常寶華，李世銀，謝 恩，孫賀東，江杰，陳 苑

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007； 2.中國石油天然氣股份有限公司 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

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一種縫洞型油氣藏水體能量評價方法

常寶華1，李世銀2，謝 恩2，孫賀東1，江杰2，陳 苑1

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007； 2.中國石油天然氣股份有限公司 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

摘要：針對縫洞型油氣藏水體能量評價困難的問題，在儲層特征研究的基礎上，運用物質平衡原理分析了縫洞型油藏見水前后油水產量變化規(guī)律，通過無因次簡化得到產水、產油方程，經過無因次產水方程擬合分析及產油方程擬合驗證，建立了一種新的縫洞型油藏有限水體能量的評價方法。綜合考慮水體規(guī)模、避水高度及連通性等因素，以產水特征為研究對象，采用曲線擬合方法求取水體規(guī)模、避水高度及連通性等相關參數。

關鍵詞：縫洞型油氣藏；水體能量；評價方法

常寶華,李世銀,謝恩,等.一種縫洞型油氣藏水體能量評價方法[J].西安石油大學學報(自然科學版),2016,31(1):53-57.

CHANG Baohua,LI Shiyin,XIE En,et al.A Method for Evaluating the Energy of Water in Fractured-vuggy Reservoirs[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(1):53-57.

引言

縫洞型碳酸鹽巖油氣藏產水規(guī)律不同于砂巖油氣藏，主要是由于碳酸鹽巖儲層的非均質性較強且不具有統(tǒng)一的水體，不同油氣藏單元可能連通不同規(guī)模的水體，這也是造成該類油氣藏水體能量評價較為困難的重要原因[1-5]。目前水體能量的評價方法主要包括地質描述、數值模擬及動態(tài)分析3個方面[6]。針對縫洞型油氣藏，地質描述和動態(tài)分析較為常用，地質描述受地震分辨率制約，僅用于較大規(guī)模水體的識別，動態(tài)分析主要以油氣產量及壓力的變化特征為研究對象，應用油氣藏工程方法進行分析[7]。本文以產水特征為研究對象，分析無因次產水方程，定義水體能量系數，用于表征水體對油氣藏的綜合作用，最終作為評價縫洞型油氣藏水體能量的依據之一。

1油藏背景及問題

塔里木奧陶系縫洞型油氣藏儲層孔、洞相對發(fā)育，而基質滲透性差，主要依靠裂縫溝通孔洞發(fā)育帶，使得僅在裂縫溝通的部分儲層連通較好，造成了儲層具有極強的非均質性，形成由單井或多口井連通的相對獨立的縫洞單元?？p洞單元內部連通性較好，外部基質孔滲較差，油氣富集、運移過程中的水逐漸沉淀至縫洞單元的下部，油氣則主要分布在縫洞單元的中上部。由于縫洞單元溝通情況的不同，就形成了不同規(guī)模的水體，如圖1所示。

圖1　不同規(guī)模水體示意圖Fig.1　Schematic diagram of different size water body

水體對復雜碳酸鹽巖油氣藏開發(fā)的影響一方面表現為補充儲層能量，有益于油氣藏的開發(fā)，另一方面體現在油氣井產水后嚴重影響其產能，不利于提高開發(fā)效果。簡單地通過水體體積規(guī)模參數不能完全體現水體對縫洞型油氣藏的作用是有益還是不利，那么如何表征水體對油氣藏作用的相關研究就具有更重要的意義。

2水體能量評價思路及方法

通過分析縫洞型油氣藏與水體的作用關系及機理，認為水體與油氣藏連通形式、位置關系、連通性及水體規(guī)模等是影響水體對油氣藏作用的主要因素。連通形式，即水體賦存形式，主要包括縫洞單元內部的封存水、通過裂縫溝通的外部水體，外部水體包括規(guī)模較大的地下暗河系統(tǒng)和規(guī)模較小的水體單元。位置關系是指油水界面與井底的相對位置關系，即避水高度。連通性是指水體、油氣藏及生產井之間的連通性，水體與油氣藏之間的連通通道、水體竄入井底的連通通道是斷裂、裂縫網絡或是基質等。水體規(guī)模即水體的體積大小。上述4個因素共同影響水體對油氣藏的作用。

