碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓停泵壓降特征與縫洞規(guī)模關(guān)系

郜國(guó)喜，田東江，牛新年，羅彩明，范文同，劉永林

（中國(guó)石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

0 引言

酸化壓裂是碳酸鹽巖儲(chǔ)層改造的主要手段［1］。近年來的勘探開發(fā)實(shí)踐和理論研究表明，對(duì)于塔里木盆地縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，60%以上的油井完井后不能自然建產(chǎn)，需要通過酸壓改造來達(dá)到建產(chǎn)目的［2-4］。但由于縫洞型碳酸鹽巖油藏的非均質(zhì)性［5-6］，目前還無法確定酸壓改造所形成的人工裂縫的延伸狀況及其與天然縫洞體系的溝通情況［7-11］。

1979年，Nolte首次建立了PKN（裂縫）壓降曲線分析模型，利用壓裂停泵后的壓降曲線來確定裂縫幾何尺寸、濾失系數(shù)、閉合時(shí)間等參數(shù)，系統(tǒng)地提出了壓降曲線分析方法［12］。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)壓降曲線分析方法的研究基本上都是基于Nolte方法，其理論模型都是假設(shè)濾失系數(shù)為常數(shù)，因此，只有儲(chǔ)層為均質(zhì)介質(zhì)時(shí)，其分析結(jié)果才較可靠，這一假設(shè)對(duì)縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的壓降分析會(huì)造成很大誤差。本文在總結(jié)經(jīng)典G函數(shù)壓降曲線分析方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)縫洞型碳酸鹽巖油藏的非均質(zhì)特征，利用注水壓降試井模型和物質(zhì)平衡原理，建立了適合縫洞型碳酸鹽巖油藏的停泵壓降評(píng)價(jià)方法。

1 停泵壓降曲線評(píng)價(jià)方法

停泵壓力是停泵瞬間的井口壓力，此時(shí)摩阻壓力已經(jīng)消除，它是井底壓力與靜液柱壓力之差，也是停泵后測(cè)定壓力降落曲線的起始點(diǎn)。停泵壓力值的高低和壓降的快慢及其雙對(duì)數(shù)曲線形態(tài)反映了儲(chǔ)層壓力傳導(dǎo)能力的差異，這種差異與儲(chǔ)層縫洞發(fā)育特征有著十分密切的聯(lián)系［13］。通過對(duì)停泵壓降曲線進(jìn)行分類分析，可有效判斷人工裂縫溝通縫洞體的規(guī)模、層位和流動(dòng)特征，從而準(zhǔn)確評(píng)價(jià)酸壓改造效果。

1.1 水平直線型

該類酸壓井的停泵壓降曲線呈水平直線（見圖1）。在人工裂縫向前延伸，排量和液性不變的情況下，施工泵壓大幅下降，酸液與人工裂縫表面灰?guī)r大面積接觸反應(yīng)，酸蝕形成一條高導(dǎo)流的泄壓通道，凈壓力持續(xù)下降，停泵井口壓力基本不下降或有微小變化。

圖1 塔北區(qū)塊部分井停泵壓降曲線

人工裂縫在延伸的過程中直接與縫洞體主體溝通，縫洞體內(nèi)流動(dòng)具有管流的特征，井底壓力與縫洞體油藏壓力瞬間達(dá)到平衡。由物質(zhì)平衡原理可知任何外界流體的進(jìn)入都會(huì)引起縫洞體內(nèi)油藏壓力的變化，由于縫洞型碳酸鹽巖基質(zhì)基本不具備滲透能力，可將縫洞體視為封閉單元，酸壓后井底壓力與原始油藏壓力差值Δp的大小代表縫洞體容納外界流體的能力。

