水性變化在油藏開發(fā)中的應(yīng)用研究

楊燦 （中石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

水性變化在油藏開發(fā)中的應(yīng)用研究

楊燦 （中石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

油藏含水上升影響油田開發(fā)效果，可應(yīng)用水性變化研究輔助分析含水上升原因。研究表明，在天然能量開發(fā)階段水性的突變，主要是由非生產(chǎn)層段地層水進(jìn)入井筒引起的，可以此判斷井下管柱技術(shù)狀況；在二次采油即注水開發(fā)階段利用其礦化度的變化可判斷邊水侵入還是注入水推進(jìn)，并預(yù)測(cè)水淹程度；在油藏 “二三結(jié)合”開發(fā)階段可以利用其氯離子的變化判斷是否有新層啟動(dòng)，分析動(dòng)用程度是否得到提高。

水性變化；礦化度；井下管柱；水淹程度；動(dòng)用程度；油藏開發(fā)

在油藏開發(fā)過程中，水是油藏工程師關(guān)注的重點(diǎn)。油藏含水上升原因復(fù)雜，涉及到地質(zhì)、工程、地面等，或由多因素造成，或由單因素造成。油藏含水上升率是衡量一個(gè)油藏開發(fā)效果好壞的關(guān)鍵指標(biāo)之一。有效控制油藏含水上升，需要對(duì)油藏變化認(rèn)識(shí)明了，判斷合理，提出適合該油藏的調(diào)整方案。經(jīng)過數(shù)10年的經(jīng)驗(yàn)積累，目前在對(duì)油藏含水變化判斷過程中石油行業(yè)已有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、經(jīng)驗(yàn)公式、經(jīng)典理論、數(shù)值模擬等各種解決方法，但仍有一些案例認(rèn)識(shí)不清，判斷困難。

近期研究結(jié)果表明，利用水性的變化可輔助分析開發(fā)過程中油藏的細(xì)微變化。水性的描述一般分兩個(gè)方面，一方面是水的類型，另一方面是水中各種固體溶解性礦物 （TDS——total dissolved solid）的總量即總礦化度。筆者通過研究水性變化的特點(diǎn)，探討其在油藏不同開發(fā)階段的應(yīng)用方法，并采用部分實(shí)例論證了該方法的實(shí)用性。

1 水化學(xué)性質(zhì)分類及特征研究

研究表明，地下水的主要來源包括3部分［1］：大氣滲入水、泥巖壓實(shí)排水 （沉積埋藏水）和黏土礦物脫水，其他成因分布范圍有限。其形成的主要因素有以下幾種：①沉積時(shí)水體化學(xué)組分；②蒸發(fā)濃縮作用；③脫硫酸作用 （包括生物化學(xué)作用）；④陽(yáng)離子交換吸附作用；⑤滲析作用；⑥水－巖相互作用；⑦混合作用。

各種固體溶解性礦物 （TDS）以離子形式溶解在地層水中，陽(yáng)離子主要以Na＋、Mg2＋、Ca2＋為主，陰離子主要以HCO－3、Cl－、SO2－4為主，陰陽(yáng)離子濃度的總和稱之為總礦化度。其中Cl－一般不被植物及細(xì)菌所攝取，也不被黏土礦物吸附，溶解度大，不易沉淀析出，受氧化－還原作用的影響較小，是地層水中最穩(wěn)定的離子，故將它作為一項(xiàng)參數(shù)來判斷油藏的變化。

蘇聯(lián)學(xué)者蘇林根據(jù)水中離子的毫克當(dāng)量濃度 （meq／L）將其分為4種類型［2］。其中氯化鎂（MgCl2）水型代表海洋環(huán)境下形成的水，一般多存在于油、氣田內(nèi)部；氯化鈣 （CaCl2）水型代表深層封閉構(gòu)造環(huán)境下形成的水，環(huán)境封閉性好，有利于油氣聚集和保存，是含油氣良好的標(biāo)志；碳酸氫鈉（NaHCO3）水型在油田中分布很廣，它的出現(xiàn)也可作為含油良好的標(biāo)志；硫酸鈉 （Na2SO4）水型多為地表水，代表陸相、封閉性差的沉積環(huán)境，不利于油氣保存。

