生物礁灰?guī)r底水裂縫型油藏開采規(guī)律及技術(shù)對(duì)策

曹 煜 林 璠 李 李 朱麗君 田慧君

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059)

生物礁灰?guī)r油藏和常規(guī)砂巖油藏儲(chǔ)層特征完全不同，生物礁灰?guī)r油藏一般發(fā)育裂縫，非均質(zhì)性強(qiáng):孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)集空間多樣等?？缀斫Y(jié)構(gòu)復(fù)雜主要表現(xiàn)在其孔喉半徑分布范圍廣、次生孔隙和基質(zhì)孔隙同時(shí)發(fā)育、孔隙度和滲透率相關(guān)關(guān)系差，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)孔隙度高而滲透率極低的現(xiàn)象;其儲(chǔ)集空間往往包括多種形式，一塊生物礁灰?guī)r常常包含有孔、洞、縫三種中的一種或多種儲(chǔ)集空間的組合［1］。因此，地震、測(cè)井等資料的解釋、儲(chǔ)層精細(xì)描述、油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究等評(píng)價(jià)方法較砂巖等其它類型儲(chǔ)層更加復(fù)雜。筆者調(diào)研國(guó)內(nèi)外資料文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，生物礁灰?guī)r油藏的采出程度普遍較低，剩余油可采儲(chǔ)量大，挖潛的空間巨大。但由于儲(chǔ)層地質(zhì)油藏條件復(fù)雜，油田后期生產(chǎn)區(qū)的調(diào)整井投產(chǎn)后高含水、含水上升塊、產(chǎn)量遞減快，油田開發(fā)狀況日趨復(fù)雜。因此，對(duì)于這類儲(chǔ)層非均質(zhì)強(qiáng)、剩余油分布復(fù)雜、調(diào)整井位部署難等眾多問(wèn)題的大型塊狀生物礁灰?guī)r油田，如何提高此類底水裂縫型油藏的采收率成為油藏工作者面臨的大問(wèn)題。上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批底水裂縫性油氣藏，本文中對(duì)國(guó)內(nèi)川南有水氣藏、華北古潛山油藏、樂(lè)安油田以及塔河縫洞油田等的開采特征和增產(chǎn)措施進(jìn)行了調(diào)研和總結(jié)分析，并提出相應(yīng)的開采技術(shù)對(duì)策。

1、底水油藏產(chǎn)水特征

底水油藏的油井投產(chǎn)后很快見水，有的出現(xiàn)暴性水淹。如何抑制底水油藏的底水突進(jìn)是提高油井產(chǎn)量、提高油田采收率、實(shí)現(xiàn)油田高效開發(fā)的關(guān)鍵所在。為了很好地控制水錐，必須分析油井水侵方式和含水率變化特征［2，3］。梅爾庫(kù)洛娃利用油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了羅馬什金等油田的油井出水規(guī)律，并總結(jié)了不同類型儲(chǔ)層的油井出水特征。

在大裂縫發(fā)育部位，底水活動(dòng)主要表現(xiàn)出“水竄”特征;在裂縫不發(fā)育部位，底水活動(dòng)則表現(xiàn)出“水侵”特征。底水活動(dòng)的主要方向取決于縱向縫、橫向縫的相對(duì)發(fā)育程度，底水油藏在開采中表現(xiàn)出如下水侵模式:

1.1 非均質(zhì)底水油藏的水侵模式

對(duì)于裂縫發(fā)育的非均質(zhì)的底水油藏，底水油藏的水侵特征是底水沿非連續(xù)面的水竄型(圖1)。

圖1 非均質(zhì)底水油藏油井出水模式

1.2 均質(zhì)底水油藏的水侵模式

均質(zhì)底水油藏的見水模式為底水錐(脊)進(jìn)型。若油井所在的油層內(nèi)中、小型裂縫或者微細(xì)裂縫發(fā)育，并且不存在大型縫，油層則表現(xiàn)出似均質(zhì)性。

在油藏相對(duì)均衡開發(fā)的前提下，油水界面邊界壓力下降均勻。由于儲(chǔ)集層性質(zhì)各向同性，從整體上說(shuō)，水侵呈垂直活塞式推進(jìn)，油水界面前緣呈連續(xù)面向上驅(qū)動(dòng)、水驅(qū)效率高且補(bǔ)充了油藏能量，對(duì)油藏開發(fā)有利。但對(duì)均質(zhì)底水油藏的油井來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)過(guò)程中，油井井底流動(dòng)壓力必然低于油藏地層壓力，在油井井底下面的底水必然會(huì)形成水錐，當(dāng)水錐高度大于油井井底距油水界面高度時(shí)，油井便產(chǎn)出地層水。

