致密油藏見氣后井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化研究

張世明，王 濱，任允鵬，劉同敬，高 強，趙 偉，侯春華，孫 穎

（1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015；2.中國石油大學（北京）非常規(guī)油氣科學技術研究院，北京 102249）

致密油藏普遍具有孔隙度低、滲透率低的地質(zhì)特征，開發(fā)前期需進行儲層壓裂。壓裂后的儲層會形成大量的裂縫或微裂縫，連通的裂縫網(wǎng)絡系統(tǒng)為氣體流動提供了便利，但也會使致密油藏氣驅(qū)開發(fā)時的氣竄問題尤為突出［1-4］?？茖W合理的實現(xiàn)注采井間縫網(wǎng)特征參數(shù)定量描述，對后期氣竄封堵措施定制和開發(fā)方案調(diào)整具有重要意義。目前中外對裂縫描述的表征方法較多，包括儲層地質(zhì)、巖石力學、物探反演和油藏工程等各類研究方法［5-17］。相較于前3 類研究方法的系統(tǒng)性，油藏工程研究方法起步較晚，理論性和實用性都有待完善。

為此，筆者在研究區(qū)實際數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和前人研究成果的基礎上，進一步完善裂縫孔隙度、裂縫滲透率、裂縫開度和裂縫線密度等主要縫網(wǎng)特征參數(shù)的表征函數(shù)，提出試井解釋與動態(tài)反演相結(jié)合的致密油藏見氣后的井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化方法和求解步驟，為判斷井間縫網(wǎng)特征以及氣竄封堵方案制訂提供依據(jù)。

1 井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化方法

致密油藏在氣驅(qū)開發(fā)過程中，若發(fā)生明顯氣竄，則說明氣體注入儲層后由于氣體滑脫效應，無法與儲層油水系統(tǒng)充分接觸，未形成混相或近混相的混合流體體系，使得注氣措施失效。氣體產(chǎn)生滑脫效應的主要因素除了氣液密度差導致的內(nèi)因外，致密儲層壓裂后形成的復雜裂縫網(wǎng)絡系統(tǒng)是諸多外部影響因素中的關鍵因素。

1.1 函數(shù)表征

裂縫孔隙度 根據(jù)研究區(qū)實際數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，依據(jù)物質(zhì)守恒原理，得出單井附近裂縫孔隙度的計算模型，其函數(shù)表達式為：

裂縫滲透率 致密油藏發(fā)生氣竄后，地下流體在儲層滲流過程中會存在儲層平均滲透率和氣竄通道平均滲透率。前者為地下油、氣、水三相混合液在儲層滲流過程中的滲透率，后者為滑脫氣體在氣竄通道內(nèi)運移過程中的滲透率。由于氣竄通道通常由大裂縫或連通裂隙網(wǎng)絡通道引起，因此，氣竄通道平均滲透率可以等效為注采井間的裂縫滲透率。

依據(jù)前人致密油藏注氣后儲層滲流特征參數(shù)動態(tài)反演方法研究成果［18］，氣竄通道平均滲透率的函數(shù)表達式為：

因此，注采井間的裂縫滲透率的函數(shù)表達式為：

裂縫開度與裂縫線密度 依據(jù)前人研究結(jié)果［19］，裂縫孔隙度、裂縫滲透率、裂縫開度以及裂縫線密度之間的函數(shù)關系式為：

1.2 求解步驟

致密油藏見氣后的井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化方法的主要計算步驟包括：①根據(jù)試井解釋得到的內(nèi)區(qū)半徑，代入（1）式可得氣竄單井附近的裂縫孔隙度。②依據(jù)前人致密油藏注氣后儲層滲流特征參數(shù)動態(tài)反演方法研究成果［18-19］，代入（2）式先分別得到氣竄單井各時間點的氣竄通道平均滲透率，再計算氣竄期間的氣竄通道平均滲透率的均值，作為單井氣竄期間注采井間的平均裂縫滲透率。③將步驟②求得的平均裂縫滲透率代入（5）式和（6）式，通過枚舉裂縫開度的方法，得到單井附近的裂縫孔隙度和裂縫線密度。④依據(jù)步驟③的計算結(jié)果，繪制出單井附近的裂縫孔隙度-裂縫線密度-裂縫開度的關系曲線。⑤依據(jù)步驟①得到的單井附近的裂縫孔隙度，借助步驟④繪制的關系曲線，得到該裂縫孔隙度所對應的裂縫開度及裂縫線密度，作為氣竄單井附近的裂縫開度和裂縫線密度。

2 井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化

2.1 研究區(qū)氣竄特征

勝利油田XN 井組為研究區(qū)的注氣井組，1 注8采。XN 井是該井組的1 口轉(zhuǎn)注井，于2012 年11 月投產(chǎn)注水，2013 年6 月轉(zhuǎn)注CO2，注入方式為CO2和泡沫交替注入。2014年4月前低速注入，此后，提高注入速度，注入量同時提高約3倍，但油壓僅升高約1 MPa。分析認為XN 井組近井地帶具有較強的應力敏感性，裂縫較為發(fā)育。

