縫洞型碳酸鹽巖油藏注水替油井水驅(qū)特征曲線多樣性與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)關(guān)系

馬旭，陳小凡，易虎

（西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500）

縫洞型碳酸鹽巖油藏注水替油井水驅(qū)特征曲線多樣性與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)關(guān)系

馬旭，陳小凡，易虎

（西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500）

以塔河油田奧陶系油藏注水替油井為例，研究發(fā)現(xiàn)縫洞型碳酸鹽巖油藏注水替油井水驅(qū)曲線形態(tài)主要受外部注入水量影響，其水驅(qū)曲線具有多樣性包括直角階梯型、快速上升不規(guī)則型、多直線段型以及復(fù)合型；利用水驅(qū)曲線拐點(diǎn)可以簡易識別注水輪次，垂直直線段長短表明注水燜井結(jié)束開井之初含水突升幅度大小，而水平直線段的長短表明含水回落后底水穩(wěn)產(chǎn)持續(xù)時(shí)間的長短；水驅(qū)曲線四種形態(tài)分別對應(yīng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的低含水穩(wěn)產(chǎn)型、含水暴性水淹型、含水高—低波動(dòng)型以及含水階段上升型。最后提出油井的儲(chǔ)層類型與縫洞及油水空間配置關(guān)系會(huì)直接影響到單井注水替油效果，而注水替油技術(shù)在鉆井放空漏失井、定容特征明顯的井及油井位于封閉縫洞體局部高點(diǎn)時(shí)能夠得以高效開展。

碳酸鹽巖；縫洞；水驅(qū)曲線；生產(chǎn)動(dòng)態(tài)

國內(nèi)外學(xué)者自1987年以來先后對水驅(qū)曲線開展了大量的研究工作，提出了許多新型水驅(qū)曲線表達(dá)式[1-5]。以童憲章院士及陳元千教授為代表的石油工作者在水驅(qū)曲線理論和應(yīng)用方面做了大量的研究工作；俞啟泰[6]等也發(fā)表系列文章介紹了五十多種水驅(qū)特征曲線。

塔河油田奧陶系油藏是世界上少有的大型超深海相碳酸鹽巖巖溶縫洞型油藏。油藏儲(chǔ)集空間類型主要有孔洞型、洞穴型、裂縫型及孔洞—裂縫型4種[7-8]。其流動(dòng)規(guī)律呈現(xiàn)出管流、滲流的油水兩相復(fù)合流動(dòng)[9]，流動(dòng)機(jī)理非常復(fù)雜[10-11]且缺乏系統(tǒng)的研究工作。隨著縫洞型碳酸鹽巖油藏注水替油技術(shù)[12-15]的試驗(yàn)與推廣，對其水驅(qū)特征曲線研究也越來越重視。

朱亞東等[16]根據(jù)雙重孔隙介質(zhì)兩相流動(dòng)理論導(dǎo)出了裂縫性油藏驅(qū)替特征曲線的解析表達(dá)式并計(jì)算了它的理論形狀。陳青等[17]將碳酸鹽巖油藏水驅(qū)曲線歸納為3種類型：單一直線段、兩直線段以及不規(guī)則的水驅(qū)曲線。呂愛民等[18]在典型相滲關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了水平竄進(jìn)型和縱深溝通型兩類縫洞型碳酸鹽巖底水油藏的水驅(qū)關(guān)系式。閆長輝等[19]介紹了影響水驅(qū)曲線多樣性因素，分析了油藏水驅(qū)曲線多樣性與單井產(chǎn)能、含水率上升的關(guān)系。肖陽等[20]研究發(fā)現(xiàn)對于縫洞型碳酸鹽巖油藏，需要根據(jù)分析應(yīng)用情況的不同及與實(shí)際資料的相關(guān)性來選擇應(yīng)用水驅(qū)特征曲線。針對注水替油井水驅(qū)曲線研究工作的空白，本文以塔河油田奧陶系油藏為例，主要從注水替油井水驅(qū)曲線的角度對水驅(qū)曲線的多樣性以及與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系做出分析。

1 水驅(qū)曲線特征

礦場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明甲型水驅(qū)曲線法和丙型水驅(qū)曲線法的實(shí)用性最好。甲型水驅(qū)曲線描述水驅(qū)開發(fā)油田的累積產(chǎn)水量與累積產(chǎn)油量之間的半對數(shù)直線關(guān)系。甲型水驅(qū)曲線關(guān)系式[21]為：

式中：Wp為累積產(chǎn)水量，t；Np為累積產(chǎn)油量，t。

典型的砂巖油藏水驅(qū)曲線分為三段（圖1），I段代表水驅(qū)作用剛剛影響油藏，水驅(qū)能量并不穩(wěn)定；中間直線段代表油藏進(jìn)入全面水驅(qū)狀態(tài)，水驅(qū)能量穩(wěn)定，式（1）即中間直線段的表達(dá)式；III段代表油藏進(jìn)入高含水期。

