裂縫性砂巖油藏裂縫發(fā)育模式及注采調(diào)整研究
——以碼頭莊油田莊2斷塊為例

孫東升，劉金華，蔡新明，閔 路，畢天卓

(中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，江蘇揚(yáng)州 225012)

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裂縫性砂巖油藏裂縫發(fā)育模式及注采調(diào)整研究
——以碼頭莊油田莊2斷塊為例

孫東升，劉金華，蔡新明，閔 路，畢天卓

(中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，江蘇揚(yáng)州 225012)

碼頭莊油田莊2斷塊為裂縫性砂巖油藏，通過(guò)對(duì)近年密閉取心井巖心以及研究區(qū)老井巖心的觀察，裂縫分為原生裂縫和壓裂縫兩種，原生裂縫又可分為高角度縫和水平縫，高角度縫規(guī)模較大、穿層性明顯，高角度裂縫為構(gòu)造應(yīng)力釋放形成的構(gòu)造裂縫；水平縫規(guī)模小，但往往集中出現(xiàn)，呈層性分布；研究區(qū)發(fā)育了一套以高角度裂縫為骨架、由原生裂縫和壓裂縫穿插形成的復(fù)雜裂縫體系。通過(guò)取心實(shí)驗(yàn)分析，認(rèn)為在裂縫上、下1～2 m范圍內(nèi)水洗明顯，無(wú)裂縫發(fā)育段剩余油飽和度較高，研究區(qū)仍有較大的潛力。根據(jù)研究成果在研究區(qū)優(yōu)化實(shí)施了周期注水、關(guān)停井兩種試驗(yàn)措施，均取得了較好的開(kāi)發(fā)效果。

高郵凹陷；碼頭莊油田;裂縫性油藏；裂縫模式；注采調(diào)整

裂縫性油藏具有初期產(chǎn)能高，遞減速度快，水淹情況復(fù)雜，采出程度低等特征。由于該類油藏具有孔-縫雙介質(zhì)儲(chǔ)層，因而其高效開(kāi)發(fā)成為油氣藏研究中的世界性難題之一[1-3]。本次研究的目標(biāo)區(qū)塊為碼頭莊油田莊2斷塊，該油藏為裂縫性砂巖油藏，莊2斷塊1995年投入生產(chǎn)，為加快采油速度，油藏內(nèi)大多數(shù)采油井進(jìn)行過(guò)壓裂，因而原生裂縫與壓裂縫并存，導(dǎo)致注水開(kāi)發(fā)后形成爆性水淹[4]。為了認(rèn)識(shí)莊2斷塊的水淹及剩余油分布情況，于2014年對(duì)莊2檢1井實(shí)施了密閉取心，通過(guò)對(duì)該井巖心以及研究區(qū)老井巖心的分析，對(duì)裂縫發(fā)育模式及注采調(diào)整進(jìn)行研究，為砂巖裂縫性油藏提高采收率提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

高郵凹陷位于蘇北盆地南部東臺(tái)坳陷中部，南為通揚(yáng)隆起，北接柘垛低凸起與建湖隆起相連，東起白駒凹陷，東南靠吳堡低凸起與溱潼凹陷相連，西接菱塘橋低凸起與金湖凹陷相隔，東西長(zhǎng)約100 km，南北寬25～30 km，呈北東向長(zhǎng)條形分布，新生界地層沉積厚達(dá)7 000 m，是蘇北盆地沉降最深的一個(gè)凹陷。高郵凹陷構(gòu)造單元可劃分為南斷階、深洼帶和北斜坡三個(gè)部分(圖1)[5-6]。

