塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏定量化注水技術(shù)研究

田 亮，李佳玲，袁飛宇，李成剛

塔河縫洞型油藏是以大型溶洞和裂縫為主要儲(chǔ)集空間的特殊油藏類型，儲(chǔ)集體分布復(fù)雜，主體縫洞介質(zhì)內(nèi)流體流動(dòng)不符合達(dá)西滲流規(guī)律[1]?！笆晃濉逼陂g，主要針對(duì)封閉型單井開展注水吞吐，利用重力分異作用置換替油并補(bǔ)充地層能量，提高油井采收率[2]?！笆濉逼陂g，提出了以縫洞單元為油藏基本管理單元，實(shí)施差異化開發(fā)的模式，形成了以單井注水替油、單元井間水驅(qū)為主導(dǎo)的提高采收率技術(shù)，通過油藏?cái)?shù)值模擬手段，發(fā)展了縫注洞采、低注高采等相對(duì)高效的注采方式[3]?！笆濉逼陂g，開始縫洞型油藏精細(xì)注水、定量化注水探索研究，首先是利用螞蟻體追蹤技術(shù)，結(jié)合最大曲率屬性及振幅梯度屬性，實(shí)現(xiàn)低序級(jí)斷裂內(nèi)幕結(jié)構(gòu)刻畫[4]和縫洞空間組合關(guān)系的描述[5]，指導(dǎo)注采井網(wǎng)部署；其次根據(jù)幾何形態(tài)相似、運(yùn)行形態(tài)相似的的縫洞組合體物理模型，開展水驅(qū)模擬實(shí)驗(yàn)[6,7]；同時(shí)由類干擾試井理論結(jié)合示蹤劑擴(kuò)散理論分析井間綜合流量系數(shù)，初步定量化表征井間連通程度[8]，并提出縫洞型油藏非對(duì)稱不穩(wěn)定注水技術(shù)[9]，提出在注水初期可以利用示蹤劑監(jiān)測峰值及時(shí)間來近視確定合理的停注時(shí)間。本文將在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦場經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，綜合精細(xì)縫洞描述、油藏工程方法、動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)一步深化矢量化注采井網(wǎng)構(gòu)建和定量化注水方法的研究。

1 定量化、差異化注采井網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)

1.1 定量化注采井網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)

塔河油田縫洞型油藏開發(fā)過程一般可分為“彈性能量自噴開發(fā)、注水（氣）替油開發(fā)、水（氣）驅(qū)井間驅(qū)”等3個(gè)過程，水驅(qū)井網(wǎng)多是從產(chǎn)建井網(wǎng)過渡而來。在前期注水井網(wǎng)構(gòu)建時(shí)，多利用未建產(chǎn)井、單元邊部井、低產(chǎn)低效井轉(zhuǎn)注，受轉(zhuǎn)注井儲(chǔ)層發(fā)育差、儲(chǔ)量豐度低的影響，前期單元注水普遍表現(xiàn)出注入壓力高、響應(yīng)程度低、無效注水井多等特點(diǎn)，注水有效率僅40%左右。目前，在資料新采集、縫洞新刻畫、地質(zhì)新認(rèn)識(shí)的支撐下，為提高井間儲(chǔ)量動(dòng)用程度，有效減緩自然遞減率，逐步發(fā)展了定量化注采井網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)。該技術(shù)的核心是：應(yīng)用螞蟻體裂縫識(shí)別技術(shù)、分頻能量體技術(shù)，在縫洞單元的基礎(chǔ)上進(jìn)一步劃分關(guān)聯(lián)井組，實(shí)現(xiàn)縫洞靜態(tài)連通關(guān)系精細(xì)刻畫；應(yīng)用井間干擾試井技術(shù)，對(duì)靜態(tài)關(guān)聯(lián)的井組試井，進(jìn)一步定量化計(jì)算井間滲透率。在上述兩項(xiàng)工作基礎(chǔ)上，選取關(guān)聯(lián)井組內(nèi)部核心井轉(zhuǎn)注，在碳酸鹽巖縫洞型油藏中探索矢量化注采井網(wǎng)構(gòu)建，盡最大可能提高井網(wǎng)利用率和注水有效率。應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)后，塔河油田單元注水有效率達(dá)到55%左右，較前期提高15%。

1.2 差異化注采井網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)

不同的巖溶地質(zhì)背景區(qū)，其儲(chǔ)層發(fā)育程度、展布形式、井間連通方式都存在巨大的區(qū)別。在塔河油田縫洞型油藏注水實(shí)踐過程中，逐漸形成了差異化注采井網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)。風(fēng)化殼巖溶區(qū)，地層整體抬升，受表層大氣水淋濾作用影響，裂縫及溶蝕孔洞普遍發(fā)育，井間連通程度高，注水時(shí)相應(yīng)構(gòu)建了一注多采“多維井網(wǎng)”。暗河巖溶區(qū)，受抬升—下降—抬升多期巖溶作用影響，局部井區(qū)縱向發(fā)育多套暗河管道，其中表層暗河多發(fā)育在T74面下 60～120 m深度，深部暗河多發(fā)育在T74面下 120～200 m深度，注水時(shí)相應(yīng)構(gòu)建了“立體結(jié)構(gòu)井網(wǎng)”，目的是提高縱向水驅(qū)控制程度。斷控巖溶區(qū)，儲(chǔ)層展布形式嚴(yán)格受北東、北西向兩組共軛剪切斷裂控制，注水時(shí)相應(yīng)構(gòu)建了沿?cái)嗔训摹熬€狀井網(wǎng)”。