圖1 砂巖油藏甲型水驅(qū)曲線Fig.1Water drive curve of A type for sand reservoir

塔河油田奧陶系油藏水驅(qū)曲線形態(tài)所反映的并不完全是圖1三段式形態(tài)，很多單井水驅(qū)曲線呈臺(tái)階狀（圖2）。在直線段II后出現(xiàn)的是I′段，反映壓降剛剛波及到另一個(gè)殘留水體初期，水驅(qū)不穩(wěn)定的階段類似于I段，生產(chǎn)一個(gè)階段后，當(dāng)壓降波及另一個(gè)殘留水體又會(huì)出現(xiàn)直線段II′特征；III段仍然反映油藏進(jìn)入高含水特高含水期，油井水淹。碳酸鹽巖油藏水驅(qū)曲線特征反映了碳酸鹽巖油藏水驅(qū)規(guī)律復(fù)雜性，說明水驅(qū)曲線具有多個(gè)供給區(qū)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征[17]。

圖2 碳酸鹽巖油藏甲型水驅(qū)曲線Fig.2Water drive curve of A type for carbonate reservoir

2 縫洞型碳酸鹽巖油藏水驅(qū)曲線多樣性

2005年塔河油田針對產(chǎn)量遞減和含水上升等問題實(shí)施碳酸鹽巖縫洞油藏注水開發(fā)技術(shù)。2007年塔河采油二廠首創(chuàng)注水替油、以水治水注水壓錐技術(shù)。2008年9月塔河采油二廠日產(chǎn)原油10 002 t，表明注水替油可提高單井采收率的巨大潛力。塔河采油二廠目前有注水替油井229口，占采油總井?dāng)?shù)的48.3%，注水替油產(chǎn)量占總產(chǎn)量的26%。注水替油井水驅(qū)曲線多樣性以及與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)關(guān)系對于指導(dǎo)注水工作開展具有重要意義。注水替油井水驅(qū)曲線形態(tài)同時(shí)受原始水體及外注水量的影響，現(xiàn)將塔河油藏注水替油井幾種典型的水驅(qū)曲線歸納如下。

2.1 直角階梯型

該種類型水驅(qū)曲線是由一個(gè)直線段或者兩個(gè)直線段形成的直角臺(tái)階狀。這種類型的單井有:W1、W2、W3、W4、W5等（圖3）。直角階梯型甲型水驅(qū)曲線的直線段幾乎沒有過度突兀的出現(xiàn)而且直線段斜率基本為0。直角點(diǎn)（上升段—水平段構(gòu)成）是在注水替油燜井結(jié)束開井之初的含水突然上升而后又迅速回落的過程中出現(xiàn)的，該水驅(qū)特征受外注水水量影響。此外，該類型的水驅(qū)曲線較容易識別注水替油輪次，對于注水燜井后開井生產(chǎn)之初含水突升又迅速回落的井一般一個(gè)直角點(diǎn)代表一個(gè)注水輪次。

圖3 直角階梯型甲型水驅(qū)曲線Fig.3Right-angle stair shape of water drive curve of A type

2.2 快速上升不規(guī)則型

該種類型的水驅(qū)曲線形態(tài)未出現(xiàn)比較明顯的直線段，而是呈現(xiàn)快速上升狀。這種類型的單井有：W6、W7、W8等（圖4）。水驅(qū)曲線直線段不明顯，線段曲折，并未出現(xiàn)持續(xù)較長的穩(wěn)定水驅(qū)；曲線早期以及中期的斜率均較大，即開井含水突然上升；后期曲線斜率逐漸回落，說明含水平穩(wěn)。例如W7井2010年2月注水替油開采含水很低，但是2010年9月至今含水均保持較高水平。

圖4 快速上升不規(guī)則型甲型水驅(qū)曲線Fig.4Irregular shape of water drive curve of A type

2.3 多直線段型

第三類甲型水驅(qū)曲線表現(xiàn)出多直線段特征，其變化率相對于快速上升狀要緩慢得多；相對于直角臺(tái)階狀其直角階梯不明顯。該類型單井有：W9、W10等（圖5）。多個(gè)水平段說明水驅(qū)效果明顯，且持續(xù)時(shí)間較長；階梯不明顯是因?yàn)樽⑺疇F井結(jié)束開井之初含水略有上升并迅速回落保持低含水生產(chǎn)。此種類型單井注水替油效果極佳，低含水開采期持續(xù)時(shí)間長。

