學(xué)莊油區(qū)底水油藏水淹速度主控因素及控水技術(shù)研究

肖 榮，馬 飛，王永飛，楊彪強，仵 改，申錦江，黎 強

(延長油田股份有限公司，陜西延安716000)

延長油田學(xué)莊油區(qū)底水油藏儲量豐富，底水的存在一方面可以為油藏提供充足的地層能量而有利于油藏開發(fā)，另一方面底水錐進(jìn)又給油藏開發(fā)帶來很多問題。如何防止和抑制底水突進(jìn)，合理開發(fā)底水油藏，是學(xué)莊油區(qū)甚至目前國內(nèi)外油田開發(fā)實踐中的難題[1-6]。本文在調(diào)研國內(nèi)外關(guān)于控水技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對學(xué)莊延安組底水油藏開發(fā)過程中出現(xiàn)的各種問題，應(yīng)用SWOT矩陣分析[7，8]，研究水淹速度主控因素、后期調(diào)整對策及方向，采用油藏工程方法[9，10]和數(shù)模方法，優(yōu)化了隔夾層對控水效果的參數(shù)和方法，并進(jìn)行了礦床試驗。這一研究成果，可以讓該底水油藏的開發(fā)更具科學(xué)性，從而為其他底水油藏的開發(fā)起到參考和論證作用。

1 開發(fā)現(xiàn)狀及水淹規(guī)律分析

1.1 開發(fā)現(xiàn)狀

學(xué)莊油區(qū)延安組探明地質(zhì)儲量211.4×104t，區(qū)域開發(fā)面積18 km2，動用面積18 km2，水驅(qū)控制面積12 km2，水驅(qū)控制儲量295.4×104t。截至2020年6月，采油井150口，開井?dāng)?shù)150口，油井利用率100%。日產(chǎn)液水平267.10 m3，日產(chǎn)油水平61.0 t，綜合含水率73.0%；累積產(chǎn)液35.39×104m3，累積產(chǎn)油13.59×104t，地質(zhì)儲量采出程度7.4%。注水井50口，開井?dāng)?shù)50口，注水井利用率100%；日注580.49 m3，累計注采比0.18，采油速度1.13%。受益油井150口，也就是本次研究的油井全為注水受益井。

1.2 水淹規(guī)律分析

1.2.1 水淹判別方法

對研究區(qū)油井水淹的判別，主要結(jié)合以下幾點依據(jù)進(jìn)行綜合判別[11]：第一，含水突然上升且一直保持較高水平或含水持續(xù)上升，并最終保持較高水平后趨于穩(wěn)定；第二，吞吐階段返水率大于100%認(rèn)為地層出水；水性分析礦化度與地層水接近，且重根含量較高(一般大于30 mg/L)認(rèn)為地層出水。

1.2.2 水淹分布規(guī)律

研究區(qū)水淹分布方向具有滲流速度快且多向性的特點。以D6704-3為例，2019年對D6704-3進(jìn)行了示蹤劑測試，D6704-3井對應(yīng)5口油井，井組中示蹤劑在D6704-2井、D6704A-1井、D6704A井、D6704A-2井、D6704-2井等5口井均有顯示，注入水的推進(jìn)速度基本在13.28～42.29 m/d，注入水沿油井水線推進(jìn)快，尤其是D6704-2和D6704-2水線推進(jìn)速度分別為37.86 m/d和42.29 m/d(見表1)。

表1 定6704-3井組對應(yīng)油井動態(tài)監(jiān)測情況表

研究區(qū)含水上升過快，平面上存在暴性水淹狀況。自2012年投產(chǎn)，隨著采出程度增加，研究區(qū)綜合含水率由2012年12月的47%上升到2020年5月的82.81%，平均年含水上升速度5.12%，高于國內(nèi)外低滲透油田延安組綜合含水上升速度(3%～4%)。通過對油水井組動態(tài)資料的分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)存在平面水竄現(xiàn)象，部分油井出現(xiàn)水淹。以D6690-7井為例，該井受底水錐進(jìn)和注水影響，含水持續(xù)上升，2019年6月2日含水從47%持續(xù)上升到2020年7月的92%，年含水上升速度47%，后期經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)該井儲層物性較好，是受D6690-5和D6690-9注水井影響，造成的油井暴性水淹。雖然D6690-5和D6690-9注水井于2019年9月降低注水量，但是地層水優(yōu)勢運移通道已經(jīng)出現(xiàn)，還是造成了D6690-7井水淹的情況。