根據(jù)累計(jì)產(chǎn)水和累計(jì)產(chǎn)油的關(guān)系，劉德華繪制了單井見水特征曲線圖版［4］，如圖2所示。

表1 底水油藏見水類型

見水類型 生產(chǎn)特點(diǎn) 增產(chǎn)策略裂縫水竄型見水沒(méi)有無(wú)水采油期，投產(chǎn)即見水，初期產(chǎn)能高，并且隨著含水的快速上升，產(chǎn)油量下降很快，裂縫溝通水體，一般能力充足。對(duì)水體能量強(qiáng)的井采用改變工作制度等方式增產(chǎn)，有利于啟動(dòng)低滲或微裂縫儲(chǔ)集體內(nèi)原油，使油水重新分布而被采出。

圖2 單井見水特征曲線圖版(據(jù)劉德華)

1.3 水平井的水淹類型

水平井的水淹模式與直井有一定的相似性，主要有兩種:沿裂縫水竄和底水脊進(jìn)式水侵。

根據(jù)水平段上的出水分布不同，底水脊進(jìn)式水侵可分為線狀、點(diǎn)狀和曲面狀。由于水平段所在區(qū)域垂向滲透率不同，底水最先從垂向滲透率高的區(qū)域或油水界面的拐點(diǎn)處侵入油井，造成點(diǎn)狀出水，在生產(chǎn)曲線上表現(xiàn)為水油比低;若油層垂向均質(zhì)性強(qiáng)、井身軌跡呈近似水平態(tài)、底水均勻脊進(jìn)，此為線狀出水;若底水能量大，油層滲透性較好且產(chǎn)量較高，線狀出水就會(huì)演變?yōu)榍鏍畛鏊途┬运?，變?yōu)樗?/p>

裂縫油藏最常見的出水形式是地層水沿溝通了水平段的裂縫竄入油井。早期裂縫是油的通道，油層壓力隨著開采時(shí)間逐漸降低、裂縫演變?yōu)樗耐ǖ馈５渑c底水脊進(jìn)式水侵不同，水平井見水后，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)水量暴增，產(chǎn)油量驟減，如圖3所示。

圖3 底水沿裂縫水竄示意圖

2、裂縫性底水油藏的剩余油分布特征

抑制“水竄”和“水錐”對(duì)于油藏工程師來(lái)說(shuō)，難度較大。有學(xué)者建立了解析模型和室內(nèi)物理模擬，使用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)來(lái)確定臨界產(chǎn)液速度。對(duì)于塊狀底水油藏，油井生產(chǎn)壓差的存在使得井筒周圍存在底水錐進(jìn)現(xiàn)象，同時(shí)在2個(gè)油井之間形成一定的錐間帶，剩余油較富集［5］。

裂縫性古潛山油藏在雙重介質(zhì)條件下，底水上升能夠形成兩個(gè)油水界面，即:巖塊系統(tǒng)的油水界面和裂縫系統(tǒng)的動(dòng)油水界面(圖4)。兩個(gè)油水界面將儲(chǔ)層分成三個(gè)區(qū)域:Ⅰ區(qū)為水淹帶，巖塊和裂縫系統(tǒng)完全被水淹，無(wú)驅(qū)油現(xiàn)象;Ⅱ區(qū)為油水過(guò)渡帶，巖塊和裂縫系統(tǒng)部分被水淹，仍存在驅(qū)油現(xiàn)象;Ⅲ區(qū)為含油帶，未受水錐影響，為未動(dòng)用地層。

圖4 裂縫性油藏單井動(dòng)油水界面示意圖

對(duì)于裂縫發(fā)育的底水油藏，由于底水主要沿裂縫水竄，即使單井已被水淹，在生產(chǎn)井間仍存在大量未動(dòng)用的原油，油水界面基本沒(méi)有改變(圖5)。

