雙重介質(zhì)復(fù)合數(shù)值試井技術(shù)在裂縫性礁灰?guī)r底水油藏中的應(yīng)用

楊 勇，謝日彬,2,3，閆正和，孫常偉，李小東

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；3.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

0 引 言

流花11-1油田為中國海上最大的裂縫性礁灰?guī)r底水油藏，內(nèi)部發(fā)育不確定性裂縫且非均質(zhì)性強(qiáng)，采用天然水驅(qū)水平井開發(fā)。含水上升導(dǎo)致剩余油分布零散，后期加密井平均累計(jì)產(chǎn)油遠(yuǎn)低于早期開發(fā)井，解析試井得出油藏特征與實(shí)際地質(zhì)認(rèn)識(shí)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)吻合性較差，剩余油分布認(rèn)識(shí)及挖潛調(diào)整迫切[1-3]。針對(duì)水平井試井解釋技術(shù)已經(jīng)很成熟，李成勇等建立了水平方向無限延伸條件下的試井模型，采用拉氏反演算法進(jìn)行了求解并繪制了典型特征曲線[4-5]。但針對(duì)裂縫性底水油藏，綜合天然裂縫、多層、底水和水平井的滲流理論的文獻(xiàn)比較少，且主要應(yīng)用雙孔油藏模型解釋天然裂縫油藏中，解釋結(jié)果誤差較大。分形解釋理論和DFN試井解釋理論雖然能更好地描述裂縫油藏，但解釋方法還不成熟[6-7]。為認(rèn)識(shí)該類型油藏儲(chǔ)層物性及滲流機(jī)理，便于后期進(jìn)行加密調(diào)整及增產(chǎn)措施實(shí)施，建立綜合多敏感性分析的三維三相非線性數(shù)值試井解釋模型，解決減少多相流、復(fù)雜邊界、鄰井干擾、邊底水、平面非均質(zhì)影響等情況造成的多解性及雙孔竄流和多層竄流問題。

1 雙重介質(zhì)復(fù)合數(shù)值試井方法及敏感性

1.1 雙重介質(zhì)復(fù)合數(shù)值試井方法

流花11-1油田油層厚度為75 m，地層原油黏度為46.5～129.8 mPa·s，縱向上劃分為4個(gè)高滲層和4個(gè)相對(duì)低滲層，主力生產(chǎn)層位B1層厚度為17.5～26.9 m，平均滲透率為651.0 mD，探明采出程度僅為12%，綜合含水為95.5%，生產(chǎn)過程中地層壓力不下降。油田地層能量強(qiáng)，油層縱向上非均質(zhì)性強(qiáng)，油田內(nèi)部斷層、裂縫、溶洞發(fā)育，屬于裂縫性礁灰?guī)r底水油藏。油田早期開發(fā)井含水上升較慢，后期加密調(diào)整井含水上升快。相對(duì)于成熟的均質(zhì)油藏油水兩相流解析法試井技術(shù)，裂縫性礁灰?guī)r底水油藏水平井?dāng)?shù)值試井分析技術(shù)實(shí)際應(yīng)用較少。生產(chǎn)數(shù)據(jù)及測(cè)井資料顯示，礁灰?guī)r油田存在孔隙和裂縫雙重介質(zhì)，為研究該油田單井控制區(qū)域物性對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響，通過復(fù)合數(shù)值試井建立基本雙重介質(zhì)網(wǎng)格。雙重介質(zhì)模型流體先從裂縫非達(dá)西滲流到井筒[8-9]，再到過渡階段，流體從基質(zhì)巖塊滲流到裂縫，以實(shí)現(xiàn)最終整個(gè)裂縫性礁灰?guī)r儲(chǔ)層系統(tǒng)綜合滲流到井筒內(nèi)階段。從裂縫至井筒，裂縫壓力下降且基質(zhì)內(nèi)壓力大于裂縫內(nèi)壓力，而基質(zhì)到裂縫過程中，基質(zhì)巖塊內(nèi)壓力下降且達(dá)到或等于裂縫內(nèi)壓力。

