三塘湖盆地馬中致密油藏注水吞吐探索與實(shí)踐

陶登海 詹雪函 高敬文 鄭翔頻 任麗雙 周洪濤

1.中國石油吐哈油田分公司三塘湖采油廠；2.中國石油大學(xué)（華東）

近年來，致密油氣成為中國油田上產(chǎn)增儲(chǔ)的主戰(zhàn)場，體積壓裂是致密油藏開發(fā)的有效手段［1-3］。隨著彈性開采時(shí)間的增加，地層能量逐漸減少，單井產(chǎn)能逐步降低，如何有效補(bǔ)充地層能量、改善供液能力、提高單井產(chǎn)能是科研人員面臨的重要挑戰(zhàn)［4］。三塘湖馬中致密油區(qū)塊處于馬朗凹陷P2t大型地層巖性圈閉的東端。該區(qū)塊呈南東高北西低之勢(shì)，整體形態(tài)為斜坡，圈閉面積37.8 km2，圈閉幅度900 m，高點(diǎn)埋深為2 000～2 900 m，儲(chǔ)層厚度為10～30 m，孔隙度為 8.4%～19.1%，滲透率為 0.1～1.0 mD，含油飽和度65%～80%，裂縫和微孔隙發(fā)育。原始地層壓力為22.8 MPa，地層溫度為60.9～70.7 ℃，屬正常壓力、異常低溫系統(tǒng)，儲(chǔ)層潤濕性為弱親水。國內(nèi)外研究表明，親水油藏適合注水開發(fā)，致密油儲(chǔ)層經(jīng)過體積壓裂后，形成復(fù)雜縫網(wǎng)，適合通過注水吞吐提高采收率，長慶、大慶等油田先后在致密油藏進(jìn)行了注水吞吐試驗(yàn)，主要提出了大液量吞吐和分段吞吐的理念，取得了成功，但在機(jī)理研究、注水吞吐影響因素分析和規(guī)模推廣應(yīng)用方面還存在不足［5-16］。結(jié)合馬中致密油藏巖心室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場多輪次注水吞吐試驗(yàn)情況，重點(diǎn)開展了馬中致密油藏注水吞吐機(jī)理和影響因素分析研究，認(rèn)為儲(chǔ)層親水性越強(qiáng)，孔隙體積越大，吞吐水量越大，吞吐效果越好；結(jié)合馬中致密油藏注水吞吐特征曲線分析得出，保壓或提壓有利于改善吞吐效果；同時(shí)提出隨著多輪次注水吞吐的進(jìn)行，巖石孔喉表面水膜厚度不斷增加，最終會(huì)發(fā)生水鎖，解釋了多輪次注水吞吐后含水上升及效果減弱的現(xiàn)象。

1 開發(fā)現(xiàn)狀及認(rèn)識(shí)

馬中致密油藏于2014年開始建產(chǎn)開發(fā)，截至2017年底，水平井井?dāng)?shù)為105口，日產(chǎn)原油800 t，綜合含水為25.7%，采油速度為1%，采出程度為1.2%。馬中致密油產(chǎn)量占據(jù)三塘湖油田總產(chǎn)量的二分之一。

馬中致密油藏總體發(fā)育3套含油層系，其中馬56區(qū)塊油層發(fā)育穩(wěn)定，油層鉆遇率75%左右，同時(shí)致密油含油飽和度高（65%～80%），實(shí)施水平井體積壓裂措施后，形成復(fù)雜縫網(wǎng)，壓裂液首先置換裂縫系統(tǒng)中的油，其次置換孔隙里的油，生產(chǎn)過程中表現(xiàn)為見油快，開井3～5 d即見油，見油時(shí)壓裂液返排率小于5%［5］。相關(guān)性分析表明，累計(jì)產(chǎn)量與全烴顯示和入井液量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于0.8［5-6］，表明突出“甜點(diǎn)”段加大入井液量，投產(chǎn)效果好。由此認(rèn)為，在馬中致密油藏注水吞吐過程中加大吞吐液量［7］，也能進(jìn)一步改善吞吐增產(chǎn)效果。

2 注水吞吐效果分析

2.1 先導(dǎo)試驗(yàn)效果

在馬中致密油藏注水吞吐先導(dǎo)試驗(yàn)初期，能取得壓裂投產(chǎn)同樣的增產(chǎn)效果，平均單井日增油10.3 t，平均單井累計(jì)增油805 t。取得好效果的原因分析如下：一是致密油儲(chǔ)層含油飽和度高，為65%～80%；二是致密油水平井實(shí)施體積壓裂改造后，儲(chǔ)層流體通道形成縫網(wǎng)，注入水與儲(chǔ)層接觸面積大，油水交換快、充分；三是致密油儲(chǔ)層具有親水性，滲吸作用排出基質(zhì)原油，含水下降快，注入水回采率低。2015—2016年注水吞吐效果見表1。

