朱桂良，宋傳真，張慧，程倩，張允

中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京昌平102206

引言

塔河油田縫洞型油藏自2012 年開始實施注氮氣開發(fā)以來，取得了較好的增油效果，有效抑制了油田產(chǎn)量遞減，大大提高了油田開發(fā)效果[1-7]。2020 年，昌琪等建立了縫洞型油藏不同開發(fā)階段注水井網(wǎng)定性構建方法[8]。2020 年，邱偉生針對深層低滲透油藏建立了CO2驅注采井網(wǎng)優(yōu)化方法[9]。2017 年，魯新便等針對縫洞型油藏注水開發(fā)，形成了差異化注水井網(wǎng)構建方法[10]。國內外目前尚沒有關于縫洞型油藏氣驅井網(wǎng)構建方法及流程。因此，針對縫洞型碳酸鹽巖油藏這類高度離散的塊狀油藏，基于現(xiàn)有氣驅井組動態(tài)特征及氣驅波及規(guī)律的認識，提出了氣驅動態(tài)立體空間結構井網(wǎng)構建的基本原則，考慮現(xiàn)場實際，提出氣竄井組動態(tài)調整方法，并形成了縫洞型油藏氣驅動態(tài)立體空間結構井網(wǎng)構建方法及流程。

1 氣驅井網(wǎng)構建基本原則

統(tǒng)計分析塔河油田現(xiàn)場69 個氣驅井組受效情況，以方氣換油率為界限，將氣驅效果分為好（≥0.50）、中（0.25～0.50）、差（≤0.25）等3 類。結合不同氣驅井組所處巖溶背景，明確了不同巖溶系統(tǒng)氣驅受效特征，基于不同巖溶背景現(xiàn)有氣驅實際井組分析與評價、典型氣驅井組的物理模擬和數(shù)值模擬結果，明確了氣驅井網(wǎng)構建3 大原則。

（1）選擇注水失效的具備氣驅溝通條件的井組搭建氣驅初始井網(wǎng)

基于現(xiàn)有注水井組的動態(tài)及示蹤劑連通性響應特征，初選氣驅井組，但由于重力分異，水走水路（注入水向下運移），氣走氣路（注入氣向上運移），注水連通并不代表注氣連通，實際注氣響應井組往往不同于注水井組，因此，實際氣驅井組要根據(jù)注氣效果及響應特征實時調整。

（2）最大程度的控制、動用及均衡驅替原則

為了更大程度地提高注氣開發(fā)效果，氣驅井網(wǎng)立體空間上要能夠盡量控制住所有儲集體或剩余儲量，平面和縱向上能夠動用儲集體，并且容易實現(xiàn)均衡驅替。因此，氣驅空間結構井網(wǎng)構建必須依據(jù)最大程度的控制、動用及均衡驅替原則。

（3）邊評價邊調整原則

考慮現(xiàn)場實際，動態(tài)調整注采關系，實時評價調整后井網(wǎng)優(yōu)劣，實時調整氣驅井網(wǎng)?，F(xiàn)場優(yōu)先選擇高含水井（低部位）先低高采，后期氣竄之后再調整。

2 氣驅動態(tài)立體空間結構井網(wǎng)構建方法及步驟

基于氣驅動態(tài)立體空間結構井網(wǎng)構建3 大基本原則，考慮注氣現(xiàn)場實際，提出氣驅動態(tài)井網(wǎng)的概念，形成了一套縫洞型油藏氣驅動態(tài)立體空間結構井網(wǎng)構建方法及步驟。主要分為6 大步：（1）基于高含水注水失效井組，初選可能注氣井組。（2）評價其基礎地質條件，初步篩選注氣井和注氣井組。（3）評價井網(wǎng)優(yōu)劣，確定注氣井。（4）根據(jù)注氣動態(tài)響應確定實際氣驅井組，對井網(wǎng)優(yōu)劣重評價（便于后期調整）。（5）利用氣竄預警技術，對井組氣竄情況進行預警。（6）基于井網(wǎng)評價和氣竄預警結果，動態(tài)調整注采關系和氣驅井網(wǎng)。

2.1 初選可能注氣井組

針對目前注水失效井組，依據(jù)注水動態(tài)響應特征和注水示蹤劑結果，對井組的連通性進行評價，并結合剩余油分布情況，初選可能的注氣井組。

2.2 氣驅井組基礎地質條件評價

2.2.1 類型參數(shù)量化方法

統(tǒng)計氣驅井組地質參數(shù)，構建樣本原始數(shù)據(jù)矩陣。地質參數(shù)以類型變量為主，主要依據(jù)評估參數(shù)與氣驅效果的邏輯關系，確定變量秩序，進而轉換為數(shù)值變量，具體實施方法，如表1 所示。

