低滲透油田空氣泡沫驅(qū)動態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

劉平,劉春斌,李棟,孟令為,張晶宇,馬宗杰

(1.中國石油集團測井有限公司長慶分公司,陜西西安710201;2.中國石油集團測井有限公司地質(zhì)研究院,陜西西安710061;3.中國石油長慶油田分公司第三采油廠,寧夏銀川750000)

0 引 言

低滲透油田多表現(xiàn)為儲層物性差、地層壓力低、非均質(zhì)等特點[1-3],開發(fā)方式以注水開發(fā)為主[4-5],常面臨“注不進”和油井含水率迅速上升等問題,產(chǎn)量遞減導(dǎo)致采收率偏低,對開發(fā)中后期調(diào)整造成阻礙[6-7]?？諝馀菽?qū)作為近年來應(yīng)用較廣的三次采油技術(shù),成為低滲透油藏有效開發(fā)、高含水油藏提高采收率的有效技術(shù)之一[8],其同時具備氣驅(qū)和泡沫驅(qū)的雙重優(yōu)點,可邊調(diào)邊驅(qū),擴大波及體積,提高驅(qū)油效率。目前長慶、遼河、大慶、中原、延長等油田均已開展了空氣泡沫驅(qū)的先導(dǎo)性試驗研究,在提高采收率上取得了一定效果[9-10],但在認識注入剖面形態(tài)、評價驅(qū)油效果方面缺少直觀評價的手段,急需掌握動態(tài)的監(jiān)測資料。本文根據(jù)長慶油田某區(qū)塊的試驗情況,基于現(xiàn)有動態(tài)監(jiān)測技術(shù)情況,對比優(yōu)選八參數(shù)注入剖面測井、氣相示蹤劑井間監(jiān)測、地面微地震氣驅(qū)前緣這3種監(jiān)測手段,結(jié)合應(yīng)用實例進行效果分析評價。

1 八參數(shù)注入剖面測井技術(shù)

1.1 測試原理

泡沫液是不溶性空氣(一般為減氧空氣)進入到低表面張力的液體中、并被液體隔離所造成的氣體分散在液體中的一種不穩(wěn)定體系。在注入井中,空氣與泡沫液在溫度和壓力的作用下呈現(xiàn)復(fù)雜狀態(tài),注水井常用的五參數(shù)同位素示蹤吸水剖面測井序列無法準(zhǔn)確反應(yīng)注入狀況[11-12]。八參數(shù)注入剖面測井使用生產(chǎn)測井組合儀,采集自然伽馬、磁定位、溫度、壓力、密度、持水率、持氣率、渦輪流量這8個參數(shù)。密度、持水率、持氣率可以反應(yīng)空氣泡沫液的相態(tài)、流型;渦輪流量可根據(jù)流體流速和產(chǎn)(注入)量的正比關(guān)系通過渦輪轉(zhuǎn)速計算注入流量,結(jié)合管柱常數(shù)、溫度、壓力等數(shù)據(jù)綜合解釋,可以有效計算各小層的吸氣和吸水(泡沫)量,評價剖面注入情況,為調(diào)整注入?yún)?shù)提供依據(jù)。需要注意的是,密度、持水率、持氣率、渦輪流量參數(shù)需要接觸測試,并受油管管柱內(nèi)徑限制,所以八參數(shù)注入剖面測井只能在套管中進行測試。同時,由于空氣泡沫驅(qū)氣液混注時間不同,測試時機較為重要。一般在氣液混注階段進行測試,這可以更全面評價混合2種介質(zhì)的注入效果。

1.2 解釋方法

八參數(shù)注入剖面測井資料解釋與生產(chǎn)測井產(chǎn)氣剖面解釋方法類似,主要基于氣液兩相流解釋模型,通過定性和定量相結(jié)合進行綜合評價。首先根據(jù)密度、持水率、持氣率等曲線變化特征確定氣液界面,定性判斷主要注氣層位,再在各射孔層上下劃分處理段,運用電纜速度與渦輪轉(zhuǎn)速交會出視流體速度,結(jié)合多相流動模擬實驗圖版及管柱尺寸計算出各射孔井段的空氣、泡沫液注入量,最終提供混相驅(qū)的注入剖面。

