深大断裂控制油藏油柱高度计算方法.pdf

第44卷 第5期 新 疆 石 油 地 质Vol.44，No.5 2023年10月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGYOct.2023 文章编号：1001-3873（2023）05-0608-05 DOI：10.7657/XJPG20230513深大断裂控制油藏油柱高度计算方法汪如军，王培俊，牛阁，王怀龙，张洁，梁芮晗，赵欣玥（中国石油 塔里木油田分公司 哈得采油气管理区，新疆 库尔勒 841000）摘 要：深大断裂控制油藏储集层埋藏深，厚度大，油井难以钻穿整个油层。针对断控油藏油柱高度计算，建立了断控油藏油柱高度物理模型，并在此基础上，阐释了井筒温度剖面推算法的思路，推导了油水柱压力系数折算法计算油柱高度的公式，提出了考虑长方体泄流区域的动态储量反算法和考虑重力影响的等值渗流阻力法。应用这4种油柱高度计算方法，对塔里木盆地富满油田某断控油藏的2口井进行计算，结果表明，这4种方法计算的油柱高度具有一致性，2口井的平均油柱高度分别为675.39 m和634.60 m。关键词：塔里木盆地；富满油田；断控油藏；油柱高度；井筒温度；油水柱压力；动态储量；渗流阻力中图分类号：TE344 文献标识码：A2018 Xinjiang Petroleum Geology.Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License收稿日期：2022-10-20 修订日期：2022-12-19基金项目：中国石油股份有限公司勘探与生产分公司重点科技攻关项目（2022KT0603）第一作者：汪如军（1968-），男，湖北公安人，教授级高级工程师，油气田开发，（Tel）0996-2137481（E-mail）wangrj-通讯作者：王培俊（1983-），男，安徽淮南人，高级工程师，硕士，油气田地质，（Tel）15909960966（E-mail）Methods for Calculating Oil Column Height in Reservoirs Controlled by Deep and Large FaultsWANG Rujun，WANG Peijun，NIU Ge，WANG Huailong，ZHANG Jie，LIANG Ruihan，ZHAO Xinyue（Hade Oil and Gas Production Management Area,Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla,Xinjiang 841000,China）Abstract：The reservoirs controlled by deep and large faults are generally thick and deep.Therefore,a well cannot penetrate completely through an entire reservoir.For calculating the oil column height in faultcontrolled reservoirs,a physical model of oil column height in faultcontrolled reservoir was established.On this basis,the idea of the wellbore temperature profile extrapolation method was discussed,a formula for calculating oil column height with the conversion method of oilwater column pressure coefficient was derived,and the dynamic reserves inverse method considering the cuboid drainage area and the equivalent flow resistance method considering the influence of gravity were proposed.The four methods were applied to two wells drilled into a faultcontrolled reservoir in Fuman oilfield of Tarim basin.The results show that the oil column heights calculated by the four methods