針對(duì)裂縫性礁灰?guī)r底水油藏滲流特征，提出了水平井雙重介質(zhì)復(fù)合數(shù)值試井技術(shù)。結(jié)合前期地質(zhì)研究成果和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，考慮多影響因素敏感性分析，建立了考慮地質(zhì)條件的三維三相非線性數(shù)值試井解釋模型。該模型主要圍繞井筒建立水平井徑向模型、圍繞邊界和斷層建立分段網(wǎng)格及角點(diǎn)網(wǎng)格模型，疊加后形成Voronoi非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型(圖1)，有效減少多相流、復(fù)雜邊界、鄰井干擾、邊底水、平面非均質(zhì)影響等情況造成的多解性及雙孔竄流和多層竄流問題。

圖1 疊加后Voronoi網(wǎng)格Fig.1 Stacked Voronoi network

1.2 雙重介質(zhì)復(fù)合數(shù)值試井敏感性

為判斷裂縫性雙重介質(zhì)模型數(shù)值試井可靠性，通過導(dǎo)數(shù)曲線對(duì)滲透率水垂比、裂縫發(fā)育層位、竄流系數(shù)及儲(chǔ)能比等影響因素進(jìn)行敏感性研究(圖2)。對(duì)竄流系數(shù)進(jìn)行敏感性分析，雙孔油藏特征只有在線性流階段和徑向流階段出現(xiàn)，其導(dǎo)數(shù)曲線特征比較明顯，其他階段很難分辨。對(duì)裂縫發(fā)育層位研究發(fā)現(xiàn)，若設(shè)定水平井生產(chǎn)同層存在裂縫時(shí)，試井曲線有典型的雙重介質(zhì)特征，而若設(shè)定水平井下部或上部層位，雙對(duì)數(shù)曲線并沒有雙重介質(zhì)特征。彈性儲(chǔ)能比在小于0.5時(shí)，儲(chǔ)能比越小，雙重介質(zhì)越敏感；滲透率水垂比對(duì)雙重介質(zhì)響應(yīng)特征敏感性較弱。

圖2 裂縫性雙重介質(zhì)模型數(shù)值試井敏感性分析Fig.2 Sensitivity analysis of numerical well test for fractured dual-media model

2 裂縫性礁灰?guī)r油藏復(fù)合數(shù)值試井應(yīng)用

由流花11-1油田1998年和2014年2次整體壓力恢復(fù)測(cè)試資料中，篩選出40口井用于壓力恢復(fù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行雙重介質(zhì)復(fù)合數(shù)值試井解釋。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：流花11-1油田儲(chǔ)層壓力水平井恢復(fù)試井曲線主要呈現(xiàn)出線性流、雙線性流和雙孔滲流3類特征。水平井線性曲線主要反映了礁灰?guī)r裂縫不發(fā)育井控范圍內(nèi)相對(duì)均質(zhì)儲(chǔ)層的滲流特征；水平井雙線性流曲線主要反映了礁灰?guī)r高角度裂縫發(fā)育井控范圍內(nèi)的上下層間干擾的非均質(zhì)油藏特征；水平井雙孔滲流曲線主要反映了礁灰?guī)r網(wǎng)狀裂縫發(fā)育且受底水影響嚴(yán)重井控范圍區(qū)域的滲流特征。

2.1 均質(zhì)水平井線性流特征

流花11-1油田少數(shù)水平井壓力恢復(fù)曲線早期徑向流特征不明顯(圖3)，以A井為例，通過對(duì)數(shù)時(shí)間判斷壓力曲線和導(dǎo)數(shù)曲線斜率劃分流動(dòng)特征為4個(gè)周期。前2周期導(dǎo)數(shù)曲線上升是壓力傳到油藏頂部邊界的反映，第3、4周期及以后的導(dǎo)數(shù)曲線為明顯的1/2斜率特征，是水平線性流動(dòng)特征的典型反映，后期導(dǎo)數(shù)沒有下掉。