1.3 應(yīng)用實例

L1井為連續(xù)注入泡沫井,間歇開啟注氣,折算到井下壓力溫度條件下,24 h連續(xù)注入泡沫液量10 m3/d,累計8 h注入空氣30 m3/d。由于注氣受承壓設(shè)備性能限制,考慮到注入效率,最佳測試時機為空氣注入接近極限壓力時,此時能真實反應(yīng)井下最高效注入剖面的情況。測井施工當(dāng)天6:00至10:00注入空氣,17:00開始二次注入空氣,19:00進行空氣、泡沫混注狀態(tài)測試八參數(shù)組合測井,測井解釋成果圖見圖1。

由計算成果(見表1)和測井解釋成果(見圖1)分析可知:①喇叭口位置上下混相密度分別為0.764、0.777 g/m3,在注入層位附近混相密度在0.960～1.129 g/m3,結(jié)合持氣率、持水率判斷,井下流型從上到下由環(huán)霧流向泡狀流變化,且1 670.00～1 724.85 m層段顯示為段塞狀流型過渡型特點,1 724.85～1 735.00 m層段顯示為泡狀流型特征;②壓力曲線數(shù)值從井口的16.70 MPa逐漸增大到1 724.00 m層段處的27.05 MPa,流溫曲線數(shù)值從井口的22.00 ℃逐漸增大到1 724.00 m層段處的49.84 ℃,流溫曲線在1 726.00 m出現(xiàn)拐點,幅度變化明顯;③所有渦輪流量曲線、流體密度曲線、持氣率曲線均在1 724.85 m層段處出現(xiàn)明顯幅度變化,流體密度增加(由0.409 g/cm3增加至0.961 g/cm3),持氣率減小(由0.823減小至0.320),多參數(shù)曲線發(fā)生明顯變化的深度恰好位于第1個射孔段(1 721.00～1 726.00 m)中下部,表明該位置以下液相增加、氣相減小,且該位置以上為空氣、泡沫混注時氣體主要的注入層位,其對應(yīng)射孔段為1 721.00～1 724.00 m;④在第2個射孔段(1 730.00～1 735.00 m)底部,溫度曲線也存在異常幅度,部分渦輪流量曲線在該射孔段內(nèi)也存在幅度變化,表明該層存在一定量混相流體注入量。本次用于計算的流體視速度都是在流體流動平穩(wěn)的位置通過渦輪轉(zhuǎn)速曲線交會得到,但本井由于泡沫流體的復(fù)雜性,而且渦輪流量受啟動流量影響,無法在射孔段內(nèi)交會出穩(wěn)定的視速度,目的層注入剖面無法進一步精細劃分。

表1 L1井注入剖面測井解釋成果表(空氣、泡沫混注)

2 氣相示蹤劑井間監(jiān)測技術(shù)

2.1 測試原理

泡沫是以液體為連續(xù)相、氣體為分散相的多孔介質(zhì),泡沫進入地層后,在低滲透層中會很快消失,形成氣驅(qū)和水驅(qū)。氣相示蹤劑就是利用這一特性對驅(qū)替效果進行評價,即以一個井組為監(jiān)測對象,通過向注入井中注入惰性氣體示蹤劑,對注氣井周圍有對應(yīng)關(guān)系的采油井進行產(chǎn)出氣取樣化驗分析,根據(jù)示蹤劑的濃度得出產(chǎn)出曲線,結(jié)合油藏動、靜態(tài)資料,通過擬合計算確定空氣泡沫驅(qū)的速度和方向、注入氣波及參數(shù)和儲層的非均質(zhì)性等情況[13-14]。由于空氣泡沫驅(qū)屬于混相驅(qū),除注入、取樣、化驗、計算等過程區(qū)別于單一介質(zhì)外,氣相示蹤劑必須符合井間示蹤劑監(jiān)測施工要求,一般選用背景濃度低、地層吸附量少、彌散系數(shù)小、穩(wěn)定性好、與地層流體配伍、安全易檢出的氣體,通常選用化學(xué)示蹤劑,氣體多用六氟化硫和全氟環(huán)烷烴[15-17]。

