李小波 ，榮元帥，龍喜彬，吳 鋒，王可可

1.中國(guó)石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊830011

2.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)，四川 成都610500

引 言

塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏是經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與古巖溶共同作用形成的、以巖溶縫洞為主控因素、以縫洞儲(chǔ)集體控藏為主的復(fù)雜油氣藏[1]。在風(fēng)化面剝蝕區(qū)、地下暗河系統(tǒng)和深大斷裂帶附近是形成規(guī)模較大縫洞連通體的有利區(qū)域；而多井縫洞單元為大尺度縫洞連片分布的縫洞連通體[2-4]。單元高產(chǎn)井在生產(chǎn)特征上整體表現(xiàn)為：初期產(chǎn)能高穩(wěn)產(chǎn)期較長(zhǎng)、一般不含水、彈性能量充足；中期呈快速遞減、開(kāi)始見(jiàn)水；后期含水快速上升或暴性水淹、產(chǎn)量大幅遞減。由于受構(gòu)造和連通性影響單元高產(chǎn)井呈現(xiàn)同時(shí)水淹或逐井水淹的特征。尤其對(duì)高產(chǎn)單元強(qiáng)邊、底水竄進(jìn)對(duì)油井產(chǎn)量的損失是巨大的，現(xiàn)場(chǎng)已證實(shí)對(duì)此類(lèi)水淹井進(jìn)行堵水等措施挖潛效果均較差，高產(chǎn)井水淹后恢復(fù)生產(chǎn)，產(chǎn)量一般占水淹前穩(wěn)產(chǎn)的10%～20%。所以，有必要分析油井水淹前的生產(chǎn)特征，找到其生產(chǎn)動(dòng)態(tài)上的異常信號(hào)，以控制高產(chǎn)井的見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)。

文章通過(guò)對(duì)已水淹高產(chǎn)井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的分析找出了水淹前的異常信號(hào)，并利用井筒節(jié)點(diǎn)分析方法和流體力學(xué)軟件開(kāi)展了強(qiáng)邊、底水竄進(jìn)機(jī)理研究，論證水淹前異常信號(hào)的正確性，提出見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警控制方法，為油田對(duì)高產(chǎn)井實(shí)施見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警以延長(zhǎng)油井的見(jiàn)水時(shí)間提供理論依據(jù)。

1 強(qiáng)邊、底水竄進(jìn)油井動(dòng)態(tài)特征

塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏以縫洞單元為基本的開(kāi)發(fā)單元，縫洞單元強(qiáng)調(diào)了流體連通性及滲流差異，是具有統(tǒng)一壓力系統(tǒng)和油水關(guān)系的獨(dú)立油氣藏[5]。塔河碳酸鹽巖油藏受古巖溶和多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，在風(fēng)化面剝蝕區(qū)易形成的溶洞發(fā)育區(qū)、地下暗河系統(tǒng)易發(fā)育多套縫洞系統(tǒng)、在斷控巖溶發(fā)育帶都易形成縫洞規(guī)模較大的儲(chǔ)集體。

這些縫洞發(fā)育區(qū)形成規(guī)模較大的縫洞單元，縫洞單元整體表現(xiàn)為儲(chǔ)集體規(guī)模大、彈性能量充足、邊底水能量強(qiáng)、井間連通性好。這種強(qiáng)邊、底水單元往往呈現(xiàn)出油井同時(shí)暴性水淹或逐井暴性水淹特征[6-8]。

通過(guò)對(duì)塔河油田縫洞型油藏332 口已水淹中高產(chǎn)井統(tǒng)計(jì)表明，有210 口井在水淹前存在異常信號(hào)，占水淹中高產(chǎn)井?dāng)?shù)的63.3%。從動(dòng)態(tài)特征統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)水竄突破井底前最突出的3 點(diǎn)表現(xiàn)為：（1）水錐突破前油壓下降趨勢(shì)變緩；（2）突破節(jié)點(diǎn)前出現(xiàn)油壓出現(xiàn)小幅度上揚(yáng)（多為0.1～0.2 MPa，一般＜0.5 MPa）；（3）油井會(huì)由不含水到零星含水或者由零星含水到連續(xù)含水，部分井也伴有產(chǎn)量上升、套壓上升現(xiàn)象。如T1 井（圖1），初期6 mm 油嘴，160 t/d 自噴穩(wěn)定生產(chǎn)；中期油壓保持穩(wěn)定，產(chǎn)量逐漸上升到170 t/d，不含水生產(chǎn)；末期油壓小幅上升（7.8 MPa 上升到8.2 MPa），產(chǎn)量突然從178 t/d 上升到202 t/d后，油井開(kāi)始見(jiàn)水，短期內(nèi)暴性水淹，油井停噴。所以，油井水淹前油壓和產(chǎn)量的異常波動(dòng)為水淹前的重要異常信號(hào)。

表1 塔河縫洞型油藏中高產(chǎn)井異常信號(hào)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of signals of water flood risks of high-yield wells in Tahe vug reservoir

