潛山裂縫性油藏見(jiàn)水規(guī)律及裂縫分布規(guī)律分析方法

朱志強(qiáng)， 李云鵬， 呂坐彬， 孟智強(qiáng)， 楊志成

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

隨著成像測(cè)井技術(shù)的日趨成熟，對(duì)潛山裂縫性油藏井眼周?chē)芽p的識(shí)別越來(lái)越準(zhǔn)確,而對(duì)井間裂縫分布的識(shí)別，雖然相關(guān)理論研究比較多，但截至目前尚未取得根本性突破，更沒(méi)有成熟的技術(shù)[1-9]。近年來(lái)，國(guó)外主要從核磁測(cè)井技術(shù)方面開(kāi)展了相關(guān)研究，同時(shí)認(rèn)為多波多分量地震技術(shù)是比較有效的手段，但該技術(shù)還處于探索階段[10-14]。儲(chǔ)層裂縫成因、空間描述及三維分布預(yù)測(cè)是研究?jī)?chǔ)層裂縫的出發(fā)點(diǎn)和歸宿點(diǎn)，建立既能反映裂縫分布規(guī)律、又能滿(mǎn)足油藏工程研究需要的儲(chǔ)層裂縫模型是潛山裂縫性油藏高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，這就需要基于裂縫性油藏研究現(xiàn)狀，針對(duì)某一具體的、典型的潛山裂縫性油藏進(jìn)行進(jìn)一步研究和探討。

JZS潛山油藏為渤海油田首個(gè)投入開(kāi)發(fā)且規(guī)模最大的潛山裂縫性油藏，巖性為片麻巖及碎裂巖類(lèi)，儲(chǔ)集空間主要為裂縫和溶孔，其中構(gòu)造裂縫最為發(fā)育，其次為碎裂質(zhì)的粒間孔隙和溶蝕孔隙。該油藏儲(chǔ)層孔隙度變化較大，滲透性非均質(zhì)性極強(qiáng)，具有明顯的雙重孔隙介質(zhì)特征。

鑒于渤海油田JZS潛山油藏的典型性及其具有的代表性，筆者以該油藏為例，利用其豐富的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料分析總結(jié)油藏見(jiàn)水規(guī)律，并通過(guò)擬合實(shí)際油井的含水規(guī)律反算地下裂縫的分布情況，從而為分析潛山裂縫性油藏見(jiàn)水規(guī)律及裂縫分布規(guī)律提供可借鑒的方法。

1　油藏見(jiàn)水特征

JZS潛山油藏2010年投產(chǎn)，油井部署在油藏的高部位，大多為鉆穿多條裂縫的水平井，注水井部署在油藏低部位，形成頂采底注的井網(wǎng)。該油藏油井初期產(chǎn)能高，見(jiàn)水后產(chǎn)量遞減快，不同位置的油井表現(xiàn)出不同的見(jiàn)水特征，如圖1所示。

圖1　JZS潛山油藏不同油井見(jiàn)水特征Fig.1　Features of water production in different oil wells of the JZS buried-hill reservoir

油井1位于油藏較低部位，投產(chǎn)1年內(nèi)開(kāi)始見(jiàn)水，含水率迅速上升至20%左右，該含水階段穩(wěn)定時(shí)間短，約為1年，而后含水率迅速達(dá)到80%，進(jìn)入高含水階段；油井2位于油藏中間位置，無(wú)水采油期稍長(zhǎng)，約2年，見(jiàn)水后含水率穩(wěn)定在40%，持續(xù)時(shí)間稍長(zhǎng)，約2年，而后逐漸發(fā)展為高含水階段；油井3位于油藏較高部位，無(wú)水采油期長(zhǎng)，約3年，含水率上升緩慢，目前仍處于較低含水階段，預(yù)測(cè)后期逐漸發(fā)展為高含水階段；油井4位于油藏最高部位，由于注采井間存在大裂縫竄流導(dǎo)致初期含水率上升快，注水井停注后，含水率逐漸降低，目前已生產(chǎn)7年,仍處于低含水階段。