2.1規(guī)模較大水體分析

如何區(qū)分水體是外部連通的大規(guī)模水體還是體積相對較小的水體，從地質角度可以區(qū)分油氣藏是否與大規(guī)模水體(例如：地下暗河系統(tǒng))連通，并通過油氣井的開發(fā)動態(tài)進行驗證，分析是否具有明顯水驅特征。通常表現出的特征有：生產井快速水淹、生產指示曲線后期平緩、產水后產能大幅降低、堵水措施無效、累計產水量大等。

2.2有限水體能量評價

目前的主要問題歸結于體積規(guī)模相對較小的水體(定義為有限水體)的評價。該類水體的能量釋放過程與油氣藏衰竭開采過程類似，主要依靠水體的彈性膨脹能量驅動油氣藏。下面以縫洞型油藏為例進行分析推導論述。

理論模型如圖2所示，圓柱狀模型，生產井位于中心，打開儲層厚度為hs，儲層總厚度為H，封閉邊界半徑為re，底水由油水界面竄至井底。由此水體流動簡化為三部分：打開儲層部分的平面徑向流、未打開儲層部分流動、水體竄至井底的流動。

圖2　有限水體能量評價理論模型Fig.2Theoretical model for energy evaluation of limited water body

平面徑向流：聯立圓形封閉邊界裘比公式和壓縮系數定義式，則有

(1)

式中：qs為平面徑向流部分產量，m3/d；N為原油儲量，m3；pi為原始地層壓力，MPa；pwf為井底壓力，MPa；Bo為原油體積系數；μo為原油黏度，mPa·s；φ為平均孔隙度，%；k為平均等效滲透率，10-3μm2；Ct為綜合壓縮系數，MPa-1；H為儲層厚度，m；hs為打開部分儲層厚度，m；re為油井泄流半徑，m；rw為井徑，m；t為開井時間，d。

以等效滲透率kf表示水體竄至井底的連通性。假設為裂縫溝通，則日產水量表示為

(2)

式中：qw為產水量，m3/d；Vw為水體規(guī)模，m3；Cw為地層水壓縮系數，MPa-1；Bw為地層水體積系數；μw為地層水黏度，mPa·s；w為等效裂縫寬度，m。

根據產水前后分析油井生產情況，在不同階段選用不同的計算公式。

見水前，油井產出流體為單相油，此時打開部分儲層的流體貢獻如公式(1)所示，未打開儲層部分和水體部分對油井的貢獻符合物質平衡方程，則未打開部分儲層與水體部分的體積變化量為對油井的流體供給量，可表示為

(3)

則見水前的日產油量為

qo=qs+qx。

(4)

見水后，油井產出流體為油、水兩相，上部儲層產出油，下部儲層和底水產出部分油和部分水，即下式成立

qox=qx-qw。

(5)

則見水后的日產油量

qo=qs+qox。

(6)

分析日產水公式(6)，變形為

(7)

設定無量綱參數：

則產水量無因次公式變?yōu)?/p>

(8)

日產油的無因次方程表示為

(9)

無因次參數定義：

定義nD的倒數m為水體能量系數，表征底水溝通、避水高度及水體規(guī)模的綜合參數，無量綱。當水體能量系數越大時，表征水體相對于油藏的作用越大，水體能量相對越強。分析該區(qū)塊所有井的水體能量系數，進行能量評價。

參數nD可由qwD-twD曲線擬合得到，公式(8)變形為

(10)

式(10)為線性表達式，斜率為nD，擬合直線，可直接求出水體能量系數m。

由此，可以根據儲層已知參數，通過擬合產油、產水曲線，分析底水能量強弱。根據擬合得到nD后，再結合已知儲層參數，擬合無因次產水、產油曲線，可以得到避水高度、底水與井底溝通的等效滲透率及水體體積等參數。

分析步驟：首先將產水量和時間無因次化，按式(10)得到實際生產的無因次產水曲線，擬合得到nD；其次，結合已知儲層參數，給出初始參數，擬合無因次產水、產油曲線，調整參數避水高度、底水與井底溝通的等效滲透率及水體體積規(guī)模等參數使曲線擬合最好；根據擬合得到參數，計算產油、產水生產曲線，與實際生產曲線對比，擬合最好時，說明參數合理正確，否則重復調參擬合。

