縫洞型油藏氣驅(qū)動態(tài)空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建方法

朱桂良，宋傳真，張慧，程倩，張允

中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京昌平102206

引言

塔河油田縫洞型油藏自2012 年開始實施注氮?dú)忾_發(fā)以來，取得了較好的增油效果，有效抑制了油田產(chǎn)量遞減，大大提高了油田開發(fā)效果[1-7]。2020 年，昌琪等建立了縫洞型油藏不同開發(fā)階段注水井網(wǎng)定性構(gòu)建方法[8]。2020 年，邱偉生針對深層低滲透油藏建立了CO2驅(qū)注采井網(wǎng)優(yōu)化方法[9]。2017 年，魯新便等針對縫洞型油藏注水開發(fā)，形成了差異化注水井網(wǎng)構(gòu)建方法[10]。國內(nèi)外目前尚沒有關(guān)于縫洞型油藏氣驅(qū)井網(wǎng)構(gòu)建方法及流程。因此，針對縫洞型碳酸鹽巖油藏這類高度離散的塊狀油藏，基于現(xiàn)有氣驅(qū)井組動態(tài)特征及氣驅(qū)波及規(guī)律的認(rèn)識，提出了氣驅(qū)動態(tài)立體空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建的基本原則，考慮現(xiàn)場實際，提出氣竄井組動態(tài)調(diào)整方法，并形成了縫洞型油藏氣驅(qū)動態(tài)立體空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建方法及流程。

1 氣驅(qū)井網(wǎng)構(gòu)建基本原則

統(tǒng)計分析塔河油田現(xiàn)場69 個氣驅(qū)井組受效情況，以方氣換油率為界限，將氣驅(qū)效果分為好（≥0.50）、中（0.25～0.50）、差（≤0.25）等3 類。結(jié)合不同氣驅(qū)井組所處巖溶背景，明確了不同巖溶系統(tǒng)氣驅(qū)受效特征，基于不同巖溶背景現(xiàn)有氣驅(qū)實際井組分析與評價、典型氣驅(qū)井組的物理模擬和數(shù)值模擬結(jié)果，明確了氣驅(qū)井網(wǎng)構(gòu)建3 大原則。

（1）選擇注水失效的具備氣驅(qū)溝通條件的井組搭建氣驅(qū)初始井網(wǎng)

基于現(xiàn)有注水井組的動態(tài)及示蹤劑連通性響應(yīng)特征，初選氣驅(qū)井組，但由于重力分異，水走水路（注入水向下運(yùn)移），氣走氣路（注入氣向上運(yùn)移），注水連通并不代表注氣連通，實際注氣響應(yīng)井組往往不同于注水井組，因此，實際氣驅(qū)井組要根據(jù)注氣效果及響應(yīng)特征實時調(diào)整。

（2）最大程度的控制、動用及均衡驅(qū)替原則

為了更大程度地提高注氣開發(fā)效果，氣驅(qū)井網(wǎng)立體空間上要能夠盡量控制住所有儲集體或剩余儲量，平面和縱向上能夠動用儲集體，并且容易實現(xiàn)均衡驅(qū)替。因此，氣驅(qū)空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建必須依據(jù)最大程度的控制、動用及均衡驅(qū)替原則。

（3）邊評價邊調(diào)整原則

考慮現(xiàn)場實際，動態(tài)調(diào)整注采關(guān)系，實時評價調(diào)整后井網(wǎng)優(yōu)劣，實時調(diào)整氣驅(qū)井網(wǎng)?，F(xiàn)場優(yōu)先選擇高含水井（低部位）先低高采，后期氣竄之后再調(diào)整。

2 氣驅(qū)動態(tài)立體空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建方法及步驟

基于氣驅(qū)動態(tài)立體空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建3 大基本原則，考慮注氣現(xiàn)場實際，提出氣驅(qū)動態(tài)井網(wǎng)的概念，形成了一套縫洞型油藏氣驅(qū)動態(tài)立體空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建方法及步驟。主要分為6 大步：（1）基于高含水注水失效井組，初選可能注氣井組。（2）評價其基礎(chǔ)地質(zhì)條件，初步篩選注氣井和注氣井組。（3）評價井網(wǎng)優(yōu)劣，確定注氣井。（4）根據(jù)注氣動態(tài)響應(yīng)確定實際氣驅(qū)井組，對井網(wǎng)優(yōu)劣重評價（便于后期調(diào)整）。（5）利用氣竄預(yù)警技術(shù)，對井組氣竄情況進(jìn)行預(yù)警。（6）基于井網(wǎng)評價和氣竄預(yù)警結(jié)果，動態(tài)調(diào)整注采關(guān)系和氣驅(qū)井網(wǎng)。