地層水總礦化度高低變化在空間上具有明顯特征。以遼河坳陷為例，如圖1，縱向上自下而上礦化度逐漸降低，即層位老、埋藏深，則礦化度高；層位新、埋藏淺，則礦化度 低［3］。 深 層 水 礦 化 度 能 達(dá) 到8000mg／L以上；淺層水礦化度受地表影響很大，內(nèi)陸僅500～800mg／L，而海上或近海區(qū)域受海水滲透影響可達(dá)到20000mg／L或更高。平面上的變化主要受構(gòu)造控制比較明顯，其封閉性決定水性及礦化度的分布。如興隆臺(tái)油田的水礦化度于構(gòu)造軸部向翼部減低，并沿構(gòu)造軸線方向即自南向北降低［4］。

圖1 遼河坳陷礦化度變化與埋藏深度關(guān)系散點(diǎn)圖

2 利用礦化度分布規(guī)律判斷層間干擾現(xiàn)象

油藏從發(fā)現(xiàn)到投入生產(chǎn)再到廢棄，要經(jīng)歷天然能量開發(fā)、二次采油以及三次采油等階段。在不同階段含水率高低會(huì)因油藏特點(diǎn)的不同而有差異，一些優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層甚至較長(zhǎng)時(shí)間不含水，而非優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層則一定程度含水。采油單位受上產(chǎn)、增效等多因素影響，在分辨不清優(yōu)質(zhì)或非優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的條件下，多個(gè)儲(chǔ)層、多個(gè)油藏同時(shí)射開大段合采具有普遍現(xiàn)象。這種大段合采中產(chǎn)水層與產(chǎn)油層之間的干擾而導(dǎo)致油井含水上升 （這在無統(tǒng)一油水界面的層狀砂巖油藏中表現(xiàn)得尤其明顯），給油藏的開發(fā)帶來了很大麻煩。但因縱向上跨度達(dá)到幾百米甚至上千米，包含多個(gè)組、段，各個(gè)層段礦化度的分布也有明顯變化，這為利用其礦化度的變化來判斷出水層位提供了有利條件，尤其是在天然能量開發(fā)階段無注入水影響時(shí)判斷更為準(zhǔn)確。

以遼河坳陷茨榆坨油田構(gòu)造帶為例，從下至上分別發(fā)育Es3、Es1、Ed3、Ed1，油藏特點(diǎn)差別較大，Es3主要以沖積扇、湖底扇沉積為主，Es1以扇三角洲沉積為主，而Ed砂體連續(xù)性差，主要以泛濫平原沉積為主［2］。其礦化度也有明顯變化，Es3礦化度最高，能達(dá)到4000mg／L以上，Es1礦化度2500～4000mg／L，Ed礦化度均在2500mg／L以下，其上部可小于2000mg／L，見表1。投產(chǎn)油井從Es3到Ed均有鉆遇，多段合采的方式在初期一段時(shí)間內(nèi)可達(dá)到較高產(chǎn)能，采油井見水后，可以利用各組礦化度差別辨別出水層位而采取堵水措施。

表1 遼河油田茨榆坨油區(qū)礦化度統(tǒng)計(jì)表

3 利用氯離子質(zhì)量濃度變化判斷儲(chǔ)層動(dòng)用狀況

3.1 利用離子質(zhì)量濃度淡化倍數(shù)判斷儲(chǔ)層水淹級(jí)別

在油藏注水開發(fā)過程中，儲(chǔ)層水淹級(jí)別的判斷一直是國(guó)內(nèi)外研究人員重視的一項(xiàng)研究課題。黃福堂等人發(fā)現(xiàn)水洗程度增加后，儲(chǔ)層巖心中氯化鈉質(zhì)量濃度明顯下降［5］，認(rèn)為是低礦化度的注入水長(zhǎng)期沖刷淡化了高礦化度地層水的礦化度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水實(shí)際情況，利用稀釋前后溶質(zhì)不變的原理，設(shè)地層水和注入水兩者按一定的比例混合達(dá)到溶解平衡后氯離子質(zhì)量濃度為C0，體積為V0（V0＝V1十V2），可推導(dǎo)出如下公式：

