復(fù)雜碳酸鹽巖油藏水竄類型系統(tǒng)診斷及對(duì)策

王鳳剛，史長(zhǎng)林，尹彥君，姜康，張震，張強(qiáng)

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

碳酸鹽巖油藏常常表現(xiàn)為不同尺度的孔、縫、洞交錯(cuò)發(fā)育[1，2]，中東地區(qū)碳酸鹽巖油藏以孔隙型為主，其孔隙結(jié)構(gòu)以粒間孔和溶蝕孔居多，部分儲(chǔ)層裂縫不發(fā)育，滲透率低，非均質(zhì)性強(qiáng)[3，4]，油井在開發(fā)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的過程中易發(fā)生水竄問題[5，6]。實(shí)際上油井含水上升有多種多樣的成因，包括管外竄、底水錐進(jìn)、高滲層水竄等多種類型。成因不同，控水的措施就應(yīng)該有所不同[7～9]。所以，如何準(zhǔn)確識(shí)別單井水竄的趨勢(shì)、類型、成因，成為控水增油的重要工作[10]。

中東R油田為構(gòu)造-巖性碳酸鹽巖強(qiáng)底水油藏，儲(chǔ)集空間主要為孔隙型，隔夾層發(fā)育。油藏埋深3000m，油層有效孔隙度17%～21%，滲透率約30mD。油田2011年投產(chǎn)，天然能量開發(fā)，井型為直井。截至2017年底，共有開發(fā)井65口，含水上升率3.8%，大部分井含水率較高，水竄問題嚴(yán)重[11]。由于儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，在開發(fā)過程中，油井存在底水錐進(jìn)、底水過渡帶推進(jìn)、裂縫或斷層連通等多種水竄類型。因此，準(zhǔn)確識(shí)別每口單井的水竄類型、成因，并提出對(duì)應(yīng)的控水措施，對(duì)提高油田產(chǎn)量具有重要意義。為此，筆者提出了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、動(dòng)態(tài)曲線繪制、Chan曲線對(duì)比、見水時(shí)間對(duì)比的四步水竄類型診斷法，詳細(xì)診斷并分析R油田所有油井的出水特征及出水原因。各個(gè)診斷方法互相佐證，確保成果的準(zhǔn)確性，又能夠避免控水措施的盲目性，節(jié)省作業(yè)成本。

1 復(fù)雜碳酸鹽巖油藏四步水竄類型診斷法

四步水竄類型診斷法流程如圖1所示。

圖1 四步水竄類型診斷流程圖

1)步驟1——利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)井方法進(jìn)行工程診斷 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)井(PLT)是在油田開發(fā)過程中監(jiān)測(cè)油藏動(dòng)用情況的主要手段，雖然產(chǎn)出剖面測(cè)井是PLT測(cè)井的首要任務(wù)，但是準(zhǔn)確地找出油井出水位置也是生產(chǎn)測(cè)井一個(gè)重要的用途[12～15]，可以通過流量、井溫等參數(shù)的變化對(duì)生產(chǎn)井的出水位置進(jìn)行定性的判斷。然而，由于測(cè)試成本高，只有少數(shù)井進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試，需要其他手段來分析水竄的類型和成因。

2)步驟2——利用含水率及含水變化速度曲線來識(shí)別水竄 碳酸鹽巖油藏水竄的發(fā)生會(huì)直接導(dǎo)致油井含水快速上升，產(chǎn)油量下降，可以利用含水率及含水變化速度曲線來識(shí)別水竄，并分析含水上升趨勢(shì)。由于碳酸鹽巖油藏儲(chǔ)集層非均質(zhì)性極強(qiáng)，含水具有波動(dòng)性。如果是單純的將相鄰2個(gè)時(shí)間的含水率比較，由于時(shí)間短，規(guī)律性較差，含水率的變化不能說明具體的變化原因。因此，在對(duì)含水率進(jìn)行差值計(jì)算的時(shí)候，取季度含水率作圖，如圖2所示，正常底水錐進(jìn)井含水率平穩(wěn)上升，含水上升速度平穩(wěn)波動(dòng)；存在水竄的單井，含水會(huì)出現(xiàn)陡升，含水上升速度出現(xiàn)異常高點(diǎn)；對(duì)于隔夾層發(fā)育的底水油藏，含水呈階梯型上升，含水上升速度出現(xiàn)多個(gè)異常高點(diǎn)。

