裂縫性碳酸鹽巖油藏脈沖注水研究

郭宇，張天宇，劉哲，鄧晴陽

（成都理工大學能源學院，四川成都610059）

裂縫性碳酸鹽巖油藏脈沖注水研究

郭宇，張天宇，劉哲，鄧晴陽

（成都理工大學能源學院，四川成都610059）

在裂縫性碳酸鹽巖油田注水開發主要是利用毛細管的滲吸作用。注入水驅油時，毛管自吸作用使注入水進入基質系統并將原油驅替至裂縫系統。采用脈沖注水方式能夠有效的利用滲吸作用來改善此類油藏的水驅開發效果，可以提高油藏的最終采收率。本文在實驗室巖芯的滲吸規律與脈沖注水的分析基礎上，論證合理的開發指標。實驗研究表明，碳酸鹽巖基質系統物性較差，從而在滲吸作用中驅油效率較低。相對自然滲吸作用，脈沖注水可提高0.61%～8.92%的驅油效率。在數值模擬與實際開發的驗證中也表明脈沖注水能提高裂縫性碳酸鹽巖油藏的采出程度。

裂縫；低滲透；碳酸鹽巖；脈沖注水

裂縫性碳酸鹽巖油藏的非均質性強，毛細管、裂縫和溶洞都可儲集地下流體。由于非均質性的影響，在注水開發過程中地層的驅油效率以及波及系數降低幅度較大，從而影響到油田的采出程度。目前，對裂縫性碳酸鹽巖油藏的注水開發方式引起了國內外廣大學者的重視，采取何種開發方式改善其開發效果，已成為研究的重點。

在碳酸鹽巖的儲集空間中，通過毛細管力的滲吸作用，注入水可將儲集空間的油置換出來。俄羅斯Aronofsky S等學者首先推導出滲吸驅油指數方程[1]，Rapoport L A等提出滲吸驅油準則，Graham W等用方塊和三角形模型進行了流體滲吸實驗的研究[2]。這些實驗結果為裂縫性碳酸鹽巖油藏的開發提供了理論依據，但這些方法基于理論分析得出，缺乏實際應用，本文基于上述理論依據，并且在塔河油田某區塊進行驗證。

1 滲吸驅油機理

在碳酸鹽巖的雙重介質條件下，流體主要在裂縫系統中流動，基質系統主要起儲集作用。在裂縫性碳酸鹽巖油藏注水開發的過程中，地層中的注入水首先在注入壓力的作用下流入裂縫系統，同時這一部分水在毛細管的滲吸作用下進入基質系統置換出其中的油。

滲吸作用的強度取決于毛細管的大小，毛細管的半徑越大，則滲吸作用就越弱。但在裂縫性碳酸鹽巖滲吸作用的過程中，滲吸作用能否發生，還應具備以下條件：（1）在碳酸鹽巖固體表面的液膜吸附厚度應小于毛細管半徑；（2）還需要克服在這一過程中裂縫系統與機子系統間毛管力產生的末端效應。

2 脈沖注水機理

在20世紀50～60年代，前蘇聯和美國率先提出脈沖注水的概念并進行相關實驗[3]，其機理為巖石中的毛細管發生滲吸作用并在脈沖注水的開發方式下產生的壓力規律變化導致的竄流作用。

在裂縫性碳酸鹽巖脈沖注水過程中，地層壓力會周期性的上升和下降。在地層壓力升高的過程中，向油層中注水，從而裂縫系統內部的流體被驅替出來。隨著注水的持續進行，在壓力的作用下裂縫系統中的注入水就會流入基質系統，從而由滲吸作用置換出基質系統的油。在地層壓力下降的過程中，裂縫系統中的流體會流向油井，導致裂縫系統中的壓力逐漸降低，在升壓過程中基質系統置換出的油就會流入裂縫中。可見，利用裂縫性碳酸鹽巖油藏裂縫系統壓力上升快，基質系統壓力降低慢，在基質系統內部發生滲吸作用置換出油、流體在裂縫系統中易流動等特點，采用脈沖注水方式比常規砂巖方式開發效果好[3]。

3 裂縫性碳酸鹽巖油藏滲吸作用實驗結果

碳酸鹽巖油藏滲吸驅油實驗（CZ油田），巖芯物性參數（見表1），采取自吸作用與不同方式的脈沖注水的驅油效果（見表2）[4]。

在自然滲吸作用下，CZ碳酸鹽巖油藏巖芯平均驅油效率為3.81%，可見在滲吸作用下油田的驅油效率不太好，并且不同樣品所測的值差異較大[5]。

通過對CZ碳酸鹽巖巖芯進行脈沖注水實驗，通過調整脈沖周期、次數、壓力、開始時機等參數，采用脈沖注水可提高驅油效率0.61%～8.92%（見表2）。

表1 CZ油田碳酸鹽巖油藏滲吸驅油實驗巖芯參數Tab.1 Core parameters for water imbibition flooding experiment from carbonatite reservoir