式中：pwf為酸壓后井底油藏壓力，MPa；pp為停泵時(shí)的井口壓力，MPa；ps為靜液柱壓力，MPa；Δp 為酸壓前后油藏壓力差值，MPa；pi為原始油藏壓力，MPa；Vz為酸壓液體總注入量m3；V為縫洞體體積，m3；Ct為綜合壓縮系數(shù)，MPa-1。

在注入地層液體體積一定的情況下，Δp越小，縫洞規(guī)模越大，停泵時(shí)的井底壓力越接近原始油藏壓力，酸壓后產(chǎn)能越高；Δp越大，則縫洞規(guī)模越小，停泵時(shí)的井底壓力遠(yuǎn)高于原始油藏壓力，酸壓后產(chǎn)能越低。該類型酸壓井測(cè)井解釋多為Ⅰ，Ⅱ類儲(chǔ)層，天然裂縫比較發(fā)育?？p洞體內(nèi)部以管流為主，油水易分離，適合單井吞吐注水替油［14］。

1.2 直線下降型

該類型酸壓井的停泵壓降曲線呈快速直線下降（見圖2）。在人工裂縫向前延伸，排量和液性不變的情況下，施工泵壓下降不明顯，凈壓力保持穩(wěn)定，采用“注水壓降”試井模型進(jìn)行分析，雙對(duì)數(shù)曲線呈45°斜率變化（見圖3），具有無限導(dǎo)流能力裂縫特征，說明停泵后注入液體主要沿某一條或幾條天然裂縫進(jìn)行濾失擴(kuò)散。

圖2 直線下降型停泵壓降曲線

圖3 直線下降型停泵壓降雙對(duì)數(shù)曲線

根據(jù)Darcy公式，通過一條裂縫的流量為

式中：qf為通過裂縫的流量，m3/d；Kf為裂縫滲透率，10-3μm2；wf為裂縫寬度，m；hf為裂縫高度，m；μ 為流體黏度，mPa·s；L 為流動(dòng)段長(zhǎng)度，m。

則通過n條裂縫的總流量為

裂縫與基質(zhì)的總的流量公式表達(dá)為

式中：qm通過基質(zhì)的流量m3/d；Km為基質(zhì)滲透率，10-3μm2；A 為流動(dòng)的橫截面積，m2。

裂縫的流量貢獻(xiàn)比為

式中：φf為裂縫孔隙度。

對(duì)于縫洞型碳酸鹽巖，基質(zhì)滲透率很低（（0.1～0.5）×10-3μm2），基質(zhì)對(duì)總系統(tǒng)壓力擴(kuò)散貢獻(xiàn)很小，基本可忽略不計(jì)。由式（4）—（7）可以看出，通過天然裂縫的流量與裂縫條數(shù)、裂縫寬度、裂縫高度以及裂縫滲透率有關(guān)，在裂縫各項(xiàng)參數(shù)一定的情況下，早期壓力擴(kuò)散與時(shí)間呈線性關(guān)系，因此停泵壓力曲線快速直線下降是由于人工裂縫溝通了天然裂縫造成的，天然裂縫與縫洞主體相連通，為泄壓通道，而縫洞體為存儲(chǔ)空間［15-16］。

對(duì)于直井，人工裂縫在受力方向影響下，主要以橫向延伸為主，縱向延伸較差，如果縫洞體位于人工裂縫的下方，則人工裂縫在延伸過程中無法與縫洞主體直接溝通，只能溝通縫洞體頂部的洞頂縫。因此，溝通天然裂縫的發(fā)育程度會(huì)對(duì)壓力擴(kuò)散的速度造成較大的影響，溝通的天然裂縫越發(fā)育，滲流能力越強(qiáng)，壓力擴(kuò)散的速度就越快，井底壓力達(dá)到平衡的時(shí)間就越短。該類型酸壓井改造目的層測(cè)井解釋多為Ⅱ類孔洞型儲(chǔ)層，酸壓改造溝通的主要為底部縫洞體的洞頂縫。