碼頭莊油田莊2斷塊油藏位于江蘇省高郵市郭集鄉(xiāng)，構(gòu)造上位于蘇北盆地高郵凹陷北斜坡帶碼頭莊背斜構(gòu)造的南翼，面積約為2.6 km2，是一個(gè)北東東向展布的受斷鼻構(gòu)造控制的裂縫性砂巖油藏(圖1)[6]。研究區(qū)地層平緩南傾，傾角4～6°，東西兩翼基本對(duì)稱。本次研究地層主要為古近系阜寧組一段、二段，阜一段以暗棕色砂、泥巖不等厚互層為特征，巖性變化大，發(fā)育三角洲相沉積，主要發(fā)育三角洲前緣亞相；阜二段為一套暗色泥巖為主的地層，是一套有利的生油層段，下部為夾生物碎屑碳酸鹽巖和鮞粒碳酸鹽巖的灰黑色泥巖，主要發(fā)育濱淺湖亞相沉積[3、4]。

圖1 江蘇油田高郵凹陷莊2斷塊區(qū)域位置

2 儲(chǔ)層裂縫特征

經(jīng)過(guò)對(duì)碼頭莊油田莊2斷塊莊2檢1井以及莊2井等多口取心井的巖心觀察，發(fā)現(xiàn)在此區(qū)內(nèi)，砂巖、碳酸鹽巖、泥巖、灰質(zhì)泥巖中均有裂縫分布。本次研究主要針對(duì)砂巖儲(chǔ)層中的開(kāi)啟裂縫，在砂巖中主要發(fā)育了原生裂縫和壓裂縫兩種，原生縫又可分為高角度縫和水平縫。

2.1 原生裂縫特征

莊2斷塊巖心觀察發(fā)現(xiàn)原生裂縫主要有高角度縫和水平縫兩類，具體特征如下。

(1)高角度縫。在莊2檢1、莊2、莊2-18等井均有發(fā)育(圖2、圖3)，高角度縫在塊狀砂巖、層理發(fā)育的砂巖以及泥砂互層的層段中均有發(fā)育，開(kāi)啟度大小不一，從0.1 mm到2 mm不等，個(gè)別可出現(xiàn)4～5 mm的大裂縫。此類裂縫一般規(guī)模較大，因而其長(zhǎng)度難于測(cè)量，巖心中一般僅可觀察到裂縫的局部。部分裂縫規(guī)模較大，接近于小斷層規(guī)模，例如在莊2檢1井1 689.50 m發(fā)育一條規(guī)模較大的高角度裂縫(圖3)，接近于小斷層的規(guī)模，存在明顯的破碎帶，破碎帶兩側(cè)發(fā)育多條近平行的小裂縫，但是在小層對(duì)比過(guò)程中該裂縫沒(méi)有形成地層的明顯缺失，僅在小層內(nèi)部錯(cuò)斷少量?jī)?chǔ)層，因而仍然將其劃歸裂縫處理。

圖2 莊2檢1井原生裂縫，1 657.90 m

圖3 莊2檢1井小斷層，1 689.50 m

高角度裂縫在所有取心井中均有發(fā)育，特別是在北部或者中北部區(qū)域的莊2、莊2-1、莊2-22、莊2檢1井等井中發(fā)育明顯(圖2)，其它井中也有發(fā)育，但是規(guī)模明顯下降，其中距離北部主斷層最近的莊2-22井砂巖裂縫最為發(fā)育。從各取心井裂縫在平面上的分布情況分析，高角度裂縫的發(fā)育程度與距離北部主斷層的遠(yuǎn)近有關(guān)，其走向也與斷裂近平行，因而認(rèn)為該類裂縫主要是由于構(gòu)造作用形成的，是地層中構(gòu)造應(yīng)力的釋放或者擠壓形成的，其形成原因與小斷層相似，甚至部分裂縫與小斷層共生[7]。由于研究區(qū)發(fā)育的高角度縫規(guī)模較大，因而認(rèn)為高角度縫具有穿透多個(gè)砂體能力，可以造成不同小層間的水竄現(xiàn)象。

