付亞飛，李 璐，侯獻(xiàn)海，趙 洋，李柏頡

(中國(guó)石化西北油田分公司 采油二廠，新疆 輪臺(tái) 841604)

塔河油田碳酸鹽巖油藏地質(zhì)特征復(fù)雜，其屬于改造型油藏，經(jīng)過(guò)多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和溶蝕作用，發(fā)育特有的縫—洞型結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集體系統(tǒng)，其儲(chǔ)集空間在橫向展布和縱向發(fā)育上具有特殊規(guī)律性，儲(chǔ)層具有極強(qiáng)非均質(zhì)性，不同縫洞系統(tǒng)可能具有不同的能量特征[1-3]。在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)注水方式補(bǔ)充地層能量，注水替油吞吐生產(chǎn)是常用開(kāi)發(fā)方法[4]。單井在經(jīng)歷多輪次注水替油后，由于近井剩余油減少往往導(dǎo)致效果變差。改變注水方式提高注水壓力是單井常規(guī)注水替油變差后的有效治理方式[5-9]。通過(guò)高壓注水使水驅(qū)波及范圍由井周走向遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體，同時(shí)高壓可以提高儲(chǔ)集體通道之間導(dǎo)流能力，動(dòng)用遠(yuǎn)端低動(dòng)用儲(chǔ)量。但是由于對(duì)高壓注水的流動(dòng)過(guò)程、關(guān)鍵影響因素認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致高壓注水有效率難以得到保障。基于在封閉雙系統(tǒng)離散介質(zhì)模型中表征注采過(guò)程與地質(zhì)地質(zhì)體資料分析，對(duì)高壓注水的影響因素綜合分析，建立有利模式，規(guī)避不利因素，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)特征利用體積雕刻法，對(duì)計(jì)算出動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量規(guī)模進(jìn)行校正，指導(dǎo)縫洞型油藏高壓注水選井標(biāo)準(zhǔn)及潛力分析。

1 碳酸鹽巖縫—洞型油藏高壓注水技術(shù)難點(diǎn)

1.1 注采過(guò)程難以量化

由于高壓注水?dāng)U容注采過(guò)程近—遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體之間油水流動(dòng)復(fù)雜，難以定量化表征注采參數(shù)。前期針對(duì)高壓注水注入過(guò)程是否波及遠(yuǎn)端未動(dòng)用儲(chǔ)量認(rèn)識(shí)不清，難以定量化分析。

1.2 儲(chǔ)集體發(fā)育對(duì)高壓注水影響認(rèn)識(shí)規(guī)律存在難點(diǎn)

近端—遠(yuǎn)端兩套儲(chǔ)集系統(tǒng)發(fā)育規(guī)模與發(fā)育相對(duì)位置對(duì)高壓注水效果有著至關(guān)重要作用，但目前由于儲(chǔ)集體發(fā)育規(guī)律性復(fù)雜，因素分析與手段不完善，導(dǎo)致前期對(duì)高壓注水效果影響不清。

1.3 遠(yuǎn)端剩余儲(chǔ)量規(guī)模難以量化

前期通過(guò)注水指示曲線走平之后的曲線形態(tài)與變化特征分析并計(jì)算遠(yuǎn)端儲(chǔ)量規(guī)模，由于儲(chǔ)集體發(fā)育特征、形態(tài)未能精細(xì)表征，且計(jì)算忽略巖石壓縮系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，導(dǎo)致遠(yuǎn)端儲(chǔ)量計(jì)算存在較大誤差，難以指導(dǎo)高壓注水潛力再分析。

2 注采流體流動(dòng)過(guò)程表征

以封閉雙系統(tǒng)離散介質(zhì)模型為基礎(chǔ)(圖1)，描述注水過(guò)程和生產(chǎn)過(guò)程中的壓力變化。已知油井產(chǎn)量(注入量)(采出井q(t)為正值，注水井q(t)為負(fù)值)，它等于溶洞1彈性能釋放(儲(chǔ)存)以及這兩套溶洞儲(chǔ)集體之間的流體交換量。

圖1 封閉雙系統(tǒng)模型

這兩套溶洞儲(chǔ)集體的流體交換量取決于它們的混和流體交換指數(shù)。忽略壓力波從溶洞1到溶洞2的傳播過(guò)程，則它們之間的流體交換量為Qex,其中流體從溶洞2流向溶洞1時(shí)Qex為正，流體從溶洞1流向溶洞2時(shí)Qex為負(fù),

