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海上復雜河流相油田安全優化注水研究-以PL19-3油田為例

文檔作者：顧偉民侯亞偉文檔來源：中海石油(中國)有限公司天津分公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月23日
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上一篇：華北油田分層注水技術現狀與展望

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石油天然氣學報(江漢石油學院學報)2014年7月第36卷第7期
Journal of Oil and Gas Technology(J．JPI)Ju1．2014 Vo1．36 No．7
海上復雜河流相油田安全優化注水研究
— — 以PL19-3油田為例
顧偉民，侯亞偉 (中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津300452)
[摘要]安全優化注水對于海洋復雜河流相油田非常重要，海上油田的溢油進一步說明了這一點。通過斷
層研究、儲層連通性研究、安全合理井網研究、優化注水研究以及動態監測方案編制等方面進行探索，
力爭找到適合海洋復雜河流相油田的安全優化合理的注水開發模式。不僅對PL這種復雜河流相油田今后
開展安全、合理注水開發起到指導性作用， 對其他相似油田和其他類型油田也具有一定的參考和借
鑒作用。
[關鍵詞]海上油田；復雜河流相；安全優化注水；PL19—3油田
[中圖分類號]TE357．6 [文獻標志碼]A [文章編號]1000—9752(2014)07—0150—04
2011年6月，PL油田發生溢油事故。隨即該油田停產重新編制開發海洋環境影響報告書，重新修
訂油田總體開發方案。從斷層、儲層連通性、安全合理井網、優化注水以及動態監測方案編制等方面入
手進行相關研究，并取得一定認識。該類研究目前在海洋油田開發過程中屬于首次，不僅對PL這種復
雜河流相油田今后開展安全、合理注水開發起到指導性作用，對其他相似油田和其他類型油田也具有一
定的參考和借鑒作用，具有很強的實用性和操作性。
1 油田概況
PL19—3油田位于渤海海域的中南部，為一合作油田，2003年投入開發，是目前海上投產的最大油
田。截至2013年底，PL19—3油田投產6個平臺，有油井180口，注水井52口，年產油500×10 t，平
均含水65 ，采出程度10．3％。
2 地質油藏特征
新近系明化鎮組下段和館陶組是PL19-3油田的主要含油層段。劃分13個油組，分別命名為
L00 L120油組，其中明化鎮組下段主要含油目的層段為L00~L40油組，館陶組為L5O～L120油組。
PL19—3油田構造為一個在基底隆起背景上發育起來的，處于郯廬斷裂帶上，受2組近南北向走滑
斷層控制的斷裂背斜。油田主體夾持在2組走滑斷裂帶之間。近北東走向的內幕正斷層使PL19—3構造
的形態進一步復雜化，主控走滑斷層及派生的正斷層將整個構造由北至南切割成多個壘、塹相間的斷
塊。根據主要斷層將全區共劃分為多個區塊。
油田儲層巖性為巖屑長石砂巖和長石砂巖。該區明化鎮組為曲流河沉積，館陶組為辮狀河沉積，砂
體呈北東或近東西向展布。該區目的層段儲層單層厚度變化比較大，從不足1．0m 到大于25．0m，薄層
發育。館陶組主力砂體橫向疊加連片分布，連通性比較好，明化鎮組部分砂體具有一定的厚度，但橫向
變化比較大，儲層連通性差。明化鎮組和館陶組儲層埋藏淺，滲透性總體上比較好。明化鎮組下段及館
陶組上部為高孔～高滲儲層；館陶組下部為中孔～高滲儲層。
[收稿日期]2014—01—06
[作者簡介]頗偉民(1973一)，男，1996年大慶石油學院畢業，工程師，長期從事油田開發油藏工程研究。
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第36卷第7期 顧偉民等：海上復雜河流相油田安全優化注水研究
油田在縱向上存在多套流體系統，不同斷塊、同一斷塊不同油組多屬于不同壓力系統，油層分布主