are consistent,and the average oil column heights of the two wells are 675.39 m and 634.60 m,respectively.Keywords：Tarim basin;Fuman oilfield;faultcontrolled reservoir;oil column height;wellbore temperature;oilwater column pressure;dynamic reserves;flow resistance塔里木盆地油气资源丰富，已发现大量深大断裂控制储集体油田，如顺北油田、富满油田等1-7。富满油田断控油藏储集层埋藏深，厚度大，油井难以钻穿整个油层。因此，如何评价油层底界的位置，计算油藏的油柱高度，是实现油藏高效开发需要解决的难题。近十年来，许多学者充分结合油藏地质特征和油井生产动态特征，采用统计分析法、物质平衡法、数值模拟法等方法，研究了碳酸盐岩油藏油水界面的动态变化规律8-13，获得了一些成果，但未涉及油柱高度的计算。目前，针对深大断裂控制油藏油柱高度的研究成果较少。现有油柱高度的计算方法主要包括：统计法，统计了济阳坳陷地层油气藏油柱高度与圈源距离、圈源高程差等地质构造特征参数的关系，并回归了油柱高度与这些参数的经验计算式14，但该经验计算式只能用于区块的油柱高度估算与预测，且估算精度受样品数量及样品数据品质的影响较大；井筒温度剖面推算法，利用井筒温度剖面测试数据，进行回归，求取油柱高度15；油水柱压力系数折算法，利用油水密度差异性，给出了油柱高度计算公式，但未给出公式的推导过程16。在前人研究的基础上，针对深大断控油藏油柱高度计算的问题，建立了明确的断控油藏油柱高度物理模型。结合图形，详细阐释了井筒温度剖面推算法的计算思路。给出了油水柱压力系数折算法油柱高度计算公式的推导过程。提出了2种油柱高度计算新方法动态储量反算法和等值渗流阻力法。利用第44卷 第5期汪如军，等：深大断裂控制油藏油柱高度计算方法富满油田深大断控油藏2口油井数据，开展了油柱高度计算。1 油柱高度物理模型塔里木盆地富满油田某碳酸盐岩断控油藏储集层沿断裂带展布，断控油藏储集层展布特征决定了单井控制的平面泄流区域呈矩形（图1a），其宽度由储集层地质展布的横向宽度决定，长度由与邻井之间的井距决定。断控油藏油井长方体泄流单元的顶底面为油层的顶底面，该长方体的高度即为油柱高度（图1b）。因油井未钻穿油层，故可将单井泄流单元内的渗流分为2个区域（图1c）：区为垂向渗流区域，即泄流单元内未钻开的油层区域，在该区域，原油从储集层底部垂向向上线性渗流；区为水平渗流区域，即泄流单元内已钻开的油层区域，区原油垂向流入该区域后，再水平径向流入井底（图1d）。图1 油柱高度物理模型Fig.1.Schematic diagram of the physical model of oil column heightB单井长方体泄流单元宽度，m；h1钻开油层厚度，m；h2未钻开油层厚度，m；H油柱高度，m；L单井长方体泄流单元长度，m；O井在油层底界投影；O1井底位置；O2井筒最低测温位置；pRi油层底界面地层压力，MPa；pwf油井稳定生产井底流压，MPa；TR油层底界面温度，C；Tw井底温度，C；h温度计下放最低位置到井底的垂向距离，m2 油柱高度计算方法2.1 井筒温度剖面推算法在油井投产前或投产初期，开展井筒温度剖面测试，绘制储集层垂深与温度的关系曲线（图2），再对温深曲线进行回归并外推，确定井底初始温度。可利用二项式对温深曲线进行回归，得温深曲线方程：D=A1T2+B1T+C1。（1）若A1为0，则温深曲线为线性关系，将井底垂深代入（1）式，可计算得到井底初始温度。在油井投产较长时间后，再开展井筒温度剖面测试，并绘制储集层垂深与温度的关系曲线（图2）。同样，对温深曲线进行回归，得温深曲线方程：D=A2T2+B2T+C2。（2）将井底垂深代入（2）式，可计算得到井底温度。油井开井生产，油层底界处的原油流向井底，引起井底温度升高，当油井开井生产很长一段时间后，井底流体的温度等于油层底界的温度。将井底温度代入（1）式，可计算得到油层底界面垂深，进而可以计算油柱高度：H1=h1+h2=h1+(Do-Dw)。（3）2.2 动态储量反算法油井的动态储量可以利用物质平衡法等油藏工程方法求取17-19。如图1b所示的长方体泄流单元，若油井动态储量已知，可以反算油柱高度：H2=BoN/BL(1-Swi)。