圖2 不同水竄類型含水率及含水上升速度曲線

該方法局限性在于水竄類型多樣，僅正常底水錐進(jìn)、隔夾層發(fā)育區(qū)底水錐進(jìn)的曲線特點(diǎn)顯著，至于大孔道等竄流的曲線類型多樣，具體分析竄流的原因，還需其他方法驗(yàn)證。

圖3 Chan曲線診斷模板線

該方法局限性在于Chan圖版基于砂巖油藏?cái)?shù)值模擬劃分不同的油井產(chǎn)水類型，在儲(chǔ)層特征方面與R油田這種以孔隙型為主、局部發(fā)育縫洞的碳酸鹽巖油藏存在區(qū)別，可見Chan水油比診斷圖只能參考利用。

4)步驟4——利用油藏工程方法計(jì)算見水時(shí)間來輔助分析 利用有關(guān)底水錐進(jìn)的理論公式預(yù)測(cè)油井的見水時(shí)間，就可以與實(shí)際油井見水時(shí)間對(duì)比，可以輔助分析油井含水上升的成因，并合理安排油井的日常管理工作[18，19]。計(jì)算底水油藏見水時(shí)間的方法很多，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況表明唐人選[20]方法預(yù)測(cè)結(jié)果最符合實(shí)際開發(fā)情況，對(duì)預(yù)測(cè)厚底水油藏的見水時(shí)間具有重要參考價(jià)值。該方法基于2種流動(dòng)模型推導(dǎo)出見水前水錐高度的隱函數(shù)，即射孔段上部為水平徑向流動(dòng)，射孔段下部為半球狀向心流動(dòng)，從而得到水錐突破時(shí)間的表達(dá)式[20]：

式中：ts為水錐突破時(shí)間，d;hp為射孔段總厚度，m；α為垂向滲透率與水平滲透率之比，1；rw為井筒半徑，m；re為泄油半徑，m；φ為儲(chǔ)集層孔隙度，1；h2為未射開油層厚度，m；q為總產(chǎn)量，m3/d。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用

生產(chǎn)井A-5井所在的射孔層位為R2、R4層，位于底水油藏的構(gòu)造高部位，避水高度21m，2012年2月投產(chǎn)，初期日產(chǎn)油220m3，含水率0.4%，含水率緩慢上升，截至2017年底，日產(chǎn)油60m3，含水率70%，累計(jì)產(chǎn)油25×104m3。

步驟1：對(duì)生產(chǎn)井A-5井鉆完井報(bào)告及生產(chǎn)測(cè)試資料進(jìn)行分析。該井固井質(zhì)量好，無套漏或管外竄現(xiàn)象。2012年12月進(jìn)行過PLT測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖4，紅色曲線為井筒溫度曲線，拐點(diǎn)為外部液體流入引發(fā)的溫差變化，拐點(diǎn)1疑似為射孔層段(R2層)生產(chǎn)而引發(fā)的流入流體溫差；拐點(diǎn)2則疑似為下部層段(R4層)引發(fā)的流入流體溫差。然而，由于井眼環(huán)境、機(jī)械性梗阻等不同均會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成誤差，因此，需要其他手段來分析水竄的類型和成因。

圖4 A-5井PLT測(cè)試結(jié)果圖

圖5 A-5井含水率及季度含水上升速度隨生產(chǎn)時(shí)間的變化曲線

步驟2：分析生產(chǎn)資料，作該井的含水率及季度含水上升速度隨時(shí)間變化曲線，結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，生產(chǎn)井初期不含水，無水采油期約半年，隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，含水率迅速升高，目前含水率70%，觀察季度含水上升速度曲線，第7個(gè)月，含水上升速度由0.5%陡升至8.8%，第10個(gè)月含水上升速度值為8.4%，后期在3.1%左右平穩(wěn)變化。整個(gè)生產(chǎn)過程在第7和第10個(gè)月存在相對(duì)高點(diǎn)。生產(chǎn)曲線與圖2的正常底水錐進(jìn)和大孔道竄流的生產(chǎn)曲線特征相似，初步懷疑存在大孔道溝通底水的現(xiàn)象，但水竄現(xiàn)象不明顯。

