楊 紅，趙習(xí)森，陳龍龍，王 宏，王 偉， 趙 洋，李 劍，黃春霞

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075； 2.陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075)

隨著我國(guó)油田勘探開發(fā)工作的逐步深入和陸上各大油田逐漸進(jìn)入開發(fā)中后期，目前新投入開發(fā)的油田中低滲透等難以動(dòng)用的儲(chǔ)量所占比重逐年增加[1-3]，常規(guī)的注水開發(fā)方式在該部分儲(chǔ)層中由于存在注入性差和波及范圍有限等問題而開發(fā)效果不明顯，CO2驅(qū)因其具有改善油水流度比、溶解膨脹、降低油水界面張力等作用可以大幅提高水驅(qū)難以動(dòng)用儲(chǔ)層的采收率而備受關(guān)注[4-6]。在CO2驅(qū)過程中，盡管不同儲(chǔ)層物性不同，但由其非均質(zhì)性所引起的CO2氣竄問題卻均不同程度存在，且一直是學(xué)者研究的焦點(diǎn)。針對(duì)CO2氣竄的問題，通常采用水氣交替注入、泡沫調(diào)剖和凝膠封堵的防控措施來(lái)擴(kuò)大CO2波及體積以提高驅(qū)油效果；然而，在利用此類措施前，準(zhǔn)確識(shí)別實(shí)際儲(chǔ)層中竄流通道方向和確定其物性參數(shù)是確保上述措施行之有效的必要前提[7-9]。氣相示蹤技術(shù)可用于判斷注入井和生產(chǎn)井的井間連通性和確定儲(chǔ)層非均質(zhì)性，近年來(lái)已在我國(guó)多個(gè)油田開展了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，其主要是通過在注入井中注入具有性質(zhì)穩(wěn)定、混溶性強(qiáng)、在地層中滯留率低、安全環(huán)保等特征的氣相物質(zhì)，并在周圍生產(chǎn)井對(duì)其產(chǎn)出濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[10-14]。

延長(zhǎng)油田喬家洼油區(qū)屬于典型的低孔、特低滲透油藏，油區(qū)于2012年開始注氣開發(fā)，并在試驗(yàn)初期取得了良好的CO2驅(qū)油效果，與此同時(shí)，隨著CO2注入量的增大和試驗(yàn)區(qū)注氣壓力的升高，目前現(xiàn)場(chǎng)已有多口受益油井出現(xiàn)不同程度的氣竄，且具有一定的方向性。為進(jìn)一步提高試驗(yàn)區(qū)CO2驅(qū)油效果，準(zhǔn)確判斷氣竄井CO2來(lái)源和識(shí)別CO2竄流通道，并以此為基礎(chǔ)針對(duì)性的開展調(diào)剖封堵措施成為必然。為此，在分析目標(biāo)區(qū)域CO2驅(qū)油效果和氣竄情況的基礎(chǔ)上，以45543-09井作為注入井開展了氣相示蹤劑的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值分析，并以此為依據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)注入井注入工藝進(jìn)行了調(diào)整(圖1)。

圖1 試驗(yàn)區(qū)45543-09井位連通方向示意圖Fig.1 Connecting direction schematic diagram of well 45543-09 in test area

1 CO2驅(qū)油概況

喬家洼油區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡的中北部，其主力含油層位為延長(zhǎng)組長(zhǎng)62油層，儲(chǔ)層巖性為細(xì)-中砂巖，儲(chǔ)層具有低孔、特低滲、微細(xì)喉、低飽和、層狀巖性油藏的特點(diǎn)，其平均孔隙度為12.8%，平均滲透率為1.2×10-3μm2，平均含油飽和度為42.2%，油藏平均埋深1 617 m，有效厚度約12 m，含油面積8.3 km2，探明地質(zhì)儲(chǔ)量249×104t。

油區(qū)于2012年9月開始CO2驅(qū)油試驗(yàn)，目前有二氧化碳注入井共5口，受控油井33口，其中一線受益井23口。截至目前，地層壓力已由CO2注入前的3.8 MPa恢復(fù)到目前的8.2 MPa，注氣區(qū)產(chǎn)量呈現(xiàn)“兩升一穩(wěn)”的良好生產(chǎn)態(tài)勢(shì)：日產(chǎn)液由0.50 t/d上升至1.17 t/d，日產(chǎn)油由0.17 t/d上升至0.35 t/d，綜合含水穩(wěn)定在60%左右。

在注氣效果逐步顯現(xiàn)的同時(shí)，油區(qū)部分生產(chǎn)井陸續(xù)出現(xiàn)不同程度的氣竄情況，且CO2氣竄呈現(xiàn)較為明顯的方向性。具體表現(xiàn)為：隨著目標(biāo)井區(qū)CO2的不斷注入，先后有6口受益油井出現(xiàn)不同程度的氣竄情況，其中喬44-2井見氣時(shí)間較其他受益油井更為提前，目前6口氣竄井產(chǎn)出氣中CO2氣體相對(duì)濃度為50%～100%。同時(shí)，CO2氣竄方向主要表現(xiàn)為“北東-西南”向的特征。