2 控制因素及SWOT矩陣分析

2.1 水淹速度控制因素分析

2.1.1 沉積韻律的影響

統(tǒng)計分析研究區(qū)150口生產(chǎn)井沉積韻律對水淹速度的影響發(fā)現(xiàn)，反韻律水淹速度慢，有較長的無水采油期，主要開發(fā)期為中低含水期，開發(fā)效果相對較好；正韻律正好相反，水淹速度快，無明顯的無水采油期，采出程度較低，主要開發(fā)期為中高含水期[12-14]。

研究區(qū)儲層主要以正韻律為主，少數(shù)層為反韻律。縱向滲濾阻力相差更大，更容易造成邊底水沿底部竄進(jìn)的現(xiàn)象，在油藏內(nèi)部形成一個次生水體。

D6623-3井沉積韻律為正韻律，2014年12月投產(chǎn)時含水中等45%，到2020年含水上升到95%，年含水上升速度為10%左右，含水上升速度比反韻律油井快。D6704A井沉積韻律為反韻律，該井2013年8月投產(chǎn)時含水中等，到2020年含水上升了20%，年含水上升速度為2.9%左右，含水上升速度比正韻律油井慢。

2.1.2 隔夾層分布的影響

研究區(qū)延10油層射孔都在油層頂部，一般為1.5～2 m。隔夾層厚度一般在1 m左右，位于射孔段下部，在隔夾層分布的范圍內(nèi)水淹速度相對較慢，無隔夾層區(qū)域水淹速度較快。但也有例外，如D6690-8無隔夾層發(fā)育但水淹速度依舊很慢，主要由于其在研究區(qū)的構(gòu)造最高點，含油性較好。

2.1.3 注采井網(wǎng)的影響

研究區(qū)三向受益井平均水淹速度8.3%，雙向受益油井平均水淹速度10.7%，單向受益油井平均水淹速度13.3%，由此可以看出油井受效方向越多、井網(wǎng)越完善越有利于控制水淹速度。

2.1.4 射孔層段的位置及射開程度的影響

統(tǒng)計分析研究區(qū)射孔層段的位置及射開程度和水淹速度的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，射開程度在1/2以下水淹速度慢，而超過1/2后水淹速度明顯加快。射開油層的合理厚度為油層厚度的1/3～1/2，隨著射開程度的厚度增加至油層厚度的3/4時，油層在投產(chǎn)后很快見水，沒有無水采油期。位于過渡帶油層的井，宜射開油層厚度的1/3；內(nèi)含油邊界的井，宜射開油層厚度的1/2；構(gòu)造高部位的井，上下油層間有夾層分布，對底水有一定的抑制作用，可射開3/4的油層。

2.2 SWOT矩陣分析及調(diào)整方向

2.2.1 內(nèi)部因素評價矩陣

學(xué)莊油區(qū)內(nèi)部因素評價矩陣是依據(jù)上述產(chǎn)量遞減的影響因素分析，結(jié)合研究區(qū)隔夾層、沉積韻律等對水淹速度的影響而建立。其中權(quán)重標(biāo)志著各個因素對于水淹速度影響相對大小，對水淹速度影響較大的因素權(quán)重較大，所有權(quán)重之和等于1。評分1代表重要劣勢，2代表次要劣勢，3代表次要優(yōu)勢，4代表重要優(yōu)勢。加權(quán)分?jǐn)?shù)等于每一因素權(quán)重乘以評分。