圖1 TH10420X 井暴性水淹生產(chǎn)曲線Fig.1 TH10420X storm flooded wells production curve

2 強(qiáng)邊、底水竄流機(jī)理研究

2.1 油藏能量階段接替

根據(jù)縫洞型碳酸鹽巖油藏強(qiáng)邊、底水油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，從油井累產(chǎn)液量和油壓的關(guān)系曲線可以將油藏能量補(bǔ)給和接替劃分為以下3 個(gè)階段：

純彈性驅(qū)階段：表現(xiàn)為油藏壓力擴(kuò)散到油體邊界前的壓力變化特征，階段的長(zhǎng)短反映油體規(guī)模的大?。ㄈ鐖D2 的AB 段）。

彈性驅(qū)向水驅(qū)過(guò)渡階段：油藏壓力擴(kuò)散至油體邊界后彈性能量衰減，邊底水尚未突破井底的驅(qū)替階段；BC 段的斜率反映的是油體能量的衰竭速度，CD 段反映的是邊底水已開(kāi)始補(bǔ)充，其長(zhǎng)短反映邊底水的能量大小，BD 段油藏能量逐漸從彈性驅(qū)過(guò)渡到邊、底水驅(qū)。

純邊、底水驅(qū)階段：DE 段水體推進(jìn)到井底附近油壓出現(xiàn)異常波動(dòng)，一般油壓多以上升為主；EF 段水體突破到井底，油管中含水率上升，油井油壓快速下降。

從油藏的水體突破階段分析，油井投產(chǎn)后，在油藏內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)壓降漏斗；當(dāng)達(dá)到一定壓降后，邊、底水侵入，水的流動(dòng)阻力小于油的流動(dòng)阻力，水體不斷向井底推進(jìn)；隨著開(kāi)采的進(jìn)行，水量侵入增加，一旦水體進(jìn)入壓力快速下降區(qū)域，水體將快速突破井底即從托錐期進(jìn)入到突破期。

圖2 強(qiáng)邊、底水縫洞型油藏油井能量階段劃分示意Fig.2 Wells energy phasing diagram of strong edge and bottom water fractured-vuggy reservoir

2.2 突破機(jī)理分析

縫洞型碳酸鹽巖油藏大尺度縫洞體內(nèi)流體的流動(dòng)屬于管流，屬于流體力學(xué)范疇，其流動(dòng)遵循有黏流伯努利定理。為了進(jìn)一步分析強(qiáng)邊、底水的突破機(jī)理和驗(yàn)證水淹前的異常信號(hào)，對(duì)于溶洞系統(tǒng)和井筒中的流體流動(dòng)采用伯努利方程分析[9-13]。

在純彈性驅(qū)動(dòng)階段（圖2，AB 段），當(dāng)水侵入之前，溶洞系統(tǒng)內(nèi)為單相流，從油藏和井筒井底壓力分別表示為式（1）和（式2）

式中：pe—油藏壓力，MPa；

pwf—井底流壓，MPa；

ρo—油的密度，kg/m3；

g—重力加速度，m/s2；

hf—油藏厚度，m；

νf—井底流速，m/s；

pwh—井口壓力，MPa；

Hw—井筒深度，m；

vh—井口流速，m/s；

Δpf油(q)—井筒油相流動(dòng)摩阻，MPa。

假設(shè)井筒半徑不變，則井底流速等于井口流速，則上式可簡(jiǎn)化為式（3）

當(dāng)井筒單相穩(wěn)定流動(dòng)的時(shí)候，井筒流動(dòng)摩阻不變即Δpf油(q)不變，pwf增大時(shí)pwh增大；從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的井底流壓和井口油壓關(guān)系也可以看出，兩者呈正相關(guān)（圖3，AB 段）。

當(dāng)水侵入地層以后（圖2，BD 段），會(huì)出現(xiàn)油水兩相流動(dòng)，但在大尺度通道的縫洞型油藏中毛管力可以不考慮，兩相流動(dòng)消耗的能量將比單相油流少，由于水油流度相差大，強(qiáng)底水將具有較快的流動(dòng)速度。則油藏壓力表示為

式中：ρo,w—井筒油水兩相的混合密度，kg/m3。

在底水竄入到井底附近時(shí)會(huì)使溶洞系統(tǒng)的壓力發(fā)生震蕩，這種震蕩會(huì)以壓力波的形式很快傳到溶洞體內(nèi)的各個(gè)位置，因此對(duì)井底流壓會(huì)有一定的影響。由于井筒附近壓差更大，底水的竄進(jìn)速度增加，井底流壓將出現(xiàn)短暫的上升，同時(shí)在油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)上表現(xiàn)為：油壓波動(dòng)（一般表現(xiàn)為上升特征）、油量上升（圖2，DE 段；圖3，BC 段）。

底水開(kāi)始進(jìn)入井筒后，由于油藏深度平均大于5 000 m，需克服油水密度差的能量損耗，井筒內(nèi)靜水柱壓力增大，油從井底流到井口剩余壓力減少，所以井口油壓急劇降低，且油井開(kāi)始見(jiàn)水，短期內(nèi)油井含水快速上升或暴性水淹（圖2，EF 段；圖3，CD 段）。

