一種縫洞型油氣藏水體能量評(píng)價(jià)方法

常寶華，李世銀，謝 恩，孫賀東，江杰，陳 苑

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007； 2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

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一種縫洞型油氣藏水體能量評(píng)價(jià)方法

常寶華1，李世銀2，謝 恩2，孫賀東1，江杰2，陳 苑1

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007； 2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

摘要：針對(duì)縫洞型油氣藏水體能量評(píng)價(jià)困難的問(wèn)題，在儲(chǔ)層特征研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用物質(zhì)平衡原理分析了縫洞型油藏見水前后油水產(chǎn)量變化規(guī)律，通過(guò)無(wú)因次簡(jiǎn)化得到產(chǎn)水、產(chǎn)油方程，經(jīng)過(guò)無(wú)因次產(chǎn)水方程擬合分析及產(chǎn)油方程擬合驗(yàn)證，建立了一種新的縫洞型油藏有限水體能量的評(píng)價(jià)方法。綜合考慮水體規(guī)模、避水高度及連通性等因素，以產(chǎn)水特征為研究對(duì)象，采用曲線擬合方法求取水體規(guī)模、避水高度及連通性等相關(guān)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：縫洞型油氣藏；水體能量；評(píng)價(jià)方法

常寶華,李世銀,謝恩,等.一種縫洞型油氣藏水體能量評(píng)價(jià)方法[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,31(1):53-57.

CHANG Baohua,LI Shiyin,XIE En,et al.A Method for Evaluating the Energy of Water in Fractured-vuggy Reservoirs[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(1):53-57.

引言

縫洞型碳酸鹽巖油氣藏產(chǎn)水規(guī)律不同于砂巖油氣藏，主要是由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)且不具有統(tǒng)一的水體，不同油氣藏單元可能連通不同規(guī)模的水體，這也是造成該類油氣藏水體能量評(píng)價(jià)較為困難的重要原因[1-5]。目前水體能量的評(píng)價(jià)方法主要包括地質(zhì)描述、數(shù)值模擬及動(dòng)態(tài)分析3個(gè)方面[6]。針對(duì)縫洞型油氣藏，地質(zhì)描述和動(dòng)態(tài)分析較為常用，地質(zhì)描述受地震分辨率制約，僅用于較大規(guī)模水體的識(shí)別，動(dòng)態(tài)分析主要以油氣產(chǎn)量及壓力的變化特征為研究對(duì)象，應(yīng)用油氣藏工程方法進(jìn)行分析[7]。本文以產(chǎn)水特征為研究對(duì)象，分析無(wú)因次產(chǎn)水方程，定義水體能量系數(shù)，用于表征水體對(duì)油氣藏的綜合作用，最終作為評(píng)價(jià)縫洞型油氣藏水體能量的依據(jù)之一。

1油藏背景及問(wèn)題

塔里木奧陶系縫洞型油氣藏儲(chǔ)層孔、洞相對(duì)發(fā)育，而基質(zhì)滲透性差，主要依靠裂縫溝通孔洞發(fā)育帶，使得僅在裂縫溝通的部分儲(chǔ)層連通較好，造成了儲(chǔ)層具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性，形成由單井或多口井連通的相對(duì)獨(dú)立的縫洞單元?？p洞單元內(nèi)部連通性較好，外部基質(zhì)孔滲較差，油氣富集、運(yùn)移過(guò)程中的水逐漸沉淀至縫洞單元的下部，油氣則主要分布在縫洞單元的中上部。由于縫洞單元溝通情況的不同，就形成了不同規(guī)模的水體，如圖1所示。

圖1　不同規(guī)模水體示意圖Fig.1　Schematic diagram of different size water body

水體對(duì)復(fù)雜碳酸鹽巖油氣藏開發(fā)的影響一方面表現(xiàn)為補(bǔ)充儲(chǔ)層能量，有益于油氣藏的開發(fā)，另一方面體現(xiàn)在油氣井產(chǎn)水后嚴(yán)重影響其產(chǎn)能，不利于提高開發(fā)效果。簡(jiǎn)單地通過(guò)水體體積規(guī)模參數(shù)不能完全體現(xiàn)水體對(duì)縫洞型油氣藏的作用是有益還是不利，那么如何表征水體對(duì)油氣藏作用的相關(guān)研究就具有更重要的意義。