圖5 多直線段型甲型水驅(qū)曲線Fig.5Multi-line shape of water drive curve of A type

2.4 復(fù)合型

復(fù)合型甲型水驅(qū)曲線同時(shí)具有直角階梯型、快速上升型以及多直線段型的特征。該類型單井有W11等（圖6）。復(fù)合型水驅(qū)特征注水替油井含水上升具有階段性，前期和中期水驅(qū)效果明顯；因?yàn)楹A梯逐漸上升所以曲線具有多重特征；該井曲線有波動(dòng)意味著含水有波動(dòng)，后期曲線比較平緩且略有上升，即意味著此時(shí)該井含水率較為平穩(wěn)，水驅(qū)曲線保持斜率很低的直線段延伸。

3 縫洞型碳酸鹽巖油藏水驅(qū)曲線多樣性與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)關(guān)系

3.1 低含水穩(wěn)產(chǎn)型

對于直角階梯型注水替油單井，可能原始水體能量不足或者井筒與活躍水體不連通。直線段長說明低含水穩(wěn)產(chǎn)持續(xù)時(shí)間長，反之亦然。如W1井（圖7），第一個(gè)直角點(diǎn)表征首輪注水開井含水上升，第一直線水平段表征含水迅速回落；構(gòu)成第二個(gè)直角點(diǎn)的上升段長表征含水突升至100%后保持的時(shí)間較長，而第二直線水平段長則是含水回落保持底水穩(wěn)產(chǎn)持續(xù)時(shí)間長的原因。該井鉆井過程中出現(xiàn)放空漏失，認(rèn)為該井鉆遇儲(chǔ)油溶洞，含油量較大；但并未與活躍水體連通，推測為油井鉆遇封閉溶洞局部高點(diǎn)。

圖6 復(fù)合型甲型水驅(qū)曲線Fig.6Complex shape of water drive curve of A type

圖7 W1井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線Fig.7Production dynamic curve of well W1

3.2 含水暴性水淹型

快速上升不規(guī)則型油井最初含水為零或者相對低含水，然后含水突然上升。此類油井出水后，含水快速上升產(chǎn)油量急劇下降。這是由于塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層很大可能是由多條溶縫和多個(gè)溶洞組成的縫洞組合體，當(dāng)水體進(jìn)入新的一條裂縫或一個(gè)溶洞，含水上升就可能進(jìn)入新的含水階段。W7井（圖8）是一口酸壓完井投產(chǎn)的油井，含水率從5%突然上升到100%同時(shí)日產(chǎn)油也急劇下降，最后基本低于30 t/d。鉆井過程中未出現(xiàn)放空、漏失，酸壓完井投產(chǎn)后產(chǎn)油量較低且含水暴性水淹，再結(jié)合測井、錄井、地震及臨井資料認(rèn)為該井未鉆遇溶洞，酸壓溝通裂縫且溝通活躍水體，推測屬裂縫溝通活躍水體型地質(zhì)模式。

圖8 W7井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線Fig.8Production dynamic curve of well W7

3.3 含水高—低波動(dòng)型

多直線段型水驅(qū)曲線往往表征出含水高—低波動(dòng)特征。W10井從生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線來看（圖9），2011年8月首輪注水燜井結(jié)束開井含水突升迅速回落，之后含水高—低波動(dòng)頻繁。一方面含水突升幅較小且迅速回落，因此構(gòu)成直角的上升直線段短，另一方面含水高—低波動(dòng)頻繁導(dǎo)致曲線上出現(xiàn)若干直線段。該類出水類型也可稱為間隙出水型[19]，是碳酸鹽巖儲(chǔ)層特有的出水類型，自然出水時(shí)有時(shí)無，一般水量也不大。鉆井過程中未出現(xiàn)放空、漏失，酸壓完井效果差未溝通較大儲(chǔ)集體，再結(jié)合測井、錄井、地震及臨井資料認(rèn)為該井未鉆遇溶洞，酸壓溝通微裂縫，水體為原生賦存水，推測屬微裂縫—溶孔型地質(zhì)模式。

圖9 W10井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線Fig.9Production dynamic curve of well W10

3.4 含水階段上升型

復(fù)合型水驅(qū)特征主要表現(xiàn)在油井出水后含水呈階段性緩慢上升。第一輪次注水燜井結(jié)束開井生產(chǎn)含水較低，多數(shù)井都有較長的無水采油期；之后油水同產(chǎn)，含水逐漸上升最后升至100%。例如W11井完鉆井深6 600 m，酸壓完井效果明顯溝通了較大儲(chǔ)集體（圖10）；測井解釋6 520～6 535 m處發(fā)育裂縫溶洞；某鄰井生產(chǎn)4天見水后含水上升很快，另一鄰井生產(chǎn)14天后含水達(dá)100%關(guān)井。分析認(rèn)為W11井通過酸壓裂縫溝通溶洞，并且存在活躍水體；起初油井產(chǎn)水為溶孔洞里的原生賦存水，隨生產(chǎn)進(jìn)行活躍底水通過裂縫進(jìn)入溶洞，含水逐漸上升；當(dāng)活躍水體通過裂縫直接溝通井筒，含水突升至100%；推測為裂縫溶洞且活躍水體直接溝通井筒型地質(zhì)模式。