圖3 A井?dāng)?shù)值模型雙對(duì)數(shù)擬合曲線Fig.3 Double logarithmic fitting curve of numerical model of Well A

A井初期產(chǎn)量高，考慮周圍鄰井建立該油藏地質(zhì)模型建立數(shù)值試井解釋模型(圖4)，水平井線性流后期導(dǎo)數(shù)斜率仍然為1/2，沒有出現(xiàn)下掉，反映關(guān)井測(cè)試的170 h內(nèi)測(cè)試資料沒有探測(cè)到底水的影響。根據(jù)數(shù)值模型可以解釋的各層滲透率及滲透率水垂比，分析其主要原因?yàn)樯a(chǎn)層較厚，油藏下部有底水能量供應(yīng)，底水和井筒之間又有低滲層阻擋底水的水侵和水竄。數(shù)值試井解釋結(jié)果顯示B1層滲透率為408.5 mD,下部低滲層是C和E層，擬合滲透率分別為93.6 mD和34.1 mD。該井沒有污染，有效井長(zhǎng)702.5 m。該井動(dòng)態(tài)顯示累計(jì)產(chǎn)油超30×104m3，且含水上升慢，數(shù)值試井分析結(jié)果與區(qū)域動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)結(jié)合，說明該井距離底水較遠(yuǎn)、井控范圍較大、底水影響弱，區(qū)域仍有比較大潛力可以挖潛，可以通過增大生產(chǎn)壓差方式提高井控儲(chǔ)量下采出程度。

圖4 A井考慮鄰井生產(chǎn)影響數(shù)值模型Fig.4 Numerical model of Well A considering influence of adjacent well production

2.2 非均質(zhì)水平井雙線性流特征

大部分井為水平井雙線性流特征(圖5)，由圖5可知：早期為垂直徑向流，時(shí)間短且特征不明顯；中期為雙線性流階段，具有2個(gè)對(duì)數(shù)周期，斜率為1/4；后期為底水定壓邊界特征。

圖5 B井?dāng)?shù)值模型雙對(duì)數(shù)擬合曲線Fig.5 Double logarithmic fitting curve of numerical model of Well B

以研究區(qū)北部較高部位B井為例，根據(jù)建立的數(shù)值模型擬合的滲透率分析，該井所在層滲透性相對(duì)較好且層厚較薄，因此，產(chǎn)生雙線性流特征。壓力導(dǎo)數(shù)下掉時(shí)間大約在關(guān)井10 h，說明底水的定壓邊界對(duì)該井生產(chǎn)影響較嚴(yán)重，導(dǎo)數(shù)下掉時(shí)間介于線性流特征的井和雙孔定壓邊界特征的井之間，主要是下部層對(duì)于底水定壓邊界具有一定阻擋作用，但阻擋作用不如線性流下部層強(qiáng)大，同時(shí)，下部層滲透性差異比較小造成了底水容易上侵或上竄。10 h后，數(shù)值試井解釋顯示該井具有雙線性特征混合邊界特征，B1層滲透率為408.0 mD，該井沒有污染且水平井長(zhǎng)為721.0 m。井儲(chǔ)系數(shù)C值為7.2 m3/MPa。動(dòng)態(tài)特征是初期產(chǎn)油能力高、含水上升速度較快。數(shù)值試井解釋結(jié)果與動(dòng)態(tài)相結(jié)合表明，后期底水上竄影響累產(chǎn)，建議該井生產(chǎn)壓差放小或者采取穩(wěn)油控水方式對(duì)該井進(jìn)行改造。