（4）D储集层垂深，m；h1钻开油层厚度，m；h2未钻开油层厚度，m；H油柱高度，m；O井在油层底界投影；O1井底位置；O2井筒最低测温位置；T储集层温度，C；Tw1油井投产初期井底温度，C；Tw2油井投产较长时间后井底温度，C；h温度计下放最低位置到井底的垂向距离，mDocumueunoteotnPnPeProcesCl:yansCMgtYw yan图2 井筒温度剖面推算法计算油柱高度Fig.2.Schematic diagram of oil column height calculation using wellbore temperature profile extrapolation methodc?b?a?B?X1?Lh2h1HB BLX2?X1?X1?X1?Hh1h2BL?pwfOpRiTRX1?O1hTwO2d?6092023年新 疆 石 油 地 质2.3 油水柱压力系数折算法如图1c所示，未钻开油层厚度所产生的压力，等于油井投产前油层底界面与井底的压差：10-3ogh2=10-3og(Do-Dw)=pRi-pwi。（5）设有一高度为井底垂深的静水柱，其在井底产生的压力：pws=10-3wgDw。（6）设有一高度为未钻开油层厚度的水柱，则有：10-3wgh2=10-3wg(Do-Dw)=pRi-pws。（7）由（7）式减去（5）式，得：10-3(w-o)g(Do-Dw)=pwi-pws。（8）（8）式等号两边同时除以井底静水柱压力，再结合（6）式，得：pwipws=1+(w-o)(Do-Dw)wDw。（9）令=pwi/pws，（9）式变形可得油层底界面垂深：Do=Dw 1+(-1)ww-o。（10）由（10）式计算得到油层底界面垂深后，代入（3）式可计算得到油柱高度。2.4 等值渗流阻力法如图1c所示，油层底界面的原油从下到上为垂向渗流，经过区的渗流阻力：R=oh286.4KBL。（11）原油为水平渗流时，经过区的渗流阻力：R=o542.59KBlnL6.28rw。（12）根据等值渗流力学的基本原理20，考虑重力的影响，油井日产油量：q=(pRi-pwf-ogh2)/(R+R)。（13）联立求解（11）式（13）式，得：h2=pRi-pwf-q o/(86.4KB)ln L/(6.28rw)q o/(86.4KBL)+10-3og。（14）由（14）式计算得到未钻开油层厚度后，代入（3）式可计算得到油柱高度。3 实例应用塔里木盆地富满油田某断控油藏X1井和X2井的井底垂深分别为7 165 m和7 216 m，钻开油层厚度分别为21 m和31 m，井筒半径均为0.07 m，单井长方体泄流单元宽度分别为300 m和520 m，单井长方体泄流单元长度分别为500 m和560 m，井底原始地层压力分别为80.20 MPa和81.05 MPa，油井稳定生产井底流压分别为77.80 MPa和78.60 MPa，油层底界面地层压力分别为84.38 MPa和84.36 MPa，地层水密度均为1.10 g/cm3，地层原油密度均为0.54 g/cm3，地层原油黏度均为4.56 mPas，地层原油体积系数均为1.18，孔隙度分别为7.54%和7.22%，渗透率分别为49 mD和42 mD，原始含水饱和度分别为31%和32%，日产油量分别为103 m3和128 m3，地面条件下油井动态储量分别为442.38104 m3和776.27104 m3。X1井和X2井于投产初期和投产2年后开展了井筒温度剖面测试（图3），利用井筒温度剖面推算法、动态储量反算法、油水柱压力系数折算法和等值渗流阻力法，计算了油柱高度，X1井和X2井油柱高度分别 为 678.58 m 和 634.24 m、668.90 m 和 640.70 m、673.57 m和625.30 m、680.51 m和638.15 m。对于X1井，利用动态储量反算法计算的油柱高度最小，利用等值渗流阻力法计算的结果最大，二者相差11.61 m；4种方法计算的平均油柱高度为675.39 m。X2井计算的油柱高度为 625.30640.70 m，最大值和最小值相差图3 X1井和X2井井筒温度剖面测试曲线Fig.3.Testing curves of wellbore temperature profile for Well X1 and X2DocumentPrsCme l:sCPr DocumentPrsCme l:sCPr CyaCCC aCCCnaCCCMaCCCgaCCCeaCCCtaCCCYaCCCC CMCeCYCyCCy CyMCyeCelllCoCwyagBMCo Ye cYgYotg lCowwYag kelllCoyYB eoY ce CoMyMC lCowwwaM kelllCoyM a B YoYny cng oCM lCowwYaY kelllCoyB MoMYn ceMMowggYat lCowwYay kC CMCeCYCyCCy CyMCyeCCyaCCC aCCCnaCCCMaCCCgaCCCeaCCCtaCCCYaCCCa?Pr?sCucXyb?Pr?sCucX Pr/Pr/?/m?