圖10 W11井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線Fig.10Production dynamic curve of well W10

4 縫洞型碳酸鹽巖油藏注水替油選井選層標(biāo)準(zhǔn)

通過以上分析不難發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)條件、油水分布以及油井所處位置等因素均對注水替油效果具有極其重要的影響，因此，在注水替油選井、選層上應(yīng)具有一定的標(biāo)準(zhǔn)。

1）定容特征明顯。開井生產(chǎn)后產(chǎn)量、油壓、套壓一直下降直至彈性能量耗盡為止，轉(zhuǎn)抽后液面持續(xù)下降，供液不足，這是實(shí)現(xiàn)注水替油的基礎(chǔ)。

2）溶洞型儲(chǔ)層為主。油井在鉆井過程中經(jīng)常伴隨鉆遇放空、出現(xiàn)漏失、溢流等現(xiàn)象，或者在測井上表現(xiàn)為溶蝕孔洞。此類油井儲(chǔ)集體以溶洞儲(chǔ)層為主，注水后油水重力置換快，油水界面穩(wěn)定。

3）鉆遇縫洞體局部高位。只有油井鉆遇縫洞體的高部位，才能實(shí)現(xiàn)注入水油水分離后注入水底部托油的目的。油井處于縫洞體非局部高位則注水只能補(bǔ)充能量不能提高產(chǎn)油量。

4）油井生產(chǎn)過程中含水低。塔河油田實(shí)鉆表明，單井控制的縫洞儲(chǔ)集體存在3種模式：純油縫洞、純水縫洞、上油下水縫洞。對于封閉的定容體油井生產(chǎn)不含水或含水低表明水油比低、油水界面低，更有利于注水替油開展。

5 結(jié)論

1）塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏洞縫分布非均質(zhì)性嚴(yán)重、油水關(guān)系復(fù)雜，油藏水驅(qū)曲線呈現(xiàn)多樣性包括直角階梯型、快速上升不規(guī)則型、多直線段型以及復(fù)合型。注水替油井水驅(qū)曲線形態(tài)主要受外部注入水量影響。

2）利用水驅(qū)曲線拐點(diǎn)可以簡易識別注水輪次，垂直直線段長短表明注水燜井結(jié)束開井之初含水突升幅度大小，而水平直線段的長短表明含水回落后底水穩(wěn)產(chǎn)持續(xù)時(shí)間的長短。

3）注水替油井水驅(qū)曲線的直角階梯型、快速上升不規(guī)則型、多直線段型以及復(fù)合型四種形態(tài)分別對應(yīng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的低含水穩(wěn)產(chǎn)型、含水暴性水淹型、含水高—低波動(dòng)型以及含水階段上升型。

4）縫洞型油藏儲(chǔ)層地質(zhì)概念模式即油井的儲(chǔ)層類型與縫洞及油水空間配置關(guān)系要結(jié)合各種靜態(tài)資料（鉆井、巖心、測井、地震、試井等）與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)關(guān)系來正確認(rèn)識，對其認(rèn)識程度將直接影響注水替油單井失效預(yù)警、失效地質(zhì)影響因素識別以及下步注水工作的開展。

5）總體來講鉆井放空漏失井、定容特征明顯的井，油井位處封閉縫洞體局部高點(diǎn)時(shí)注水替油能夠得以高效開展。

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（編輯：楊友勝）

Relation between water-drive curve multiplicity and production performance for water injection-production well of fractured-vuggy carbonate oil reservoir

Ma Xu,Chen Xiaofan and Yi Hu
(State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Development,Southwest Petroleum University, Chengdu,Sichuan 610500,China)

Taking carbonate reservoir in Tahe oilfield as an example,the study found that the water drive curves for water injectionproduction wells in fractured-vuggy carbonate reservoir are affected by injected water.Besides,the curves are multiple,including right-angle-step shape,irregular shape,multiple straight line segments shape and complex shape.In addition,the cyclic times of water injection can be recognized easily,e.g.the length of vertical line segments shows the increasing range of water cut at the be?ginning of production after soak stage,while the length of horizontal line segments shows the length of continuous time when pro?ducing stably after water cut falling.Finally,the reservoir type of wells and fractured-vuggy and water/oil space directly influence the water injection for oil effects of single well are proposed.However,water injection for oil technique can be carried out efficient?ly for wells with leakage,significant volume characteristics and high position.

carbonate rock,fracture and cave,water-drive curve,production performance

TE357.6

A

2014-08-07。

馬旭（1989—），女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌獠毓こ膛c數(shù)值模擬。