2.1 初選可能注氣井組

針對目前注水失效井組，依據(jù)注水動態(tài)響應(yīng)特征和注水示蹤劑結(jié)果，對井組的連通性進(jìn)行評價，并結(jié)合剩余油分布情況，初選可能的注氣井組。

2.2 氣驅(qū)井組基礎(chǔ)地質(zhì)條件評價

2.2.1 類型參數(shù)量化方法

統(tǒng)計氣驅(qū)井組地質(zhì)參數(shù)，構(gòu)建樣本原始數(shù)據(jù)矩陣。地質(zhì)參數(shù)以類型變量為主，主要依據(jù)評估參數(shù)與氣驅(qū)效果的邏輯關(guān)系，確定變量秩序，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為數(shù)值變量，具體實施方法，如表1 所示。

表1 氣驅(qū)井組基礎(chǔ)地質(zhì)條件評價參數(shù)數(shù)值量化結(jié)果表Tab.1 Table of numerical quantification results of evaluation parameters of basic geological conditions of gas-driven well group

2.2.2 構(gòu)建原始矩陣，計算地質(zhì)參數(shù)敏感因子

通過主成分分析方法，計算4 個關(guān)鍵矩陣。求解相關(guān)系數(shù)矩陣，計算地質(zhì)參數(shù)貢獻(xiàn)率。以累積貢獻(xiàn)率大于85%為約束條件，確定主成分個數(shù)。通過載荷矩陣和主成分貢獻(xiàn)率，計算參數(shù)敏感因子。

2.2.3 氣驅(qū)井網(wǎng)基礎(chǔ)地質(zhì)條件定量評價

聯(lián)合載荷矩陣和標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，計算構(gòu)建主成分線性方程組

聯(lián)合主成分線性方程組和參數(shù)貢獻(xiàn)率，計算地質(zhì)條件綜合得分算法，可定量評價井組氣驅(qū)地質(zhì)條件。

2.2.4 氣驅(qū)井網(wǎng)基礎(chǔ)地質(zhì)條件評分標(biāo)準(zhǔn)

利用不同巖溶帶實際氣驅(qū)井組地質(zhì)基礎(chǔ)條件評分結(jié)果與方氣換油率或增油量的曲線，結(jié)合方氣換油率經(jīng)濟(jì)界限（>0.25），確定了3 大巖溶背景氣驅(qū)井組基礎(chǔ)地質(zhì)條件評分標(biāo)準(zhǔn)，表層巖溶帶>0.8，暗河>0.4，斷溶體>0.2。

2.3 氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣評價

基于縫洞型油藏特征和氣驅(qū)規(guī)律分析，提出氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣6 大評價指標(biāo)?；跀?shù)值模擬建立氣驅(qū)井網(wǎng)綜合評分方法，結(jié)合實際氣驅(qū)井組增油確定的評分界限，建立了縫洞型油藏氣驅(qū)井網(wǎng)評價標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.1 氣驅(qū)井網(wǎng)評價6 大指標(biāo)

氣驅(qū)井網(wǎng)評價指標(biāo)包括氣驅(qū)控制程度、氣驅(qū)動用程度、氣驅(qū)動用儲量、平面均衡驅(qū)替程度、縱向均衡驅(qū)替程度和注采層位交錯程度。

氣驅(qū)控制程度為[11-13]

氣驅(qū)動用程度為[11-13]

注采井間井距、滲透率和孔隙度是影響均衡驅(qū)替的主要因素。引入基尼系數(shù)（G）作為評價指標(biāo)。G是20 世紀(jì)初意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家基尼，根據(jù)勞倫茨曲線所定義的判斷收入分配公平程度的指標(biāo)。其值在0～1，是國際上用來綜合考察居民內(nèi)部收入分配差異狀況的一個重要分析指標(biāo)。以井距的平方與滲透率及孔隙度的乘積作為評價指標(biāo)，通過計算不同方向生產(chǎn)井井距的平方與滲透率及孔隙度乘積的基尼系數(shù)，基尼系數(shù)越小，平面均衡難易程度越小，基尼系數(shù)越大，平面均衡驅(qū)替程度越大[14-16]。用以評價平面均衡程度的?KL2基尼系數(shù)，其計算公式為[16-23]