4 裂縫性碳酸鹽巖油藏開發方案設計

4.1 模型及方案設計

塔河油田某區塊屬于典型的裂縫性碳酸鹽巖油藏，目前開發存在地層壓力下降快、油藏產能下降快等問題。根據裂縫性碳酸鹽巖油藏開發實驗和實踐，對本研究區分別采取不同開發方式的數值模擬研究[6，7]。開發方案設計（見表3）。

（1）彈性能量開發方案（方案1、方案2）。

（2）連續注水開發方案（方案3～方案6）。由于采取方案1、方案2進行開發會產生地層能量供給不足的問題，故采取連續注水對研究區進行地層能量補給，從而提高生產時間。

表2 自吸驅油與脈沖注水驅油效果對比表Tab.2 Contrast of the displacement efficiency between imbibition and pulse water flooding

表3 塔河某井區調整方案表Tab.3 The table of projects in X well region Tahe oil field

國內外裂縫性油田開發實踐和數值模擬研究表明，為防止注入水沿裂縫方向單向突進到采油井，注采井方向與裂縫走向應呈一定夾角，采取這種布井方式可大大降低含水上升率，可有效提高采出程度。塔河油田開發初期的開發方案部署中，井網部署時已經考慮了油田裂縫發育和主裂縫方向的特點，井網部署基本與主裂縫方向一致，或呈近45°夾角，這使注水補充地層能量有很好的井網基礎條件[8]。

（3）脈沖注水開發方案（方案7）。研究表明，塔河油田吸水能力較好，關鍵是裂縫的存在導致注入水的快速突破。連續注水的三個方案（方案3～方案5）預測表明，注采比對開發效果有明顯的影響，在三個方案中注采比最高是方案4（注采比0.6），預測累積產油最低，累積產水最高；而方案5注采比為最低（注采比0.2），預測累積產油最高，累積產水最低。說明連續高強度注水沿裂縫突進嚴重，在裂縫中形成水流通道，不利于有效驅油和恢復地層能量；連續低速注水效果要好于高速注水，但連續低速注水壓力保持水平有限。

4.2 方案優化分析

預測研究區各方案綜合含水（見圖1）。對比分析各方案：（1）衰竭開采方案（方案1、方案2）：效果較差，須在生產過程中不斷補充地層能量以保持地層壓力水平；（2）排狀注水方案（方案3～方案6）：方案3～方案5的開發效果（即兩排注水井之間夾兩排生產井）好于方案6（三排注水井之間兩排生產井）；（3）脈沖注水方案（方案7）：相比方案3～方案6（連續注水），脈沖注水方案采出程度高、壓力保持程度較高、含水率較低。

通過對本區塊進行數值模擬研究，從壓力保持程度，含水率，采出程度等多方面因素考慮可得出采取排狀脈沖注水的方案更加適合本裂縫性碳酸鹽巖油田的開發。

5 結論

（1）在裂縫性碳酸鹽巖油藏中，毛細管的滲吸作用可將油置換出基質系統從而推進至裂縫系統，從而易于流出。

（2）運用脈沖注水產生的壓力變化可增強毛細管的滲吸作用從而提高0.61%～8.92%的驅油效率。

（3）實驗室研究和數值模擬對比分析表明，脈沖注水適合裂縫性碳酸鹽巖油田的開發，可有效改善開發效果。

Study of water pulse injection in fracturing carbonatite reservoir

GUO Yu，ZHANG Tianyu，LIU Zhe，DENG Qingyang
（College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China）

Water injection in fractured carbonate oil field is mainly used the effect of capillary suction.In the injected water flooding process,imbibition effects make the injected water into the matrix system and displace the crude oil to fracture system.By using the pulse water injection pattern can effectively use imbibition to improve the effect of this kind of reservoir,and also an improve the ultimate recovery of oil reservoir.This paper based on the basis of core imbibition law and pulse water injection analysis,demonstrated the reasonable development index.Experimental study indicates that the carbonate rock matrix system's physical property is poor,resulting the low efficiency imbibition of oil displacement.Compare the natural imbibition,the pulse water flooding can raise the displacement efficiency 0.61～8.92 percent.The water pulse injection can effectively improve the recovery degree in oil development practice and stimulation.

fracture；low permeability；carbonate rock；pulse water flooding

TE357.6

A

1673-5285（2016）01-0041-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.012

2015－11-23

郭宇，男（1991-），四川西昌人，碩士研究生，主要從事油氣田開發及油氣藏數值模擬方面的研究工作，郵箱：540886111@qq.com。