2.3 水平井雙孔滲流特征

流花11-1油田后期加密水平井壓力恢復(fù)曲線主要呈雙孔滲流特征(圖6)，依次可以劃分為垂直徑向流、線性流、系統(tǒng)徑向流、底水定壓邊界和雙孔竄流流動(dòng)共同作用4個(gè)流動(dòng)階段。以主區(qū)北部構(gòu)造下降區(qū)域附近發(fā)育斷層的C井為例，完井層位為上部層位儲(chǔ)層物性好，其動(dòng)態(tài)特征為初期產(chǎn)油能力低、累計(jì)產(chǎn)油量低、含水上升速度快，開井水淹且采液指數(shù)高。關(guān)井1 h導(dǎo)數(shù)曲線開始下掉，反映該井邊底水影響比較嚴(yán)重，與投產(chǎn)初期含水達(dá)到了84.7%動(dòng)態(tài)特征相吻合。由于受底水影響比較嚴(yán)重，該井動(dòng)用的儲(chǔ)量主要位于油藏下部，上部油藏動(dòng)用范圍有限，仍有比較大的開發(fā)潛力。

圖6 C井?dāng)?shù)值模型雙對(duì)數(shù)擬合曲線Fig.6 Double logarithmic fitting curve of numerical model of Well C

3 數(shù)值試井與解析試井解釋結(jié)果對(duì)比

對(duì)于裂縫性礁灰?guī)r油藏，多層之間滲透率的差異和油藏邊底水的強(qiáng)弱是影響生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的主要因素，而在海上油田最大產(chǎn)液量下，生產(chǎn)壓差一定時(shí)，水平段長(zhǎng)度影響底水水脊上升速度。數(shù)值模型與解析模型解釋的滲透率和有效水平段長(zhǎng)度有較好的線性關(guān)系，2個(gè)主要參數(shù)均能反映油藏的滲流特征(圖7)。解析解可用定壓邊界等效考慮邊底水影響，但不能考慮多層之間滲透率的差異；數(shù)值試井用數(shù)值解的方法，既能考慮底水能量，又能考慮多層之間滲透率的差異。數(shù)值模型可以結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)認(rèn)識(shí)更加貼合實(shí)際動(dòng)態(tài)，更有助于對(duì)目標(biāo)井進(jìn)行解釋分析。

圖7 解析和數(shù)值模型解釋滲透率和有效井長(zhǎng)交會(huì)圖Fig.7 Crossplot of interpreted permeability by analytical and numerical model versus effective well length

表1為雙重介質(zhì)數(shù)值試井與實(shí)際取心資料的對(duì)比結(jié)果，對(duì)于裂縫性礁灰?guī)r油藏，該方法采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，考慮了底水能量和多層差異的影響，刻畫了油藏水平井長(zhǎng)度和位置、小層非均質(zhì)和油藏邊界的底水影響，雙重介質(zhì)數(shù)值試井解釋結(jié)果與取心實(shí)驗(yàn)資料對(duì)比更加吻合。

表1 雙重介質(zhì)數(shù)值試井與實(shí)際取心實(shí)驗(yàn)資料對(duì)比Table 1 Comparison of dual-media numerical well test and coring experiment data

4 結(jié) 論

(1) 數(shù)值試井解釋模型通過設(shè)置復(fù)雜儲(chǔ)層不同區(qū)域的參數(shù)，有效呈現(xiàn)了儲(chǔ)層非均質(zhì)性和復(fù)雜邊界效應(yīng)，影響因素敏感性分析確保了模型的可靠性。通過數(shù)值試井解釋結(jié)果與解析法試井解釋結(jié)果的綜合分析，降低了裂縫性復(fù)雜儲(chǔ)層水平井?dāng)?shù)值試井解釋結(jié)果的多解性。

(2) 數(shù)值試井解釋的應(yīng)用可以更好地描述該油田多層非均質(zhì)底水上升情況，比解析試井得到的油藏參數(shù)更可靠。

(3) 利用試井解釋的滲透率與孔隙度校正測(cè)井?dāng)?shù)值，分析油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，指導(dǎo)測(cè)井解釋模型建立，為該油藏后續(xù)挖潛和生產(chǎn)提供了重要依據(jù)。