(2)水平縫。在莊2檢1、莊2、莊2-1等井中均有發(fā)育(圖4、圖5)，裂縫長(zhǎng)度不一，但大多較短，長(zhǎng)度約為10 cm，并且水平縫大量集中出現(xiàn)，呈層性分布，多發(fā)育在層理界面處。此類裂縫的開(kāi)啟性較好，開(kāi)啟度一般為0.1～0.5 mm，在巖心裂縫中局部有殘余油氣分布，但水平縫在部分取心井中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。該類裂縫形成原因主要為應(yīng)力承受能力相對(duì)薄弱的砂體，在區(qū)域應(yīng)力環(huán)境下，形成了應(yīng)力釋放層，或者成為小斷層、高角度裂縫等應(yīng)力的末端釋放層，從而形成了連片性較大、裂縫相對(duì)發(fā)育的層段。平行縫與高角度縫均是儲(chǔ)層非均質(zhì)性的重要影響因素。

圖4 莊2檢1井原生水平裂縫，1 714.80 m

圖5 莊2檢1井原生水平裂縫，1 716.60 m

2.2 壓裂縫特征

壓裂縫屬于人工裂縫，是為了提高單井的油氣產(chǎn)量對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造形成的裂縫。該類改造雖然提高了單井的初期產(chǎn)量，但對(duì)整個(gè)油藏來(lái)講，不僅增加了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，也使后期的剩余油挖潛難度增大。從莊2檢1等取心井巖心分析，壓裂縫基本為垂直縫，在巖心上呈現(xiàn)的長(zhǎng)度較短(圖6、圖7)，不具有穿層性，長(zhǎng)度一般為5～12 cm，裂縫開(kāi)度也較小，為0.2～1.0 mm。巖心中觀察到的壓裂縫主要發(fā)育于塊狀砂巖中，此類砂巖一般沒(méi)有明顯的層理，粒度從粉砂到中砂巖均有，并且多發(fā)育在具有鈣質(zhì)膠結(jié)的物性相對(duì)較差的砂體內(nèi)，該規(guī)律是由于壓裂縫在泥巖或者疏松砂巖內(nèi)應(yīng)力釋放快、延伸距離短形成的，因而在距離壓裂井一定距離的新鉆井中取心，壓裂縫多發(fā)育在致密砂巖中。由于壓裂縫自身特點(diǎn)，在壓裂井附近裂縫長(zhǎng)度和開(kāi)度均較大，延伸一段距離后逐漸變小。莊2檢1井附近雖然有多口壓裂井，但距離最近的壓裂井也有200 m以上，因而在莊2檢1井中發(fā)育的壓裂縫不具有穿層性是合理的。雖然莊2檢1井的壓裂縫不具有穿層性，但是在壓裂井附近的壓裂縫仍具有一定穿層性，對(duì)油藏的注水開(kāi)發(fā)具一定的破壞作用。

圖6 莊2檢1井壓裂縫，1 672.40m

圖7 莊2檢1井壓裂縫，1 694.90m

3 裂縫發(fā)育模式

莊2斷塊發(fā)育了一套由原生裂縫和壓裂縫交織形成的復(fù)雜裂縫體系，通過(guò)對(duì)多口取心井的巖心觀察，認(rèn)為莊2斷塊裂縫體系由高角度裂縫組成骨架，由呈層性發(fā)育的水平裂縫穿插其內(nèi)部(圖8)，并經(jīng)發(fā)育在壓裂井周圍的壓裂縫后期改造。該體系在開(kāi)發(fā)初期形成了單井的相對(duì)高產(chǎn)，但是注水開(kāi)發(fā)后導(dǎo)致油藏快速水淹，水驅(qū)效果差。由于研究區(qū)裂縫形成了網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)性裂縫對(duì)滲流的影響使注水不能形成有效的驅(qū)替前緣，裂縫側(cè)向的油井注水難以波及，造成了孔隙驅(qū)油效果差，形成剩余油區(qū)，導(dǎo)致最終采收率低。

