油田水淹成因分析及綜合治理決策方法

郝世彥

（延長(zhǎng)油田股份有限公司開發(fā)部，陜西延安 716000）

油田水淹成因分析及綜合治理決策方法

郝世彥

（延長(zhǎng)油田股份有限公司開發(fā)部，陜西延安 716000）

針對(duì)油田注水開發(fā)區(qū)域出現(xiàn)單井、面積水淹現(xiàn)象，從油藏地質(zhì)、布井、完井和生產(chǎn)方式等方面對(duì)水淹成因進(jìn)行了系統(tǒng)研究分析，并結(jié)合油藏工程、采油工藝、注水工藝等改造措施，提出了綜合治理決策方法，旨在將油藏地質(zhì)、采油注水、工程措施有機(jī)結(jié)合，解決油田水淹井的水淹問題，進(jìn)而達(dá)到提高油井單井產(chǎn)量及最終采收率、經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)油田資源的目的。

水淹成因；綜合治理；提高采收率

石油開采中的一次采油是利用天然能量開采機(jī)理，繼一次采油之后，注水成為提高采收率最重要的方法。注水開發(fā)是對(duì)油藏補(bǔ)充能量的重要措施，是油田提高采收率的有效手段，但注水是一把雙刃劍，若注采井網(wǎng)與裂縫配置不合理、配注量不恰當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象存在時(shí)，會(huì)造成油井暴性水淹，甚至面積水淹，因此，注水和治水應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。

針對(duì)上述問題，本文將對(duì)水淹成因進(jìn)行系統(tǒng)研究分析，結(jié)合地質(zhì)特征、油藏工程、采油注水工藝，提出綜合治理決策方法，旨在探索出一條油田預(yù)防水淹、治理水淹的新思路和新方法，使油田注水開發(fā)在產(chǎn)能建設(shè)上，以較小的投資，獲取較大的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到提高單井產(chǎn)量及最終采收率的目的。

1 油田水淹成因分析

一般油田都具有油藏縱向?qū)佣味?，油層非均質(zhì)性嚴(yán)重的特點(diǎn)，在多層同時(shí)注水和采油的條件下，主要存在層間、層內(nèi)和平面三大矛盾，這是注水開發(fā)多油層油田的普遍規(guī)律。在注水開發(fā)中，油和水在孔隙介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)是驅(qū)動(dòng)力、重力、毛細(xì)管力和粘滯力共同作用的結(jié)果，但由于油層內(nèi)非均質(zhì)特征不同，各種力的作用程度不同，導(dǎo)致各種油藏的水淹特征有所不同。水淹原因還與油田注水時(shí)機(jī)和注水工藝有很大關(guān)系，有效的注水工藝可以控制油井含水上升的速度，推遲油田水淹的時(shí)間。

1.1 油藏地質(zhì)分析

1.1.1 沉積微相類型導(dǎo)致的水淹成因

注入水的運(yùn)動(dòng)受著沉積相帶的控制，無論注水井布置在何種微相中，注入水總是力圖就近進(jìn)入河道。進(jìn)入河道的注入水首先沿河道下游方向快速推進(jìn)，然后向河道上游和側(cè)翼運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入其它微相。注入水的速度由快向慢依次為：河道下游、河道上游、河道兩側(cè)、淺流河道和心灘。因此，對(duì)于河道中的油層，由于砂體分布面積廣，連通性好，油井容易過早見水或形成水淹。

1.1.2 韻律沉積類型導(dǎo)致的水淹成因

1）正韻律油層水淹特征：河道型砂巖（河道、淺流河道、分流河道砂巖）為正韻律沉積，非均質(zhì)性嚴(yán)重，底部具有較大孔道和較高滲透率，由于開采過程中油水密度差、粘度差帶來的重力作用、不穩(wěn)定現(xiàn)象和粘性串流的聯(lián)合作用下，注入水首先沿底部快速推進(jìn)。一般來說，縱向上滲透率級(jí)差越大，非均質(zhì)性越嚴(yán)重，底部水淹越明顯，“層內(nèi)矛盾”也越突出。因此，河道型砂巖在注水開發(fā)中多以底部水淹、單層突進(jìn)、水淹厚度小、水淹程度差異大為特征。

