微地震技術(shù)在稠油油藏蒸汽吞吐汽竄前緣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

王 泊，柳建新，程 都，張渴健，李 靜，忽艷萍，楊 欣

1中國(guó)石化河南油田分公司采油二廠，河南 南陽(yáng)

2長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢

1.引言

河南井樓油田是我國(guó)幾大重要的稠油油田之一，主要油藏分布于盆地邊緣地帶，為扇三角洲水下分流河道和前緣席狀砂沉積，砂體多變，斷層發(fā)育，油層埋藏淺，壓實(shí)程度差，泥質(zhì)含量高，非均質(zhì)嚴(yán)重，構(gòu)造復(fù)雜，具有淺、薄、稠、散的特點(diǎn)[1][2][3][4]。井樓油田稠油的開(kāi)發(fā)以蒸汽吞吐為主，為了充分認(rèn)識(shí)蒸汽吞吐注汽過(guò)程中蒸汽前緣的擴(kuò)展?fàn)顩r以及蒸汽波及區(qū)域的變化特征，對(duì)該區(qū)塊中樓1725井蒸汽吞吐的注汽過(guò)程進(jìn)行了微地震汽竄前緣的監(jiān)測(cè)。稠油油藏微地震技術(shù)是根據(jù)注汽過(guò)程中井底壓力的升高引起儲(chǔ)層中流動(dòng)壓力前緣的移動(dòng)以及孔隙中流體壓力的傳遞而誘發(fā)產(chǎn)生微裂縫的原理進(jìn)行監(jiān)測(cè)與解釋流體前緣的一種技術(shù)。通過(guò)分析稠油油藏微地震監(jiān)測(cè)蒸汽吞吐蒸汽前緣的推進(jìn)特征，總結(jié)蒸汽沿高滲帶突破的規(guī)律以及油藏非均質(zhì)性的分布規(guī)律，進(jìn)而認(rèn)識(shí)蒸汽吞吐汽竄特征，為井樓油田實(shí)施蒸汽吞吐以及后續(xù)的治竄措施提供依據(jù)。

2.微地震監(jiān)測(cè)原理

稠油油藏注汽生產(chǎn)過(guò)程中，注入蒸汽進(jìn)入油藏時(shí)造成局部壓力升高可以產(chǎn)生微地震(震級(jí)一般小于里氏3級(jí))。由于油藏內(nèi)部原油、地層水等流體的流動(dòng)加劇，會(huì)進(jìn)一步引起油藏巖石周期性的應(yīng)力積累和釋放而產(chǎn)生微地震。如圖1所示，在蒸汽吞吐井周圍布置6個(gè)微地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在注汽階段利用該監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)油藏內(nèi)的微地震波，通過(guò)測(cè)定微地震震源及地震波前緣在油藏內(nèi)的位置，就可以描述油藏內(nèi)滲流場(chǎng)變化情況[5][6][7][8]。

Figure 1.The schematic diagram of microseismic monitoring in a steam huff and puff well圖1.蒸汽吞吐井微地震監(jiān)測(cè)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，先將待監(jiān)測(cè)井關(guān)井至少10 h，而后按預(yù)定監(jiān)測(cè)位置安裝微地震監(jiān)測(cè)儀器，然后對(duì)該井進(jìn)行蒸汽吞吐的注汽階段并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微地震響應(yīng)。監(jiān)測(cè)井在注汽過(guò)程中，流體壓力前緣的移動(dòng)以及孔隙內(nèi)流體壓力的不斷變化會(huì)產(chǎn)生微震波，原來(lái)已經(jīng)閉合的微裂縫在壓力作用下再次張開(kāi)并產(chǎn)生新的微裂縫，從而激發(fā)微地震波。如圖 2所示，在蒸汽吞吐井周圍布置 6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(A、B、C、D、E、F)接收微地震波，根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)探測(cè)到微地震波的時(shí)間差，可確定微地震震源的位置，再結(jié)合蒸汽吞吐井所在區(qū)塊構(gòu)造、儲(chǔ)層參數(shù)、油藏體積系數(shù)以及累計(jì)注蒸汽量等參數(shù)，即可確定蒸汽推進(jìn)前緣、注入蒸汽波及范圍、優(yōu)勢(shì)推進(jìn)方向，蒸汽波及區(qū)面積等解釋成果[9][10][11][12]。

Figure 2.The schematic diagram for determining the location of the seismic source and the front edge of the seismic wave圖2.微地震震源及地震波前緣位置確定示意圖

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與分析

3.1.基本情況

如圖3所示，樓1725井位于井樓一區(qū)中南部，目的層位為III5和III6層。兩層進(jìn)行合注合采，總有效厚度為10.8 m，平均孔隙度為28.65%，平均滲透率為1.048D，屬于高孔高滲稠油儲(chǔ)層。該井區(qū)原油以特-超稠油為主，目的層III5-III6層的地層溫度下脫氣原油黏度為73,160 mPa·s，地層原油密度為0.9622 g/cm3，原油體積系數(shù)為1.023。原油黏度對(duì)溫度敏感，隨著溫度升高，黏度迅速下降，當(dāng)溫度升高到90℃以后，原油黏度降至205 mPa·s，有利于注蒸汽開(kāi)采。