表1 氣驅井組基礎地質條件評價參數(shù)數(shù)值量化結果表Tab.1 Table of numerical quantification results of evaluation parameters of basic geological conditions of gas-driven well group

2.2.2 構建原始矩陣，計算地質參數(shù)敏感因子

通過主成分分析方法，計算4 個關鍵矩陣。求解相關系數(shù)矩陣，計算地質參數(shù)貢獻率。以累積貢獻率大于85%為約束條件，確定主成分個數(shù)。通過載荷矩陣和主成分貢獻率，計算參數(shù)敏感因子。

2.2.3 氣驅井網(wǎng)基礎地質條件定量評價

聯(lián)合載荷矩陣和標準化矩陣，計算構建主成分線性方程組

聯(lián)合主成分線性方程組和參數(shù)貢獻率，計算地質條件綜合得分算法，可定量評價井組氣驅地質條件。

2.2.4 氣驅井網(wǎng)基礎地質條件評分標準

利用不同巖溶帶實際氣驅井組地質基礎條件評分結果與方氣換油率或增油量的曲線，結合方氣換油率經(jīng)濟界限（>0.25），確定了3 大巖溶背景氣驅井組基礎地質條件評分標準，表層巖溶帶>0.8，暗河>0.4，斷溶體>0.2。

2.3 氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣評價

基于縫洞型油藏特征和氣驅規(guī)律分析，提出氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣6 大評價指標?；跀?shù)值模擬建立氣驅井網(wǎng)綜合評分方法，結合實際氣驅井組增油確定的評分界限，建立了縫洞型油藏氣驅井網(wǎng)評價標準。

2.3.1 氣驅井網(wǎng)評價6 大指標

氣驅井網(wǎng)評價指標包括氣驅控制程度、氣驅動用程度、氣驅動用儲量、平面均衡驅替程度、縱向均衡驅替程度和注采層位交錯程度。

氣驅控制程度為[11-13]

氣驅動用程度為[11-13]

注采井間井距、滲透率和孔隙度是影響均衡驅替的主要因素。引入基尼系數(shù)（G）作為評價指標。G是20 世紀初意大利經(jīng)濟學家基尼，根據(jù)勞倫茨曲線所定義的判斷收入分配公平程度的指標。其值在0～1，是國際上用來綜合考察居民內部收入分配差異狀況的一個重要分析指標。以井距的平方與滲透率及孔隙度的乘積作為評價指標，通過計算不同方向生產(chǎn)井井距的平方與滲透率及孔隙度乘積的基尼系數(shù)，基尼系數(shù)越小，平面均衡難易程度越小，基尼系數(shù)越大，平面均衡驅替程度越大[14-16]。用以評價平面均衡程度的?KL2基尼系數(shù)，其計算公式為[16-23]

式中：y0=0；yn=100，ym=?KL′2（?——孔隙度，無因次；K——滲透率，mD；L′——井距，m；n——樣本個數(shù)）。

當各方向的滲透率和孔隙度不能確定時，可以用裂縫密度或能量體縫洞體積代替。

（5）縱向均衡驅替程度

通過分析不同巖溶背景縱向穩(wěn)定驅替速度，明確了不同類型井組的穩(wěn)定驅替條件。風化殼型氣驅井組的儲集體集中分布在深層時，穩(wěn)定驅替速度大，易實現(xiàn)縱向均衡驅替；暗河型氣驅井組的儲集體集中分布在深層時，穩(wěn)定驅替速度大，易實現(xiàn)縱向均衡驅替；斷溶體型氣驅井組優(yōu)勢儲集體靠近生產(chǎn)井時，穩(wěn)定驅替速度大，易實現(xiàn)縱向均衡驅替。因此，評價縱向穩(wěn)定驅替程度主要考慮儲集體的位置，儲集體位置不同，縱向穩(wěn)定驅替速度不同，實現(xiàn)均衡驅替的難易程度不同。

（6）注采層位交錯程度

現(xiàn)場實際氣驅井組和典型的概念物理模擬和數(shù)值模擬均表明，注采層位交錯程度越復雜，越利于縱向氣驅，防止橫向氣竄，更利于后期注采關系調整，因此，建立了注采層位交錯程度評價指標。主要采用氣驅井組不同注采井對注采層位高差的標準差來評價，標準差越大，離散程度越高，即注采層位交錯程度越高。

