1、第 卷 第 期 重庆科技学院学报(自然科学版)年 月伴生气藏对海上油田开发的影响及其合理利用刘 超 侯亚伟 李 林 李 久 胡治华 范佳乐(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津)收稿日期:基金项目:中海石油(中国)有限公司重大科研项目“渤海双高油田挖潜关键技术研究”()中国海油重大科技专项“渤海油田强化水驱及增产挖潜技术”()作者简介:刘超()男硕士高级工程师研究方向为油气田开发摘要:海上平台近年来发生的多起重大事故都与伴生气藏的泄漏有关伴生气藏对海上油田开发的影响应引起重视 以 油田、油气田、旅大 油田的开发实践为例探讨伴生气藏所引发的问题及其应对方法 利用储层地质知识库技术和三维地震资
2、料“亮点”技术识别被气云覆盖的储层利用油气平衡开采提高石油采收率同时配套补孔采气、钻调整井、优化注水、回收等手段实现海上伴生气的经济高效开发关键词:伴生气藏 海上油田 浅层气 气云 气窜 低碳中图分类号:文献标识码:文章编号:()前 言伴生气藏一般分为 种一种是浅层气藏另一种是气顶气藏浅层气藏是指埋藏深度比较浅(一般在 以内)、储量比较小的天然气资源 浅层气在平面上的分布多与断层相关联且呈现气云形态 对于埋深 的浅层气无法有效利用且施工安全性会受影响对于埋深 的浅层气可有效利用变废为宝 在钻井一开作业中通常钻至深度 左右未下入表层套管也未安装防喷器如钻遇浅层气安全风险会较高 所以将深度 作为浅
3、层气预测界限 在钻完井作业中为保障后续生产安全必须重视对潜在气层的预测工作气顶气藏通常与油藏在同一储层内发育与油藏属于同一套流体系统开发中易引起气窜进而影响生产井的产油能力有一定的安全隐患近年来海上开发平台发生的多起重大事故都与伴生气的泄漏有关伴生气藏带来的一系列问题应引起重视 渤海湾油田储层以疏松砂岩为主生产过程中容易出砂往往气窜与出砂问题同时出现存在巨大的安全隐患 本次研究以 油田、油气田及旅大 油田开发实践为例探讨伴生气藏所引发的问题及其应对方法 油田及其气云区 油田位于渤海中南部海域其主要含油层段为新近系馆陶组、明化镇组下段具有典型的薄互层状储层特征 油田构造上为一受南北和北东向走滑控
4、制的大型断裂背斜构造断裂系统复杂构造主体区浅层气发育 断层是天然气从地层深部运移到浅部的通道(见图)因此断层的复杂化分布与气云区的分布有很大关联气云区面积较大使得地震资料品质大幅下降具体表现为:在气云区的内部及边沿处地震资料品质变差反射能量变弱地震层位波阻特征难以分辨、对比解释困难 导致这种现象的原因是浅层气藏可以大幅吸收人工地震波的能量使地震波难以穿透浅层气藏因此常用的地震采集船无法通过人工地震波识别浅层气藏下方的储层特征 于是地刘超等:伴生气藏对海上油田开发的影响及其合理利用震解释剖面上位于浅层气下方的区域出现空白和杂乱反射区目的层段储层无法被有效识别而气云区之外的地震资料品质较好(见图)
5、图 天然气沿断层运移形成气云示意图图 受气云影响的地震剖面示意图气云区的存在降低了地震资料的品质进而使得构造精细解释的结果具有不确定性其中或有一些小断层无法被识别从而对油田开发造成影响在 油田开发历史上就曾发生过溢油事件地下流体沿着断层溢出海底最后造成了严重的环境污染 在注水开发过程中构造的复杂性必须得到充分关注 受浅层气吸收衰减作用的影响在非目的层段的气层下方常规地震资料表现为空白和杂乱反射难以落实构造因此无法据此判断地震空白反射区是否存在油气层 解释的地震层位波阻特征分辨率较低地层对比解释比较困难即使能以井数据作为重要的解释依据地震资料仍然难以满足生产需求 周学锋和刘垒等人在气云区储层识别