樓1725井已吞吐生產(chǎn)11個(gè)周期，開(kāi)發(fā)效果日益變差，且與北偏西方向的鄰井樓J1724井存在汽竄現(xiàn)象。以微地震技術(shù)監(jiān)測(cè)該井蒸汽吞吐過(guò)程中蒸汽前緣以及蒸汽波及范圍的變化，樓1725井的基本參數(shù)如表1所示，監(jiān)測(cè)過(guò)程如表2所示。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，首先監(jiān)測(cè)注汽前的背景噪聲狀態(tài)，以消除環(huán)境噪聲的影響；然后監(jiān)測(cè)注氮?dú)饧白⒄羝麪顟B(tài)時(shí)的微地震響應(yīng)，從而確定注汽前緣的推進(jìn)規(guī)律及汽竄通道的變化特征。該井于2015年12月26日10:00起，開(kāi)始監(jiān)測(cè)背景噪聲2 h；12月27日起開(kāi)始第1階段注氮?dú)獯胧┎⒈O(jiān)測(cè)微地震事件；12月29日9:30開(kāi)始注蒸汽，累計(jì)注入蒸汽冷水當(dāng)量1000 t，期間監(jiān)測(cè)微地震事件2次。

Table 1.The basic parameters of Well L1725表1.樓1725井基本參數(shù)

Table 2.The steam injection status at the huff and puff stage of Well L1725表2.樓1725井吞吐階段注汽狀況

根據(jù)樓1725井不同階段微地震響應(yīng)監(jiān)測(cè)圖(圖4)對(duì)比看出，在該輪次注汽過(guò)程中，即第1階段、第2階段及第3階段中，微地震事件的主要分布點(diǎn)明顯集中于北偏西和東偏南2個(gè)方向上，說(shuō)明注入氮?dú)饣蛘羝饕乇逼骰驏|偏南2個(gè)方向優(yōu)先運(yùn)移，即注入蒸汽過(guò)程中的汽竄方向應(yīng)沿北偏西或東偏南方向。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，樓1725井與北偏西方向的樓J1724井存在汽竄現(xiàn)象，微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際認(rèn)識(shí)一致。

Figure 4.The plane distribution of microseismic event monitoring at different stages of Well L1725圖4.樓1725井不同階段微地震事件監(jiān)測(cè)平面分布圖

3.2.監(jiān)測(cè)成果及特征分析

根據(jù)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)可確定各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)與樓1725井點(diǎn)之間的距離。由此，可定量化計(jì)算汽竄方向、蒸汽腔占據(jù)平面范圍及注入蒸汽冷凝前緣的平面波及范圍。通過(guò)統(tǒng)計(jì)處理3個(gè)階段蒸汽前緣的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出不同階段蒸汽前緣的分布以及蒸汽擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)方向和蒸汽的波及面積，如圖5、圖6所示。

Figure 5.The interpretation chart of the monitoring results of the leading edge of steam channeling in Well L1725圖5.樓1725井汽竄前緣監(jiān)測(cè)結(jié)果解釋圖

Figure 6.The interpretation results of the steam swept range monitoring of Well L1725圖6.樓1725井波及范圍監(jiān)測(cè)結(jié)果解釋圖

圖5、圖6為樓1725井汽竄前緣發(fā)育方向圖和蒸汽的波及范圍圖。表3為注汽的三個(gè)階段汽竄特征量化解釋結(jié)果。由解釋結(jié)果可知：在第1階段(注氮?dú)?、第2階段(注蒸汽)及第3階段(注蒸汽)過(guò)程中，微地震波的前緣明顯偏向于以樓1725井為中心的北偏西與東偏南兩個(gè)方向。由表3可知，第1階段(注氮?dú)?過(guò)程中優(yōu)勢(shì)汽驅(qū)方位為 NE119.2?與 NE333.5?，第 2階段(注蒸汽)過(guò)程中優(yōu)勢(shì)汽驅(qū)方位為 NE107.3?與NE341.6?，而第3階段(注蒸汽)過(guò)程中優(yōu)勢(shì)汽驅(qū)方位為NE102.1?與NE346.5??，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)表明，樓1725井與北偏西方向的樓J1724井曾發(fā)生井間汽竄，該監(jiān)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察到的汽竄方向一致。從3個(gè)階段微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比可知，樓1725井的汽竄主流方向沒(méi)有發(fā)生較大變化，但是汽竄通道前緣的寬度與汽竄通道長(zhǎng)度有增加的趨勢(shì)。隨注入蒸汽量的增加，蒸汽波及范圍明顯擴(kuò)大，平面上儲(chǔ)層動(dòng)用程度有所提高，但平面上呈現(xiàn)出明顯的吸汽不均勻狀況，油層的非均質(zhì)性顯著，平面矛盾突出，造成蒸汽吞吐井間存在蒸汽竄流。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)氮?dú)廨o助吞吐、氮?dú)馀菽o助吞吐等措施進(jìn)行汽竄治理，微地震技術(shù)為汽竄治理的調(diào)堵劑用量設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。

Table 3.The analysis of microseismic monitoring characteristics in Well L1725表3.樓1725井微地震監(jiān)測(cè)特征分析

4.結(jié)論

1)通過(guò)微地震技術(shù)對(duì)樓 1725井蒸汽吞吐過(guò)程蒸汽前緣以及蒸汽波及范圍的監(jiān)測(cè)，能夠解釋該井附近區(qū)域存在高滲帶或者因注汽而引發(fā)的微裂縫，該特征嚴(yán)重影響了注汽前緣穩(wěn)定均勻的推進(jìn)，促進(jìn)汽竄發(fā)生，汽驅(qū)優(yōu)勢(shì)方向位于北偏西和東偏南，造成蒸汽波及范圍有限。

2)由于儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性嚴(yán)重，導(dǎo)致單純蒸汽吞吐注汽過(guò)程中，形成明顯的井間汽竄現(xiàn)象，大幅度降低了蒸汽的平面波及效率。微地震監(jiān)測(cè)到的汽竄通道方向及尺寸能夠有效指導(dǎo)后續(xù)治竄措施(如氮?dú)廨o助吞吐、氮?dú)馀菽o助吞吐等措施)的實(shí)施。