從上述4口油井的見(jiàn)水情況來(lái)看，油井見(jiàn)水特征多表現(xiàn)為“臺(tái)階形”，“臺(tái)階”的形成是裂縫非均質(zhì)性造成的。第一“臺(tái)階”往往是大裂縫見(jiàn)水，見(jiàn)水時(shí)間取決于油井位置的高低，含水率上升“臺(tái)階”幅度取決于大裂縫(最先見(jiàn)水)的比例，次級(jí)裂縫見(jiàn)水前含水率“臺(tái)階”相對(duì)穩(wěn)定，且油井位置越高，含水率“臺(tái)階”穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)，下一含水率上升“臺(tái)階”則表示次級(jí)裂縫開(kāi)始見(jiàn)水，含水率進(jìn)一步升高，“臺(tái)階”幅度取決于次級(jí)裂縫(其次見(jiàn)水)的比例。

2　油藏含水上升規(guī)律

分析JZS潛山油藏不同位置油井的見(jiàn)水特征，結(jié)合潛山雙重介質(zhì)的特征，可知該油藏的含水率上升一般表現(xiàn)為局部裂縫見(jiàn)水逐漸發(fā)展為整體見(jiàn)水的演化規(guī)律，具體可劃分為4個(gè)階段，如圖2所示。

1) 投產(chǎn)初期，油井依靠彈性能開(kāi)采，注水井注入量較少，油井表現(xiàn)為產(chǎn)量高、含水率低，存在一段無(wú)水采油期，該階段油藏含水率一般低于20%，以裂縫供油為主。

2) 隨著開(kāi)采時(shí)間延長(zhǎng)和注入水量增加，部分油井開(kāi)始見(jiàn)水，此時(shí)油井以大裂縫竄流見(jiàn)水為主，油井含水差異較大，低部位油井的含水率高于高部位油井，但總體含水率較低，水驅(qū)前緣主要受大裂縫控制，含水率在20%～40%，裂縫供油下降較快，但仍為主要供油系統(tǒng)，基質(zhì)出油比例快速增大。

3) 開(kāi)采程度進(jìn)一步提高，注入水急劇增加，低部位油井全井段水淹，表現(xiàn)為高含水率特征，高部位油井仍以裂縫見(jiàn)水為主，含水率上升表現(xiàn)為“臺(tái)階形”，油水界面主要受裂縫發(fā)育和采出程度控制，為連續(xù)非水平面，該階段含水率在40%～85%，基質(zhì)裂縫供油比例相當(dāng)，基質(zhì)成為產(chǎn)量接替的關(guān)鍵，這一階段適合以周期注水的開(kāi)發(fā)方式增大基質(zhì)和裂縫的流體交換量，從而促進(jìn)基質(zhì)發(fā)生滲吸。

4) 油水界面進(jìn)一步上升至整個(gè)潛山頂面，油井基本水淹，含水率大于85%，基質(zhì)大部分被水封，基質(zhì)出油動(dòng)力減弱，出油量下降，大部分裂縫也見(jiàn)水，油藏進(jìn)入開(kāi)發(fā)晚期，需進(jìn)一步強(qiáng)化注水方式，使更小的裂縫也參與滲流，增大基質(zhì)的滲吸深度和程度。該階段推薦采用異步注采的開(kāi)發(fā)方式，很多裂縫性油藏采取異步注采均取得較好的開(kāi)發(fā)效果[15]。

3　裂縫見(jiàn)水模型選擇及裂縫分布計(jì)算

分析見(jiàn)水規(guī)律認(rèn)為，導(dǎo)致裂縫性油藏油井不同見(jiàn)水特征的主要原因有2個(gè)：1)油井在油藏內(nèi)的位置，也就是距離油水界面的遠(yuǎn)近或注采井間的距離，由油藏本身的特征所決定，部署井網(wǎng)時(shí)應(yīng)盡可能增大注采井間的距離以延緩水竄；2)注采井間裂縫的發(fā)育特征，即不同級(jí)次裂縫的比例存在差異，應(yīng)重點(diǎn)研究裂縫發(fā)育程度對(duì)見(jiàn)水規(guī)律的影響。