6、问题上作了深入研究其侧重点均在于提高地震资料的解释精度 马超等人尝试通过完善固井工艺来封堵浅层气以提高钻完井的安全性 现有研究中鲜有涉及浅层气的合理开发问题 油田浅层气地震识别技术.利用储层地质知识库刻画气云区储层分布地质知识库是进行地质类比、约束地质建模的重要资料 获取地质知识的传统途径有野外露头剖面测绘、现代沉积调查、室内大型水槽沉积模拟仿真实验、先导试验区密井网解剖等方式地质知识对于认识沉积体、预测储层展布有着重要参考价值 露头与油田的沉积条件、沉积环境和地层层位的相似程度很不确定限于成本很难获得储层在三维空间的形态和展布情况因此密井网解剖和现代沉积调查的方式更适用于气云区储层分布研究密
7、井网地质知识主要包含砂体的平面形态参数及与厚度相关的几何形态参数 对于砂体的平面形态及其长度、宽度等定量参数可通过储层解剖获得对于砂体厚度可用钻井中的钻遇厚度来表示视其为平均厚度或最大厚度 基于密井网解剖可获得纵向砂坝的长度、宽度、厚度以及河道与砂坝间的关系等地质知识从而构建基于辫状砂坝成因的砂体形态参数知识体系现代沉积地质知识的获得一般来自沉积体的解剖和航空图片的解析 通过现代沉积解剖可获得沉积体的三维地质信息但成本高、耗时长 而基于三维地球的现代沉积调查方式具有成本低、样本多的优势近年来得以广泛应用 本次研究也是基于三维地球对多条现代辫状河和曲流河的沉积结构进行识别和测量 通过卫星图像对比
8、可知现代辫状河与目标油田的砂质辫状河有着相同的储层结构特征(见图)我们根据此特征获得了砂体平面几何形态参数并将其作为建立地质知识库的重要依据.利用三维地震资料“亮点”识别浅层气井震标定结果显示 油田浅层气总体表现为“亮点”特征(振幅异常高见图)浅层气的平面分布多集中于构造高部位依附于断层发育处 为更准确地识别浅层气对本区时间深度为 的 口井、个气层段、个水层段的地震响应特征作了统计 经过精细振幅取值调整在 相移地震资料上振幅小于 的条件下含有浅层气的储层地震“亮点”振幅异常低值与实际钻遇储层浅层气的分布情况吻合度较好刘超等:伴生气藏对海上油田开发的影响及其合理利用图 现代砂质辫状河卫星图像图
9、研究区浅层气地震“亮点”特征图根据井震标定浅层气地震“亮点”的判别标准应用 软件的自动追踪功能提取振幅小于 的地震“亮点”获得研究区地震“亮点”的空间分布情况从而完成地震“亮点”的三维数据体雕刻 结合该油田开发井的实钻结果将明确的水层“亮点”剔除从而识别出该油田浅层气的空间分布范围.浅层气的合理利用在通过地震资料无法识别储层的情况下可利用现代沉积知识库进行储层分布预测借助“亮点技术”刻画浅层气的分布范围进而掌握浅层气藏的储量规模 通常海上油田平台生产中需要消耗大量的电能每天的发电成本往往达到数十万元人民币 对于规模较大的气藏可以通过优化部署调整井或侧钻老井的方式进行开发而对于大部分处于经济性边
10、缘的气藏若优化部署调整井则成本过高因此可利用过路井“上返补孔”的方式以实现对浅层气的高效利用 对于埋藏较深目的层段的气顶气藏则针对现有的生产井更换井口安全防喷器实现油气同采作业针对浅层气补孔采气或优化部署调整井既可减少安全隐患又可为透平发电系统供给采出气近年来 油田针对 口调整井、口补孔浅层气井、口油气同采井实施采气实现日增气 的目标有效地缓解了海上油田平台生产中透平发电需要消耗大量成品油的难题 油气田油气平衡开采技术 油气田位于东海陆架盆地浙东坳陷西湖凹陷中央背斜带长轴背斜构造顶部较为平缓轴面略向东南倾斜 主力层、为厚层非主力油气层为薄层 主力层 构造高部位有一个大气顶气顶指数为 同时边底水
11、较活跃水体的体积倍数大于 目前带底水油气藏开发仍困难重重 频繁的气顶、气窜和底水锥进现象导致油气水分布错综复杂从而加大了提高油气采收率的难度 气顶、油环的开发次序和开采速度对天然气的采收率几乎无影响但对石油采收率的影响较显著 对于大气顶油气藏需要在保证气顶采收率的同时尽可能刘超等:伴生气藏对海上油田开发的影响及其合理利用地提高油环的采收率因为油的经济价值远高于气的经济价值 为了更好地利用气顶能量避免初期大量产气而造成石油采收率降低对开发井型和井位进行了优化部署研究定向井方案首先被排除因为无论定向井如何避射都无法避免严重的气窜和水锥等问题 借助油藏数值模拟手段对纵向布井位置进行了优化如图 所示