1.3 弧形曲線下降型

該類酸壓井的停泵壓降呈弧形曲線下降（見圖4）。在人工裂縫向前延伸，排量和液性不變的情況下，施工泵壓具有緩慢下降的特征，采用“注水壓降”試井模型進(jìn)行分析，雙對(duì)數(shù)曲線呈現(xiàn)均質(zhì)特征（見圖5）。

圖4 弧形曲線下降型停泵壓降曲線

人工裂縫在延伸的過程中直接與縫洞體溝通，縫洞體內(nèi)具有均質(zhì)油藏的滲流特征，井底壓力與地層壓力通過滲流擴(kuò)散達(dá)到平衡。由于滲透率較低，不具備管流特征，油水不易分離，這類油藏不適合單井吞吐注水替油。測(cè)井解釋孔隙度較低，天然裂縫為油氣主要滲流通道。該類儲(chǔ)層主要發(fā)育在大型縫洞儲(chǔ)集體高部位，距離油水界面較遠(yuǎn)，開發(fā)后期可進(jìn)行大規(guī)模重復(fù)酸壓改造以達(dá)到增產(chǎn)的目的。

圖5 弧形曲線下降型停泵壓降雙對(duì)數(shù)曲線

2 實(shí)例應(yīng)用

HA-X井是塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起上的一口開發(fā)井，完鉆標(biāo)定顯示井底正中“串珠”中心，波阻抗反演預(yù)測(cè)距一間房組頂面30 m左右發(fā)育較好儲(chǔ)層，目標(biāo)“串珠”周圍有多個(gè)小“串珠”。該井測(cè)井綜合解釋Ⅱ類差油層1層6.5 m，儲(chǔ)層平均孔隙度為2%；從電成像測(cè)井解釋上看，裂縫不發(fā)育，一間房組儲(chǔ)層僅解釋一條裂縫。該井酸壓井段位于一間房組，從酸壓施工曲線看（見圖6），在排量和液性一定的情況下，施工泵壓變化不明顯，沒有直接溝通縫洞體的跡象，擬合凈壓力曲線保持穩(wěn)定，擬合人工裂縫縫長(zhǎng)71 m，說明酸壓目的層儲(chǔ)層發(fā)育較差，與測(cè)井解釋結(jié)果基本吻合。

圖6 HA-X井酸壓施工曲線

HA-X井停泵壓降曲線前期呈直線下降型，后期達(dá)到穩(wěn)定后呈水平直線型（見圖7），采用“注水壓降”試井模型進(jìn)行分析，前期雙對(duì)數(shù)曲線呈45°斜率變化，后期快速下掉（見圖8）。說明停泵后注入液體主要沿天然裂縫進(jìn)行濾失擴(kuò)散，壓力擴(kuò)散速度較快，說明溝通的天然裂縫較發(fā)育，滲流能力較強(qiáng)，井底壓力達(dá)到穩(wěn)定后與原始油藏壓力較接近，Δp較小（2.5 MPa），說明縫洞體規(guī)模較大。

綜合分析認(rèn)為，該井改造目的層一間房組，儲(chǔ)層發(fā)育較差，底部鷹山組縫洞體發(fā)育，人工裂縫溝通了底部縫洞體的洞頂縫，縫洞體規(guī)模較大，油氣通過洞頂縫向井筒供液。酸后平均產(chǎn)油62.2 m3/d，累計(jì)產(chǎn)油超過2 104 m3，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，與評(píng)價(jià)結(jié)果相吻合。通過對(duì)停泵壓降曲線進(jìn)行分析，能準(zhǔn)確判斷該井縫洞體發(fā)育的規(guī)模、層位、距井筒的距離，加深了地質(zhì)認(rèn)識(shí)，對(duì)該區(qū)塊井位部署具有很好的指導(dǎo)作用。