圖5 裂縫性油藏井間剩余油分布圖

特低滲透儲(chǔ)層微裂縫發(fā)育，開發(fā)過(guò)程中滲吸作用明顯，準(zhǔn)確表征滲吸速度對(duì)合理開發(fā)該類儲(chǔ)層具有重要意義。在油田開采過(guò)程中，有些采油井水淹停噴后，通過(guò)關(guān)井恢復(fù)一段時(shí)間后再開井生產(chǎn)，不但可以自噴生產(chǎn)，而且還可以獲得一定的無(wú)水采油量。當(dāng)油井生產(chǎn)再次含水停噴，重復(fù)開關(guān)多次均可以獲得無(wú)水油量。例如位于華北油田龍虎莊油田北部高點(diǎn)的油井就具有這樣的開采特征。說(shuō)明初期由于采油速度過(guò)高，主要開采了大裂縫內(nèi)的原油，而巖塊內(nèi)的油尚未大量采出。大裂縫見水后，大裂縫內(nèi)的水與巖塊小縫小洞內(nèi)的油在毛管壓力作用下產(chǎn)生自吸排油，小縫小洞內(nèi)的油量逐漸向大裂縫集中。

3、底水油藏注氣開采技術(shù)

邊底水活躍的油藏，注入氣體不但補(bǔ)充了地層壓力，而且還能控制底水錐進(jìn)，減少油井生產(chǎn)的含水率。其機(jī)理是:在重力分異作用的影響下，注入井中的氣體從油層底部運(yùn)移到油層頂部，增大了彈性能量，降低了形成水錐的速度;同時(shí)，利用油水粘度差，使油水界面被迫向構(gòu)造或油層下部運(yùn)移，使水錐消失［6］。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)開展“單元注氣替油”的油田一般采用二氧化碳、氮?dú)夂吞烊粴庾鳛闅庠矗?］。但高純度氮?dú)?液氮)的性質(zhì)穩(wěn)定、膨脹率大、不燃(天然氣在富氧時(shí)易燃易爆)、不腐蝕生產(chǎn)設(shè)備，并且現(xiàn)場(chǎng)制氮成本低、氣源豐富;因此，氮?dú)庾鳛樽忾_采的首選。國(guó)內(nèi)華北雁翎油田潛山油藏和樂(lè)安油田草古1潛山油藏，均為底水裂縫型油藏，采用“注氣壓錐”方法開采后，降水增油效果顯著。

4、底水油藏控錐技術(shù)

國(guó)內(nèi)外底水油田的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)表明:控制底水錐進(jìn)或抑制水錐是開采底水油藏的關(guān)鍵所在。對(duì)于底水油藏的開采技術(shù)，許多學(xué)者進(jìn)行了研究［8，9］。

預(yù)防水錐形成的油藏工程方法有:①優(yōu)化射孔;②控制臨界產(chǎn)量與臨界壓差;③水平井開采［10］。采油工藝有:①打人工隔板阻擋底水技術(shù);②采水消錐技術(shù);③注入堵劑技術(shù)。

4.1 化學(xué)堵水措施

在水平井堵水中，國(guó)外一般使用凍膠類化合物或高分子聚合物;國(guó)內(nèi)則使用水玻璃和水泥等無(wú)機(jī)堵水劑。對(duì)于水平井而言:①清楚出水層位時(shí)，進(jìn)行工藝選擇性堵水;②不清楚出水層位，進(jìn)行化學(xué)選擇性堵水。

經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，我國(guó)研制開發(fā)的化學(xué)堵水技術(shù)，主要包括顆粒型和凝膠型復(fù)化學(xué)堵水方式。

4.1.1 顆粒型堵劑

顆粒類堵水調(diào)剖劑經(jīng)濟(jì)有效，品種較多，油田中常使用的顆粒型堵劑如表2所示:

表2 顆粒型堵劑

顆粒型堵劑對(duì)于(特)高滲的大孔道地層需要進(jìn)行深部處理，效果顯著。顆粒型堵劑的粒徑大小與巖石孔道密切相關(guān):堵劑粒徑小，難以在孔道內(nèi)形成“橋堵”;粒徑大難以進(jìn)入孔道深處從而出現(xiàn)“表面暫堵”現(xiàn)象。

4.1.2 水溶性聚合物凍膠類堵水調(diào)剖劑

我國(guó)在堵水調(diào)剖劑研究上頗有建樹，國(guó)內(nèi)油田相繼使用的各種堵水調(diào)剖劑多達(dá)70余種，其中研究最多應(yīng)用最廣的一種堵水調(diào)剖劑為水溶性聚合物凍膠，尤其是聚丙烯胺的應(yīng)用，給化學(xué)堵水調(diào)剖技術(shù)開創(chuàng)了新局面。水溶性聚合物一般包括合成聚合物、生物聚合物和天然改性聚合物等。其共同點(diǎn)為易溶于水，增粘性能強(qiáng)，粘彈性好。