/m610第44卷 第5期汪如军，等：深大断裂控制油藏油柱高度计算方法15.40 m，4种方法计算的平均油柱高度为 634.60 m。总之，4种方法的计算结果都比较接近，推荐取4种方法的平均值作为最终油柱高度。4 对比与讨论上述2口井的油柱高度计算结果表明，4种油柱高度计算方法均可以用于深大断裂控制油藏的油柱高度计算，但其原理、使用的数据类型各有不同，每种方法各有优缺点。井筒温度剖面推算法采用实测井筒温度剖面数据进行回归外推获取油柱高度，其优点在于图形外推比较直观，但无法用于未开展井筒温度剖面测试的井。动态储量反算法采用容积的物质平衡原理计算油柱高度，该方法具有简单、参数少、计算方便等优点，但无法用于动态储量未知的井，对一些新投产的井，其生产动态数据有限，无法运用物质平衡原理计算油井动态储量，不能用此方法计算油柱高度。油水柱压力系数折算法利用油藏中静水力学平衡原理推导油柱高度，该方法的优点也是参数少和计算方便，但对油水密度数据的准确性要求较高，而实际油藏中并不是每口井都会进行流体取样，对未开展流体取样油水密度测试的井，则无法利用该方法进行计算。虽然同一个区块的油水密度差异不会太大，若利用区块内其他取样井的油水密度数据进行计算，则会带来一定的误差。等值渗流阻力法利用水电相似原理推导出了油柱高度的计算公式，该方法虽充分考虑了油井生产的渗流过程，但所使用的参数较多，计算相对繁琐。不同的方法采用的资料不同，在计算油藏油柱高度时，难免会遇到井资料不完整的情况，这时油藏的油柱高度就难以确定，因此，开展多种油柱高度计算方法研究，一方面可以避免因资料不完整而无法计算油柱高度的情况；另一方面也可以对不同方法的计算结果进行对比验证。总之，应尽可能采用多种方法计算油藏的油柱高度，相互比较，相互验证。5 结论（1）基于建立的断控储集层单井长方体泄流区域模型，提出了动态储量反算法和考虑重力影响的等值渗流阻力法2种油柱高度计算新方法，可用于计算深大断裂控制油藏的油柱高度，丰富了油柱高度的计算方法。（2）应用结果表明，本文提出的动态储量反算法和等值渗流阻力法与现有的井筒温度剖面推算法和油水柱压力系数折算法在油柱高度计算结果上具有一致性，建议实际应用中取4种方法计算结果的平均值作为最终的油柱高度。（3）若未来富满油田等其他深大断裂控制油藏有完全钻穿油柱高度的井，可将本文所涉及的油柱高度计算方法计算结果与钻井获得油柱高度进行对比，进一步对油柱高度计算方法的可靠性进行验证。符 号 注 释A1、A2、B1、B2、C1、C2回归系数；B单井长方体泄流单元宽度，m；Bo地层原油体积系数；D储集层垂深，m；Do油层底界面垂深，m；Dw井底垂深，m；g重力加速度，m/s2；h1钻开油层厚度，m；h2未钻开油层厚度，m；H1井筒温度剖面推算法得到的油柱高度，m；H2 动态储量反算法得到的油柱高度，m；K 渗透率，D；L 单井长方体泄流单元长度，m；N 地面条件下油井动态储量，m3；pRi油层底界面地层压力，MPa；pwf 油井稳定生产井底流压，MPa；pwi井底原始地层压力，MPa；pws井底静水柱压力，MPa；q 日产油量，m3；rw 井筒半径，m；R 区渗流阻力，MPa/（m3/d）；R 区渗流阻力，MPa/（m3/d）；Swi 原始含水饱和度；T储集层温度，C；井底处原始地层压力系数；o地层原油黏度，mPas；o地层原油密度，g/cm3；w 地层水密度，g/cm3；孔隙度。参考文献：1 刘军，李伟，龚伟，等.顺北地区超深断控储集体地震识别与描述 J.新疆石油地质，2021，42（2）：238-245.LIU Jun，LI Wei，GONG Wei，et al.Seismic identification and description of ultradeep faultcontrolled reservoirs in Shunbei areaJ.Xinjiang Petroleum Geology，2021，42（2）：238-245.2 张煜，李海英，陈修平，等.塔里木盆地顺北地区超深断控缝洞型油气藏地质-工程一体化实践与成效 J.石油与天然气地质，2022，43（6）：1 466-1 480.ZHANG Yu，LI Haiying，CHEN Xiuping，et al.Practice and effect of geologyengineering integration in the development of ultradeep faultcontrolled fracturedvuggy oil/gas reservoirs，Shunbei area，Tarim basin J.Oil&Gas Geology，2022，43（6）：1 466-1 480.3 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