圖8 莊2斷塊裂縫發(fā)育體系模式

從莊2檢1井取心實(shí)驗(yàn)分析可以發(fā)現(xiàn)，巖心中裂縫位置的上、下1～2 m范圍內(nèi)剩余油飽和度較低，無(wú)裂縫發(fā)育段剩余油飽和度較高，說(shuō)明經(jīng)過(guò)近多年的水驅(qū)，裂縫周圍1～2 m厚的儲(chǔ)層水洗嚴(yán)重，其余儲(chǔ)層剩余油仍然較富集，因而在研究區(qū)中北部裂縫發(fā)育程度較強(qiáng)的區(qū)域，剩余油也相對(duì)豐富，在合理的注采調(diào)整下，研究區(qū)仍有較大的開(kāi)發(fā)潛力。

4 裂縫性油藏注采調(diào)整研究

近年，針對(duì)莊2斷塊裂縫發(fā)育特征，實(shí)施了周期注水、關(guān)停井兩種試驗(yàn)措施，均有一定效果，整體上油藏自然遞減率從15.2%下降到9.1%，綜合含水從84.6%下降至82.4%，調(diào)整效果明顯。

4.1 周期注水調(diào)整

周期注水能夠在地層中造成不穩(wěn)定壓力場(chǎng)，使地層中的油水不斷重新分布和交換，從而提高了注水利用率，增大注入水波及系數(shù)[8-9]。2015年3月份在研究區(qū)北部裂縫發(fā)育區(qū)優(yōu)選多個(gè)井組實(shí)施了周期注水試驗(yàn)，井組平均日產(chǎn)油增加3.6 t，含水降低3.2%。

4.2 高含水油井關(guān)井

莊2斷塊內(nèi)裂縫使注入水沿裂縫竄進(jìn)，造成注采井間注入水無(wú)效循環(huán)的情況。針對(duì)這一矛盾，在注水井實(shí)施周期注水后，進(jìn)一步對(duì)各井組高含水井實(shí)施關(guān)井，使注入水循環(huán)形成斷路，從而改變注入水的地下滲流方向，擴(kuò)大注水波及體積[10]。例如莊2-24井與注水井莊2-36井形成水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道，對(duì)高含水井莊2-24井關(guān)停后，其它兩口井見(jiàn)到注水效果，日產(chǎn)油分別增加1.2 t和1.5 t。

5 結(jié)論

(1)碼頭莊油田莊2斷塊阜寧組油藏為裂縫性油藏。通過(guò)巖心觀察，研究區(qū)裂縫分為原生裂縫和壓裂縫兩種，原生縫又分為高角度縫和水平縫。高角度裂縫規(guī)模大，具有明顯的穿層性，屬于構(gòu)造應(yīng)力釋放形成的構(gòu)造裂縫。

(2)莊2斷塊發(fā)育了一套由原生裂縫和壓裂縫交織形成的復(fù)雜裂縫體系，該體系由高角度裂縫組成骨架，由呈層性發(fā)育的水平裂縫穿插其內(nèi)部，并由主要發(fā)育在壓裂井周圍的壓裂縫后期改造。

(3)通過(guò)在研究區(qū)實(shí)施周期注水、關(guān)停井兩種試驗(yàn)分析，周期注水可以提高注水利用率，增大注入水波及系數(shù)；關(guān)停高含水井可以使注入水循環(huán)形成斷路，從而改變注入水方向，擴(kuò)大注水波及體積。兩種試驗(yàn)均對(duì)裂縫性油藏開(kāi)發(fā)具有較好的效果。

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編輯：王金旗

1673-8217(2016)06-0086-04

2016-05-13

孫東升，高級(jí)工程師，1971年生，1996年6月畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)，現(xiàn)主要從事油田開(kāi)發(fā)研究工作。

中國(guó)石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“小斷塊油藏油水過(guò)渡帶提高采收率技術(shù)研究”(P13125)。

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