(1)

式中,q為油井產(chǎn)量(注入量)，m3;t為時(shí)間,h;N1為近井體積，104m3;Ct1為溶洞 1的綜合壓縮系數(shù)，MPa-1；p1、p2、pf為地層壓力,MPa;dp1/dt為壓力跟時(shí)間的導(dǎo)數(shù)變化關(guān)系;Qex為流體交換量，m3；J為混合流體交換指數(shù)，m3/d·MPa；k(pf(t))為裂縫在壓力為pf時(shí)對(duì)應(yīng)的滲透率；k0為裂縫在閉合壓力p0時(shí)對(duì)應(yīng)的滲透率。

裂縫內(nèi)的相對(duì)滲透率曲線呈對(duì)角線型，混合流體交換指數(shù)為

(2)

式中，μo、μw為油和水的黏度，mPa·s；fw為通過(guò)裂縫儲(chǔ)集體的水相分流量。

應(yīng)力敏感滲透率變化倍數(shù)指數(shù)式為

(3)

式中,α為應(yīng)力敏感系數(shù)，MPa-1；p0為裂縫閉合壓力，MPa。其初始條件為p1(0)=p1，p2(0)=p2。

通過(guò)聯(lián)立方程進(jìn)行差分法求解，建立兩個(gè)溶洞系統(tǒng)壓力隨注入量/采出量的關(guān)系方程為

(4)

(5)

通過(guò)注入/采出過(guò)程中的小時(shí)注入量/產(chǎn)液量，根據(jù)上述公式可求得各儲(chǔ)集體壓力隨時(shí)間的變化關(guān)系[10-14]。

3 關(guān)鍵影響因素分析

通過(guò)礦場(chǎng)高壓注水?dāng)U容井實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，同時(shí)基于地震體資料，識(shí)別儲(chǔ)集體發(fā)育特征、儲(chǔ)集體間相對(duì)關(guān)系?；诜忾]雙系統(tǒng)離散介質(zhì)模型公式擬合計(jì)算注入和采出過(guò)程中的儲(chǔ)集體參數(shù)，結(jié)合生產(chǎn)特征，綜合分析影響高壓注水?dāng)U容效果關(guān)鍵因素發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)集體規(guī)模與發(fā)育特征、儲(chǔ)集體間流體交換指數(shù)、井儲(chǔ)關(guān)系、區(qū)域充注背景等因素對(duì)高壓注水?dāng)U容效果有著極其重要影響。

注采過(guò)程擬合可計(jì)算儲(chǔ)集體參數(shù)，主要包括注入與采出兩個(gè)過(guò)程參數(shù)計(jì)算。

3.1 儲(chǔ)集體發(fā)育規(guī)模及特征

在前期分析注水效果及影響因素過(guò)程中，多分析遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體發(fā)育特征，認(rèn)為遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體發(fā)育，具有有利油氣儲(chǔ)集空間，高壓注水會(huì)有較好效果，但通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與效果分析發(fā)現(xiàn)，近、遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體發(fā)育特征及規(guī)模對(duì)高壓注水效果均有著至關(guān)重要的作用(表1)。

表1 儲(chǔ)集體特征參數(shù)及效果

(1)井—洞—縫—洞模型。近井溶洞型儲(chǔ)集體，遠(yuǎn)端同時(shí)有一定規(guī)模，如圖2所示，生產(chǎn)表現(xiàn)產(chǎn)油或油水同出。提高壓力注水，水體波及遠(yuǎn)端溶洞，關(guān)井期間油水在兩套儲(chǔ)集體之間進(jìn)行重力置換，開(kāi)井生產(chǎn)增油效果較好。

圖2 井—洞—縫—洞模型

(2)井—縫—洞模型。若近井裂縫型儲(chǔ)層，遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體發(fā)育溶洞型，如圖3所示，生產(chǎn)具有排水特征，具體表現(xiàn)為初期排水。高壓擴(kuò)容注入水在遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體發(fā)生置換，但由于近井儲(chǔ)集體為裂縫，規(guī)模有限，無(wú)法與遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體進(jìn)行有效油水置換，導(dǎo)致開(kāi)井生產(chǎn)具有排水特征，多輪次高壓注水后表現(xiàn)油水同出。