要受構造控制，局部受巖性因素影響，油藏類型主要為構造油藏和巖性一構造油藏。驅動類型以人工水
驅為主，邊水和底水驅動同時存在。屬于正常的溫度壓力系統。地面原油性質為中、重質油。平面上各
斷塊之間原油性質變化較大，分區性較強，縱向上隨深度增加密度變小。地層原油具有飽和壓力高、地
飽壓差較小、溶解氣油比低、黏度變化大等特點。整體的地下流體變化規律與地面流體規律一致。水型
為碳酸氫鈉型。
3 油藏開發特征
1)油井初期產能高，但遞減率大；
2)儲層非均質性強，造成層間注采不均衡；
3)注水后地層壓力逐步回升，但層間壓力差異大；
4)局部地層虧空，氣油比上升；
5)初期油層動用程度較高。
4 安全優化注水研究
4．1 “通海底” 斷層排查
PL油田溢油與“通海底”斷層密切相關。以海床以下100m 即150ms(地震波反射時間)為“通
海底” 斷層的門限深度，將“通海底” 斷層分為3類：① 斷層延伸到海床的；② 斷層延伸到海床50m
即93ms以內；③ 斷層延伸到海床以下50m到100m 即93ms到150ms。
根據以上斷層的分類，對PL19-3油田構造主體部位的全部斷層進行了逐條排查，最終確定PL19—3
油田“通海底” 斷層近4O條。
4．2 臨界失穩壓力及斷層開啟壓力研究
利用陣列聲波測井資料結合三口取心井的巖石力學試驗數據建立PL19—3油田基于測井資料的巖石
力學測井解釋模型，在準確獲得巖石力學參數的基礎上利用黃氏地應力模型獲得連續的地應力剖面；利
用FMI電阻率成像測井資料和交叉偶極橫波資料統計出井壁崩落位置長軸方向的優勢方位和快橫波方
位確定了PL19—3油田最大水平主應力方位。
4．2．1 巖石力學參數模型的建立
利用地層的縱橫波時差△ 、△ 。和體積密度及伽馬等測井資料可得到動態彈性參數，在靜載荷作用
下(三軸巖石力學試驗)測得的是靜力學參數。在搞清動、靜力學參數性質的基礎上，通過回歸分析建
立其相互關系，實現由動力學到靜力學參數的轉換。
4．2．2 地應力測井解釋模型的建立與地應力大小的確定
1983年黃榮樽等提出了一個新的地應力計算模式_1]，即：
r ／ ．． 、
JI 一 (¨ + )×( 一 )+ap
(1)
I ? ===( + l×(d 一aP )+ap
L k 11 ／
式中： i 為最小水平主應力，MPa10"h? 為最大水平主應力，MPa10" 為垂直應力，MPa； 為泊松比，1；口
為孑L隙彈性(Biot)系數，1；P 為地層孑L隙壓力，MPaI81、 為構造應力系數(由Kaiser聲發射和水力壓裂
試驗確定)，1。
通過壓裂充填井的小型壓裂試驗可獲得最小水平主應力數值。
4．2．3 地應力方向確定
應用以下2種方法來確定最大水平主應力方向：①應力崩落橢圓井眼的長軸可用來研究構造應力的
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石油天然氣工程 2014年7月
方向以確定最大水平主應力方向；②用快橫波方位確定最大水平主應力方向。
4．2．4 斷層失穩性研究 ．
通過斷層受力模型分析，得到作用在斷面上的正應力 與剪應力r計算公式 。 (如圖1所示)：
(盯l+ 盯3) ( 1一 3)cos2a
一— 一一— — — 一
( l一 3)sin2a
一— — 一
根據斷層滑動準則，假設在油田開發的過
程注水對地層構造應力的影響可以忽略不計。
根據美國學者Byerlee綜合各種不同類型巖石的
實驗室摩擦試驗資料同時結合蘭吉利油田研究
注水誘發地震的試驗，進一步驗證了在實驗室
得到的斷層滑動準則可以用于天然斷層。
斷層滑動準則：
r— ro+ ( 一P。j (4)
臨界失穩孔隙壓力：
P0一 一 — (5)
式中： 為內聚力，MPa； 為內摩擦因數，1；
r為剪應力，MPa； 為正應力，MPa；P。為孔
隙壓力，MPa。
-__I— O"1最大主應力
亡====> 中間主應力
匕= > 最小主應力
(2)
(3)
走滑斷層
圖1 不同斷層模型受力分析示意圖
根據PL19-3油田實際資料，應用建立的穩定性評價模型，計算得到斷層失穩壓力及失穩壓差。
4．3 儲層展布及連通性研究
研究表明， 目前油田主要生產層位的砂體具有以下特點：儲層單層厚度總體比較小；主力砂體展布