以XN 井組內(nèi)的1 口實際氣竄單井X6 井為例，說明致密油藏見氣后井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化的具體計算方法和計算結(jié)果。X6 井是XN 井組的1 口二線水平井，儲層含油物性較好。壓裂后投產(chǎn)，初期產(chǎn)能較高，裂縫發(fā)育；之后產(chǎn)油量緩慢下降，含水率基本穩(wěn)定在50%。XN 井開始低速注氣后，X6 井含水率上升，但產(chǎn)油量遞減趨勢未得到改善；XN 井提高注氣速度后，X6井的含水率基本維持穩(wěn)定。表明X6 井與XN 井注入動態(tài)響應良好，井間連通關系較好。

XN 井組注氣期間X6 井發(fā)生氣竄現(xiàn)象，根據(jù)開發(fā)動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，X6 井產(chǎn)出氣中CO2含量的動態(tài)變化如圖1 所示。該井生產(chǎn)初期，產(chǎn)出氣中CO2含量幾乎為0；從2014 年4 月起，產(chǎn)出氣中CO2含量明顯升高，表明開始發(fā)生氣竄現(xiàn)象；至2014年底，產(chǎn)出氣中CO2含量已超過5%，并持續(xù)快速上升，表明該井氣竄現(xiàn)象加劇。

圖1 X6井產(chǎn)出氣體中CO2含量動態(tài)分布Fig.1 Variation of CO2 content in produced gas in Well X6

2.2 井間縫網(wǎng)特征參數(shù)計算

按照井間縫網(wǎng)特征參數(shù)求解步驟，對X6井的裂縫孔隙度、裂縫滲透率、裂縫開度和裂縫線密度等特征參數(shù)進行求解。主要步驟包括：①通過試井解釋，得到X6 井近井范圍內(nèi)的內(nèi)區(qū)半徑為4.26 m，代入（1）式得到X6 井附近的裂縫孔隙度為0.250 4%。②依據(jù)前人致密油藏注氣后儲層滲流特征參數(shù)動態(tài)反演方法研究成果，代入（2）式得到X6 井的氣竄通道平均滲透率（圖2）。由于氣竄通道平均滲透率是隨時間變化的量，為簡化計算，取X6 井氣竄期間氣竄通道平均滲透率的均值，作為該井注采井間的平均裂縫滲透率，為743.44 mD。同時，代入（3）式得到該井的平均氣竄速度為1.63 m/d。③將步驟②求得的X6井注采井間的平均裂縫滲透率代入（5）式和（6）式，通過枚舉裂縫開度的方法，得到該井附近的裂縫孔隙度和裂縫線密度（表1）。④依據(jù)表1 計算結(jié)果，繪制出X6 井的裂縫孔隙度-裂縫線密度-裂縫開度關系曲線（圖3）。⑤借助步驟④繪制的X6井的裂縫孔隙度-裂縫線密度-裂縫開度關系曲線，得到裂縫孔隙度為0.250 4%時，所對應的裂縫開度及裂縫線密度分別為60 μm 和42 條/m，即為X6 井附近的裂縫開度和裂縫線密度。

圖2 X6井氣竄通道平均滲透率動態(tài)分布Fig.2 Variation of average permeability of fracture for gas-channeling in Well X6

表1 X6井附近的裂縫孔隙度與裂縫線密度計算結(jié)果Table1 Calculation results of fracture porosity and fracture line density near Well X6

圖3 X6井裂縫孔隙度-裂縫線密度-裂縫開度關系曲線Fig.3 Fracture porosity-fracture linear density-fracture opening relation of Well X6

3 井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化分析

3.1 裂縫孔隙度

通過井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化計算，得到XN 井組裂縫孔隙度計算結(jié)果（表2），可以看出：XN 井組各單井近井附近的裂縫孔隙度差異不大，為0.250 0%～0.250 9%。相較于測井解釋得到的儲層平均孔隙度為8%，兩者相差30 倍左右，表明XN 井組儲層范圍內(nèi)的裂縫發(fā)育程度較強。

表2 XN井組裂縫孔隙度計算結(jié)果Table2 Calculation results of fracture porosity in well group XN

3.2 裂縫滲透率

通過井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化計算，得到XN 井組平均裂縫滲透率和平均氣竄速度計算結(jié)果（表3），可以看出：①XN 井組的8 口生產(chǎn)井中有6 口發(fā)生了氣竄，各單井的平均裂縫滲透率差異較大，最大值和最小值相差近40 倍。各單井的平均氣竄速度差異較大，最大值和最小值相差近13倍。②相較于測井解釋得到的儲層平均滲透率0.2 mD，各單井的平均裂縫滲透率均遠大于儲層平均滲透率。除X1 井外，其他5 口生產(chǎn)井的平均裂縫滲透率已超過低滲透率井的范疇，X6井甚至達到了高滲透率井的標準，X4 井達到了特高滲透率井的標準。③在6 口氣竄井中，X4井的平均裂縫滲透率和平均氣竄速度均顯著高于其他5 口氣竄井，表明X4 井所處層位存在明顯裂縫或竄流通道。