2水體能量評(píng)價(jià)思路及方法

通過(guò)分析縫洞型油氣藏與水體的作用關(guān)系及機(jī)理，認(rèn)為水體與油氣藏連通形式、位置關(guān)系、連通性及水體規(guī)模等是影響水體對(duì)油氣藏作用的主要因素。連通形式，即水體賦存形式，主要包括縫洞單元內(nèi)部的封存水、通過(guò)裂縫溝通的外部水體，外部水體包括規(guī)模較大的地下暗河系統(tǒng)和規(guī)模較小的水體單元。位置關(guān)系是指油水界面與井底的相對(duì)位置關(guān)系，即避水高度。連通性是指水體、油氣藏及生產(chǎn)井之間的連通性，水體與油氣藏之間的連通通道、水體竄入井底的連通通道是斷裂、裂縫網(wǎng)絡(luò)或是基質(zhì)等。水體規(guī)模即水體的體積大小。上述4個(gè)因素共同影響水體對(duì)油氣藏的作用。

2.1規(guī)模較大水體分析

如何區(qū)分水體是外部連通的大規(guī)模水體還是體積相對(duì)較小的水體，從地質(zhì)角度可以區(qū)分油氣藏是否與大規(guī)模水體(例如：地下暗河系統(tǒng))連通，并通過(guò)油氣井的開發(fā)動(dòng)態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證，分析是否具有明顯水驅(qū)特征。通常表現(xiàn)出的特征有：生產(chǎn)井快速水淹、生產(chǎn)指示曲線后期平緩、產(chǎn)水后產(chǎn)能大幅降低、堵水措施無(wú)效、累計(jì)產(chǎn)水量大等。

2.2有限水體能量評(píng)價(jià)

目前的主要問(wèn)題歸結(jié)于體積規(guī)模相對(duì)較小的水體(定義為有限水體)的評(píng)價(jià)。該類水體的能量釋放過(guò)程與油氣藏衰竭開采過(guò)程類似，主要依靠水體的彈性膨脹能量驅(qū)動(dòng)油氣藏。下面以縫洞型油藏為例進(jìn)行分析推導(dǎo)論述。

理論模型如圖2所示，圓柱狀模型，生產(chǎn)井位于中心，打開儲(chǔ)層厚度為hs，儲(chǔ)層總厚度為H，封閉邊界半徑為re，底水由油水界面竄至井底。由此水體流動(dòng)簡(jiǎn)化為三部分：打開儲(chǔ)層部分的平面徑向流、未打開儲(chǔ)層部分流動(dòng)、水體竄至井底的流動(dòng)。

圖2　有限水體能量評(píng)價(jià)理論模型Fig.2Theoretical model for energy evaluation of limited water body

平面徑向流：聯(lián)立圓形封閉邊界裘比公式和壓縮系數(shù)定義式，則有

(1)

式中：qs為平面徑向流部分產(chǎn)量，m3/d；N為原油儲(chǔ)量，m3；pi為原始地層壓力，MPa；pwf為井底壓力，MPa；Bo為原油體積系數(shù)；μo為原油黏度，mPa·s；φ為平均孔隙度，%；k為平均等效滲透率，10-3μm2；Ct為綜合壓縮系數(shù)，MPa-1；H為儲(chǔ)層厚度，m；hs為打開部分儲(chǔ)層厚度，m；re為油井泄流半徑，m；rw為井徑，m；t為開井時(shí)間，d。

以等效滲透率kf表示水體竄至井底的連通性。假設(shè)為裂縫溝通，則日產(chǎn)水量表示為

(2)

式中：qw為產(chǎn)水量，m3/d；Vw為水體規(guī)模，m3；Cw為地層水壓縮系數(shù)，MPa-1；Bw為地層水體積系數(shù)；μw為地層水黏度，mPa·s；w為等效裂縫寬度，m。