以馬56-27H井為例，該井油層鉆遇率76.9%，2014年12月分10段壓裂投產(chǎn)，水平段長872 m，入井液量13 415 m3，初期日產(chǎn)油15 t，吞吐前累計(jì)產(chǎn)液7 073 m3，累計(jì)產(chǎn)油4 947 t；注水吞吐前日產(chǎn)油2.7 t，含水13%。2016年5月開始注水，累計(jì)注水16 027 m3，確保本井注采比達(dá)到1.0以上，7月10日開始悶井，悶井9 d后開井，自噴生產(chǎn)，3 d后含水下降至30%以下，初期日產(chǎn)液34.4 m3，日產(chǎn)油22.4 t，含水為23.3%，累計(jì)增油1 500 t，有效期超過半年（見圖1）。

表1 馬中致密油藏2015—2016年注水吞吐井效果統(tǒng)計(jì)Table 1 Effect of cyclic water injection wells in Mazhong tight oil reservoir during 2015—2016

圖1 馬56-27H井注水吞吐生產(chǎn)曲線Fig. 1 Production curve of Well Ma 56-27H during cyclic water injection

2.2 注水吞吐特征曲線分析

馬中致密油藏注水吞吐主要采用壓裂泵車或水泥車注入方式，一般白天注水，晚上停注，采取脈沖式循環(huán)注入方法。注入壓力變化曲線形態(tài)分可為3種類型：穩(wěn)定型、持續(xù)上升型、陡變型（見圖2）。不同曲線形態(tài)反映出不同儲(chǔ)層類型，注水吞吐后生產(chǎn)特征也不相同。

圖2 馬中致密油注水吞吐特征曲線Fig. 2 Characteristic curve of cyclic water injection in Mazhong tight oil reservoir

（1）穩(wěn)定型。開泵注水過程中，壓力緩慢上升至最高后趨于穩(wěn)定；關(guān)井后，壓力平穩(wěn)下降。對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)特征表現(xiàn)為壓力穩(wěn)定時(shí)間越長，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間也越長，增產(chǎn)量就越高，平均有效期達(dá)200 d，平均單井累計(jì)增油達(dá)850 t。這類井水平軌跡位于油層中部，油層厚度15～20 m區(qū)域，物性較好，注水過程中壓力擴(kuò)散快。

（2）持續(xù)上升型。開泵注水后，壓力緩慢上升未達(dá)到最高值；關(guān)井后，壓力下降快。吞吐后對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)特征表現(xiàn)為自噴時(shí)間短，含水下降慢，遞減快，增產(chǎn)量中等，平均有效期170 d，平均單井累計(jì)增油720 t。這類井位于油藏邊界，油層厚度10～15 m的區(qū)域，物性中等，注水過程中壓力擴(kuò)散慢。

（3）陡變型。開泵注水后，壓力陡升；停泵后壓力下降慢，壓力不擴(kuò)散。吞吐后對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)特征表現(xiàn)為幾乎沒有自噴期，含水下降慢，但遞減快，增產(chǎn)量少，平均有效期110 d，平均單井累計(jì)增油530 t。這類井位于油藏邊界，油層厚度小于10 m，物性偏差，投產(chǎn)壓裂時(shí)縫網(wǎng)改造不充分。

2.3 影響因素分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，馬中致密油藏注水吞吐與吞吐水量、注入壓力及水平段位于油層的位置有一定關(guān)系。數(shù)據(jù)擬合表明累計(jì)產(chǎn)油量與入井液量（壓裂液+吞吐水量）呈正相關(guān)性（見圖3），表明提高入井液量可以提高地層能量，延長有效期。因此，現(xiàn)場試驗(yàn)單井設(shè)計(jì)注水吞吐量一般為前期采出量的1.0～1.5倍。

圖3 馬中致密油累計(jì)產(chǎn)油量與入井液量相關(guān)性Fig. 3 Correlation between the cumulative oil production of Mazhong tight oil reservoir and the fluid volume injected into the well

分析同類型井注水吞吐增產(chǎn)量與注入壓力關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)注入壓力達(dá)到48 MPa以上時(shí)，單井增產(chǎn)量均超過800 t（見圖4），注入壓力達(dá)到48 MPa時(shí)屬于超地層破裂壓力狀態(tài)，此時(shí)注水會(huì)促使老縫的開啟程度增加，并產(chǎn)生新的微縫，縫網(wǎng)密度加大，擴(kuò)大了油水置換面積。

對(duì)水平井軌跡在儲(chǔ)層不同位置的井吞吐效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出水平段軌跡位于油層中上部的井注水吞吐效果好于水平段軌跡位于油層下部的井，水平段軌跡位于油層中上部的井注水吞吐有利于縫網(wǎng)內(nèi)油水重力分異作用的發(fā)揮（見圖5）。

圖4 馬中致密油同類型井累計(jì)產(chǎn)油量與注入壓力相關(guān)性Fig. 4 Correlation between the cumulative oil production of the same type of wells from Mazhong tight oil reservoir and injection pressure

圖5 同等注采比水平段位置對(duì)吞吐效果的影響Fig. 5 Effect of the position of horizontal section on the cyclic water injection at the same injection-production ratio

注水吞吐期間較高的施工壓力將使喉道水膜變薄，在驅(qū)動(dòng)壓力和毛管力雙重作用下，水進(jìn)入基質(zhì)排油，即動(dòng)態(tài)滲吸，提高水油置換效率（見圖6）。