式中：V1為初期地層水的體積，m3；C1為初期地層水中氯離子的質(zhì)量濃度，mg／L；V2為注入水的體積，m3；C2為注入水氯離子稀釋后質(zhì)量濃度，mg／L。

當(dāng)C0－C2與C1－C0之比大小不等時(shí)，主要反映油田注水開發(fā)所處的不同時(shí)期，也就是地層水、注入水與混合水中氯離子質(zhì)量濃度的關(guān)系，證明了隨著注水開發(fā)不斷深入，水淹程度與淡化倍數(shù)的關(guān)系。因氯離子較為穩(wěn)定，根據(jù)巖心微量水中氯離子質(zhì)量濃度變化范圍，建立了氯離子質(zhì)量濃度的淡化圖版，計(jì)算氯離子質(zhì)量濃度淡化倍數(shù)，來判斷樣品的水淹級(jí)別。

3.2 利用氯離子質(zhì)量濃度變化判斷未動(dòng)用層是否啟動(dòng)

油田注水開發(fā)進(jìn)入中后期，往往都進(jìn)入高含水階段，為提高開發(fā)效果，目前油田主要做法就是引入化學(xué)驅(qū)技術(shù)?；瘜W(xué)驅(qū)增油主要有兩個(gè)機(jī)理，一個(gè)啟動(dòng)未動(dòng)用層的水驅(qū)波及體積系數(shù)，另一個(gè)是增加已動(dòng)用層的驅(qū)油效率。但在實(shí)際增油分析過程中，區(qū)分出是哪種機(jī)理起作用比較困難，目前主要通過重質(zhì)組分、密度以及黏度變化來判斷［6］，通過研究發(fā)現(xiàn)，水性資料的變化可以甄別出具體增油機(jī)理。以遼河油田X16塊化學(xué)驅(qū)為例，斷塊屬于高孔高滲儲(chǔ)層，空白水驅(qū)階段水流優(yōu)勢(shì)通道已經(jīng)形成，產(chǎn)出水為注入水，產(chǎn)出水礦化度即為注入水礦化度，氯離子質(zhì)量濃度穩(wěn)定分布在230mg／L左右，而地層水礦化度大約在350mg／L。X-A237井在實(shí)施化學(xué)驅(qū)后增油效果明顯，其氯離子質(zhì)量濃度明顯有一個(gè)上升的過程，如圖2。認(rèn)為注入化學(xué)藥劑后驅(qū)替出了未動(dòng)用層中的流體，原始地層水與注入水混合后氯離子質(zhì)量濃度升高，其見效機(jī)理主要是曾經(jīng)未動(dòng)用層得以啟動(dòng)，后利用密度及重質(zhì)組分的資料驗(yàn)證了該結(jié)論。

儲(chǔ)層中氯離子質(zhì)量濃度穩(wěn)定的特點(diǎn)不僅可以用在化學(xué)驅(qū)采油，在注水開發(fā)階段判斷注入水或邊底水時(shí)也可以利用［7］。

圖2 產(chǎn)出水中氯離子質(zhì)量濃度變化柱狀圖

4 利用水型變化判斷淺層套管技術(shù)狀況

水性變化不但在油藏動(dòng)態(tài)變化中可以充分利用，在判斷井下技術(shù)狀況時(shí)仍能發(fā)揮作用。油井套管發(fā)生破損是油藏采油速度下降的重要原因。套管發(fā)生嚴(yán)重破損如套變、錯(cuò)斷等在下次作業(yè)時(shí)阻礙施工后能被發(fā)現(xiàn)，如果套管破損不嚴(yán)重 （如銹蝕、破裂等）在作業(yè)時(shí)不阻礙施工，但仍能與非目的層連通而進(jìn)入地層水，而往往破損點(diǎn)不僅發(fā)生在生產(chǎn)井段內(nèi)，在固井水泥返高未達(dá)到的淺層套管時(shí)也容易發(fā)生，但后者發(fā)生幾率小，要準(zhǔn)確判斷更為困難。但如果從水性角度分析，便可發(fā)現(xiàn)更多有用信息。內(nèi)陸地表水不僅礦化度很小，也就500～800mg／L，而且水型也發(fā)生了變化，油藏出水絕大多數(shù)是和油氣伴生的NaHCO3型或者M(jìn)gCl2型，而地表水多數(shù)是Na2SO4型；而沿海岸的地表水礦化度高，可超過20000mg／L或者更高，而水型亦有明顯區(qū)別。