表2 內(nèi)部因素評價矩陣

從內(nèi)部因素平均矩陣中可以看出，儲層隔夾層分布是控制水淹速度的主控因素，也是有利于穩(wěn)產(chǎn)的因素。學(xué)莊油區(qū)延安組底水油藏內(nèi)部因素評價矩陣總加權(quán)分?jǐn)?shù)為2.65，略低于平均權(quán)值2.83，說明目前地層狀況良好，應(yīng)該保持目前的現(xiàn)狀(見表2)。

2.2.2 外部因素評價矩陣

外部因素矩陣根據(jù)學(xué)莊油區(qū)開發(fā)技術(shù)水平、注采井網(wǎng)合理、射孔層段的位置及射開程度合理、油井利用率、水淹速度、滯后注水等各個因素對水淹速度影響貢獻(xiàn)大小而建立。其中權(quán)重標(biāo)志著各個因素對于水淹速度影響相對大小，對水淹速度影響較大的因素權(quán)重較大。評分1代表重要劣勢，2代表次要劣勢，3代表次要優(yōu)勢，4代表重要優(yōu)勢。加權(quán)分?jǐn)?shù)等于每一因素權(quán)重乘以評分。

表3 外部因素評價矩陣

從外部因素平均矩陣中可以看出，學(xué)莊油區(qū)控制水淹速度的外部主控因素是開發(fā)技術(shù)水平，其次是注采井網(wǎng)合理、射孔層段的位置及射開程度合理。學(xué)莊油區(qū)延安組底水油藏外部因素分析矩陣總的加權(quán)分?jǐn)?shù)為2.35，高于平均加權(quán)數(shù)2.17。因此學(xué)莊油區(qū)外部因素中機會較大，只要提高開發(fā)技術(shù)水平，就可以有效控制水淹速度(見表3)。

2.2.3 SWOT矩陣分析

從SWOT矩陣可以看出，學(xué)莊油區(qū)外部因素可調(diào)整的空間很大，主要是提高開發(fā)技術(shù)水平，從匹配結(jié)果來看，目前采取S+O組合隔層控水技術(shù)控制水淹是應(yīng)采取措施，但其他組合也為我們提供了思路，如生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整、有效合理注水、管柱組合優(yōu)化等(見表4)。

表4 SWOT矩陣分析

2.2.4 調(diào)整方向

綜合內(nèi)部、外部和SWOT矩陣分析，提出調(diào)整方向：第一，利用人工隔板控制水淹速度，其思路主要是根據(jù)天然隔層可控制水淹速度；第二，提高區(qū)域開發(fā)技術(shù)水平，探索研究新控水技術(shù)。

3 水淹速度調(diào)整措施

3.1 隔板控水技術(shù)研究

3.1.1 天然隔夾層控水效果研究

本次研究對目前開采的油井分有無隔夾層統(tǒng)計單井日產(chǎn)油和綜合含水變化，發(fā)現(xiàn)有隔夾層單井日均產(chǎn)油遞減速度慢，而無隔夾層單井遞減速度快，后期注水以后有隔夾層的單井更容易注水見效。從隔夾層對綜合含水的影響變化圖(見圖1和圖2)可以看出，有隔夾層的綜合含水上升速度比無隔夾層的慢。

3.1.2 人工隔層控水技術(shù)研究

(1)人工隔層控水技術(shù)可行性研究

根據(jù)天然隔夾層能防止底水錐進(jìn)的原理，我們可以采用人工隔層的辦法來抑制底水錐進(jìn)，通過注入化學(xué)堵劑來制造“人工夾層”，“人工夾層”的不滲透性會使水錐狀形態(tài)變形，使底水突破時間延長。