與儲(chǔ)層連通形式相統(tǒng)一而構(gòu)建的差異化注采井網(wǎng)，決定了注水工藝的選取和注采參數(shù)的制定，如風(fēng)化殼巖溶區(qū)，多維連通，井組控制儲(chǔ)量較大，采取大排量注水方式；暗河立體結(jié)構(gòu)井網(wǎng)區(qū)，采取分層注入工藝；斷溶體背景線狀井網(wǎng)區(qū)，連通單一、井組控制儲(chǔ)量較小，采取“周期注水+溫和注水”方式。

2 注水參數(shù)定量化

2.1 底水縫洞油藏注水強(qiáng)度定量化

針對(duì)彈性水壓驅(qū)動(dòng)油藏，塔河強(qiáng)底水型縫洞注水實(shí)踐表明，通過制定合理的注水強(qiáng)度，在井間驅(qū)油的同時(shí)，還能有效抑制底水錐進(jìn)速度。采用“封閉未飽和彈性驅(qū)物質(zhì)平衡方程+未飽和水壓驅(qū)動(dòng)油藏物質(zhì)平衡方程”理論模型（圖 1），將流動(dòng)過程分解為兩部分進(jìn)行處理，計(jì)算確定注水前自然水侵強(qiáng)度及注水受效后水侵量變化，從而確定合理的注水強(qiáng)度（注水強(qiáng)度=水侵速度），計(jì)算步驟如下：

初期直線段用封閉油藏彈性驅(qū)物質(zhì)平衡方程：

圖1 彈性驅(qū)+水壓復(fù)合驅(qū)水侵計(jì)算模型圖

式中：N為標(biāo)況下原油地質(zhì)儲(chǔ)量，m3；OiB 為原始地層壓力下，原油體積系數(shù)；pN 為標(biāo)況下累計(jì)采油量，m3；oB為地層壓力為P的情況下，原油體積系數(shù)；tC為油藏綜合彈性系數(shù)，m3/MPa；PΔ為地層壓力變化量，MPa。

水壓驅(qū)動(dòng)段物質(zhì)平衡方程：

式中： We為水侵量，m3； Win為注水量，m3； Wp為產(chǎn)水量，m3； Bw為P壓力下地層水的體積系數(shù)。

我父親1918年初生人，屬馬。要是活著今年整一百歲了。我奶奶家當(dāng)年是做生意的，經(jīng)濟(jì)上挺富裕。1916年她16歲那年，在讀私塾的時(shí)候認(rèn)識(shí)了我爺爺。當(dāng)時(shí)我爺爺家境并不好，只因?yàn)樗迨迨墙虝壬拍芨x私塾。那個(gè)年代婚姻都是家長做主，可我奶奶有大小姐脾氣，再加上民國了讀書了，思想相對(duì)開放了，非要嫁我爺爺不可。一來二去，家里看實(shí)在攔不住了，只能勉強(qiáng)同意。轉(zhuǎn)年，我爺爺家下了聘禮，我奶奶下嫁了我爺爺。

（1）步驟1，計(jì)算彈性驅(qū)階段單位壓降采液量：

式中：J為單位壓降采液量，m3/MPa；1N為階段采液量，m3；1P、2P分別為階段地層壓力，MPa。

（2）步驟2，計(jì)算“彈性驅(qū)+底水驅(qū)”混合驅(qū)階段水侵速度：階段彈性采油：階段水侵量：

式中：Q為階段彈性產(chǎn)量，m3； N2為階段采液量，m3；t為生產(chǎn)時(shí)間，天。

（3）步驟3，計(jì)算純天然水驅(qū)階段計(jì)算水侵速度：

階段彈性采油：

階段水侵量：

式中： N3為階段采液量，m3。

階段水侵量：

式中： N4為階段采液量，m3。

例如，塔河TH12-1井組，為一注一采井組，在進(jìn)入“底水+人工注水”復(fù)合驅(qū)階段后，在相同的工作制度下，注水階段所對(duì)應(yīng)的底水水侵量小于停注階段底水水侵量（表 2），表明注水能夠有效抑制底水水侵，延長無水采油期。計(jì)算結(jié)果顯示該井天然水侵速度為60 m3/d，綜合考慮采油強(qiáng)度，設(shè)計(jì)注水強(qiáng)度 50～60 m3/d，則能達(dá)到注水水竄風(fēng)險(xiǎn)和抑制底水錐進(jìn)之間的平衡。通過定量化注水強(qiáng)度設(shè)計(jì)，該井累采油20×104t，目前仍保持無水生產(chǎn)。