2.3.2 氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣評價方法

以實際典型巖溶背景氣驅井組模型為基礎，開展單因素數(shù)值模擬研究，明確了6 大井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標對采出程度影響?；跀?shù)值模擬采收率結果，確定6 大因素評分權重及標準。表層巖溶帶、暗河和斷溶體的評分標準分別見表2、表3 和表4。

表2 表層巖溶帶氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣指標分級標準結果表Tab.2 Results of grading standard of gas flooding well pattern in surface karst belt

表3 暗河氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣指標分級標準結果表Tab.3 Results of the classification standard for the good and bad indexes of the underground river gas drive well pattern

表4 斷溶體氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣指標分級標準結果表Tab.4 Results of the classification standard of the good and bad indexes of the broken solution gas-driven well pattern

2.3.3 氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣評分標準

依據(jù)6 大井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標評分標準，對塔河主體區(qū)一注多采氣驅井組的井網(wǎng)進行評分，結合方氣換油率（如圖1 所示，以0.25 和0.40 為界），確定了縫洞型油藏氣驅動態(tài)空間結構井網(wǎng)優(yōu)劣評分標準：≥60 為優(yōu)，30～60 為良，≤30 為差。

圖1 氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣評分標準確定圖Fig.1 Determination of grading criteria for gas-driven well pattern

2.4 氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣重評價

針對氣驅基礎地質條件和井網(wǎng)優(yōu)劣評價評分高的氣驅井組，可以實施氣驅開發(fā)，但實際注氣過程中，由于注入氣重力分異的作用迅速上浮到油藏頂部，氣驅路徑往往與水驅路徑不同，導致實際的氣驅井組與初選的水驅井組注氣響應或受效的生產(chǎn)井往往會有所不同，因此，要根據(jù)注氣過程中實際注氣響應或受效的生產(chǎn)井，實施調整氣驅井組的生產(chǎn)井組合。明確了氣驅井組實際的生產(chǎn)井后，要利用井網(wǎng)基礎條件評價方法和氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣評價方法對氣驅井組進行重評價，從而了解實際氣驅井組存在的問題，便于氣驅井網(wǎng)的后期調整，主要針對氣驅井組評價指標偏低的原因進行分析，為進一步改善氣驅效果提供理論基礎。具體流程圖見圖2。

圖2 氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣重評價技術路線圖Fig.2 Technical roadmap for evaluating the merits and demerits of gas-driven well pattern

2.5 氣竄預警

塔河油田縫洞型油藏注氮氣開發(fā)過程中，氣竄嚴重，氣驅井組氣竄后嚴重影響氣驅效果，如何識別和預警氣竄對油田現(xiàn)場意義重大。通過實際氣驅井組生產(chǎn)特征分析，明確了實際氣驅井組氣竄之前表現(xiàn)為“套壓緩慢增加、氣油比波動”的特征，如圖3 所示。

圖3 塔河油田實際典型井組TK440–TK424CH 氣竄前套壓和氣油比變化圖Fig.3 Variation of casing pressure and gas oil ratio before gas channeling of typical well group TK440-TK424CH in Tahe Oilfield

根據(jù)套壓和氣油比兩大指標，對實際氣驅井對開展氣竄預警。針對套壓增加、氣油比開始波動的井組，通過調整生產(chǎn)井產(chǎn)液量等手段，預防井組氣竄。

2.6 氣驅井網(wǎng)動態(tài)調整

針對氣驅井組的氣竄生產(chǎn)井，需要對氣驅井組注采關系和井網(wǎng)進行動態(tài)調整，從而改善注氣效果。以增加氣驅控制程度、動用程度和防止氣竄為目標，提出了兩大注采關系和井網(wǎng)的動態(tài)調整措施，包括注采層位調整和注采關系及注采井網(wǎng)調整。如果注采井注采高差較大，生產(chǎn)井又可以控制生產(chǎn)層段，生產(chǎn)井一旦氣竄，可以采取下調生產(chǎn)井生產(chǎn)層段的方法來防止氣竄，而且可以達到增加動用程度的目的。如果注采井注采高差不大，生產(chǎn)井生產(chǎn)層段不厚，生產(chǎn)井一旦氣竄，可以采取暫時關閉生產(chǎn)井生產(chǎn)或者將見氣生產(chǎn)井轉注氣的方法來防止氣竄，改變注采關系和注采井網(wǎng)，從而提高井組氣驅效果。井組氣竄后，下調氣竄井生產(chǎn)層位，暫時關閉高部位生產(chǎn)井或高部位氣竄井轉注氣井，均能提高氣驅井組動用程度和動用儲量，有效改善氣驅效果，如圖4 所示，隨著S86 井下調生產(chǎn)層段，TK722CH2 氣驅井組的動用儲量和動用程度明顯增加。