圖3 TH10422X 井底流壓和井口油壓關(guān)系曲線Fig.3 Flowing bottom hole pressure and well head oil pressure relationship curve of Well TH10422X

從圖4（b-1，b-2）圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，分布有序的流線變得雜亂和密集。從流體力學(xué)原理可以知道，流線簇的疏密程度反映了該時(shí)刻流場(chǎng)中各點(diǎn)速度的變化情況，疏的地方流速變化慢，密的地方變化快。這使溶洞內(nèi)部本身處于均勻分布的壓力場(chǎng)產(chǎn)生局部高壓或低壓區(qū)，形成震蕩的壓力波。從（c-1，c-2）圖對(duì)比看出，溶洞中有水體侵入的地方流速出現(xiàn)局部增大，使得溶洞系統(tǒng)的壓力發(fā)生震蕩。從（d-1，d-2）圖對(duì)比看出，突破后的井口壓力升高。

通過(guò)對(duì)強(qiáng)邊、底水竄進(jìn)前后和突破井底前后井底流壓，井口油壓的綜合分析，高產(chǎn)井從底水開(kāi)始竄進(jìn)-底水突破井底-井口見(jiàn)水，油井的井口油壓和產(chǎn)量都會(huì)出現(xiàn)異常波動(dòng)，這種油壓和產(chǎn)量的波動(dòng)是預(yù)測(cè)和判定高產(chǎn)油井水淹風(fēng)險(xiǎn)的重要依據(jù)。

圖4 水體侵入之前、水體侵入后油相、流線、速度及壓力分布Fig.4 Oil phase，flow lines，velocity and pressure distribution before and after water intrusion

3 高產(chǎn)井見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法

由于不同水淹類(lèi)型和水體強(qiáng)弱在動(dòng)態(tài)曲線上將有不同程度的反映信號(hào)，對(duì)于水淹預(yù)警信號(hào)的捕捉與研究，是進(jìn)行高產(chǎn)井生產(chǎn)控制的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已水淹的高產(chǎn)井統(tǒng)計(jì)表明：在相對(duì)穩(wěn)定工作制度下異常信號(hào)類(lèi)型可劃分為：（1）油壓小幅下降后上升，產(chǎn)量穩(wěn)定；（2）產(chǎn)量穩(wěn)定，油壓、套壓上升型；（3）油壓、產(chǎn)量同時(shí)小幅上升[14-15]。

對(duì)于高產(chǎn)井見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提出了分階段控制方法，根據(jù)油井所處的生產(chǎn)階段分為：（1）純彈性驅(qū)階段：制定初期合理工作制度，控制產(chǎn)油量，延長(zhǎng)彈性能量的釋放時(shí)間；根據(jù)油體規(guī)模，選擇適當(dāng)油嘴大小。（2）彈性驅(qū)向水驅(qū)過(guò)渡階段：水驅(qū)開(kāi)始啟動(dòng)，油壓遞減速度減緩，即時(shí)進(jìn)行主動(dòng)控嘴，延長(zhǎng)油井無(wú)水期。（3）純邊、底水驅(qū)階段：油壓出現(xiàn)小幅上升，油量波動(dòng)，這時(shí)底水已經(jīng)達(dá)到井底附近，應(yīng)大幅度控制產(chǎn)量或關(guān)井，以控制底水的竄進(jìn)，實(shí)現(xiàn)水體的橫向擴(kuò)散。如圖5 所示，T2 井見(jiàn)水前的異常信號(hào)為：油壓從4.8 MPa 上升到5.3 MPa、日產(chǎn)油量產(chǎn)量從214 t 增加到238 t、且開(kāi)始零星見(jiàn)水，當(dāng)采取油嘴從10 mm 下調(diào)到6 mm 的大幅度控嘴措施后，有效延緩了底水快速上升，防止了油井的暴性水淹。

圖5 S99 井見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警控制Fig.5 Water flood risk and control of Well S99

對(duì)高產(chǎn)油井實(shí)施提前見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是現(xiàn)場(chǎng)高產(chǎn)井穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵?？梢愿鶕?jù)油井所處的不同生產(chǎn)階段進(jìn)行見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警以實(shí)現(xiàn)油井的穩(wěn)產(chǎn)、延長(zhǎng)無(wú)水生產(chǎn)期，從而進(jìn)一步提高單元油井采出程度。

4 結(jié) 論

（1）強(qiáng)邊、底水油藏能量接替階段可以分為：純彈性驅(qū)階段、彈性驅(qū)向水驅(qū)過(guò)渡階段、純邊、底水驅(qū)階段。

（2）利用水淹前油井的油壓和產(chǎn)量異常波動(dòng)特征可以作為預(yù)測(cè)強(qiáng)邊、底水突破到井底附近的重要信號(hào)。

（3）根據(jù)油井所處的生產(chǎn)階段不同，對(duì)于高產(chǎn)井見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提出了分階段控制方法，將油井的水淹由被動(dòng)控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)控制，為油田高產(chǎn)井穩(wěn)產(chǎn)和油井見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供了依據(jù)。

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