步驟3：作A-5井的Chan曲線，如圖6所示，曲線初期平穩(wěn)，生產(chǎn)過程中陡升后緩慢上升，而水油比導(dǎo)數(shù)曲線呈緩慢上升趨勢(shì)，參考Chan曲線標(biāo)準(zhǔn)模板(見圖3(c))，曲線特征為近井筒竄流的特征。

步驟4：通過唐人選[20]方法計(jì)算R4層底水水錐情況。計(jì)算結(jié)果見表1，底水錐進(jìn)至A-5井位于R4層射孔段底部的時(shí)間至少34個(gè)月，與實(shí)際見水時(shí)間(6個(gè)月)不符。

結(jié)合PLT測(cè)試資料、含水率曲線、Chan曲線診斷圖以及見水時(shí)間的分析，綜合判定A-5井生產(chǎn)井產(chǎn)水屬于下部井段R4層近井筒竄流至射孔段所致。建議首先進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，找竄和封竄，同時(shí)，在生產(chǎn)過程中要考慮存在加劇管外竄的風(fēng)險(xiǎn)。

表1 A-5井見水時(shí)間計(jì)算參數(shù)表

3 復(fù)雜碳酸鹽巖底水油藏水竄類型及控水對(duì)策

圖6 A-5井水油比及水油比導(dǎo)數(shù)隨投產(chǎn)時(shí)間變化的曲線

利用四步水竄類型診斷法識(shí)別R油田所有出水井，共識(shí)別出7種典型的水竄類型，具體見表2，其中，正常底水錐進(jìn)、層狀底水錐進(jìn)、裂縫或斷層連通底水井占多數(shù)，對(duì)應(yīng)分析產(chǎn)生原因，并從鉆井、油藏及工藝角度開展水竄治理。

3.1 正常底水錐進(jìn)型

R油藏底水能量較為充足，油水過渡帶較薄，受避射距離及生產(chǎn)壓差影響，在油井生產(chǎn)過程中容易造成底水錐進(jìn)，目前油田正在合理控制在產(chǎn)井生產(chǎn)壓差，延長(zhǎng)低含水采油期，優(yōu)化新井射孔位置及射孔方式，保持合適的避射距離[21，22]，對(duì)于含水率高于90%井，注入選擇性凍膠堵劑，建立油水隔板[23，24]。

3.2 層狀底水錐進(jìn)型

該類型生產(chǎn)井含水率呈階梯狀緩慢上升，這是由于油層下部發(fā)育不連續(xù)隔夾層，起到了抑制含水上升速度的作用[25]。目前，未做處理。

3.3 裂縫或斷層連通底水型

由于井筒附近發(fā)育一定程度的裂縫溝通底水，建議進(jìn)行儲(chǔ)層精細(xì)描述，落實(shí)裂縫及溶洞區(qū)，選擇機(jī)械堵水，同時(shí)，注入選擇性堵劑，堵水不堵油。

表2 不同生產(chǎn)井水竄原因分類及控水方案

4 結(jié)論

1)挖掘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、修正動(dòng)態(tài)曲線、對(duì)標(biāo)Chan曲線、標(biāo)定見水時(shí)間的四步水竄類型診斷法能夠快速診斷復(fù)雜孔隙型碳酸鹽巖油藏見水井的水竄類型，與常規(guī)方法相比，該方法的識(shí)別度高，避免過多進(jìn)行井下作業(yè)。

2)利用四步水竄類型診斷法，在中東R油田識(shí)別出7種典型的水竄類型，在所有水竄井中，正常底水錐進(jìn)、層狀底水錐進(jìn)、裂縫或斷層連通底水井占多數(shù)。

3)每口井采用相對(duì)應(yīng)的控水對(duì)策，降低了出水井的含水上升速度，在投產(chǎn)新井逐年減少的情況下，控水對(duì)策起到穩(wěn)定油田產(chǎn)量的作用，同時(shí)也可對(duì)其他復(fù)雜碳酸鹽巖油田提供可靠的措施對(duì)策依據(jù)。