2.2 解釋方法

示蹤劑解釋根據(jù)示蹤劑測試取得的突破時間、峰值等數(shù)據(jù),繪制示蹤劑濃度曲線,結(jié)合地層參數(shù)進行擬合,得到滲透率、波及系數(shù)及流線分布等參數(shù),進一步判斷井間油水流動狀態(tài)[18]。一般步驟為產(chǎn)出曲線與擬合曲線對比、注入氣流線分析、井間優(yōu)滲通道參數(shù)計算、非均質(zhì)性評價等。

(1)產(chǎn)出曲線與擬合曲線對比。在擬合產(chǎn)出濃度的過程中應(yīng)用優(yōu)化方法,利用計算濃度與實測濃度差的平方和作為目標(biāo)函數(shù),當(dāng)目標(biāo)函數(shù)最小時,得到的地層參數(shù)即認為是符合實際地層情況的參數(shù)分布。

(2)注入氣流線分析。解釋評價中通常用流線方向代表油藏儲層流體流動方向,只要有流動就會有流線。實際應(yīng)用中,可用流線疏密程度與分布對氣驅(qū)方向和動態(tài)進行定性的分析和預(yù)測。一般流線示意圖可作為直觀判斷井間連通性的依據(jù),井間缺少流線連接的層位不會產(chǎn)出示蹤劑,也就不會存在優(yōu)滲通道。但如果井組能夠監(jiān)測到優(yōu)滲通道,則兩井之間必定存在流線。

(3)井間優(yōu)滲通道參數(shù)計算。優(yōu)滲通道參數(shù)包括通道厚度、滲透率、吼道半徑及波及體積等參數(shù)。主要利用示蹤劑監(jiān)測數(shù)據(jù),結(jié)合井組動靜態(tài)資料及取心結(jié)果計算得到井間主流優(yōu)滲通道的等效厚度、等效滲透率等參數(shù)。

(4)非均質(zhì)性評價。井間儲層示蹤劑產(chǎn)出通道非均質(zhì)性主要通過滲透率級差與突進系數(shù)進行評價。滲透率級差為層中最大滲透率與最小滲透率的比值,級差越大,表示滲透率的非均質(zhì)性越強,反之則非均質(zhì)性越弱。級差小于2為均勻型、2～6為較均勻型、大于6為不均勻型。滲透率突進系數(shù)為優(yōu)滲通道的滲透率和井間對應(yīng)層平均滲透率的比值,該數(shù)值越大表示非均質(zhì)性越強,一般認為突進系數(shù)小于2為均勻型、2～3為較均勻型、大于3為不均勻型。

示蹤劑一般會先隨注入氣沿優(yōu)滲通道或大孔道進入生產(chǎn)井,產(chǎn)出曲線會逐漸出現(xiàn)峰值,同時由于儲層參數(shù)的展布和注采動態(tài)不同,曲線的形狀也會有所不同。在注入氣沒有外竄的情況下,油層越均質(zhì),注氣利用率越高,見到示蹤劑的時間越晚。短時間內(nèi)見到示蹤劑,說明注入氣沿優(yōu)滲通道竄流,儲層非均質(zhì)性強,開發(fā)效果差。需要注意的是,氣體示蹤劑在油藏多孔介質(zhì)中流動的機理不同于水相的對流和彌散作用,不可避免存在分子擴散的影響。在混相驅(qū)中,前人通過建立混相驅(qū)氣體示蹤劑流管模型和井網(wǎng)突破方程,改進了示蹤劑產(chǎn)出濃度剖面的非線性最優(yōu)解釋方法,同時通過建立滲透率變異系數(shù)進行儲層參數(shù)計算的方法,得到了良好的驗證結(jié)果[19-21]。但對于孔喉半徑、氣竄通道厚度、條帶厚度比例系數(shù)、氣竄通道類型(裂縫、大孔道、高滲透條帶、高滲透層)的精細解釋還需要進一步研究。

2.3 應(yīng)用實例

注氣井L2井組于2021年8月5日通過專用注氣設(shè)備注入20.0 kg六氟化硫示蹤劑,隨后連續(xù)3個月在對應(yīng)的8口監(jiān)測井中使用專用取樣袋取樣,期間監(jiān)測井套管氣停止放空。截止2021年11月5日,累計取樣451次,共3口井(W1、W2和W3井)見到示蹤劑。

