塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏定量化注水技術研究

田 亮，李佳玲，袁飛宇，李成剛

塔河縫洞型油藏是以大型溶洞和裂縫為主要儲集空間的特殊油藏類型，儲集體分布復雜，主體縫洞介質內流體流動不符合達西滲流規(guī)律[1]。“十一五”期間，主要針對封閉型單井開展注水吞吐，利用重力分異作用置換替油并補充地層能量，提高油井采收率[2]。“十二五”期間，提出了以縫洞單元為油藏基本管理單元，實施差異化開發(fā)的模式，形成了以單井注水替油、單元井間水驅為主導的提高采收率技術，通過油藏數值模擬手段，發(fā)展了縫注洞采、低注高采等相對高效的注采方式[3]。“十三五”期間，開始縫洞型油藏精細注水、定量化注水探索研究，首先是利用螞蟻體追蹤技術，結合最大曲率屬性及振幅梯度屬性，實現低序級斷裂內幕結構刻畫[4]和縫洞空間組合關系的描述[5]，指導注采井網部署；其次根據幾何形態(tài)相似、運行形態(tài)相似的的縫洞組合體物理模型，開展水驅模擬實驗[6,7]；同時由類干擾試井理論結合示蹤劑擴散理論分析井間綜合流量系數，初步定量化表征井間連通程度[8]，并提出縫洞型油藏非對稱不穩(wěn)定注水技術[9]，提出在注水初期可以利用示蹤劑監(jiān)測峰值及時間來近視確定合理的停注時間。本文將在前人研究的基礎上，根據礦場經驗總結，綜合精細縫洞描述、油藏工程方法、動態(tài)監(jiān)測結果，進一步深化矢量化注采井網構建和定量化注水方法的研究。

1 定量化、差異化注采井網構建技術

1.1 定量化注采井網構建技術

塔河油田縫洞型油藏開發(fā)過程一般可分為“彈性能量自噴開發(fā)、注水（氣）替油開發(fā)、水（氣）驅井間驅”等3個過程，水驅井網多是從產建井網過渡而來。在前期注水井網構建時，多利用未建產井、單元邊部井、低產低效井轉注，受轉注井儲層發(fā)育差、儲量豐度低的影響，前期單元注水普遍表現出注入壓力高、響應程度低、無效注水井多等特點，注水有效率僅40%左右。目前，在資料新采集、縫洞新刻畫、地質新認識的支撐下，為提高井間儲量動用程度，有效減緩自然遞減率，逐步發(fā)展了定量化注采井網構建技術。該技術的核心是：應用螞蟻體裂縫識別技術、分頻能量體技術，在縫洞單元的基礎上進一步劃分關聯(lián)井組，實現縫洞靜態(tài)連通關系精細刻畫；應用井間干擾試井技術，對靜態(tài)關聯(lián)的井組試井，進一步定量化計算井間滲透率。在上述兩項工作基礎上，選取關聯(lián)井組內部核心井轉注，在碳酸鹽巖縫洞型油藏中探索矢量化注采井網構建，盡最大可能提高井網利用率和注水有效率。應用此項技術后，塔河油田單元注水有效率達到55%左右，較前期提高15%。

1.2 差異化注采井網構建技術

不同的巖溶地質背景區(qū)，其儲層發(fā)育程度、展布形式、井間連通方式都存在巨大的區(qū)別。在塔河油田縫洞型油藏注水實踐過程中，逐漸形成了差異化注采井網構建技術。風化殼巖溶區(qū)，地層整體抬升，受表層大氣水淋濾作用影響，裂縫及溶蝕孔洞普遍發(fā)育，井間連通程度高，注水時相應構建了一注多采“多維井網”。暗河巖溶區(qū)，受抬升—下降—抬升多期巖溶作用影響，局部井區(qū)縱向發(fā)育多套暗河管道，其中表層暗河多發(fā)育在T74面下 60～120 m深度，深部暗河多發(fā)育在T74面下 120～200 m深度，注水時相應構建了“立體結構井網”，目的是提高縱向水驅控制程度。斷控巖溶區(qū)，儲層展布形式嚴格受北東、北西向兩組共軛剪切斷裂控制，注水時相應構建了沿斷裂的“線狀井網”。

與儲層連通形式相統(tǒng)一而構建的差異化注采井網，決定了注水工藝的選取和注采參數的制定，如風化殼巖溶區(qū)，多維連通，井組控制儲量較大，采取大排量注水方式；暗河立體結構井網區(qū)，采取分層注入工藝；斷溶體背景線狀井網區(qū)，連通單一、井組控制儲量較小，采取“周期注水+溫和注水”方式。