方向多為北東向；同一砂體在不同區塊發育程度不同；不同區塊主力砂體不盡相同。
通過各區注采對應率研究，PL19-3油田注采對應率主要受兩方面因素影響：儲層平面及縱向發育
狀況；注水井射開層位和油井生產層位的對應關系。
4．4 地層壓力保持及合理生產壓差研究
4．4．1 合理地層壓力保持水平
根據渤海油田多年注水開發經驗及油田注水物理模擬試驗、PL19～3油田原ODP (總體開發方案)
方案設計、油田實際生產情況，綜合分析認為油田地層壓力維持在原始地層壓力的85 ～100 為宜。
4．4．2 合理生產壓差確定
根據油田合理生產壓差理論計算結果，以及生產井實際開發效果與生產壓差之間的關系，以不降低
原油采收率為前提，同時考慮油井生產穩定性及油藏管理措施，綜合提出油藏合理生產壓差一般為
3．0～5．0MPa，平均4．0MPa。油田各生產井的生產壓差也需要根據實際情況進行深入分析，以達到精
細油藏管理的目的。
4．5 地層破裂壓力研究
根據相關公式以及PL油田實際數據分析，確定不同深度儲層及注水井不同注水段地層破裂壓力公
式如下：
r
Pf— H× J (6)
上UU
式中：Pr為地層破裂壓強(面質量)，g／cm2；G為油層破裂壓力梯度(體質量)，g／cm3；H為注水井的垂深，m。
4．6 合理注入壓力及注入能力研究
4．6．1 合理注入壓力研究
根據研究，當注水井與“通海底” 斷層之間距離大于100m 時，注水井最大注水壓差在
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第36卷第7期 顧偉民等：海上復雜河流相油田安全優化注水研究
4．9～9．5MPa之間，平均為6．9MPa。當注水井與“通海底” 斷層之間距離小于100m時，PI 油田暫定
初期注水井最大注水壓差為3．0MPa左右。
4．6．2 注入能力研究
使用油田實際確定的注水井吸水指數、最大注水壓差、吸水厚度等參數，同時考慮井組注采平衡確
定單井及油田注水量，同時隨著油田生產的變化，注水量也將進行調整。如注水井實際注人能力達不到
配注要求，注水實施過程中可結合工藝增注措施，進行增注以滿足配注要求。
4．7 合理井網研究
根據目前PL油田實際地質和油藏狀況，除分析目前井網的合理及經濟井距外，重點針對目前油田
實際構造及現有井網特點，引入不同井網配置下壓力場研究內容， 目的是找到不同井網下到斷層間安全
距離，即注采井網中注水井到斷層距離特別是“通海底” 斷層的距離不低于100m，同時應努力確保注
水井到斷層之間存在油井生產，進行有效泄壓。
4．8 油田生產監測
根據油田開發需要，油井靜壓監測應達到一年兩次；油井流壓監測應根據需要隨時監測；油井油、
套壓監測應根據需要隨時監測；產液剖面測試每年進行一次。注水井地層靜壓監測應達到每年一次；分
層靜流壓監測應達到一年兩次；井口壓力監測應達到實時監測，吸水剖面測試每年一次；示蹤劑監測根
據需要進行監測。新井根據需要進行隨鉆測壓。地面水質監測每天1次。監測工作量可根據油田實際生
產情況進行必要調整。
5 結論及認識
1)安全優化注水在海上復雜河流相油田日益重要，需要根據本油田實際認真分析研究。
2)“通海底”斷層的存在為安全注水開發增加難度，斷層性質判定、失穩性研究應給與足夠重視。
3)積極開展與深化儲層連通、破裂壓力研究，充分了解儲層壓力分布狀況，是油田安全優化注水
的基礎。
4)在油田開展安全優化注水過程中，注采井網安全性直接影響油田生產的安全。
5)優化注水的同時強化油田生產監測，確保油田安全、環保、高效開發。
。 [參考文獻]
[1]黃榮樽，白家祉．斜直井井壁張性裂紋的位置及走向與井眼壓力的關系[J]．石油鉆采工藝，1993，15(5)：7～l1．
[21孫廣忠．巖石結構力學[M]．北京：科學出版社，1988．96~98．
[3]凌賢長，蔡德所．巖體力學[M]．哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2002．101～103．
[編輯] 黃鴯

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