特低-超低滲透油藏注水開發(fā)影響因素分析及儲層吸水能力評價

張文旗, 穆朗楓, 鄧西里, 李錦, 呂洲, 顧斐, 張洋

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 2.密蘇里科技大學(xué),羅拉,密蘇里州, 美國 65401;3.中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院, 北京 102249)

0 引 言

常規(guī)中高滲透油藏注水開發(fā)的矛盾往往體現(xiàn)在縱向平面吸水差異、注水見效時間差異以及方向差異。隨著地質(zhì)認(rèn)識的進步以及工藝技術(shù)的發(fā)展,低滲透油田通過超前注水、井網(wǎng)優(yōu)化和開發(fā)壓裂等技術(shù)建立起了有效的壓力驅(qū)替系統(tǒng),實現(xiàn)了有效開發(fā)[1-2]。但是,特低-超低滲透儲層孔喉更細、非均質(zhì)性更強,再加上人工壓裂縫、動態(tài)裂縫等因素的影響,注水開發(fā)過程中矛盾更為突出,甚至?xí)霈F(xiàn)大批注水井注水注不進的情況。因此,需要在常規(guī)儲層評價的基礎(chǔ)上,建立一種以注水井注入能力和采油井見效情況為標(biāo)準(zhǔn)的儲層評價方法,為特低-超低滲透油藏選擇合適開發(fā)方式、實現(xiàn)高效開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

圖1 海塔盆地中部斷陷帶油田分布及地層系統(tǒng)

海拉爾塔木察格盆地(簡稱海塔盆地)已投入開發(fā)的特低-超低滲透油藏整體表現(xiàn)為注水開發(fā)效果差、水驅(qū)動用程度低、低產(chǎn)井比例高,常規(guī)注水開發(fā)遇到挑戰(zhàn)。本文通過油藏注水開發(fā)效果評價,分析影響油藏注水補充地層能量因素,對特低滲透油藏注水補充地層能量的適應(yīng)性進行分析。

1 吸水能力影響因素分析

海塔盆地位于中國東北中蒙交界處,總面積79.6×104km2。海塔盆地整體為“三凹兩隆”的構(gòu)造格局,目前發(fā)現(xiàn)的油藏主要位于中部斷陷帶,由北至南分別為烏爾遜凹陷的蘇仁諾爾、烏東斜坡、及巴彥塔拉油田,貝爾凹陷的貝中油田、霍多莫爾油田、蘇德爾特油田和呼和諾仁油田、南貝爾凹陷的東次凹北洼槽和南洼槽油田、塔南凹陷西次凹、中次凹和東次凹油田。發(fā)育的白堊系地層有銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組,主要含油目的層位于下白堊統(tǒng)南屯組(見圖1)[3-4]。

1.1 儲層巖石學(xué)及物性特征

沉積儲層屬于扇三角洲前緣亞相,地層沉積階段由于受火山作用影響,火山碎屑物含量高。根據(jù)火山碎屑物含量,可劃分為砂(礫)巖、凝灰質(zhì)砂(礫)巖、沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r等多種巖性,其中凝灰質(zhì)砂(礫)巖、砂(礫)巖是含油儲層發(fā)育的主要巖性?？紫抖戎导蟹植荚?%～20%,平均值為11.2%,滲透率值集中分布在(0.1～10)×10-3μm2,儲層屬于低孔隙度、特低-超低滲透儲層。

1.2 水敏礦物特征

黏土礦物是造成儲層敏感性的主要因素[5-6]。由于海塔盆地含油層系較多、深度跨度較大,儲層受成巖作用影響,水敏礦物在縱向上具有規(guī)律性。根據(jù)Stokes實驗沉降原理,利用沉降法抽提砂巖中粒徑小于4 μm的黏土礦物,通過X-射線衍射分析得知,油藏埋深1 300 m以上水敏礦物以蒙脫石為主,以呼和諾仁貝301南二段油藏為例,黏土礦物為蒙脫石、伊利石、高嶺石,相對含量分別占比18%、35.5%、27.7%;埋深1 300～1 700 m水敏礦物蒙脫石和伊蒙混層兼有,以蘇德爾特興安嶺油藏為例,黏土礦物為伊利石(23.9%)、高嶺石(38.5%)、綠泥石(12.6%)、蒙脫石(13.1%)、伊蒙混層(5.4%);埋深1 700 m以下水敏礦物以伊蒙混層為主,以烏東南一段油藏為例,黏土礦物主要為伊利石(73%)和伊蒙混層(13.2%)。

2 注水井儲層吸水能力分類

儲層吸水能力是指在注水井井底壓力小于儲層破裂壓力的條件下注水井能注入水量的大小。儲層吸水能力差別很大,不同油藏、同一油藏不同儲層、同一儲層不同部位之間都會有明顯差別。單一儲層其吸水能力的大小與儲層性質(zhì)、原油物性、流度比、油水井距離、注水壓差等有關(guān)。在油田注水開發(fā)過程中,儲層吸水能力處于不斷變化中,有的變化屬于正常范圍,有的變化可能由于水質(zhì)惡化、儲層被堵塞、或者注水井井底被污染等原因所引起[7-8]。