2）反韻律油層水淹特征：灘壩型砂巖（河口壩、河口淺灘、邊心灘）為反韻律沉積，剖面粒徑底細(xì)上粗，上部具有較大的流通孔道和較高的滲透率，注入水容易進(jìn)入。重力雖使水下沉，而底部滲透率和毛細(xì)管力作用又力圖阻止水快速向下滲流，上部位可形成注入水突進(jìn)，但水線推進(jìn)慢，水淹厚度大。

3）復(fù)合韻律沉積水淹特征：當(dāng)厚油層由兩個(gè)或兩個(gè)以上單元組成時(shí)，上下單元可以有不同的接觸關(guān)系。上單元疊加于下單元之上，兩單元之間有穩(wěn)定的泥質(zhì)薄夾層；上單元切割下單元頂層亞相，兩單元之間沒有泥質(zhì)夾層，但有巖性變差段，稱為物性?shī)A層；上單元切入下單元底部亞相，兩單元竄通為一個(gè)單元。存在第一、二種關(guān)系時(shí)，注入水存在分層推進(jìn)差異；存在第三種關(guān)系時(shí)，注入水在底部推進(jìn)快。

1.2 布井、完井及生產(chǎn)方式分析

1.2.1 注采井井位關(guān)系導(dǎo)致的水淹成因

1）當(dāng)注、采井連線與地層最大主應(yīng)力方向平行時(shí)，采油井見水快，注入水波及范圍?。?/p>

2）在河道相沉積的砂體中，相對(duì)于古水流方向而言，若采油井在注水井的下游，則采油井見水快，若采油井在注水井的上游或側(cè)翼，則采油井見水慢。

3）若在構(gòu)造軸部注水，則在構(gòu)造下傾方向的采油井見水快，在其低部位首先形成水淹區(qū)；而在構(gòu)造上傾方向上的采油井見水晚。

1.2.2 油田滯后注水導(dǎo)致的水淹成因

1）由水錐和指進(jìn)導(dǎo)致的高含水或水淹

在非人工造縫溝通條件下，油藏過早地產(chǎn)水通常是水錐和指進(jìn)的結(jié)果。一般來說，當(dāng)生產(chǎn)井附近自由水面有垂向的水流動(dòng)就能形成水錐。由于錐進(jìn)水的突破出現(xiàn)在完井層段的最低部位，因此，油井生產(chǎn)引起這一部位的壓力降。倘若井底壓力足夠低，井又處在油水界面以上，并且在水進(jìn)入井筒的垂直方向上沒有滲透阻隔，就會(huì)出現(xiàn)水錐。

另一方面，在傾角不為零的油藏中，如出現(xiàn)早期產(chǎn)水，其油水界面將變得不穩(wěn)定，水利用“水平”滲透率在油的下面通過，導(dǎo)致水的“指進(jìn)”或“舌進(jìn)”。

無論是水錐或指進(jìn)，都可導(dǎo)致油井過早見水或形成水淹。

2）晚期注水因壓裂裂縫導(dǎo)致的水淹

油田注水可分為早期注水、中期注水和晚期注水。早期注水就是油田投產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)行注水，或是在油層壓力下降到飽和壓力之前進(jìn)行注水，這時(shí)油層內(nèi)不脫氣，只是油水兩相流動(dòng)，有利于保持較高的采油速度和實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的穩(wěn)產(chǎn)期；中期注水就是油層壓力略低于飽和壓力（一般認(rèn)為在15%以內(nèi)），如注水能量補(bǔ)充及時(shí)，使注水壓力恢復(fù)到飽和壓力以上，可使脫出的游離氣重新溶解到原油中，但原油性質(zhì)不可能恢復(fù)到原始狀態(tài)，對(duì)產(chǎn)能會(huì)有一定的影響；晚期注水就是當(dāng)天然能量枯竭以后進(jìn)行注水，這時(shí)的天然能量將由彈性驅(qū)轉(zhuǎn)化為溶解氣驅(qū)。原油脫氣后，原油粘度增加，采油指數(shù)下降，產(chǎn)量下降，注水后也只是保持油井在低水平上開采，大量地質(zhì)儲(chǔ)量利用現(xiàn)有的技術(shù)將得不到動(dòng)用。除外，晚期注水也會(huì)對(duì)地層滲透率造成極大傷害，長(zhǎng)6油藏試驗(yàn)證明，注水滯后區(qū)，從地層能量下降到地層壓力補(bǔ)充，甚至超過原始地層壓力后，滲流量?jī)H為原始的25%，而測(cè)試結(jié)果表明地層表皮系數(shù)為正值，說明地層孔喉收縮的不可逆性。