通過監(jiān)測分析,得到L2井組產(chǎn)出示蹤劑的突破時間及推進速度(見表2),由表2可以發(fā)現(xiàn),L2井組中,見劑的W1、W2、W3井與L2注劑井存在優(yōu)滲通道,未見劑的5口井連通性可能較差,也可能受注采壓力、氣竄等影響未有效波及;見劑井的推進速度為10.92～21.10 m/d,推進速度差異較大,其中向W2井方向推進速度最快,優(yōu)勢突進方向呈現(xiàn)西北、東偏南。

根據(jù)優(yōu)滲通道滲透率、厚度參數(shù)、優(yōu)滲等效厚度及滲透率等參數(shù),可以計算出波及體積與面積(見表2)。3口井對應(yīng)優(yōu)滲通道波及面積與體積差異不大。利用示蹤劑解釋軟件,通過地質(zhì)建模,對見劑組進行分析,并與示蹤劑產(chǎn)出曲線進行擬合,可以發(fā)現(xiàn)實測曲線與擬合曲線基本吻合(見圖2～圖4),說明監(jiān)測結(jié)果經(jīng)解釋軟件處理,提供的參數(shù)能夠反應(yīng)地層的實際情況。擬合同時得出了優(yōu)滲層參數(shù),優(yōu)滲層整體滲透率遠高于原始地層水平,且厚度、波及體積偏小,見劑井與對應(yīng)注氣井之間的優(yōu)滲通道主要以微裂縫的形式存在。根據(jù)示蹤測試結(jié)果,通過計算滲透率級差,井組優(yōu)滲通道滲透率級差為2.20,說明井間優(yōu)滲通道滲透率非均質(zhì)性為較均勻型。從見劑情況來看,見劑井占監(jiān)測井總數(shù)的37.5%,占比較小,說明氣竄方向性較強,也表明油層平面非均質(zhì)性較強。

圖2 W1井產(chǎn)出曲線與擬合曲線對比圖

圖3 W2井產(chǎn)出曲線與擬合曲線對比圖

圖4 W3井產(chǎn)出曲線與擬合曲線對比圖

因此,根據(jù)本次監(jiān)測的結(jié)果,建議適當(dāng)調(diào)整注采強度,以保證注入氣均勻推進,避免氣驅(qū)速度過快而導(dǎo)致氣竄,從而改善井間非均質(zhì)情況,提高氣驅(qū)動用程度。

3 地面微地震氣驅(qū)前緣監(jiān)測技術(shù)

3.1 測試原理

可通過地面微地震監(jiān)測對氣驅(qū)前緣的展布形態(tài)和注入波及范圍進行描述,地面微地震監(jiān)測是以摩爾-庫倫定律、斷裂力學(xué)理論及地震學(xué)為依據(jù)的監(jiān)測技術(shù)。摩爾-庫倫定律表明,當(dāng)注入劑進入地層,儲層孔隙壓力升高,對周圍巖石作用力增加,破壞原有平衡,作用在裂縫面上的剪切應(yīng)力會大于剪切強度,從而誘發(fā)微地震。斷裂力學(xué)理論也認為在注入氣體進入儲層時,當(dāng)?shù)貙訋r石受到應(yīng)力強度大于斷裂韌性時,會產(chǎn)生沿原生裂縫擴展或產(chǎn)生新的裂縫[22]。監(jiān)測時,在地面布設(shè)多個檢波器臺站,采集注入氣體在儲層導(dǎo)致的裂縫破裂與延伸形成的微地震事件信號,通過震源定位方法來描述注氣引起的裂縫擴展規(guī)律和裂縫應(yīng)力應(yīng)變過程,明確氣驅(qū)前緣的大小、主流方向波及范圍。該技術(shù)具有施工簡單、連續(xù)測量、參數(shù)豐富等特點。