圖2 3種類型注水井典型生產(chǎn)曲線

吸水指數(shù)是描述注水井儲層吸水能力的重要參數(shù),是指單位有效厚度單位壓差下的吸水量

(1)

式中,I為注水井吸水指數(shù),m3/(d·MPa·m);qw為日吸水量,m3/d;H為射孔有效厚度,m;pwf為目的層井底流動壓力,MPa;pws為目的層地層壓力,MPa。

在實際工作中,不可能經(jīng)常關(guān)井測注水井地層壓力,為了及時掌握注水井吸水能力變化,采用視吸水指數(shù)分析注水井動態(tài)。所謂視吸水指數(shù)是注水井單位有效厚度日注水量與井口壓力的比值。

研究區(qū)主要采用菱形反九點井網(wǎng),油水井?dāng)?shù)比為1∶3,根據(jù)注水井注水壓力、注入量等實際生產(chǎn)數(shù)據(jù),綜合油井產(chǎn)液及見效情況,對注水井進行分類(見圖2):Ⅰ類儲層注水壓力較低,吸水能力最好,在砂體連通條件下采油井見效明顯,視吸水指數(shù)通常大于0.1;Ⅱ類儲層一般注水壓力較高,初期吸水能力能達到水井的配注水平,但隨著注入時間的增長水井吸水能力逐漸降低,在砂體連通條件下采油井見效不明顯,往往表現(xiàn)為延緩遞減的作用,視吸水指數(shù)一般介于0.05與0.1之間;Ⅲ類儲層即使注水壓力達到儲層破裂壓力,吸水能力依然不好,隨著注入時間的增長儲層甚至不再吸水,視吸水指數(shù)基本都小于0.05。

以海塔盆地某典型特低-超低滲透油藏為例,儲層為中等偏強水敏, 按照分類標(biāo)準(zhǔn)對該油藏52口注水進行分類(見表1),Ⅰ類水井12口,Ⅱ類水井11口, Ⅲ類水井29口。Ⅰ類水井平均射開有效厚度12.5 m, 注入壓力較低(13.2 MPa), 日注入量22 m3,平均視吸水指數(shù)0.13。Ⅱ類井注入壓力較高(18.7 MPa),已經(jīng)接近管線壓力(22.4 MPa),投注初期能完成配注,但注水一段時間后注入量開始下降,平均視吸水指數(shù)0.06。Ⅲ類水井壓裂后投注,但注水壓力依然很高(18.9 MPa),實際注入量與配注相差較大,注入量隨時間遞減快,平均視吸水指數(shù)0.01。

表1 某典型特低-超低滲透油藏各類注水井生產(chǎn)參數(shù)表

3 儲層吸水能力測井評價

3.1 儲層吸水能力影響因素分析

影響儲層吸水能力的主要因素為儲層物性和儲層敏感性。其中儲層敏感性包括水敏、速敏、酸敏、堿敏、鹽敏。不同油藏儲層敏感性不盡相同。儲層敏感性實驗結(jié)果顯示,貝中南一段和蘇仁諾爾南二段油藏由于儲層黏土礦物整體含量低表現(xiàn)為弱水敏,其他各油田儲層敏感性總體表現(xiàn)為中強水敏、中弱酸敏、中弱堿敏、中弱速敏。

3.2 評價參數(shù)的選取

根據(jù)注水井的分類結(jié)果,分別讀取不同類注水井射開有效厚度自然伽馬、電阻率、密度、中子、聲波等測井曲線值,分析視吸水指數(shù)與各測井曲線的關(guān)系。視吸水指數(shù)與自然伽馬及三孔隙度曲線具有較好的相關(guān)性(見圖3)。自然伽馬與儲層巖性具有相關(guān)性,在沉積巖儲層中自然伽馬高低可反映儲層泥質(zhì)含量的高低。三孔隙度曲線(聲波測井、中子測井、密度測井)在沉積巖儲層中可反映儲層物性的好壞。

從視吸水指數(shù)與自然伽馬、密度測井曲線的關(guān)系可以看出,隨著儲層泥質(zhì)含量、密度的增大,視吸水指數(shù)呈指數(shù)遞減。儲層的吸水能力受儲層物性決定,儲層的孔隙度、滲透率越高,儲層的吸水能力越強。泥質(zhì)含量是影響儲層吸水能力的關(guān)鍵因素,體現(xiàn)為2方面:①儲層中的泥質(zhì)會降低儲層的有效孔隙度和滲透率,泥質(zhì)含量越高儲層的有效孔隙度滲透率越低;②儲層的泥質(zhì)含量越高,蒙脫石等水敏礦物含量越高,水敏程度越大。