根據(jù)產(chǎn)水前后分析油井生產(chǎn)情況，在不同階段選用不同的計(jì)算公式。

見水前，油井產(chǎn)出流體為單相油，此時(shí)打開部分儲(chǔ)層的流體貢獻(xiàn)如公式(1)所示，未打開儲(chǔ)層部分和水體部分對(duì)油井的貢獻(xiàn)符合物質(zhì)平衡方程，則未打開部分儲(chǔ)層與水體部分的體積變化量為對(duì)油井的流體供給量，可表示為

(3)

則見水前的日產(chǎn)油量為

qo=qs+qx。

(4)

見水后，油井產(chǎn)出流體為油、水兩相，上部?jī)?chǔ)層產(chǎn)出油，下部?jī)?chǔ)層和底水產(chǎn)出部分油和部分水，即下式成立

qox=qx-qw。

(5)

則見水后的日產(chǎn)油量

qo=qs+qox。

(6)

分析日產(chǎn)水公式(6)，變形為

(7)

設(shè)定無(wú)量綱參數(shù)：

則產(chǎn)水量無(wú)因次公式變?yōu)?/p>

(8)

日產(chǎn)油的無(wú)因次方程表示為

(9)

無(wú)因次參數(shù)定義：

定義nD的倒數(shù)m為水體能量系數(shù)，表征底水溝通、避水高度及水體規(guī)模的綜合參數(shù)，無(wú)量綱。當(dāng)水體能量系數(shù)越大時(shí)，表征水體相對(duì)于油藏的作用越大，水體能量相對(duì)越強(qiáng)。分析該區(qū)塊所有井的水體能量系數(shù)，進(jìn)行能量評(píng)價(jià)。

參數(shù)nD可由qwD-twD曲線擬合得到，公式(8)變形為

(10)

式(10)為線性表達(dá)式，斜率為nD，擬合直線，可直接求出水體能量系數(shù)m。

由此，可以根據(jù)儲(chǔ)層已知參數(shù)，通過(guò)擬合產(chǎn)油、產(chǎn)水曲線，分析底水能量強(qiáng)弱。根據(jù)擬合得到nD后，再結(jié)合已知儲(chǔ)層參數(shù)，擬合無(wú)因次產(chǎn)水、產(chǎn)油曲線，可以得到避水高度、底水與井底溝通的等效滲透率及水體體積等參數(shù)。

分析步驟：首先將產(chǎn)水量和時(shí)間無(wú)因次化，按式(10)得到實(shí)際生產(chǎn)的無(wú)因次產(chǎn)水曲線，擬合得到nD；其次，結(jié)合已知儲(chǔ)層參數(shù)，給出初始參數(shù)，擬合無(wú)因次產(chǎn)水、產(chǎn)油曲線，調(diào)整參數(shù)避水高度、底水與井底溝通的等效滲透率及水體體積規(guī)模等參數(shù)使曲線擬合最好；根據(jù)擬合得到參數(shù)，計(jì)算產(chǎn)油、產(chǎn)水生產(chǎn)曲線，與實(shí)際生產(chǎn)曲線對(duì)比，擬合最好時(shí)，說(shuō)明參數(shù)合理正確，否則重復(fù)調(diào)參擬合。

針對(duì)縫洞型油氣藏，將高氣油比的凝析氣縫洞單元看作小型氣藏，應(yīng)用相同的分析思路，應(yīng)用氣體的壓力平方公式推導(dǎo)有限底水型縫洞單元的水體能量問(wèn)題。

3實(shí)例分析及應(yīng)用

塔里木盆地某區(qū)塊A井，鉆遇奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層，為典型縫洞型儲(chǔ)層。該井生產(chǎn)曲線如圖3所示，2013年5月重新開井生產(chǎn)，日產(chǎn)水量呈逐漸遞減趨勢(shì)，日產(chǎn)油量相對(duì)平穩(wěn)，區(qū)塊綜合壓縮系數(shù)為0.002 MPa-1，平均孔隙度為4.1%，地層水壓縮系數(shù)0.000 2 MPa-1，平均地層滲透率為0.35×10-3μm2，原油體積系數(shù)1.8，地層水體積系數(shù)1.02。