在潛山裂縫性油藏中，由于不同級(jí)次裂縫存在差別，見(jiàn)水時(shí)間也不相同。見(jiàn)水過(guò)程中，必定是大裂縫先見(jiàn)水，然后是次級(jí)裂縫見(jiàn)水，最后是小裂縫見(jiàn)水。裂縫中各級(jí)次裂縫的比例不同，見(jiàn)水曲線(xiàn)也不同。另外，裂縫中的水驅(qū)油過(guò)程可近似為活塞式驅(qū)替。可見(jiàn)，上述特點(diǎn)非常符合經(jīng)典模型中剖面壓力均等模型的假設(shè)條件，因此，選取剖面壓力均等模型作為裂縫性油藏理論見(jiàn)水模型是恰當(dāng)?shù)??；诖耍P者建立了潛山裂縫性油藏見(jiàn)水模型，如圖3所示。

圖3　潛山裂縫性油藏見(jiàn)水模型Fig.3　Model for water production in buried-hill fractured reservoir

建立潛山裂縫性油藏見(jiàn)水模型的假設(shè)條件，其最為顯著的特點(diǎn)是將儲(chǔ)層細(xì)分為N個(gè)小層，每小層均為活塞式水驅(qū)油。油藏中N個(gè)小層恰恰可以代表N條裂縫，在該模型的基礎(chǔ)上考慮重力作用的影響，產(chǎn)水量和產(chǎn)油量的計(jì)算公式分別為[16]：

分析可知，裂縫的分布規(guī)律對(duì)見(jiàn)水規(guī)律起決定作用。但是，裂縫的分布隨機(jī)性極強(qiáng)，尤其對(duì)井間裂縫的分布目前尚無(wú)很好的預(yù)測(cè)方法。為此，筆者采用統(tǒng)計(jì)方法，統(tǒng)計(jì)了JZS潛山油藏多口探井的裂縫開(kāi)度測(cè)井解釋結(jié)果。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，有效裂縫開(kāi)度為0.001～1.000 mm，但是，只知道裂縫開(kāi)度范圍還不夠，還需要研究不同開(kāi)度的裂縫的比例。為了研究這一問(wèn)題，首先從數(shù)學(xué)角度假設(shè)裂縫開(kāi)度分布規(guī)律符合線(xiàn)性分布、指數(shù)分布、正態(tài)分布及對(duì)數(shù)正態(tài)分布等4種模式(見(jiàn)圖4)，然后對(duì)各種模式進(jìn)行對(duì)比分析。

將上述4種模式的裂縫開(kāi)度通過(guò)LBM模型轉(zhuǎn)換為滲透率[17]，代入潛山裂縫性油藏見(jiàn)水模型進(jìn)行計(jì)算，并繪制含水率與可采儲(chǔ)量采出程度的關(guān)系曲線(xiàn)，結(jié)果如圖5所示。

圖4　裂縫開(kāi)度分布模式Fig.4　Distribution patterns of fractureapertures

圖5　不同裂縫分布下的含水率與采出程度關(guān)系曲線(xiàn)Fig.5　The relationship between water cut and recovery degree under different distribution of fractures

從圖5可以看出：裂縫開(kāi)度符合線(xiàn)性分布規(guī)律時(shí)，整體非均質(zhì)性最弱，油井見(jiàn)水晚，45%的可采儲(chǔ)量在低含水階段采出；而當(dāng)裂縫開(kāi)度符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布規(guī)律時(shí)，整體非均質(zhì)性最強(qiáng)，油井可采儲(chǔ)量采出程度達(dá)到20%時(shí)開(kāi)始見(jiàn)水，且早期含水率上升較快，主要是水沿大裂縫較早竄流所致，該階段含水率穩(wěn)定在20%～40%，待次級(jí)裂縫突破后含水率進(jìn)一步上升，含水率上升規(guī)律表現(xiàn)為“臺(tái)階形”，與油井實(shí)際見(jiàn)水規(guī)律最為相似。

統(tǒng)計(jì)JZS潛山油藏21口油井的見(jiàn)水情況發(fā)現(xiàn)，其中13口油井的見(jiàn)水具有明顯的臺(tái)階形含水率上升特點(diǎn)，對(duì)照上述4種模式，裂縫分布多數(shù)符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布的特征；另外，多數(shù)油井見(jiàn)水時(shí)可采儲(chǔ)量采出程度在20%～25%，對(duì)照上述4種模式的計(jì)算結(jié)果，最為接近的是裂縫指數(shù)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布。綜合這2方面，認(rèn)為潛山油藏的裂縫本身具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布規(guī)律。