2 氣相示蹤劑監(jiān)測(cè)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

SP3402氣相色譜儀(配ECD監(jiān)測(cè)器)。

空氣為平衡氣、六氟化硫標(biāo)準(zhǔn)氣體質(zhì)量濃度為10.0 μg/L、純度為99.99%的氮?dú)?載氣)。

色譜柱：石英毛細(xì)柱30 m；柱前壓力0.08 MPa、分流流量100 mL/min、監(jiān)測(cè)器溫度250 ℃、柱箱溫度100 ℃、進(jìn)樣器溫度100 ℃。

2.2 示蹤劑注入

1) 關(guān)停注氣井，連接好注入管線并試壓，確保注入井口及管線不漏氣。

2) 開啟盛有氣相示蹤劑的高壓容器，啟動(dòng)注入泵，注入氣相示蹤劑。

3) 記錄氣相示蹤劑注入壓力和注入量(現(xiàn)場(chǎng)注入壓力為9 MPa，注入量為400 kg)。

4) 注入結(jié)束，開啟正常注氣，并開展采油井定期取樣監(jiān)測(cè)。

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

以45543-09井作為氣相示蹤劑注入井，選取9口受益油井作為監(jiān)測(cè)井。9口監(jiān)測(cè)井的示蹤劑產(chǎn)出動(dòng)態(tài)顯示：其中5口井沒有氣相示蹤劑的產(chǎn)出，45543-01井、喬46-01井、喬46-02井和45545井的示蹤劑產(chǎn)出動(dòng)態(tài)和具體參數(shù)分別見圖2和表1。其中，雙峰曲線的峰值濃度和峰值時(shí)間均按第一個(gè)峰值進(jìn)行計(jì)算。

由圖2可知，4口井的示蹤劑產(chǎn)出動(dòng)態(tài)均有所不同，45545井和45543-01井示蹤劑產(chǎn)出曲線呈現(xiàn)單峰的形態(tài)，喬46-01井和喬46-02井則呈雙峰的形態(tài)。具體表現(xiàn)為：45543-01井曲線主體表現(xiàn)出示蹤劑突破后其濃度值上升緩慢，待達(dá)到峰值后迅速降至本底的特征，這說明該井與注入井間優(yōu)勢(shì)通道厚度薄、體積小，通道主要以高滲透“小夾層”的形態(tài)出現(xiàn)；45545井示蹤劑產(chǎn)出曲線與45543-01井相似，結(jié)合表1可知，該井氣體前緣推進(jìn)速度較快，為9.6 m/d，這說明該井與注入井優(yōu)勢(shì)通道滲透率較45543-01井高；喬46-01井示蹤劑產(chǎn)出曲線呈雙峰的形態(tài)，兩個(gè)峰值均呈快速突破和快速降至本底的特征，且峰值濃度均較低，結(jié)合表1可知，其氣體前緣推進(jìn)速度最慢，達(dá)到3.7 m/d，這說明該井與注入井間僅存在兩個(gè)物性較差的優(yōu)勢(shì)通道，優(yōu)勢(shì)通道以多個(gè)“小夾層”的形式存在；喬46-02井示蹤劑產(chǎn)出曲線表現(xiàn)出第一個(gè)峰值濃度突破較慢、峰值濃度高且下降緩慢的特征，第二個(gè)峰值濃度突破迅速、峰值濃度極高且下降迅速，結(jié)合表1可知，兩個(gè)峰值濃度分別達(dá)到1 910.0 μg/L和5 754.0 μg/L，其氣體推進(jìn)前緣速度最快，達(dá)到11.8 m/d(現(xiàn)場(chǎng)觀察到該井氣竄較嚴(yán)重也驗(yàn)證了這一點(diǎn))，這說明該井與注入井間存在兩個(gè)大的優(yōu)勢(shì)通道，且兩個(gè)優(yōu)勢(shì)通道的差異較大，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

2.4 數(shù)值分析

利用半解析示蹤解釋軟件對(duì)各井的示蹤劑產(chǎn)出曲線進(jìn)行了擬合。比較圖2中4口井的實(shí)測(cè)曲線和擬合曲線可知，4口井的實(shí)測(cè)曲線和擬合曲線一致性較好。從表2示蹤劑解析參數(shù)表可知，45543-01井和45545井與注入井間均存在單一優(yōu)勢(shì)通道，其厚度相近，但通道滲透率差異較大，這是造成兩者氣體前緣推進(jìn)速度差異的主要原因。喬46-01井和喬46-02井均存在兩個(gè)優(yōu)勢(shì)通道， 但前者主要以“小夾層”的形式存在，主要表現(xiàn)出厚度薄、滲透率低的特征，其滲透率分別為9.54×10-3μm2和17.02×10-3μm2；喬46-02井優(yōu)勢(shì)通道發(fā)育最為明顯，兩個(gè)通道厚度均較大，滲透率均較高，這造成該井示蹤劑產(chǎn)出濃度大大高于其他井，并成為現(xiàn)場(chǎng)注入示蹤劑產(chǎn)出的主要井。