3.2 解釋方法

資料解釋主要包括資料濾波、信號疊加拾取、反演定位、氣驅(qū)解釋等步驟。對近地表放置的檢波器進行觀測,受地層高頻濾波、信號衰減作用及強背景噪音等因素影響,微地震波信號的信噪比較低,處理時需進行干擾波濾除,疊加拾取有效信號,拾取事件點的振幅與時間信息[23]。反演定位時,首先,根據(jù)聲波測井資料建立網(wǎng)格化速度模型;其次,根據(jù)速度、監(jiān)測事件時間、檢波器位置坐標(biāo)等建立線性函數(shù),通過能量掃描層析成像方法對震源的發(fā)震時刻和位置進行反演;最后,根據(jù)微地震事件個數(shù)及能量大小,確定出井組內(nèi)地震形變密度,擬合出近井的裂縫網(wǎng)及滲流分布場,劃分出注氣有效區(qū)、優(yōu)勢滲流區(qū)、氣體流動密集區(qū),計算出氣驅(qū)波及范圍。

3.3 應(yīng)用實例

L3井組位于長慶油田某空氣泡沫驅(qū)試驗區(qū),目的儲層為長7段,井段為2 257～2 282 m。2020年7月開始空氣與泡沫液兩相段塞式注入。2021年9月采用9臺檢波器監(jiān)測氣驅(qū)前緣,測試分為低注入量(空氣:5 m3/d,泡沫液:8 m3/d)監(jiān)測24 h和高注入量(空氣:20 m3/d,泡沫液:12 m3/d)監(jiān)測48 h。

圖5 L3井組氣驅(qū)前緣監(jiān)測擬合成果圖

圖6 L3井組8口油井生產(chǎn)曲線圖

圖7 P5井生產(chǎn)曲線圖

圖8 P4井生產(chǎn)曲線圖

圖5是氣驅(qū)前緣監(jiān)測擬合成果圖,藍色和紫色區(qū)為氣體流動密集區(qū),綠色、青色區(qū)為優(yōu)勢滲流區(qū),紅色與黃色區(qū)為注氣波及區(qū)。對比低注入量和高注入量氣驅(qū)前緣擬合形態(tài)可以看出,低注入量時受注入時間、注入量影響,氣驅(qū)前緣方向性不明顯;高注入量時,氣驅(qū)前緣方向性明顯,優(yōu)勢突進方向為北東47°與北東227°。優(yōu)勢滲流區(qū)長度267 m,注氣波及區(qū)長度445 m,主要的見效井是P4井和P5井,且P5井見效快,其余油井見效不明顯。圖6～圖8分別為L3井組與P4井、P5井生產(chǎn)曲線圖,氣驅(qū)后井組整體產(chǎn)水量下降明顯,含水率從57.2%下降至41.1%,P5井在氣驅(qū)替后產(chǎn)水量下降,P4井產(chǎn)油量增加,在2021年3月產(chǎn)液量下降加快。說明P5井最先見效,與監(jiān)測結(jié)果一致,反映出氣驅(qū)前緣監(jiān)測結(jié)果可靠。

4 結(jié)論與建議

(1)八參數(shù)注入剖面測井適用于空氣泡沫驅(qū)混相籠統(tǒng)注入管柱,利用密度、持水率、持氣率可以較好地反應(yīng)空氣和泡沫液注入剖面情況,包括流型、相態(tài)及注入量,但要實現(xiàn)精細評價仍需要進一步提高流量測試精度。

(2)氣相示蹤劑在空氣泡沫驅(qū)中具有良好的適應(yīng)性,能夠揭示優(yōu)勢突進方向、波及面積和體積,得到優(yōu)滲通道滲透率級差,對于非均質(zhì)性評價有較好的效果,但在評價受效性時還是傾向定性分析,解釋方法有待進一步優(yōu)化,同時建議后續(xù)將氣相與液相示蹤劑相結(jié)合實現(xiàn)分配型注入,以全面系統(tǒng)地評價驅(qū)替效果。

(3)地面微地震監(jiān)測氣驅(qū)前緣技術(shù)可以應(yīng)用到空氣泡沫驅(qū)中,得到氣驅(qū)前緣的范圍參數(shù)及優(yōu)勢滲流區(qū)域等數(shù)據(jù),具有較高的準(zhǔn)確性;結(jié)合儲層靜態(tài)及生產(chǎn)動態(tài)綜合分析,可為開發(fā)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù),建議進一步與油藏描述資料結(jié)合以便更精確計算氣驅(qū)波及范圍和評價效果。