本文利用ECLIPSE數(shù)值模擬軟件，模擬研究人工隔層的位置、人工隔層面積、人工隔層的滲透率及人工隔層的厚度對控水效果的影響。首先，建立一注一采底水油藏模型，平面網(wǎng)格面積設(shè)為200 m×400 m，網(wǎng)格取均勻步長，平面上網(wǎng)格步長為10×10 m，I方向上20個網(wǎng)格，J方向上40個網(wǎng)格。縱向上分為兩套：第一套用來研究人工隔層的位置、面積及滲透率對控水效果的影響，縱向上網(wǎng)格分為8層，上面5層為油層，下面2層為水層，每層厚10 m，人工隔層初設(shè)為3 m，網(wǎng)格總數(shù)為20×40×8=6400；第二套用來研究人工隔層的厚度對控水的影響，縱向上網(wǎng)格分為12層，上面5層為油層，下面2層為水層，每層厚10 m，中間5層為5個1 m的薄層，研究厚度對控水的影響，網(wǎng)格總數(shù)為20×40×12=9600。一注一采模型中注采井距為270 m，生產(chǎn)井和注水井均僅射開第一層，生產(chǎn)時間設(shè)置為從2015年1月至2019年12月，設(shè)含水率40%為見水時間。

在上述基礎(chǔ)模型建立的基礎(chǔ)上，再分別模擬隔層在射孔段底部、距離射孔段底部10 m、距離射孔段底部20 m、油水界面處、距離油水界面10 m處和距離油水界面20 m處，隔層面積為3 m×3 m、5 m×5 m、7 m×7 m、9 m×9 m及11 m×11 m時，隔層滲透率為0 md、0.2 md、0.4 md、0.6 md、0.8 md及1 md時，隔層厚度為1 m、2 m、3 m、4 m及5 m時的含水率、日產(chǎn)油及日產(chǎn)液變化。

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，研究出人工隔層在射孔段底部時，見水時間最遲，水淹速度最慢，最終含水率最低，控水效果最好。隔層在射孔段底部到油水界面之上控水效果隨著位置降低而變差，見水時間變早。隔層在油水界面以下時見水時間更早，控水效果較差；控水效果隨著隔層面積的增大變好，見水時間變晚，最終含水率變低；控水效果隨著隔層滲透率的降低變好，見水時間變晚，最終含水率變低；隔層的厚度變化對控水效果影響不大。

(2)人工隔層控水技術(shù)

①控水壓裂

控水壓裂技術(shù)是在確定堵水位置及基礎(chǔ)上，利用ECLIPSE軟件模擬隔板位置和隔板半徑。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，在需要建立隔板的位置處加密射孔，井內(nèi)下入封隔器，將油管與套管環(huán)形空間分開。在壓裂過程中，先注入下沉劑攜帶液，再加入下沉劑(根據(jù)隔板半徑、射孔厚度和滲透率應(yīng)用軟件計算下沉劑數(shù)量)，停泵沉降30 min，再進(jìn)行壓裂。研究區(qū)實施了控水壓裂技術(shù)，效果較好。

以D6704A-1井為例，投產(chǎn)時含水中等，后含水突然上升到90%以上，2020年實施控水壓裂以后含水下降，到目前含水依然保持在15%左右(見圖3)。

②人工水泥隔層

人工水泥隔夾層技術(shù)原理和控水壓裂類似，只是加入的堵劑不一樣，控水壓裂用的是化學(xué)堵劑，而人工水泥隔層是在油水界面處射孔1 m，強擠水泥2 t，人工制造人工隔夾層。

以D6704A-2井為例，2020年6月在油水界面1425～1426 m處擠水泥2 t制造人工隔板，射孔段在1420～1422 m處，從D6704A-2井生產(chǎn)信息圖上可以看出，一個月后該井含水從100%下降到36%(見圖4)。

3.2 其他控制水淹速度調(diào)整措施

3.2.1 調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)