圖4 TK722CH2 氣驅井組動用程度及儲量與生產(chǎn)層段關系曲線Fig.4 TK722CH2 gas-driven well group utilization degree and relationship between reserves and production interval

3 應用實例

W-1 氣驅井組里包含W-1、W-2、W-3 和W-4 等4 口井，該井組地質背景為上下雙層暗河，注采關系上屬于下層暗河注上層暗河采井組，生產(chǎn)井位于主河道，無構造高點，動用儲量271×104t，評級大。儲量配置均衡，易均衡驅替。水油體積比42 m3/m3，底水能量中等偏弱。W-1 氣驅井組的典型地震雕刻體剖面見圖5。

圖5 W-1 氣驅井組的典型地震雕刻體剖面圖Fig.5 Typical seismic sculptured profile of a gas-driven well group of W-1

3.1 W-1 氣驅井組基礎地質條件

W-1 氣驅井組井間儲集體類型屬于暗河（充填洞），剩余地質儲量為263.28×104m3，井間無構造高點，底水能量中等，生產(chǎn)井部分控制主暗河。當W-1 為注氣井時，該氣驅井組基礎地質條件評分為1.15，遠大于暗河類氣驅井組基礎地質條件評分經(jīng)濟界限的0.40，滿足基礎地質條件評分標準。

3.2 W-1 氣驅井組井網(wǎng)優(yōu)劣評價

當W-1 為注氣井時，考慮氣驅控制程度、氣驅動用程度、氣驅動用儲量、平面均衡程度、縱向均衡程度、注采層位交錯程度等6 大井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標，氣驅控制程度評分為4.53，氣驅動用程度評分為7.28，氣驅動用儲量評分為8.07，平面均衡程度評分為5.77，縱向均衡程度評分為3.77，注采層位交錯程度評分為4.53，該氣驅井組綜合評分為56.27，接近優(yōu)（≥60）的標準（表5）。因此，W-1井為注氣井的氣驅井網(wǎng)滿足縫洞型碳酸鹽巖油藏氣驅井網(wǎng)優(yōu)劣評價要求及評分標準，該氣驅井組可以實施注氣。

表5 W-1 氣驅井組井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標及評分結果Tab.5 Well pattern evaluation indexes and scoring results of gas-driven well group of W-1_

3.3 W-1 氣驅井組氣驅效果

W-1 氣驅井組實際累計注入氣2 120×104m3，伴水量30 472 m3，累計增油6×104t，方氣換油率達到0.6 t，取得了非常好的氣驅增油效果，從而驗證了縫洞型油藏氣驅動態(tài)立體空間結構井網(wǎng)構建方法。

4 結論

（1）基于現(xiàn)有氣驅井組動態(tài)特征及氣驅波及規(guī)律的認識，提出了氣驅動態(tài)立體空間結構井網(wǎng)構建3 大基本原則，包括選擇注水失效的具備氣驅溝通條件的井組搭建氣驅初始井網(wǎng)、最大程度地控制動用及均衡驅替原則和邊評價邊調整原則。

（2）利用主成分分析法，明確了不同巖溶背景基礎地質條件主控因素，建立了3 大巖溶背景井網(wǎng)基礎地質條件評價指標、評價方法和評價標準。

（3）提出氣驅控制程度、氣驅動用程度、氣驅動用儲量、平面均衡驅替程度、縱向均衡驅替程度和注采層位交錯程度等6 大井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標，基于不同巖溶背景6 大指標對提高采出程度的影響數(shù)值模擬結果，確定6 大因素評分標準及評分方法。

（4）基于不同巖溶背景實際井網(wǎng)分析與評價、物理模擬和數(shù)值模擬結果，明確了氣驅井網(wǎng)構建原則，以方氣換油率高為目標，建立了井網(wǎng)基礎地質條件評價方法和井網(wǎng)優(yōu)劣評價方法，考慮現(xiàn)場實際，提出氣竄井組動態(tài)調整方法，并形成了縫洞型油藏氣驅動態(tài)立體空間結構井網(wǎng)構建方法及流程。

（5）本方法在塔河實際應用過程中對一注多采井組適用性較高，對一注一采評價過程中可適當增減參數(shù)，從而更好地評價氣驅效果。