圖3 井—縫—洞模型

(3)井—縫—縫模型。如圖4所示，若遠(yuǎn)端儲(chǔ)層同為裂縫發(fā)育特征，則表現(xiàn)為生產(chǎn)快速供液不足，且多為水。近井與遠(yuǎn)井儲(chǔ)集空間有限，高壓注水波及到的遠(yuǎn)端儲(chǔ)量規(guī)模小，且無(wú)法進(jìn)行有效置換，不適宜實(shí)施高壓注水?dāng)U容。

(4)井—洞—縫—斷裂模型。如圖5所示，若遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體為溝通斷裂，由于斷裂儲(chǔ)集體空間規(guī)模大，造成注水水量需求大，能否有效置換剩余油則視斷裂油氣富集情況會(huì)有不同生產(chǎn)特征。

圖4 井—縫—縫模型

圖5 井—洞—縫—斷裂模型

3.2 系統(tǒng)間流體交換指數(shù)

以封閉雙系統(tǒng)離散介質(zhì)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)常規(guī)注水指示曲線及注入/采出前油井狀況，計(jì)算近端儲(chǔ)集體溶洞1儲(chǔ)量N1，壓力p1，通過(guò)注入/采出過(guò)程小時(shí)注入/采出液量變化，擬合遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體溶洞2儲(chǔ)量N2，壓力p2及注入/采出指數(shù)J1/J2(表2)。

表2 交換指數(shù)與生產(chǎn)效果

注入過(guò)程與采出過(guò)程參數(shù)的差異表明流體在儲(chǔ)層中流動(dòng)特殊差異性，反應(yīng)油水在儲(chǔ)集體中流動(dòng)信息，通過(guò)對(duì)高壓注水注采過(guò)程中交換指數(shù)擬合計(jì)算發(fā)現(xiàn)：

(1)流動(dòng)過(guò)程J1>J2，生產(chǎn)增油效果較好。注入過(guò)程的流體交換指數(shù)J1大于生產(chǎn)過(guò)程的流體交換指數(shù)，表明注入過(guò)程有水通過(guò)裂縫儲(chǔ)集體流入溶洞2，而生產(chǎn)過(guò)程有油流入了溶洞1，是高壓注水?dāng)U容有利模式，

(2)流動(dòng)過(guò)程J1

(3)注入過(guò)程J1≈J2，生產(chǎn)過(guò)程J1≈J2，通常生產(chǎn)表現(xiàn)油水同出，注入過(guò)程的流體交換指數(shù)接近或等于生產(chǎn)過(guò)程的流體交換指數(shù)，說(shuō)明注入過(guò)程和生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)裂縫儲(chǔ)集體的流體性質(zhì)比較一致，需對(duì)剩余油潛力進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3.3 儲(chǔ)集體相對(duì)位置關(guān)系

高壓注水?dāng)U容期間注入水是否與其波及到的遠(yuǎn)端剩余油進(jìn)行有效重力置換是影響效果的關(guān)鍵因素之一，而能否進(jìn)行有效置換與儲(chǔ)集體之間相對(duì)位置有關(guān)(表3)。

表3 儲(chǔ)集體相對(duì)位置與生產(chǎn)效果

(1)遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體與近端儲(chǔ)集體平行分布。部分注入水波及到溶洞2后，在溶洞2中進(jìn)行有效重力置換，但由于油水界面原因，生產(chǎn)會(huì)表現(xiàn)初期采油，能量下降到一定程度后溶洞2油水界面升高，出現(xiàn)高含水特征，如圖6所示。

圖6 儲(chǔ)集體相對(duì)平行分布示意圖

(2)遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體位于近端儲(chǔ)集體側(cè)上方。注入水波及到溶洞2后，溶洞1與溶洞2直接無(wú)法進(jìn)行有效油水置換，通常會(huì)導(dǎo)致油體進(jìn)入溶洞2，水體進(jìn)入溶洞1，表現(xiàn)開(kāi)井生產(chǎn)則高含水，如圖7所示。

(3)遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體位于近端儲(chǔ)集體側(cè)下方。注入水波及到溶洞2后，溶洞1與溶洞2通過(guò)裂縫進(jìn)行有效油水置換，水體進(jìn)入溶洞2，大部分油體進(jìn)入溶洞1，表現(xiàn)為生產(chǎn)增油效果好，如圖8所示。