為控制含水上升速度，可對水線方向的油井合理調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，對垂直于水線方向的油井放大生產(chǎn)壓差?？刂茦?gòu)造高部位水井注水量，加強構(gòu)造低部位水井對應(yīng)層注水量。如：油井在生產(chǎn)過程中明顯的表現(xiàn)出受構(gòu)造高部位水井的影響較大，而受處于構(gòu)造低部位的水井對油井影響較小，可通過控制高部位注水井的注水量，加強低部位注水井的注水量，可有效緩解含水上升速度。如D6725A-1井為三向受益油井，2019年直接水淹，根據(jù)示蹤劑測試結(jié)果，D6725A-1的水主要來自位于構(gòu)造高部位的D6725A-4井，因此采取關(guān)停D6725A-4注水井，將D6641-5井的配注量從10 m3提高到20 m3，關(guān)停D6725A-1生產(chǎn)井半年等措施。D6725A-1井開抽后含水從100%下降到85%，效果較好。

3.2.2 控制采液強度

通過優(yōu)化下泵深度和排量，調(diào)整工作參數(shù)，合理控制采液強度，有效降低水淹速度，提高產(chǎn)油量，減少注入水的采出，間接起到維持地層能量，增大注水波及面積的效果。對研究區(qū)油井調(diào)整生產(chǎn)泵掛深度，有效緩解了水淹速度。2020年對研究區(qū)20口井的泵掛深度進(jìn)行了優(yōu)化，效果較好，將水淹速度從10%降低到3%。尤其是D6704-4井，優(yōu)化之前日產(chǎn)液22.36 m3，含水97%，提高泵掛深度150 m后，日產(chǎn)液15 m3，含水85%，產(chǎn)液強度得到控制，也降低了水淹速度。

3.2.3 管柱組合調(diào)整

通過對研究區(qū)9口修井作業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤，查看油井上提油桿組合和油井井筒狀況，發(fā)現(xiàn)5口生產(chǎn)井管柱組合不合理，修井后含水上升，通過研究分析，對這5口生產(chǎn)井進(jìn)行管柱組合優(yōu)化調(diào)整。調(diào)整后，截至目前均正常生產(chǎn)，產(chǎn)量穩(wěn)定，未出現(xiàn)油桿斷、脫現(xiàn)象，含水得到控制，取得了良好的效果。如D6690-6井之前采用二級管柱，斷桿頻繁，每次修井后含水平均上升10%，后改為三級管柱，免修期從60 d提高到350 d。

3.2.4 防卡泵及防偏磨治理

學(xué)莊油區(qū)生產(chǎn)井中，井筒偏磨井4口，其中輕微偏磨井2口，偏磨嚴(yán)重井1口，共占開井?dāng)?shù)21%，頻繁卡泵井1口，占開井?dāng)?shù)5.3%，這些油井修井后含水均存在上升5%～10%的情況，根據(jù)優(yōu)化實施方案要求，對1口井安裝防卡泵裝置，對3口井筒偏磨井進(jìn)行安裝扶正塊和使用內(nèi)襯套油管進(jìn)行處理，解決井筒偏磨、頻繁卡泵的問題，目前措施過的井未返修，效果良好，由于修井導(dǎo)致含水上升的問題得到有效抑制。防卡泵裝置主要是殼體內(nèi)部設(shè)置有防紗網(wǎng)，防紗網(wǎng)呈倒錐形，中心處設(shè)置有上下連通的通孔，通孔與防紗網(wǎng)外壁之間設(shè)置有支架，通孔內(nèi)套接有拉桿。

4 結(jié)論

(1)沉積韻律、隔夾層分布、注采井網(wǎng)、射孔層段的位置及射開程度等影響水淹速度。

(2)根據(jù)內(nèi)部和外部評價矩陣研究發(fā)現(xiàn)，水淹速度內(nèi)部主控因素是隔夾層發(fā)育狀況，外部主控因素是開發(fā)技術(shù)水平。應(yīng)用SWOT評價矩陣分析得出，采取S+O組合隔板控水技術(shù)控制含水是應(yīng)采取的有效措施。

(3)控水壓裂和人工水泥隔層技術(shù)可有效控制含水。同時，調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)、控制采液強度、管柱組合調(diào)整、防卡泵及防偏磨治理等也可有效控制水淹速度。