圖3　A井生產(chǎn)曲線Fig.3　Production curves of A well

地質(zhì)認(rèn)識(shí)上，該井連通的油氣藏單元沒有連通大型水體，從生產(chǎn)特征上看，該井日產(chǎn)水量呈遞減趨勢(shì)，判斷該井連通有限規(guī)模的水體。按上述方法進(jìn)行計(jì)算分析，圖4、圖5分別為無(wú)因次產(chǎn)水量倒數(shù)曲線、無(wú)因次產(chǎn)水量擬合曲線，基本符合公式(10)所述線性特征，擬合曲線可得水體能量系數(shù)為51 165。

圖4　無(wú)因次產(chǎn)水量倒數(shù)曲線Fig.4　Reciprocal curve of dimensionless water production

圖5　無(wú)因次產(chǎn)水量擬合曲線Fig.5　Fitting curve of dimensionless water production

圖6、圖7分別為日產(chǎn)水量、日產(chǎn)油量擬合曲線，通過(guò)計(jì)算得到的理論曲線與實(shí)際生產(chǎn)曲線趨勢(shì)一致，誤差較小，由此可以通過(guò)擬合實(shí)際生產(chǎn)曲線驗(yàn)證計(jì)算模型及擬合參數(shù)的正確性。圖8為根據(jù)物質(zhì)平衡原理計(jì)算得到的地層壓力曲線，可以分析考慮有限水體影響情況下地層壓力的變化趨勢(shì)。計(jì)算結(jié)果如表1所示，水體與井底溝通等效滲透率為572×10-3μm2，可能通過(guò)斷層或垂直裂縫(裂縫網(wǎng)絡(luò))溝通水體與井底，水體倍數(shù)約為2，水體規(guī)模有限但溝通較好，且避水高度較小，造成油井開井生產(chǎn)即產(chǎn)水，隨后產(chǎn)水量逐漸減小的生產(chǎn)特征。

圖6　產(chǎn)水量擬合曲線Fig.6　Fitting curve of water production

圖7　產(chǎn)油量擬合曲線Fig.7　Fitting curve of oil production

圖8　地層壓力與井底流壓對(duì)比曲線Fig.8　Contrast of formation pressure curve with bottomhole fluid pressure curve

綜上所述，以日產(chǎn)水量為主要分析對(duì)象，通過(guò)曲線擬合方式求取水體規(guī)模、溝通等效滲透率及水體能量系數(shù)等參數(shù)，通過(guò)生產(chǎn)歷史擬合驗(yàn)證了參數(shù)的正確性。

表1　塔里木盆地某區(qū)塊A井基礎(chǔ)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

參 考 文 獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯：王輝

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.008中圖分類號(hào)：TE344；TE341

文章編號(hào)：1673-064X(2016)01-0053-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-08-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金“縫洞型碳酸鹽巖油藏溶洞參數(shù)識(shí)別方法研究”(編號(hào):51074176)

作者簡(jiǎn)介：常寶華(1986-)，男，博士，工程師，主要從事油氣藏動(dòng)態(tài)研究。 E-mail：changbaohua@petrochina.com.cn

A Method for Evaluating the Energy of Water in Fractured-vuggy Reservoirs

CHANG Baohua1,LI Shiyin2,XIE En2,SUN Hedong1,JIANG Jie2,CHEN Yuan1

(1.Langfang Branch,Petroleum Exploration and Development Research Institute of CNPC,Langfang 065007,Hebei,China；2.Tarim Oilfield Company,CNPC,Korla 841000,Xinjiang,China)

Abstract:Aiming at the difficulty in the evaluation of water energy in fractured-vuggy reservoirs,based on the research of reservoir characteristics,the change laws of oil and water production of the fractured-vuggy reservoirs before and after water breakthrough are analyzed using the principle of material balance.The oil and water production equations are obtained by dimensionless analysis,and a method for evaluating water energy in fractured-vuggy reservoirs is established through fitting analysis.Taking the characteristics of the water producing of the fractured-vuggy reservoirs as the research object,the relevant parameters to water energy such as the size of water body,the height of water avoidance and the connectivity of water body are obtained using the curve fitting method.

Key words:fractured-vuggy reservoir;water-body energy;evaluation method