式中：y0=0；yn=100，ym=?KL′2（?——孔隙度，無因次；K——滲透率，mD；L′——井距，m；n——樣本個數(shù)）。

當(dāng)各方向的滲透率和孔隙度不能確定時，可以用裂縫密度或能量體縫洞體積代替。

（5）縱向均衡驅(qū)替程度

通過分析不同巖溶背景縱向穩(wěn)定驅(qū)替速度，明確了不同類型井組的穩(wěn)定驅(qū)替條件。風(fēng)化殼型氣驅(qū)井組的儲集體集中分布在深層時，穩(wěn)定驅(qū)替速度大，易實現(xiàn)縱向均衡驅(qū)替；暗河型氣驅(qū)井組的儲集體集中分布在深層時，穩(wěn)定驅(qū)替速度大，易實現(xiàn)縱向均衡驅(qū)替；斷溶體型氣驅(qū)井組優(yōu)勢儲集體靠近生產(chǎn)井時，穩(wěn)定驅(qū)替速度大，易實現(xiàn)縱向均衡驅(qū)替。因此，評價縱向穩(wěn)定驅(qū)替程度主要考慮儲集體的位置，儲集體位置不同，縱向穩(wěn)定驅(qū)替速度不同，實現(xiàn)均衡驅(qū)替的難易程度不同。

（6）注采層位交錯程度

現(xiàn)場實際氣驅(qū)井組和典型的概念物理模擬和數(shù)值模擬均表明，注采層位交錯程度越復(fù)雜，越利于縱向氣驅(qū)，防止橫向氣竄，更利于后期注采關(guān)系調(diào)整，因此，建立了注采層位交錯程度評價指標(biāo)。主要采用氣驅(qū)井組不同注采井對注采層位高差的標(biāo)準(zhǔn)差來評價，標(biāo)準(zhǔn)差越大，離散程度越高，即注采層位交錯程度越高。

2.3.2 氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣評價方法

以實際典型巖溶背景氣驅(qū)井組模型為基礎(chǔ)，開展單因素數(shù)值模擬研究，明確了6 大井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標(biāo)對采出程度影響?；跀?shù)值模擬采收率結(jié)果，確定6 大因素評分權(quán)重及標(biāo)準(zhǔn)。表層巖溶帶、暗河和斷溶體的評分標(biāo)準(zhǔn)分別見表2、表3 和表4。

表2 表層巖溶帶氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果表Tab.2 Results of grading standard of gas flooding well pattern in surface karst belt

表3 暗河氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果表Tab.3 Results of the classification standard for the good and bad indexes of the underground river gas drive well pattern

表4 斷溶體氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果表Tab.4 Results of the classification standard of the good and bad indexes of the broken solution gas-driven well pattern

2.3.3 氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣評分標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)6 大井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)，對塔河主體區(qū)一注多采氣驅(qū)井組的井網(wǎng)進(jìn)行評分，結(jié)合方氣換油率（如圖1 所示，以0.25 和0.40 為界），確定了縫洞型油藏氣驅(qū)動態(tài)空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)優(yōu)劣評分標(biāo)準(zhǔn)：≥60 為優(yōu)，30～60 為良，≤30 為差。

圖1 氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣評分標(biāo)準(zhǔn)確定圖Fig.1 Determination of grading criteria for gas-driven well pattern

2.4 氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣重評價

針對氣驅(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)條件和井網(wǎng)優(yōu)劣評價評分高的氣驅(qū)井組，可以實施氣驅(qū)開發(fā)，但實際注氣過程中，由于注入氣重力分異的作用迅速上浮到油藏頂部，氣驅(qū)路徑往往與水驅(qū)路徑不同，導(dǎo)致實際的氣驅(qū)井組與初選的水驅(qū)井組注氣響應(yīng)或受效的生產(chǎn)井往往會有所不同，因此，要根據(jù)注氣過程中實際注氣響應(yīng)或受效的生產(chǎn)井，實施調(diào)整氣驅(qū)井組的生產(chǎn)井組合。明確了氣驅(qū)井組實際的生產(chǎn)井后，要利用井網(wǎng)基礎(chǔ)條件評價方法和氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣評價方法對氣驅(qū)井組進(jìn)行重評價，從而了解實際氣驅(qū)井組存在的問題，便于氣驅(qū)井網(wǎng)的后期調(diào)整，主要針對氣驅(qū)井組評價指標(biāo)偏低的原因進(jìn)行分析，為進(jìn)一步改善氣驅(qū)效果提供理論基礎(chǔ)。具體流程圖見圖2。