冷家堡油田X-60-40井在2007年1月含水突然上升，產(chǎn)出水礦化度大幅變化，由正常時(shí)5401mg／L上升至19555mg／L，水型由NaHCO3型變?yōu)镃aCl2型；而該油田開采歷史上油藏礦化度從未超過9000mg／L，水型為NaHCO3型?？紤]到該油井在渤海灣入?？冢a(chǎn)出水礦化度接近于海水礦化度，從而判斷油井在淺層的套管可能破損，導(dǎo)致海水滲進(jìn)井筒。按照該判斷對(duì)套管實(shí)施修復(fù)后產(chǎn)量恢復(fù)。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）地層水水性是油藏流體性質(zhì)的固有屬性，研究它不但對(duì)勘探評(píng)價(jià)階段認(rèn)識(shí)原油成藏機(jī)理有所幫助，而且對(duì)加強(qiáng)油藏開發(fā)動(dòng)態(tài)研究也能提供依據(jù)。

2）油藏中氯離子分布較為穩(wěn)定，利用它的變化不但可以判斷儲(chǔ)層水淹狀況，還能判斷開發(fā)過程中是否有未動(dòng)用層啟動(dòng)，并能輔助判斷水的來源。

3）在天然能量開發(fā)階段利用水型變化可以準(zhǔn)確判斷井下套管技術(shù)狀況是否損壞。

［1］樓章華，姚炎明，金愛民，等 .松遼盆地地下流體化學(xué)特征研究 ［J］.礦物學(xué)報(bào)，2002，22（4）：343～349.

［2］遼河油田石油地質(zhì)志編輯委員會(huì) .中國(guó)石油地質(zhì)志 （卷三）：遼河油田 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.210～217.

［3］郭建華，吳東勝，劉辰生 .遼河盆地大民屯凹陷油水變化規(guī)律與油氣富集 ［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2006，28（5），458～462.

［4］冷濟(jì)高 .遼河西部凹陷地層水特征及其成因分析 ［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（5）：58～64.

［5］袁慶峰，黃福堂，蔣宗樂 .注水開發(fā)油田儲(chǔ)層水中氯離子的分析與變化特征研究 ［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，1988，3（7）：19～23.

［6］張愛美 .孤島油田七區(qū)西南二元復(fù)合驅(qū)油先導(dǎo)試驗(yàn)效果及動(dòng)態(tài)特點(diǎn) ［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2007，14（5）：66～71.

［7］張建榮 .油藏動(dòng)態(tài)分析方法在滾動(dòng)勘探開發(fā)中的應(yīng)用 ［J］.石油天然氣學(xué)報(bào) （江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2006，28（3）：331～332.

［編輯］ 黃鸝

Application of Water Property Changes in Reservoir Development

YANG Can （Author' s Address：Research Institute of Exploration and Development，Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin124010，Liaoning，China）

Water-cut rising in reservoirs affected the effect of oilfield development，the reason could be analyzed by studying the water property changes.The study showed that the mutation water property in natural energy development period was mainly induced by water coming into wellbore of non-production interval，by which the condition of casing string setting could be judged.In secondary oil recovery，that was in the period of water-flooding development，the salinity changes could be used to judge if it was edge water immersion or coning of injected water and as well as prediction of water-out degree.At the stage of combining secondary oil recovery with tertiary oil recovery，the change of chloride ion can be used to judge whether there is a new stratum produced，analyze if the producing altitude is improved.

water property change；salinity；downhole casing strings；water-out degree；oil producing degree；reservoir development

TE32

A

1000-9752（2014）04-0117-04

2013-09-24

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重大科技專項(xiàng) （2012E-3004）。

楊燦 （1978-），男，2002年西南石油大學(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)從事油田開發(fā)研究工作。