文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高速公路的混凝土路面在自然條件下形成的裂縫其分布規(guī)律多為對(duì)數(shù)正態(tài)分布[18]，與上述研究結(jié)果基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了筆者所總結(jié)裂縫分布規(guī)律的合理性。

4　裂縫分布規(guī)律的應(yīng)用

裂縫性油藏一般采取雙重介質(zhì)建模方法，賦予裂縫與基質(zhì)不同的網(wǎng)格屬性。由于建立的網(wǎng)格尺寸較大，在描述裂縫時(shí)存在較大的問(wèn)題，尤其是網(wǎng)格粗化處理會(huì)造成大裂縫的比例增大，導(dǎo)致用其建立的油藏模型計(jì)算的含水率上升速度比實(shí)際要快。明確了裂縫的分布規(guī)律后，可將裂縫的對(duì)數(shù)正態(tài)分布特征作為約束條件應(yīng)用到潛山裂縫性油藏建模過(guò)程中，然后應(yīng)用于油藏?cái)?shù)值模擬歷史擬合當(dāng)中。圖6所示為JZS潛山油藏某區(qū)塊多口井含水率增加裂縫對(duì)數(shù)正態(tài)分布特征約束后的擬合結(jié)果對(duì)比。

圖6　JZS潛山油藏某區(qū)塊多井含水率擬合對(duì)比Fig.6　Comparison of water cut fitting for multi-well in certain Block of the JZS buried-hill reservoir

從圖6可以看出，增加約束條件對(duì)含水率計(jì)算結(jié)果具有明顯的改善作用，使其更接近實(shí)際值，尤其改善了大裂縫水竄的擬合效果。

圖7所示為JZS潛山油藏某區(qū)塊單井含水率未約束和約束條件下的擬合結(jié)果和實(shí)際值的對(duì)比。

圖7　JZS潛山油藏某區(qū)塊單井含水率擬合對(duì)比Fig.7　Comparison of water cut fitting for single well in certain Block of the JZS buried-hill reservoir

由圖6、圖7可知，在增加對(duì)數(shù)正態(tài)分布特征這一約束條件后，模型中的大裂縫比例降低，更接近實(shí)際儲(chǔ)層裂縫分布情況，模型預(yù)測(cè)的含水率與實(shí)際含水率更為接近。這充分證明增加裂縫對(duì)數(shù)正態(tài)分布特征的約束條件是合理的，對(duì)類(lèi)似潛山裂縫性油藏裂縫分布預(yù)測(cè)及數(shù)值模擬具有借鑒意義。

5　結(jié)　論

1) 通過(guò)分析JZS潛山油藏具體油井的見(jiàn)水特征總結(jié)了其含水率上升規(guī)律，裂縫性油藏由于裂縫非均質(zhì)性差別多呈現(xiàn)“臺(tái)階形”見(jiàn)水特征，而潛山裂縫性油藏含水率上升規(guī)律為局部裂縫見(jiàn)水逐漸發(fā)展為整體見(jiàn)水。

2) 基于對(duì)潛山裂縫性油藏見(jiàn)水規(guī)律的認(rèn)識(shí)，選取剖面壓力均等模型作為潛山裂縫性油藏裂縫見(jiàn)水預(yù)測(cè)模型，通過(guò)擬合油井的見(jiàn)水特征來(lái)反算地下裂縫的分布規(guī)律。

3) 將裂縫對(duì)數(shù)正態(tài)分布特征作為約束條件應(yīng)用到潛山裂縫性油藏地質(zhì)建模當(dāng)中，可在一定程度上消除由于網(wǎng)格粗化造成的大裂縫比例增大，從而提高潛山裂縫性油藏含水率擬合結(jié)果的準(zhǔn)確性。

References

[1]BABADAGLI T.Fractal analysis of 2-D fracture networks of geothermal reservoirs in south-western Turkey[J].Journal of Volcanology & Geothermal Research,2001,112(1)：83-103.

[2]BATES C R,PHILLIPS D R,GRIMM R,et al.The seismic evaluation of a naturally fractured tight gas and sand reservoir in the Wind River Basin,Wyoming[J].Petroleum Geosicence,2001,7(1):35-44.

[3]BOURNE S J,BRAUCKMANN F,RIJKELS L,et al.Predictive modeling of naturally fractured reservoirs using geomechanics and flow simulation[R].SPE 87253,2000.