4.2 采水消錐工藝

一般情況下，達(dá)到控錐效果的臨界產(chǎn)量小、不能滿足經(jīng)濟(jì)要求。若以高于臨界產(chǎn)量的速度進(jìn)行生產(chǎn)，水錐易突破、含水率上升快［11，12］。所以，油水界面的形態(tài)取決于排水采油形成的壓力梯度和重力的共同作用。因此提出油水界面下采水的方式來(lái)改變地層中的壓力分布，達(dá)到消除水錐的目的。通過(guò)調(diào)整排水和采油的速度，可以控制油水界面的變化和形態(tài)。排水采油技術(shù)可以阻擋底水的錐進(jìn)或脊進(jìn)現(xiàn)象、延緩邊底水的突破(圖6、圖7)。

圖6 直井采水、水平井采油消錐法

圖7 水平井采水、水平井采油消錐法

5、結(jié)論

(1)生物礁灰?guī)r底水裂縫型油藏非均質(zhì)強(qiáng)、剩余油分布復(fù)雜、產(chǎn)量遞減快、采出程度低，但剩余油可采儲(chǔ)量大，挖潛空間大。

(2)底水油藏的產(chǎn)水特征表現(xiàn)為:在大裂縫發(fā)育部位，底水活動(dòng)主要表現(xiàn)出“水竄”特征;在裂縫不發(fā)育部位，就表現(xiàn)出“水侵”特征。

(3)對(duì)于底水裂縫型油藏，油井底水錐進(jìn)后，在生產(chǎn)井之間易形成錐間帶，剩余油較富集。

(4)對(duì)于底水活躍的油藏，注氣可以補(bǔ)充地層壓力，同時(shí)抑制底水錐進(jìn)，降低油井綜合含水，降水增油效果明顯。注入氣優(yōu)先選擇性價(jià)比高的氮?dú)鉃闅庠础?/p>

(5)底水油藏開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)是抑制水錐或控制底水錐進(jìn)，最大程度地延長(zhǎng)油井無(wú)水采油期和控制底水均勻驅(qū)替。采用化學(xué)堵水措施和采水消錐工藝可以解決生物礁灰?guī)r底水裂縫型油藏的開采問(wèn)題。

［1］李士倫，王鳴華，何江川，等.氣田與凝析氣田開發(fā)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2004.

［2］王慶，劉慧卿，曹立迎，等.非均質(zhì)底水油藏水平井水淹規(guī)律研究［J］.巖性油氣藏，2010，22(1):122 －125.

［3］Ehlig － Economides，C.A.，Chan，K.S.，Spath，J.B.Production Enhancement Strategies for Strong Bottom Water Drive Reservoirs.Society of Petroleum Engineers［J］.SPE 36613.1996:409 －419.

［4］劉德華，陳利新，繆長(zhǎng)生，等.具有邊底水碳酸鹽巖油藏見水特征分析［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2008，30(4):137－140.

［5］孫曉旭，楊勝來(lái)，吳曉云.裂縫性底水潛山油藏注氣數(shù)值模擬研究［J］.復(fù)雜油氣藏，2012，5(1):63－66.

［6］李士倫，郭平，戴磊，等.發(fā)展注氣提高采收率技術(shù)［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，22(3):41 －45.

［7］康博，熊偉，張正紅，等.縫洞型油藏注氣開發(fā)單元優(yōu)選方法［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2013，13(26):7629－7633.

［8］Patel，R.S.，Batycky，J.P.，Tang，J.S.，Lai，S.Y.，Tibold，M.P.The Application of Fluid Injection To Mitigate Coning.Society of Petroleum Engineers［J］.SPE 28570.1994:33 －40.

［9］Shirif，E.Mobility Control by Polymers Under Bottom－ Water Conditions，Experimental Approach.Society of Petroleum Engineers.SPE 64506.2000:1 －12.

［10］張忠義，陳東亮，劉亮，等.DH井區(qū)砂巖油藏水平井提高采收率方法［J］.油氣田地面工程，2009，28(11):44－45.

［11］杜殿發(fā)，李恒清，陳桂華.底水油藏采水消錐與凍膠隔板復(fù)合控水方法［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2010，29(6):140 －144.

［12］裴連君，李旭東.底水油藏應(yīng)用成對(duì)水平井消錐探討［J］.吐哈油氣，1998，3(3):21 －25.