圖2 氣相示蹤劑產(chǎn)出動(dòng)態(tài)Fig.2 Production performance of gas phase tracer

表1 監(jiān)測(cè)井示蹤劑產(chǎn)出參數(shù)Table 1 Parameters of tracer production in monitoring well

注入井監(jiān)測(cè)井井距/m突破時(shí)間/d峰值時(shí)間/d峰值濃度/(μg/L)前緣推進(jìn)速度/(m/d)45543-01280526675.65.445543-09喬46-0117046481.73.7喬46-0226022521 910.011.845545500528096.99.6

表2 示蹤劑解析參數(shù)表Table 2 Analytical parameters of tracer

圖3 45543-01井生產(chǎn)曲線Fig.3 Production curve of well 45543-01

3 現(xiàn)場(chǎng)措施調(diào)整

依據(jù)氣相示蹤劑監(jiān)測(cè)所得到的各監(jiān)測(cè)井與注入井井間連通情況和解析得到的優(yōu)勢(shì)通道物性參數(shù)，結(jié)合前期室內(nèi)氣竄控制方法的適用性研究，從2016年7月至2017年3月，對(duì)45543-09井實(shí)施水氣交替注入，期間累計(jì)注入水約1 800.32 m3，注入CO2約2 720.48 m3，水氣交替結(jié)束后繼續(xù)開展CO2連續(xù)注入。其中，水氣交替注入速度為15 m3/d，段塞尺寸約75 m3，水氣比約1∶1.5。

從現(xiàn)場(chǎng)4口油井的生產(chǎn)情況了解到，45543-01井和喬46-01井受效明顯，且主要表現(xiàn)出見效快、受效持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，而喬46-02井和45545井則效果甚微(喬46-01井受效情況與45543-01井基本相同，僅列出45543-01井生產(chǎn)曲線，具體見圖3)。具體表現(xiàn)為：在水氣交替注入約1周后，45543-01井日產(chǎn)液量和日產(chǎn)油量均出現(xiàn)明顯升高，平均日產(chǎn)液量由注入前0.87 t/d升高至2.62 t/d，平均日產(chǎn)油量則由0.57 t/d上升至0.92 t/d，綜合含水率由注入前的34.27%上升至65.50%，套管氣監(jiān)測(cè)到的CO2組分濃度由96.44%下降至76.84%，且在水氣交替注入期間基本保持不變，但該井受效時(shí)間卻不足180 d(套管氣中CO2組分濃度迅速升高)。

45543-01井和喬46-01井受效明顯，而喬46-02井和45545井基本沒有見效，這主要是由于受效井與注入井間優(yōu)勢(shì)通道滲透率分別為44.13×10-3μm2和9.54×10-3μm2、17.02×10-3μm2，其與區(qū)域基質(zhì)滲透率級(jí)差分別為36.78、7.95和14.18，這均在水氣交替可抑制氣竄的滲透率級(jí)差范圍內(nèi)(水氣交替抑制氣竄的滲透率級(jí)差上限約為30)[15]；喬46-02井和45543井與注入井間優(yōu)勢(shì)通道與基質(zhì)滲透率級(jí)差均大于80，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了水氣交替注入所能抑制氣竄的滲透率級(jí)差范圍。

目標(biāo)區(qū)域儲(chǔ)層氣竄以微裂縫竄流為主的特點(diǎn)和水氣交替注入后明顯改善了由其引起的氣竄，這說明水氣交替注入在一定程度上可以改善儲(chǔ)層平面波及狀況；另外，水氣交替注入過程中水的重力分異和氣的超覆作用，促使其在一定范圍內(nèi)可以有效調(diào)整縱向上的注入剖面。

4 結(jié) 論

1) 明確了4口監(jiān)測(cè)油井與注氣井的井間優(yōu)勢(shì)通道發(fā)育情況。具體為45543-01井、45545井和喬46-01、喬46-02井與注入井分別存在一個(gè)和兩個(gè)優(yōu)勢(shì)通道，其等效滲透率依次為44.13×10-3μm2、9.54×10-3μm2和17.02×10-3μm2、136.15×10-3μm2和184.87×10-3μm2、104.27×10-3μm2。

2) 在45543-09井開展水氣交替注入試驗(yàn)，并在45543-01井和喬46-01井取得了較好的增油效果。