針對縫洞型油氣藏，將高氣油比的凝析氣縫洞單元看作小型氣藏，應用相同的分析思路，應用氣體的壓力平方公式推導有限底水型縫洞單元的水體能量問題。

3實例分析及應用

塔里木盆地某區(qū)塊A井，鉆遇奧陶系碳酸鹽巖儲層，為典型縫洞型儲層。該井生產曲線如圖3所示，2013年5月重新開井生產，日產水量呈逐漸遞減趨勢，日產油量相對平穩(wěn)，區(qū)塊綜合壓縮系數為0.002 MPa-1，平均孔隙度為4.1%，地層水壓縮系數0.000 2 MPa-1，平均地層滲透率為0.35×10-3μm2，原油體積系數1.8，地層水體積系數1.02。

圖3　A井生產曲線Fig.3　Production curves of A well

地質認識上，該井連通的油氣藏單元沒有連通大型水體，從生產特征上看，該井日產水量呈遞減趨勢，判斷該井連通有限規(guī)模的水體。按上述方法進行計算分析，圖4、圖5分別為無因次產水量倒數曲線、無因次產水量擬合曲線，基本符合公式(10)所述線性特征，擬合曲線可得水體能量系數為51 165。

圖4　無因次產水量倒數曲線Fig.4　Reciprocal curve of dimensionless water production

圖5　無因次產水量擬合曲線Fig.5　Fitting curve of dimensionless water production

圖6、圖7分別為日產水量、日產油量擬合曲線，通過計算得到的理論曲線與實際生產曲線趨勢一致，誤差較小，由此可以通過擬合實際生產曲線驗證計算模型及擬合參數的正確性。圖8為根據物質平衡原理計算得到的地層壓力曲線，可以分析考慮有限水體影響情況下地層壓力的變化趨勢。計算結果如表1所示，水體與井底溝通等效滲透率為572×10-3μm2，可能通過斷層或垂直裂縫(裂縫網絡)溝通水體與井底，水體倍數約為2，水體規(guī)模有限但溝通較好，且避水高度較小，造成油井開井生產即產水，隨后產水量逐漸減小的生產特征。

圖6　產水量擬合曲線Fig.6　Fitting curve of water production

圖7　產油量擬合曲線Fig.7　Fitting curve of oil production

圖8　地層壓力與井底流壓對比曲線Fig.8　Contrast of formation pressure curve with bottomhole fluid pressure curve

綜上所述，以日產水量為主要分析對象，通過曲線擬合方式求取水體規(guī)模、溝通等效滲透率及水體能量系數等參數，通過生產歷史擬合驗證了參數的正確性。

表1　塔里木盆地某區(qū)塊A井基礎參數及計算結果

參 考 文 獻：

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責任編輯：王輝

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.008中圖分類號：TE344；TE341

文章編號：1673-064X(2016)01-0053-05

文獻標識碼：A

收稿日期：2015-08-08

基金項目：國家自然科學基金“縫洞型碳酸鹽巖油藏溶洞參數識別方法研究”(編號:51074176)

作者簡介：常寶華(1986-)，男，博士，工程師，主要從事油氣藏動態(tài)研究。 E-mail：changbaohua@petrochina.com.cn

A Method for Evaluating the Energy of Water in Fractured-vuggy Reservoirs

CHANG Baohua1,LI Shiyin2,XIE En2,SUN Hedong1,JIANG Jie2,CHEN Yuan1

(1.Langfang Branch,Petroleum Exploration and Development Research Institute of CNPC,Langfang 065007,Hebei,China；2.Tarim Oilfield Company,CNPC,Korla 841000,Xinjiang,China)

Abstract:Aiming at the difficulty in the evaluation of water energy in fractured-vuggy reservoirs,based on the research of reservoir characteristics,the change laws of oil and water production of the fractured-vuggy reservoirs before and after water breakthrough are analyzed using the principle of material balance.The oil and water production equations are obtained by dimensionless analysis,and a method for evaluating water energy in fractured-vuggy reservoirs is established through fitting analysis.Taking the characteristics of the water producing of the fractured-vuggy reservoirs as the research object,the relevant parameters to water energy such as the size of water body,the height of water avoidance and the connectivity of water body are obtained using the curve fitting method.

Key words:fractured-vuggy reservoir;water-body energy;evaluation method