表3 XN井組平均裂縫滲透率和平均氣竄速度計算結(jié)果Table3 Calculation results of average fracture permeability and average gas-channeling velocity in well group XN

3.3 裂縫開度與裂縫線密度

通過井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化計算，得到XN 井組裂縫開度與裂縫線密度計算結(jié)果（表4），可以看出：①平均裂縫滲透率越大，裂縫開度越大，XN 井組的裂縫開度為14～87 μm。②平均裂縫滲透率越大，裂縫線密度呈指數(shù)函數(shù)關系快速遞減，XN 井組的裂縫線密度為29～176條/m。

表4 XN井組裂縫開度與裂縫線密度計算結(jié)果Table4 Calculation results of fracture opening and fracture line density in well group XN

3.4 井間縫網(wǎng)發(fā)育程度分析

通過井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化計算，結(jié)合XN 井組的動、靜態(tài)資料綜合分析認為，XN 井組所在儲層的整體含油性好，且儲層壓裂后裂縫相對發(fā)育。具體表現(xiàn)為：①注入井XN 井附近裂縫發(fā)育，儲層應力敏感性較強。②氣竄井X1井附近裂縫發(fā)育，與注入井井間存在中等級別的水竄通道。③氣竄井X2 井附近發(fā)育微裂縫，與注入井存在小規(guī)模的井間氣竄微裂縫通道。④氣竄井X3 井附近的裂縫發(fā)育程度相對較弱，與注入井的井間連通關系較好，可能存在級別較小的微裂縫通道。⑤氣竄井X4 井氣竄嚴重，儲層水淹程度高，與注入井井間存在明顯的裂縫或竄流通道，后期可考慮轉(zhuǎn)為注氣或注水井，與注入井XN 井實施多井聯(lián)注。⑥氣竄井X5 井附近發(fā)育微裂縫，與注入井存在一定規(guī)模的井間氣竄微裂縫通道。⑦氣竄井X6井附近裂縫發(fā)育，與注入井存在較大規(guī)模的井間氣竄裂縫通道。⑧非氣竄井X7 井和X8 井附近發(fā)育微裂縫，但未與注入井井間形成連通縫網(wǎng)通道。

結(jié)合含水率上升規(guī)律和動態(tài)響應特征，XN 井組整體裂縫發(fā)育方向較明確。XN 井組靠近斷層附近裂縫發(fā)育較強，北東向裂縫發(fā)育強度較大，共軛方向裂縫發(fā)育相對較弱，裂縫開度小于100 μm。各氣竄單井的井間平均裂縫滲透率和平均氣竄速度差異較大，以微裂縫為主，存在一定規(guī)模的氣竄裂縫通道。氣竄速度快的單井，表現(xiàn)出平均裂縫滲透率高、裂縫開度大、裂縫線密度小等特點。

4 結(jié)論

基于物質(zhì)守恒原理，借助油藏實際開發(fā)動態(tài)資料，進行致密油藏見氣后井間縫網(wǎng)特征參數(shù)量化研究。相較于儲層地質(zhì)、巖石力學、物探反演等研究方法，該方法從油藏工程角度出發(fā)，提出了一種動態(tài)反演井間縫網(wǎng)特征參數(shù)的量化計算方法，進一步完善了井間縫網(wǎng)特征參數(shù)定量研究的理論基礎。應用該方法得到的井間縫網(wǎng)特征參數(shù)計算結(jié)果，能較好地與實際動、靜態(tài)資料所反映的井間縫網(wǎng)特征相吻合，具有較強的適用性和可靠性。對科學描述井間縫網(wǎng)特征參數(shù)，以及后期氣竄封堵措施定制和開發(fā)方案調(diào)整具有重要的借鑒價值。

符號解釋

b——裂縫開度，μm；

Kc——氣竄通道平均滲透率，D；

Kf——注采井間的裂縫滲透率，D；

Krm——地下混合液的相對滲透率，f；

L——油水井井距，cm；

Lfra——壓裂井段長度，m；

R——試井解釋得到的內(nèi)區(qū)半徑，m；

t——從注氣到氣竄見氣所用的時間，d；

Vg——竄流速度，cm/s；

V砂——壓裂砂注入總量，m3；

Δp——油水井間生產(chǎn)壓差，atm；

μm——油、氣、水三相混合液的地下黏度，mPa·s；

ρl——裂縫線密度，條/m；

φf——單井附近裂縫孔隙度，%。