2.2 封閉性彈性驅(qū)動(dòng)縫洞油藏注水強(qiáng)度定量化

針對(duì)封閉性彈性驅(qū)動(dòng)縫洞油藏，考慮到注水井多為油井，生產(chǎn)效果變差后轉(zhuǎn)注，導(dǎo)致井組注水時(shí)機(jī)相對(duì)滯后，在開始注水時(shí)，井組存在一定的虧空體積，因此，井組試注階段，多采取高注采比方式。這種注水方式的缺點(diǎn)是注水強(qiáng)度不易控制，注入水容易沿高滲通道突破形成連續(xù)水相。為解決上述問題，借鑒系統(tǒng)試井方法，采取從低到高、逐漸提高注水強(qiáng)度的方式，驗(yàn)證最合理的注水強(qiáng)度，如圖2a所示：第1階段（低注水強(qiáng)度階段），注水后采油井能量變化趨勢(shì)較注水前無明顯變化，注采比偏低；第2階段（高注水強(qiáng)度階段），提高注水強(qiáng)度后，采油井能量上升幅度較大，注采比偏大；第3階段（注采平衡階段），降低注水強(qiáng)度，采油井能量趨于穩(wěn)定，此時(shí)達(dá)到注采平衡，注水強(qiáng)度最佳。

表1 TH12-1井組階段水侵速度統(tǒng)計(jì)

2.3 注水周期定量化

利用井組示蹤劑曲線，實(shí)現(xiàn)注水周期定量化。如圖2b所示，第12天示蹤劑段塞前緣已至采出井，第22天示蹤劑濃度出現(xiàn)峰值，說明示蹤劑段塞已完全突破采出井[10-13]；第39天示蹤劑已完全擴(kuò)散，衰減至正常濃度。根據(jù)上述各時(shí)間節(jié)點(diǎn)，定量化制定周期注水時(shí)間（表2）。

2.4 各向分水率定量化

針對(duì)一注多采井組，各向分水率定量化研究是實(shí)現(xiàn)均衡注采的關(guān)鍵，其計(jì)算共有5個(gè)步驟：

表2 示蹤劑曲線—注水周期定量化解釋

圖2 注水參數(shù)定量化圖版

（1）步驟1，計(jì)算采油井注水前單位壓降采液量：

式中：J為單位壓降采液量，m3/MPa；1Q為注水前階段采液量，m3；1PΔ為注水前階段壓降，MPa。

（2）步驟2，計(jì)算采油井注水階段采油井能量補(bǔ)充：

式中：2PΔ為注水階段能量補(bǔ)充，MPa；PΔ為注水階段地層能量變化量，MPa；2Q為注水階段采液量，m3。

（3）步驟3，計(jì)算絕對(duì)分水量：

式中：W分為絕對(duì)分水量。

（4）步驟4，計(jì)算各向分水率：

式中：Wf為各向分水率，%；Win為日注強(qiáng)度，m3/d。

（5）步驟5，根據(jù)各向分水強(qiáng)度進(jìn)行注采調(diào)整。

以塔河油田 TH-2注水井組為例，該井組前期采取連續(xù)注水+大排量注水方式（2011年 11月至2013年3月），階段注水9.8×104m3，階段增油0.4×104t，階段提高采收率0.4%。當(dāng)注入水突破、采油井含水上升后，首先及時(shí)改變注水方式，采取周期注水+小排量注水方式（2013年3月至2015年3月），其次根據(jù)井組示蹤劑曲線解釋結(jié)果，定量化設(shè)計(jì)注水周期（注25天、停20天），階段注水5.9×104m3，階段增油1.2×104t，含水從連續(xù)注水末期的 90%逐漸下降至 10%，階段提高采收率 2%。通過 TH-2井組的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，說明針對(duì)縫洞型油藏，采取“周期注水+定量化注水”方式，能夠有效提高水驅(qū)采收率。

3 結(jié)論

（1）依據(jù)縫洞精細(xì)刻畫和井間干擾試驗(yàn)結(jié)果，選取單元內(nèi)部關(guān)鍵井，實(shí)現(xiàn)差異化、定量化注采井網(wǎng)構(gòu)建，提高注水有效率15%。

（2）建立風(fēng)化殼巖溶區(qū)多維井網(wǎng)、暗河巖溶區(qū)立體結(jié)構(gòu)井網(wǎng)、斷溶體巖溶區(qū)線狀井網(wǎng)，并相應(yīng)制定不同注水開發(fā)政策。

（3）綜合利用彈性驅(qū)+水壓復(fù)合驅(qū)水侵計(jì)算模型、注采對(duì)應(yīng)曲線、示蹤劑響應(yīng)特征曲線、采油井能量變化曲線，結(jié)合物質(zhì)平衡方法，初步實(shí)現(xiàn)了注水強(qiáng)度定量化、注水周期定量化和各向分水率定量化計(jì)算。

（4）在水侵速度快速上升前提前介入，實(shí)施人工水驅(qū)補(bǔ)充油藏能量，減小油藏與底水壓差，有利于降低水侵速度，抑制底水錐進(jìn)。

（5）定量化周期注水，可進(jìn)一步提高水驅(qū)采收率2%左右。

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