圖2 氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣重評價技術(shù)路線圖Fig.2 Technical roadmap for evaluating the merits and demerits of gas-driven well pattern

2.5 氣竄預(yù)警

塔河油田縫洞型油藏注氮?dú)忾_發(fā)過程中，氣竄嚴(yán)重，氣驅(qū)井組氣竄后嚴(yán)重影響氣驅(qū)效果，如何識別和預(yù)警氣竄對油田現(xiàn)場意義重大。通過實際氣驅(qū)井組生產(chǎn)特征分析，明確了實際氣驅(qū)井組氣竄之前表現(xiàn)為“套壓緩慢增加、氣油比波動”的特征，如圖3 所示。

圖3 塔河油田實際典型井組TK440–TK424CH 氣竄前套壓和氣油比變化圖Fig.3 Variation of casing pressure and gas oil ratio before gas channeling of typical well group TK440-TK424CH in Tahe Oilfield

根據(jù)套壓和氣油比兩大指標(biāo)，對實際氣驅(qū)井對開展氣竄預(yù)警。針對套壓增加、氣油比開始波動的井組，通過調(diào)整生產(chǎn)井產(chǎn)液量等手段，預(yù)防井組氣竄。

2.6 氣驅(qū)井網(wǎng)動態(tài)調(diào)整

針對氣驅(qū)井組的氣竄生產(chǎn)井，需要對氣驅(qū)井組注采關(guān)系和井網(wǎng)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而改善注氣效果。以增加氣驅(qū)控制程度、動用程度和防止氣竄為目標(biāo)，提出了兩大注采關(guān)系和井網(wǎng)的動態(tài)調(diào)整措施，包括注采層位調(diào)整和注采關(guān)系及注采井網(wǎng)調(diào)整。如果注采井注采高差較大，生產(chǎn)井又可以控制生產(chǎn)層段，生產(chǎn)井一旦氣竄，可以采取下調(diào)生產(chǎn)井生產(chǎn)層段的方法來防止氣竄，而且可以達(dá)到增加動用程度的目的。如果注采井注采高差不大，生產(chǎn)井生產(chǎn)層段不厚，生產(chǎn)井一旦氣竄，可以采取暫時關(guān)閉生產(chǎn)井生產(chǎn)或者將見氣生產(chǎn)井轉(zhuǎn)注氣的方法來防止氣竄，改變注采關(guān)系和注采井網(wǎng)，從而提高井組氣驅(qū)效果。井組氣竄后，下調(diào)氣竄井生產(chǎn)層位，暫時關(guān)閉高部位生產(chǎn)井或高部位氣竄井轉(zhuǎn)注氣井，均能提高氣驅(qū)井組動用程度和動用儲量，有效改善氣驅(qū)效果，如圖4 所示，隨著S86 井下調(diào)生產(chǎn)層段，TK722CH2 氣驅(qū)井組的動用儲量和動用程度明顯增加。

圖4 TK722CH2 氣驅(qū)井組動用程度及儲量與生產(chǎn)層段關(guān)系曲線Fig.4 TK722CH2 gas-driven well group utilization degree and relationship between reserves and production interval

3 應(yīng)用實例

W-1 氣驅(qū)井組里包含W-1、W-2、W-3 和W-4 等4 口井，該井組地質(zhì)背景為上下雙層暗河，注采關(guān)系上屬于下層暗河注上層暗河采井組，生產(chǎn)井位于主河道，無構(gòu)造高點，動用儲量271×104t，評級大。儲量配置均衡，易均衡驅(qū)替。水油體積比42 m3/m3，底水能量中等偏弱。W-1 氣驅(qū)井組的典型地震雕刻體剖面見圖5。