低滲透率油田一般都是以壓裂方式投產(chǎn)，如果不能超前注水或采油和注水同步進(jìn)行，原始滲透率就會(huì)降低，原油脫氣后粘度增加，流動(dòng)性就差，注入水就會(huì)沿壓裂裂縫直接與油井溝通，使油井過早見水，有些油田出現(xiàn)暴性水淹就是如此。

1.2.3 油水井壓裂裂縫溝通導(dǎo)致的水淹成因

油田開發(fā)過程中，有些油田因含水過高或產(chǎn)量過低喪失了抽油價(jià)值，改成了注水井。因該井原來是壓裂投產(chǎn)，如果壓裂規(guī)模較大，容易引與其它油井溝通，注水井容易導(dǎo)致其它油井水淹。

1.2.4 不合理注水導(dǎo)致的水淹成因

1）籠統(tǒng)注水導(dǎo)致的水淹

油層多層同時(shí)射孔時(shí)，如果采用多層籠統(tǒng)注水而不進(jìn)行分層注水時(shí)，由于整個(gè)井下管柱處于一個(gè)壓力系統(tǒng)，吸水壓力較低的層位或滲透率較大（或大孔道）的層位容易導(dǎo)致注入水單層突進(jìn)，造成油井水淹。

2）分層注水管柱的不當(dāng)導(dǎo)致的水淹

注水井雖然下了分層注水管柱，但由于不能有效地進(jìn)行分層流量調(diào)配，難以通過井下水嘴實(shí)現(xiàn)限制高滲透層的注水量和提高中低滲透層的注水量，井下管柱形同虛設(shè)，也會(huì)導(dǎo)致油井水淹。

3）分層測(cè)調(diào)不合理導(dǎo)致的水淹

注水井分層注入量測(cè)調(diào)時(shí)，要結(jié)合分層配注地質(zhì)方案，而分層注水方案的制定則要考慮到注水強(qiáng)度、注采比、層段的吸水能力等地質(zhì)參數(shù)，如果地質(zhì)配注方案不合理，會(huì)影響到分層效果。由于注水時(shí)油藏處于動(dòng)態(tài)過程，在不同的壓力下，各層注入量都會(huì)發(fā)生變化，在進(jìn)行分層流量測(cè)調(diào)時(shí)，有時(shí)也存在測(cè)調(diào)誤差，沒有達(dá)到理想的測(cè)調(diào)效果，也會(huì)導(dǎo)致油井高含水或被水淹。

1.2.5 注、采壓差導(dǎo)致的水淹成因

注、采壓差的大小和注、采比的高低，對(duì)采油速度起著決定性作用，對(duì)油藏的水淹也具有重要關(guān)聯(lián)。在多層合注、合采的情況下，注、采壓差的大小與層間的干擾程度有著密切的聯(lián)系，而層間的干擾程度決定著各層水淹的進(jìn)程。主要原因是注、采井各層的巖性、物性和連通性不同，各層的吸水或產(chǎn)液所需的啟動(dòng)壓差也不同。注、采壓差的變化直接影響各層的吸水量或產(chǎn)液量，從而影響著各層的水淹程度。