圖7 HA-X井停泵壓降曲線

圖8 HA-X井停泵壓降雙對(duì)數(shù)曲線

3 結(jié)論

1）根據(jù)縫洞型碳酸鹽巖油藏特征，建立了適合縫洞型碳酸鹽巖油藏的停泵壓降曲線評(píng)價(jià)方法。該方法可有效判斷人工裂縫溝通縫洞體的規(guī)模、層位和流動(dòng)特征。

2）不同類型的停泵壓降曲線代表不同的縫洞體特征：水平直線型說明縫洞體內(nèi)流動(dòng)具有管流特征，井底壓力與縫洞體油藏壓力瞬間達(dá)到平衡；快速直線下降型說明人工裂縫溝通了底部縫洞體的洞頂縫，天然裂縫為泄壓通道，而縫洞體為存儲(chǔ)空間；弧形曲線下降型說明縫洞體具有均質(zhì)油藏的滲流特征，井底壓力與地層壓力通過滲流擴(kuò)散達(dá)到平衡。

3）在注入地層液量一定的情況下，停泵后井底壓力與原始油藏壓力的差值代表了縫洞體規(guī)模的大小。其差值越大，溝通的縫洞體越小；差值越小，縫洞規(guī)模越大。

［1］胥耘.碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓工藝技術(shù)綜述［J］.油田化學(xué)，1997，14（2）:175-179.

［2］謝遠(yuǎn)偉，羅純，耿宇迪.超大型酸壓工藝技術(shù)在重復(fù)酸壓中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2011，18（6）：805-808.

［3］肖暉，郭建春，曾俊.縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層水平井分段酸壓技術(shù)研究［J］.斷塊油氣田，2011，18（1）：119-122.

［4］劉勝，彭建新，王永輝，等.塔里木油田深井碳酸鹽巖儲(chǔ)層加砂壓裂改造技術(shù)［J］.油氣井測(cè)試，2005，14（3）：46-47.

［5］呂修祥，周新源，李建交，等.塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖復(fù)雜油氣藏的特性［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2010，31（6）：763-769.

［6］鄔光輝，汪海，陳志勇，等.塔里木盆地塔北隆起碳酸鹽巖油氣成藏特點(diǎn)［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007，81（8）：1057-1063.

［7］袁士義，冉啟全，胡永樂，等.考慮裂縫變形的低滲透雙重介質(zhì)油藏?cái)?shù)值模擬研究［J］.自然科學(xué)進(jìn)展，2005，15（1）：77-82.

［8］張平，何志勇，趙金洲.水力壓裂凈壓力擬合分析解釋技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.油氣井測(cè)試，2005，14（3）：8-10.

［9］韓玉坤，姚光明，肖盈，等.高酸氣田酸壓氣井殘酸返排程度判別依據(jù)［J］.斷塊油氣田，2011，18（4）：530-532.

［10］段輝，吳亞紅，張燁，等.縫洞型碳酸鹽巖油藏儲(chǔ)層改造人工裂縫特征研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2010，32（3）：152-155.

［11］陳志海，戴勇.深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.石油鉆探技術(shù)，2005，33（1）：58-61.

［12］Nierode D E，Kruk K F.An evaluation of acid fluid loss additives，retardedacidsandacidizedfractureconductivity［R］.SPE4549，1973.

［13］陳瑩瑩，孫雷，田同輝，等.裂縫性碳酸鹽巖油藏可視化模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究［J］.斷塊油氣田，2012，19（1）：92-94.

［14］熊偉，常寶華，潘懋，等.單井縫洞系統(tǒng)注水對(duì)含水率的影響分析［J］.斷塊油氣田，2011，18（4）：479-481.

［15］王玉普，孫麗，張士誠(chéng)，等.裂縫性地層壓降曲線分析方法及其應(yīng)用［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，28（1）：55-57.

［16］毛國(guó)揚(yáng)，楊懷成，張文正.裂縫性儲(chǔ)層壓降分析方法及其應(yīng)用［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，33（7）：116-118.