圖3 視吸水指數(shù)與自然伽馬—密度交會圖

3.3 儲層吸水能力測井評價

根據(jù)視吸水指數(shù)與各測井曲線的關(guān)系分析結(jié)果建立密度與自然伽馬儲層分類圖版,按照儲層吸水能力將儲層分為3類(見圖4)。各類儲層下限參數(shù)見表2。Ⅰ類儲層:儲層吸水能力較強;Ⅱ類儲層:儲層吸水能力一般;Ⅲ類儲層,儲層吸水能力差。Ⅱ類儲層的下限為注水開發(fā)儲層吸水能力下限。

表2 某典型特低-超低滲透油藏各類儲層下限參數(shù)表

*非法定計量單位,1mD=9.87×10-4μm2,下同

圖4 不同類儲層密度—自然伽馬交會圖

4 儲層分類及注水補充地層能量適應(yīng)性分析

通過儲層吸水能力測井評價,確定了海塔盆地各油藏注水開發(fā)儲層吸水能力物性下限。不同油藏物性下限差異較大,主要原因是由于不同油藏儲層敏感性差異較大決定的。儲層敏感性中儲層水敏性是影響儲層吸水能力的最主要因素。因此,引入水敏指數(shù)與儲層滲透率相結(jié)合對特低-超低滲透油藏注水補充地層能量適應(yīng)性進行綜合分析。水敏指數(shù)是根據(jù)淡水滲透率與飽和鹽水滲透率之間的降低幅度來評價儲層水敏程度。

4.1 特低-超低滲透儲層分類

通過建立水敏指數(shù)與不同類儲層滲透下限關(guān)系可知(見圖5),水敏指數(shù)越高,注水開發(fā)儲層滲透率下限越高,儲層水敏指數(shù)與儲層滲透率界限呈指數(shù)關(guān)系;根據(jù)水敏指數(shù)及1類、2類、3類儲層的滲透率分界線,可將該圖劃分為3個區(qū)域,即:Ⅰ類儲層區(qū)、Ⅱ類儲層區(qū)、Ⅲ類儲層區(qū)。Ⅰ類儲層較適合注水開發(fā),水敏礦物基本不會影響注水開發(fā)的效果。Ⅱ類儲層依然可以采用注水開發(fā)的方式,但由于儲層物性比一類儲層要差,更容易受水敏礦物的影響,因此需要根據(jù)油田實際情況通過調(diào)整注水方式、井網(wǎng)加密、提高水質(zhì)等方式,改善注水效果。Ⅲ類儲層不適合注水開發(fā),需要探索新的地層能量補充方式,如蓄能壓裂-單井吞吐、注氣開發(fā)等。

圖5 3種類型儲層水敏指數(shù)與滲透率下限關(guān)系圖

4.2 注水補充地層能量適應(yīng)性分析實例分析

結(jié)合海塔盆地各油田水敏指數(shù)、滲透率情況以及實際的開發(fā)效果,對特低-超低滲透儲層分類結(jié)果進行分析驗證(見圖5)。蘇德爾特貝16興安嶺油藏、烏東斜坡帶烏130-100北部區(qū)塊、塔南塔19-34區(qū)塊以及貝中希55-51甜點區(qū)塊動用的儲層屬于Ⅰ類儲層,目前井網(wǎng)較適合、水驅(qū)效果較好,該類儲層以“甜點”的形式分布于Ⅱ、Ⅲ類儲層中,分布面積較小,在海塔盆地已動用儲量中約占比20%。蘇德爾特貝14興安嶺油藏、烏東斜坡帶烏130-100南部區(qū)塊、塔南塔19-19區(qū)塊以及貝中希55-51非甜點區(qū)塊動用的儲層屬于Ⅱ類儲層,在目前井網(wǎng)形式和開發(fā)方式下水驅(qū)效果一般,部分區(qū)塊通過調(diào)整注水方式、井網(wǎng)加密、提高水質(zhì)等改善了注水效果,該類儲層在海塔盆地已動用儲量中約占比20%。蘇德爾特貝28斷塊、烏爾遜烏33斷塊、貝中希49-61等區(qū)塊動用的儲層屬于Ⅲ類儲層,初期產(chǎn)量低、產(chǎn)量下降快,目前注水開發(fā)方式?jīng)]有起到補充地層能量的作用,屬于天然能量開發(fā),該類儲層在海塔盆地已動用儲量中約占比近60%,未動用的大部分儲量也屬于該類儲層。

5 結(jié) 論

(1) 海塔盆地特低-超低滲透油藏影響儲層吸水能力的主要因素是儲層物性及水敏性。

(2) 不同油田儲層注水開發(fā)滲透率下限不同是由儲層水敏性差異導(dǎo)致的,水敏指數(shù)越高,注水開發(fā)儲層滲透率下限越高,儲層水敏指數(shù)與儲層滲透率界限成指數(shù)關(guān)系。

(3) 根據(jù)水敏指數(shù)與不同類儲層滲透下限關(guān)系,可將儲層劃分為3類,Ⅰ、Ⅱ類儲層較適合注水開發(fā),Ⅲ類儲層需要探索新的地層能量補充方式,如蓄能壓裂單井吞吐、注氣開發(fā)。該分類方案為海塔盆地特低-超低滲透油藏開發(fā)方式的選擇提供地質(zhì)基礎(chǔ)。

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