-16井含水上升速度，實現底水均衡抬升。利用油藏數值模擬法，選用見水時間差和無水采油期總累計產油量2個指標，優化FQ-15井合理產能(表1)。其中，當FQ-15井日產液量為120 t時，FQ-15 井與FQ-16 井底水相對均衡抬升(圖4)，見水時間差最小，無水采油期總累計產油量最高，因此，推薦FQ-15井合理產能約為120 t/d。

圖4 油藏數值模擬法方案4預測過FQ-15井—FQ-16井剖面含油飽和度分布Fig.4.Oil saturation prediction in Case No.4 with reservoir numerical simulation method

表1 FQ-15井油藏數值模擬法優化合理產能結果Table 1.Results of the productivity optimization with reservoir numerical simulation method for Well FQ-15

4 應用效果

上述油井合理產能優化方法在塔里木盆地FQ 油田得到廣泛應用。采用產能試井法結合嘴流法優化了一次采油初期10 口油井合理產能，獲現場采納并實施(表2)；采用油藏數值模擬法優化了一次采油中—后期FQ-16 井、FQ-15 井等油井合理產能，有效控制產量遞減，延緩底水上升，其中，FQ-16井已增加產油量超過3.2×104t，含水率控制在20%以內。目前，這些方法已在其他單元推廣應用，產量年遞減率小于15%，預計采收率能達到20%左右。

表2 FQ油田一次采油初期產能試井法及嘴流法優化合理產能結果Table 2.Results of the productivity optimization with productivity test method and nozzle flow method in the initial stage of primary oil recovery in FQ oilfield

5 結論

(1)超深層斷控縫洞型油藏一次采油初期油井合理產能含義為儲集層持續充足供液、油井流動狀態穩定下對應的最大油井產量；中期油井合理產能含義為可采儲量損失最少、產量遞減率最小、見水時間最晚等對應的油井產量；后期油井合理產能含義為產量遞減率最小、含水上升速度最慢、采收率最高等對應的油井產量。

(2)塔里木盆地FQ 油田超深層斷控縫洞型油藏產能試井曲線具有下凸型、直線型、上翹型和臺階型4 種類型，下凸型曲線油井合理產能取產能試井曲線拐點處對應產能；直線型和上翹型曲線油井合理產能均取最大測試油嘴對應產能，但需繼續擴大油嘴測試產能直至產能試井曲線出現拐點；臺階型曲線油井合理產能取臺階后最大測試油嘴對應產能。

(3)油藏數值模擬法適用于一次采油中期和后期油井合理產能優化，以解決中—后期開發矛盾為導向，通過優化油井見水時間、含水率、累計產油量等關鍵指標，確定油井合理產能。