圖6 多孔介質(zhì)中孔喉驅(qū)動(dòng)壓差與水膜厚度關(guān)系Fig. 6 Relationship of the driving pressure differential of pore throat in porous medium vs. the thickness of water film

馬中致密油藏經(jīng)過多輪次注水吞吐后換油效率逐漸降低，遞減加快，年遞減達(dá)到70%。主要原因是對(duì)于納米級(jí)孔喉儲(chǔ)層，基質(zhì)和裂縫表現(xiàn)為兩套壓力系統(tǒng)，基質(zhì)壓力不斷升高，在階段生產(chǎn)末期裂縫低壓，多輪次吞吐滲吸置換效率將逐步降低。原因分析如下：（1）親水巖石在毛管力作用下，水膜不斷變厚，含水飽和度增加，毛管力變小，滲吸作用變?nèi)酰詈蠛淼劳耆凰紦?jù)，發(fā)生水鎖，喪失滲吸能力；（2）隨著基質(zhì)壓力的提升，多輪次吞吐注入將越來越困難，采油井含水將逐漸上升（見圖7）。

圖7 親水基質(zhì)孔隙滲吸置換過程示意圖Fig. 7 Schematic replacement process of pore imbibition in water wetting matrix

3 機(jī)理探討

注水吞吐主要有3個(gè)方面的作用：增加或者保持地層壓力，裂縫內(nèi)流體的重力分異作用，毛細(xì)管力的吸水排油作用。注水階段，儲(chǔ)層將大量注入水吸入縫面小孔隙和基質(zhì)微孔并滯留在其中，從而將孔隙和微孔中的原油驅(qū)到高滲區(qū)，而注入水部分進(jìn)入并駐留在低滲孔道，實(shí)現(xiàn)水油滲吸置換。

對(duì)取自馬56-12H井16塊、馬56-15H井33塊共49塊巖心進(jìn)行潤濕性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果為相對(duì)潤濕指數(shù)0.18～0.48，平均值為0.37，儲(chǔ)層原始潤濕性為弱親水-親水特征（圖8）。同時(shí)，在馬中致密油藏所鉆的水平井均采取分段大規(guī)模體積壓裂方式投產(chǎn)，受壓裂液作用后，儲(chǔ)層潤濕指數(shù)增加，增加幅度50%～61.2%，儲(chǔ)層親水性增強(qiáng)（圖9）。

圖8 馬中致密油巖心潤濕指數(shù)Fig. 8 Wettability index of cores taken from Mazhong tight oil reservoir

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（巖心參數(shù)見表2），巖樣親水性越強(qiáng)，采出程度越高，注水開發(fā)效果就越好（圖10）。馬中致密油儲(chǔ)層巖石潤濕性質(zhì)有利于注水吞吐，注水吞吐過程主要發(fā)揮重力置換和滲吸置換2種作用機(jī)理。

圖9 壓裂前-壓裂后的馬中致密油藏巖心潤濕指數(shù)對(duì)比Fig. 9 Comparison of wettability index of cores of Mazhong tight oil reservoir before and after the fracturing

表2 馬中致密油儲(chǔ)層巖心物性參數(shù)Table 2 Physical property parameters of cores taken from Mazhong tight oil reservoir

圖10 馬中致密油儲(chǔ)層不同潤濕性巖心水驅(qū)采出程度曲線Fig. 10 Degree of reserve recovery of cores with different wettability of Mazhong tight oil reservoir by water flooding

從室內(nèi)靜態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，馬56-12H井的巖心滲吸速度快（巖心參數(shù)見表3），24 h滲吸交換量達(dá)到88%，之后滲吸速度明顯降低，最終靜態(tài)滲吸采收率達(dá)到53%（圖11）。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，無論是經(jīng)過壓裂還是在注水吞吐后，悶井24 h后即可見油，也能佐證馬中致密油儲(chǔ)層滲吸、交換速度快這一特點(diǎn)。

4 結(jié)論與建議

（1）馬中致密油藏屬于弱親水-親水性油藏，適合注水吞吐，現(xiàn)場試驗(yàn)取得了良好的增產(chǎn)效果，是一種提高采收率新的有效的開發(fā)方式，吞吐效果與孔隙體積、滲透率、注入量等因素呈正相關(guān)性。

（2）現(xiàn)場多輪次試驗(yàn)證實(shí)，隨著注水吞吐輪次的增加，增油效果逐步減弱，同時(shí)產(chǎn)量遞減和含水上升加劇。多輪次吞吐后期可考慮在注水吞吐過程中采用大排量提壓注水或重復(fù)壓裂，促使隱性縫的開啟或產(chǎn)生新的裂縫，擴(kuò)大滲吸體積，減緩產(chǎn)量遞減。

表3 馬56-12H井巖心物性參數(shù)Table 3 Core physical parameters of well Ma56-12H

圖11 馬56-12H井巖心滲吸采收率與時(shí)間關(guān)系（重新飽和油）Fig. 11 Relationship of imbibition recovery factor velocity of cores in Well Ma 56-12H vs. time （resaturated oil）