12、最终推荐将水平段部署在油气界面附近这样不仅能保证累计采出较高当量的油气而且能保证采出更多高价值的凝析油 在随钻过程中使用了某石油服务公司的随钻探边工具以保证水平段轨迹平直减缓气窜和水锥现象的发生图 大气顶油藏数值模型及井轨迹模拟示意图经过上述优化 油气田投产后实现了油气兼顾开发的目标气顶气的采收率达到了 油环的采收率达到了 以 油田的 井为例这是一口水平段部署在 层油气界面略向下 处的油气同采井 该井投产后日产油量为 日产气量为.生产气油体积比为 含水率为.稳产期超过 累计产油量超过 旅大 油田优化注水抑制气窜旅大 油田位于渤海东部高产中型轻质油 气顶现象的存在导致该油田投产后地层压力下降很快
13、气油比迅速升高最终发生了严重的气窜现象产油量迅速递减该油田属于较典型的断块油藏根据砂体发育情况及油气分布规律由上至下依次分为、油组 其中 油组砂体较厚储层发育是该油田的主力油层 在断层和泥岩隔层的分隔作用下该油田油气分布变得较为复杂在纵向、横向上存在多个流体系统投产后有 口水平井(、)的产能相差较大其中、井位于油藏边部其采油指数显著高于临近气顶的、井 其原因是、井受到气顶、气窜的影响大量的气顶气在早期被采出而导致油藏采收率下降气顶油藏屏障注水技术已在某些陆地油田得以应用 但是海上油田采用水平井井网形成屏障以抑制气顶扩张的注水技术尚未见报道 在投产初期旅大 油田的地层压力为.投产 后地层压力快速
14、降至.低于饱和压力地层压力快速下降一方面是因为油田开采速度加快另一方面是因为天然能量变弱 同时气油比迅速上升 口水平井、及邻近定向井 的生产气油比均高于溶解气油比 这说明在油田范围内发生了大面积脱气现象导致原有的气顶进一步膨胀 严重的气窜一方面会造成气资源浪费另一方面会导致产油量迅速下降 为解决地层压力下降快、气油比升高的问题通过数值模拟对该油田的注水方案予以优化其数值模型如图 所示针对此现状共设计以下 套注采井网方案:()中部注水方案 由于气顶逐步膨胀会进一步加剧气窜因此优先考虑对气顶附近、井实施转注以形成中部注水的注采井网而对于边部水平井尽量延长其生产时间以充分动用油水过渡带的储量()边部
15、注水方案 对边部的、井实施转注从边部向中部驱油以形成边部注水的注采井网()边缘注水 内部面积注水方案 在方案()的基础上 井开井为平台供气之后注水以形成边缘注水 内部面积注水的复合注采井网()交叉注水方案 对、井实施转注交叉注水通过对比发现在经济可采年限内方案()的累计产油量最多、最终采收率最高且远高于衰竭开采方案 对方案()加以改进令边部水平井先强采后转注但开采效果并不理想 由于方案()的最终采收率最高、当前产能损失最小、注采井网最刘超等:伴生气藏对海上油田开发的影响及其合理利用优因此推荐方案()为最佳方案在实际开发中 井实施转注时的油藏压力为.左右已经低于泡点压力()初期注采比稍小投注 之
16、后注采比才提高到了.由于气体压缩系数大、压力恢复慢所以及时优化方案并将注采比提高到.于是地层压力得到快速恢复气顶气的膨胀得到有效遏制油田气油体积比从 降低到 接近原始溶解气油体积比这基本上解决了气窜问题 同时日产油量也提高了 通过优化注水抑制气窜使旅大 油田的最终采收率提高了 获得了良好的经济效益图 旅大 油田含油气面积及油藏数值模型 配套回收装置实现低碳排放长期以来行业内对石油伴生气的通行处理办法是将其直接放空或通过火炬燃烧排放掉 但是这些处理方法不仅浪费资源而且会产生大量的碳排放污染 为了充分利用海上油田伴生气资源在保证浅层气有效开发和控制气窜的基础上为各海上平台配套安装了(液化石油气)回收装置配置一套海上平台 处理系统每年的标准煤节能量可达 左右排放量约减少.近年来中国海油在渤海及南海东、西部的油气田持续开展伴生气回收利用计划逐步实现了伴生气“颗粒归仓”“火炬零燃烧”的回收目标 结 语伴生气藏给海上油田实际开发生产带来诸多困扰如出现了浅层气、气顶气所致的地震资料杂乱不清、气窜等问题严重影响生产安全和经济效益 本次研究的创新点在于“化害为利”利用储层地质知识库技术和三维地震资料“亮