2 綜合治理決策方法

油田水淹綜合治理的過程是多學(xué)科、多種技術(shù)綜合運(yùn)用的過程，通過油藏地質(zhì)、工藝措施的研究分析，準(zhǔn)確判斷水淹井出水層位及剩余油分布規(guī)律，并提出單井（油水井）、單井組以及區(qū)域的針對(duì)性治理措施，綜合運(yùn)用油藏工程（選擇性壓裂、選擇性堵水、解堵等）、采油工藝（產(chǎn)液剖面測(cè)試、機(jī)械堵水、補(bǔ)孔、分采等）、注水工藝（分層注水、井下工具、測(cè)試、調(diào)參等）等改造措施，以達(dá)到水淹井恢復(fù)生產(chǎn)，未水淹的采油井得到進(jìn)一步的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，提高油井利用率，進(jìn)而提高油田最終采收率的目的。

水淹井的綜合治理必須從注水井和油井兩方面入手，在充分地質(zhì)油藏分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行油、水井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)研究，來考慮水淹井的治理問題。而整體區(qū)塊式的水淹治理方式是提高油田水淹區(qū)塊開發(fā)效益的一種模式，從注采工藝、測(cè)試工藝和油藏工程有機(jī)結(jié)合的角度進(jìn)行分析治理，便于把握區(qū)塊生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和地層油水分布狀態(tài)，有利于油水井井間和井網(wǎng)參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)注采井網(wǎng)的科學(xué)管理，以取得區(qū)塊更好的開發(fā)效果。

油田水淹治理應(yīng)該遵循以下步驟：

1）油藏特征及水淹成因研究：通過測(cè)試資料、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、油藏動(dòng)態(tài)、油藏精細(xì)描述，確定單井、單層的水淹成因及區(qū)塊剩余油分布。

2）制定油藏工程方案：根據(jù)水淹成因及剩余油分布，確定單井、單層、區(qū)域合理的注采配置，確定油水井封堵、補(bǔ)孔、選擇性壓裂等井下作業(yè)及作業(yè)目的。

3）制定采油、注水工程方案：根據(jù)油藏工程方案，制定堵水調(diào)剖工藝、分層注水工藝、壓裂工藝等工程方案，并篩選、評(píng)價(jià)、確定各種方案所使用的藥劑和添加劑，并對(duì)預(yù)期效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4）方案實(shí)施：根據(jù)采油、注水工程方案，確定施工規(guī)模、過程控制，藥劑、添加劑的數(shù)量，經(jīng)濟(jì)有效地完成采油、注水工程方案。

3 小結(jié)

水淹井綜合治理一直是各個(gè)油田攻堅(jiān)的課題，通過對(duì)油田水淹成因的系統(tǒng)分析和綜合治理決策方法的研究，可以找出一套提高油田水驅(qū)效率與采收率的方法，使生產(chǎn)管理規(guī)范化、正規(guī)化，以減輕油田開發(fā)逐年生產(chǎn)成本上升的壓力，為油田滾動(dòng)開發(fā)提供技術(shù)支持和保障。本文的主要研究?jī)?nèi)容具有以下特點(diǎn)：

1）把地質(zhì)研究、測(cè)試資料及注采動(dòng)態(tài)分析有機(jī)結(jié)合，確定水淹成因與層位；

2）把地質(zhì)建模、數(shù)值模擬與地層形態(tài)測(cè)試有機(jī)結(jié)合，確定剩余油分布規(guī)律；

3）把區(qū)塊分析、單井措施與注采對(duì)應(yīng)調(diào)整有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水淹井綜合治理。

［1］吳勝和，熊琦華.油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1997.

［2］張少平.七里村等八個(gè)采油廠采收率標(biāo)定及遞減規(guī)律研究［R］.2009.

［3］胡文瑞.長(zhǎng)慶油田勘探開發(fā)新技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

［4］沈平平.大幅度提高石油采收率的基礎(chǔ)研究［J］.中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)，2003（2）：9－14.

［責(zé)任編輯 李曉霞］

TE33

A

1004-602X（2011）01-0086-03

2011 -03 -11

郝世彥（1964—），男，陜西延川人，延長(zhǎng)油田高級(jí)工程師。