圖7 遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體位于近端儲(chǔ)集體上方示意圖

圖8 遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體位于近端儲(chǔ)集體側(cè)下方示意圖

(4)遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體位于近端儲(chǔ)集體正下方。注入水波及到溶洞2后，溶洞1與溶洞2通過(guò)裂縫進(jìn)行有效油水置換，水體進(jìn)入溶洞2，在能量允許范圍內(nèi)溶洞2油體不斷進(jìn)入溶洞1，直至溶洞1被油體充滿，表現(xiàn)為生產(chǎn)有效期長(zhǎng)，增油效果好，如圖9所示。

圖9 遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體位于近端儲(chǔ)集體正下方示意圖

分析認(rèn)為遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體發(fā)育相對(duì)近端儲(chǔ)集體中下部，兩套儲(chǔ)集體之間可進(jìn)行油水有效置換為縫洞型油藏高壓注水有利模式，遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體發(fā)育近端儲(chǔ)集體上部為不利模式。

通過(guò)利用地震體資料和封閉雙系統(tǒng)離散模型公式，對(duì)礦場(chǎng)實(shí)際高壓注水?dāng)U容井進(jìn)行儲(chǔ)集體特征分類(lèi)及相對(duì)關(guān)系識(shí)別、近遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體參數(shù)計(jì)算、儲(chǔ)集體間交換指數(shù)擬合等關(guān)鍵因素綜合分析，建立有利模式。

4 遠(yuǎn)端儲(chǔ)量規(guī)模定量化計(jì)算方法

遠(yuǎn)端儲(chǔ)量規(guī)模大小對(duì)油井是否具有高壓注水潛力具有決定性作用，前期針對(duì)高壓注水遠(yuǎn)端剩余油判斷多為定性，認(rèn)為區(qū)域油氣充注背景好，儲(chǔ)量規(guī)模基礎(chǔ)大，高壓注水效果較好，相反充注背景差區(qū)域高壓注水效果差，未定量化表征。現(xiàn)利用油藏工程法與地質(zhì)建模校正法，形成兩套較為準(zhǔn)確計(jì)算遠(yuǎn)端儲(chǔ)量規(guī)模方法。

4.1 通過(guò)離散模型公式擬合計(jì)算遠(yuǎn)端儲(chǔ)量

通過(guò)封閉雙系統(tǒng)離散介質(zhì)模型公式擬合可計(jì)算注入期間水驅(qū)波及遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體規(guī)模N21和采出過(guò)程遠(yuǎn)端動(dòng)用規(guī)模N22(見(jiàn)表3)，由此初步量化遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體規(guī)模。

4.2 通過(guò)體積雕刻法計(jì)算遠(yuǎn)端儲(chǔ)量規(guī)模

體積雕刻法計(jì)算儲(chǔ)集體規(guī)模步驟：

(1)通過(guò)對(duì)地震數(shù)據(jù)體提取，利用petrel進(jìn)行地質(zhì)體建模，在深度域下進(jìn)行體積掃描，得出近遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體掃描體積N01和N02。

(2)根據(jù)區(qū)域平均有效孔隙度與含油飽和度計(jì)算儲(chǔ)集體規(guī)模

N=N0S0φ.

(6)

最終得出近端儲(chǔ)集體規(guī)模N1和遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體規(guī)模N2。

圖10 XX井體積雕刻示意圖

(3)通過(guò)常規(guī)注水指示曲線或能量指示曲線計(jì)算近端儲(chǔ)集體規(guī)模N′1，通過(guò)對(duì)比校正建立N′1與N1關(guān)系

N′1=AN1.

(7)

式中，A為校正系數(shù)。

(4)根據(jù)校正系數(shù)A最終求取遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體規(guī)模N′2=AN2。

5 結(jié) 論

(1)注采過(guò)程中注入指數(shù)大于采出指數(shù)表明高壓注水?dāng)U容波及油體可以有效采出，近端儲(chǔ)集體有一定程度發(fā)育，被置換到近井剩余油有一定存儲(chǔ)空間，遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體位于近端儲(chǔ)集體中下方使其油水進(jìn)行有效置換，遠(yuǎn)端儲(chǔ)量有一定規(guī)模且剩余油豐富。

(2)規(guī)避遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體相對(duì)近端儲(chǔ)集體在側(cè)上方位置高壓注水井，規(guī)避計(jì)算出遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體規(guī)模過(guò)大，一般大于100×104m3，認(rèn)為遠(yuǎn)端儲(chǔ)集體可能溝通斷裂且能量虧空大，水量需求過(guò)大且無(wú)法采液。