圖5 W-1 氣驅(qū)井組的典型地震雕刻體剖面圖Fig.5 Typical seismic sculptured profile of a gas-driven well group of W-1

3.1 W-1 氣驅(qū)井組基礎(chǔ)地質(zhì)條件

W-1 氣驅(qū)井組井間儲集體類型屬于暗河（充填洞），剩余地質(zhì)儲量為263.28×104m3，井間無構(gòu)造高點，底水能量中等，生產(chǎn)井部分控制主暗河。當(dāng)W-1 為注氣井時，該氣驅(qū)井組基礎(chǔ)地質(zhì)條件評分為1.15，遠(yuǎn)大于暗河類氣驅(qū)井組基礎(chǔ)地質(zhì)條件評分經(jīng)濟(jì)界限的0.40，滿足基礎(chǔ)地質(zhì)條件評分標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 W-1 氣驅(qū)井組井網(wǎng)優(yōu)劣評價

當(dāng)W-1 為注氣井時，考慮氣驅(qū)控制程度、氣驅(qū)動用程度、氣驅(qū)動用儲量、平面均衡程度、縱向均衡程度、注采層位交錯程度等6 大井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標(biāo)，氣驅(qū)控制程度評分為4.53，氣驅(qū)動用程度評分為7.28，氣驅(qū)動用儲量評分為8.07，平面均衡程度評分為5.77，縱向均衡程度評分為3.77，注采層位交錯程度評分為4.53，該氣驅(qū)井組綜合評分為56.27，接近優(yōu)（≥60）的標(biāo)準(zhǔn)（表5）。因此，W-1井為注氣井的氣驅(qū)井網(wǎng)滿足縫洞型碳酸鹽巖油藏氣驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)劣評價要求及評分標(biāo)準(zhǔn)，該氣驅(qū)井組可以實施注氣。

表5 W-1 氣驅(qū)井組井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標(biāo)及評分結(jié)果Tab.5 Well pattern evaluation indexes and scoring results of gas-driven well group of W-1_

3.3 W-1 氣驅(qū)井組氣驅(qū)效果

W-1 氣驅(qū)井組實際累計注入氣2 120×104m3，伴水量30 472 m3，累計增油6×104t，方氣換油率達(dá)到0.6 t，取得了非常好的氣驅(qū)增油效果，從而驗證了縫洞型油藏氣驅(qū)動態(tài)立體空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建方法。

4 結(jié)論

（1）基于現(xiàn)有氣驅(qū)井組動態(tài)特征及氣驅(qū)波及規(guī)律的認(rèn)識，提出了氣驅(qū)動態(tài)立體空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建3 大基本原則，包括選擇注水失效的具備氣驅(qū)溝通條件的井組搭建氣驅(qū)初始井網(wǎng)、最大程度地控制動用及均衡驅(qū)替原則和邊評價邊調(diào)整原則。

（2）利用主成分分析法，明確了不同巖溶背景基礎(chǔ)地質(zhì)條件主控因素，建立了3 大巖溶背景井網(wǎng)基礎(chǔ)地質(zhì)條件評價指標(biāo)、評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)。

（3）提出氣驅(qū)控制程度、氣驅(qū)動用程度、氣驅(qū)動用儲量、平面均衡驅(qū)替程度、縱向均衡驅(qū)替程度和注采層位交錯程度等6 大井網(wǎng)優(yōu)劣評價指標(biāo)，基于不同巖溶背景6 大指標(biāo)對提高采出程度的影響數(shù)值模擬結(jié)果，確定6 大因素評分標(biāo)準(zhǔn)及評分方法。

（4）基于不同巖溶背景實際井網(wǎng)分析與評價、物理模擬和數(shù)值模擬結(jié)果，明確了氣驅(qū)井網(wǎng)構(gòu)建原則，以方氣換油率高為目標(biāo)，建立了井網(wǎng)基礎(chǔ)地質(zhì)條件評價方法和井網(wǎng)優(yōu)劣評價方法，考慮現(xiàn)場實際，提出氣竄井組動態(tài)調(diào)整方法，并形成了縫洞型油藏氣驅(qū)動態(tài)立體空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)構(gòu)建方法及流程。

（5）本方法在塔河實際應(yīng)用過程中對一注多采井組適用性較高，對一注一采評價過程中可適當(dāng)增減參數(shù)，從而更好地評價氣驅(qū)效果。