塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏氣水復合驅技術

張 偉， 海 剛， 張 瑩

（中國石化西北油田分公司采油一廠，新疆輪臺 841600）

塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏與普通砂巖油藏不同，儲集空間類型多樣、形態(tài)差異較大，非均質性極強[1]。該油田開發(fā)初期主要依靠天然能量開采，隨著開發(fā)不斷進行，天然能量出現不足，采出能力開始下降，注水開發(fā)是初期解決該問題的最有效方法，但進入注水開發(fā)后期，儲層經過長時間注水后，油水界面升高，驅油效果逐漸變差[2-6]。為此，進行了碳酸鹽巖縫洞型油藏氣水復合驅技術研究。該技術是在長時間注水后，改為注入氮氣，注入的氮氣會聚集在儲集體高部位的閣樓體內[5-8]，將閣樓體內的剩余油油置換出來，但是由于缺乏橫向驅動力，剩余油可能會大量富集在注采井網的井間；于是，在當前注氣井網條件下，需再次注水增加橫向水驅動力，提高井間剩余油的動用程度，從而改善碳酸鹽巖縫洞型油藏的開發(fā)效果。該技術在塔河油田 4 區(qū) 7 個注采井組進行了現場應用，并獲得良好的增產效果。

1 碳酸鹽巖縫洞型油藏特征

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖縫洞型油藏發(fā)育于新疆塔里木盆地沙雅隆起阿克庫勒凸起的西南部，油藏埋深5 400.00～7 600.00 m，儲集空間主要為溶蝕孔洞、大型洞穴和溶蝕裂縫，儲集體主要為裂縫-溶洞型和裂縫-孔洞型，部分區(qū)域奧陶系一間房組地層發(fā)育微裂縫[9]。其中洞穴和孔洞的儲集性能最好，裂縫既是儲集空間，又是流體流動的主要通道，流體流動以管流為主[10-11]。各類巖溶體儲層空間展布具有極強的非均質性，油氣水運移規(guī)律復雜。

2 氣水復合驅油開發(fā)模式研究

2.1 氣水復合驅油機理

在利用多屬性地震資料描述儲集體形態(tài)特征的基礎上，通過刻蝕玻璃的方法建立了一套20 mm×30 mm 的縫洞儲集體物理模擬模型，該模型設計為裂縫-溶洞型儲集體，孔隙度為18%。利用該模型進行氣水復合驅油物理模擬試驗，先注入試驗用油，待模型空腔充滿試驗用油，再注水進行水驅，待出口已經完全出水后再注入氮氣，注入一定量氮氣后再次注水。試驗過程中觀察不同階段模型內流體的運移情況，結果見圖1。從圖1 可以看出，該模型在充滿試驗用油經水驅后，頂部的7、8 號儲集體內仍存在大量剩余油（見圖1（a））；對其進行氣驅，7、8 號儲集體內的剩余油被驅替到水驅通道上（見圖1（b）），再次進行水驅，注入水將水驅通道上的剩余油從出口端驅替出（見圖1（c））。由此可知縫洞型油藏氣水復合驅油機理：氮氣作為縱向驅動力，向下驅替縫洞體頂部剩余油，將剩余油驅替至水驅通道上，注入水作為橫向驅動力，形成二次水驅。

圖 1 復雜縫洞模型氣水復合驅油流體運移情況Fig.1 Fluids migration of gas-water composite flooding in a complex fracture-cave model

2.2 氣水復合驅開發(fā)方式

在認識氣水復合驅油機理的基礎上，利用地震資料刻畫井洞關系，根據生產動態(tài)識別注采井之間的連通通道，明確剩余油分布，針對不同剩余油分布特征構建了4 種井組模式（見圖2）：對于水驅通道在含油高度內的“閣樓油”，構建了注入井先注氣、后注水的常規(guī)協(xié)同模式，為單方向一注一采的模式；對于水驅失效的多井區(qū)域的“閣樓油”，構建了注入井注氣、周邊鄰井注水的柵狀協(xié)同模式；對于出現氣竄的井組，構建了換向協(xié)同模式；對于失效或未見效并且水驅通道在含油高度外的“閣樓油”，構建了注入井注氣后先調流封堵水通道、再注水的調剖協(xié)同模式。

2.3 氣水復合驅井網設計

主要依托巖溶背景及儲層展布特征，根據基礎井組模式有針對性地構建氣水復合立體井網，如圖3所示。對于風化殼巖溶，其展布面積廣，多向連通條件好，構建面狀注采井網；對于斷溶體、古河道儲層展布方向性強，連通特征表現為帶狀連通或線性連通，分別建立帶狀井網和線狀井網[5]。

縱向上，根據井間通道路徑長短、構造高低、規(guī)模大小等因素配置井網。對于有利驅替路徑為陡構造、短路徑、規(guī)模較小的山梁、斷溶體或暗河等，如果采用低注高采井網很容易發(fā)生氣竄，而采用高注低采井網則可以發(fā)揮作用集中、見效快和控制氣竄的優(yōu)勢；有利驅替路徑為緩構造、長路徑，閣樓儲集體靠近注入井，可以采用低注高采井網以提高驅替效率。