[4]安豐全，李從信，李志明，等.利用測(cè)井資料進(jìn)行裂縫的定量識(shí)別[J].石油物探，1998，37(3):119-123.

AN Fengquan,LI Congxin,LI Zhiming,et al.The quantitative identification of fractures using well log data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,1998,37(3):119-123.

[5]黃輔瓊，宋惠珍，曾海容，等.儲(chǔ)集層構(gòu)造裂縫定量預(yù)測(cè)方法研究[J].地震地質(zhì),1999,21(3):261-267.

HUANG Fuqiong,SONG Huizhen,ZENG Hairong,et al.Study on the method of quantitative analysis of fissure volume density in reservoir[J].Seismology and Geology,1999,21(3):261-267.

[6]羅利，胡培毅，周政英.碳酸鹽巖裂縫測(cè)井識(shí)別方法[J].石油學(xué)報(bào)，2001，22(3):32-35.

LUO Li,HU Peiyi,ZHOU Zhengying.Log identification for fracture in carbonate[J].Acta Petrolei Sinica，2001,22(3):32-35.

[7]曾海容，宋惠珍.碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)系統(tǒng)研究及其應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19(增刊1):1037-1041.

ZENG Hairong,SONG Huizhen.A fracture prediction system for carbonate reservoir and its application[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2000,19(supplement 1):1037-1041.

[8]曾聯(lián)波.低滲透砂巖儲(chǔ)層裂縫的形成與分布[M].北京:科學(xué)出版社，2008:5.

ZENG Lianbo.The formation and distribution of the fracture in low permeability sand reservoir[M].Beijing: Science Press,2008:5.

[9]張博，李江海，吳世萍，等.大北氣田儲(chǔ)層裂縫定量描述[J].天然氣地球科學(xué)，2010，21(1):42-46.

ZHANG Bo,LI Jianghai,WU Shiping,et al.The quantitative description of tight sand reservoir fissures in Dabei Gas Field[J].Natural Gas Geoscience,2010,21(1):42-46.

[10]BARAKA-LOKMANE S.A new resin impregnation technique for characterizing fracture geometry in sandstone cores[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2002，39(6)：815-823.

[11]KLINKENBERG B.A review of methods used to determine the fractal dimension of linear features[J].Mathematical Geology,1994，26(1)：23-46.

[12]ZENG Lianbo.The formation and distribution of the fracture in low permeability sand reservoir[M].Beijing:Science Press,2008:13-23.

[13]NELSON R A.Geologic analysis of naturally fractured reservoirs[M].Boston：Gulf Professional Publishing,1985:76-78.

[14]陳鋼花，吳文圣，王中文，等.利用地層微電阻率成像測(cè)井識(shí)別裂縫[J].測(cè)井技術(shù)，1999，23(4):279-281，298.

CHEN Ganghua，WU Wensheng，WANG Zhongwen，et al.Fracture identification by microresistivity scanner log[J].Well Logging Technology,1999,23(4):279-281,298.

[15]李貽勇.異步注采注水方式在東勝堡潛山的應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程，2011，25(增刊1)：16-17.

LI Yiyong.Application of asynchronous injection-production pattern in Dongshengpu buried hill reservoir[J].Petroleum Geology and Engineering，2011，25(supplement 1)：16-17.

[16]EL-KHATIB N A F.Waterflooding performance in inclined communicating stratified reservoirs[J].SPE Journal，2012，17 (1):31-42.

[17]曲冠政，曲占慶，HAZLETT Randy Dolye，等.頁(yè)巖拉張型微裂縫幾何特征描述及滲透率計(jì)算[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2016，43(1)：115-120.

QU Guanzheng，QU Zhanqing，HAZLETT R D,et al.Geometrical description and permeability calculation about shale tensile micro-fractures[J].Petroleum Exploration and Development，2016，43(1)：115-120.

[18]陳鋒鋒，黃曉明，秦永春.連續(xù)配筋混凝土路面橫向裂縫分布模型的研究[J].公路交通科技，2006，23(6)：18-21.

CHEN Fengfeng，HUANG Xiaoming，QIN Yongchun.Study on the probability distribution model of continuously reinforced concrete pavement transverse cracks[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development，2006，23(6)：18-21.

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