總體而言，需要根據通道的規(guī)模確定采用高注低采井網還是低注高采井網：短路徑、小通道采用高注低采井網，以氣驅為主，水驅為輔，以預防水竄；長路徑、大通道采用低注高采井網，以水驅為主，氣驅為輔，以提高氣驅效率。實踐中，2 種縱向井網模式對不同規(guī)模的通道均有其優(yōu)勢。

圖 2 氣水復合驅模式分類Fig.2 Classification of gas-water composite flooding modes

圖 3 氣水復合平面井網構建示意Fig.3 Schematic on the construction of the gas-water composite planar well pattern

2.4 氣水復合驅參數設計

根據歷史注水水驅效果確定水驅可動用空間，對比累計注氣體積與水驅可動用空間判斷通道內剩余油的再次充滿程度，根據充滿程度確定水驅歷史等效階段，用等效階段的歷史注水強度指導氣水復合驅參數設計。

氣水復合驅的作用過程分為2 部分：1）垂向上，注入氣將“閣樓油”驅至水驅可動用空間；2）橫向上，注入水進入水驅可動用空間將油驅至受效井。注入氣不斷垂向驅油，關鍵是如何形成有效的橫向水驅。根據歷史注水水驅效果確定水驅可動用空間，通過對比累計注氣體積與水驅可動用空間判斷通道內剩余油的再次充滿程度，根據剩余油充滿程度確定水驅歷史等效階段，再根據等效階段歷史注水強度設計氣水復合驅參數。理想驅替模型中，注采比應為1∶1，注入水前緣突破前的注水量等于增油量，注水過程中縱向上大量分水，少部分水形成了有效橫向驅替。水驅結束時生產井總增油量即為有效橫向水量，即水驅可驅掃空間總量。具體計算步驟（見圖4）如下：

1）確定水驅可動用空間體積。對于具有完整的水驅見效至失效階段的注采井組，認為井間水驅可動用空間體積即水驅采油量的地下體積。

2）確定水驅可動用空間的充滿程度。首先根據累計注入氣量的地下體積與氣驅采油量的地下體積的差，求出水驅通道中剩余油的體積；然后計算水驅可動空間的充滿程度，即水驅通道剩余油體積與水驅可動用空間體積之比。

3）對應注水水驅等效階段。利用等效原理，把任意氣驅階段對應的充滿程度在水驅階段找到對應相等充滿程度的時間節(jié)點。

4）類比當時注水強度。通道充滿程度相同時，注水受效日注水量為Qt。

5）確定目前的注水強度。設計目前的注水量QM≥Qt，即氣水復合階段要提供足夠的橫向驅動力驅動注入氣頂替至水驅可動用空間內的剩余油，此時不需要考慮注水強度過大再次發(fā)生水竄的風險，因為單元注氣階段不同于注水水驅階段，“閣樓油”可反復進入水驅通道。

圖 4 氣水復合驅參數設計流程Fig.4 Flow chart of gas-water composite flooding parameters design

3 現場應用

氣水復合驅技術在塔河油田4 區(qū)7 個注采井組進行了現場應用，均獲得良好的增產效果，井組產油量平均提高86.0 t，累計增產油量1.3×104t，且增油效果不斷改善。下面以TK428CH-TK408 井組為例，介紹氣水復合驅技術的應用情況。

3.1 TK428CH-TK408 井組概況

TK428CH 井是注水兼注氣井，TK408 井是采油井，井組平面特征是沿山梁發(fā)育的風化殼巖溶，縱向特征為平緩山梁，注氣路徑長，“閣樓油”靠近注入井，采用低注高采井網（如圖5 所示）。

3.2 注入參數設計

圖 5 TK428CH-TK408 井組地震屬性資料與儲集體刻畫Fig.5 Seismic attribute data and reservoir bodies characterization of the TK428CH-TK408 well group

1）確定水驅可動用空間。水驅可動用空間等于前期受效增油量，該井組經歷了完整的水驅階段，水驅通道內的原油被驅替得較為徹底，因此該井組水驅增油量的地下體積等于水驅可動用空間的體積，通過計算該井組水驅可動用空間體積為5.47×104m3。

2）判斷水驅通道剩余油富集程度。該井累計注氣5.70×104m3，累計增油3.81×104m3，通道內剩余油1.89×104m3，水驅可動用空間充滿程度為34.0%。

3）類比相同充滿程度的水驅強度。當水驅階段通道內剩余油充滿程度為34.0%時，水驅處于效果變差階段，此階段注水量為300 m3/d，因此目前該井組合理注水量至少需要達到300 m3/d，連續(xù)注水。

4）現場注采調整及效果。調整前TK428CH 井累計注氣2.8×104m3見效，后期效果出現變差趨勢，計算水驅通道剩余油充滿程度34.0%，水驅通道內仍富集大量剩余油，需要加強水驅動用水驅通道內的剩余油，于是TK428CH 井恢復注水，并且將注水量提高至300 m3/d，TK408 井生產效果改善，日增油量穩(wěn)定在30 t。

4 結論與建議

1）針對水驅和氣驅無法有效動用塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏高部位剩余油的問題，根據其儲層特征及剩余油分布特征，研究形成了氣驅替油、水驅提供橫向驅動力的氣水復合驅技術。

2）現場應用表明，氣水復合驅技術可以實現塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏高部位剩余油的有效動用，改善開發(fā)效果。

3）目前氣水復合驅參數的設計是基于歷史水驅效果進行的，還處于半定量階段，建議進一步研究，通過地質建模和數值模擬實現定量計算。