2 注水參數定量化

2.1 底水縫洞油藏注水強度定量化

針對彈性水壓驅動油藏，塔河強底水型縫洞注水實踐表明，通過制定合理的注水強度，在井間驅油的同時，還能有效抑制底水錐進速度。采用“封閉未飽和彈性驅物質平衡方程+未飽和水壓驅動油藏物質平衡方程”理論模型（圖 1），將流動過程分解為兩部分進行處理，計算確定注水前自然水侵強度及注水受效后水侵量變化，從而確定合理的注水強度（注水強度=水侵速度），計算步驟如下：

初期直線段用封閉油藏彈性驅物質平衡方程：

圖1 彈性驅+水壓復合驅水侵計算模型圖

式中：N為標況下原油地質儲量，m3；OiB 為原始地層壓力下，原油體積系數；pN 為標況下累計采油量，m3；oB為地層壓力為P的情況下，原油體積系數；tC為油藏綜合彈性系數，m3/MPa；PΔ為地層壓力變化量，MPa。

水壓驅動段物質平衡方程：

式中： We為水侵量，m3； Win為注水量，m3； Wp為產水量，m3； Bw為P壓力下地層水的體積系數。

我父親1918年初生人，屬馬。要是活著今年整一百歲了。我奶奶家當年是做生意的，經濟上挺富裕。1916年她16歲那年，在讀私塾的時候認識了我爺爺。當時我爺爺家境并不好，只因為他叔叔是教書先生，他才能跟著讀私塾。那個年代婚姻都是家長做主，可我奶奶有大小姐脾氣，再加上民國了讀書了，思想相對開放了，非要嫁我爺爺不可。一來二去，家里看實在攔不住了，只能勉強同意。轉年，我爺爺家下了聘禮，我奶奶下嫁了我爺爺。

（1）步驟1，計算彈性驅階段單位壓降采液量：

式中：J為單位壓降采液量，m3/MPa；1N為階段采液量，m3；1P、2P分別為階段地層壓力，MPa。

（2）步驟2，計算“彈性驅+底水驅”混合驅階段水侵速度：階段彈性采油：階段水侵量：

式中：Q為階段彈性產量，m3； N2為階段采液量，m3；t為生產時間，天。

（3）步驟3，計算純天然水驅階段計算水侵速度：

階段彈性采油：

階段水侵量：

式中： N3為階段采液量，m3。

階段水侵量：

式中： N4為階段采液量，m3。

例如，塔河TH12-1井組，為一注一采井組，在進入“底水+人工注水”復合驅階段后，在相同的工作制度下，注水階段所對應的底水水侵量小于停注階段底水水侵量（表 2），表明注水能夠有效抑制底水水侵，延長無水采油期。計算結果顯示該井天然水侵速度為60 m3/d，綜合考慮采油強度，設計注水強度 50～60 m3/d，則能達到注水水竄風險和抑制底水錐進之間的平衡。通過定量化注水強度設計，該井累采油20×104t，目前仍保持無水生產。

2.2 封閉性彈性驅動縫洞油藏注水強度定量化

針對封閉性彈性驅動縫洞油藏，考慮到注水井多為油井，生產效果變差后轉注，導致井組注水時機相對滯后，在開始注水時，井組存在一定的虧空體積，因此，井組試注階段，多采取高注采比方式。這種注水方式的缺點是注水強度不易控制，注入水容易沿高滲通道突破形成連續(xù)水相。為解決上述問題，借鑒系統(tǒng)試井方法，采取從低到高、逐漸提高注水強度的方式，驗證最合理的注水強度，如圖2a所示：第1階段（低注水強度階段），注水后采油井能量變化趨勢較注水前無明顯變化，注采比偏低；第2階段（高注水強度階段），提高注水強度后，采油井能量上升幅度較大，注采比偏大；第3階段（注采平衡階段），降低注水強度，采油井能量趨于穩(wěn)定，此時達到注采平衡，注水強度最佳。

表1 TH12-1井組階段水侵速度統(tǒng)計

2.3 注水周期定量化

利用井組示蹤劑曲線，實現注水周期定量化。如圖2b所示，第12天示蹤劑段塞前緣已至采出井，第22天示蹤劑濃度出現峰值，說明示蹤劑段塞已完全突破采出井[10-13]；第39天示蹤劑已完全擴散，衰減至正常濃度。根據上述各時間節(jié)點，定量化制定周期注水時間（表2）。

2.4 各向分水率定量化

針對一注多采井組，各向分水率定量化研究是實現均衡注采的關鍵，其計算共有5個步驟：

表2 示蹤劑曲線—注水周期定量化解釋

圖2 注水參數定量化圖版

（1）步驟1，計算采油井注水前單位壓降采液量：

式中：J為單位壓降采液量，m3/MPa；1Q為注水前階段采液量，m3；1PΔ為注水前階段壓降，MPa。

（2）步驟2，計算采油井注水階段采油井能量補充：

式中：2PΔ為注水階段能量補充，MPa；PΔ為注水階段地層能量變化量，MPa；2Q為注水階段采液量，m3。

（3）步驟3，計算絕對分水量：

式中：W分為絕對分水量。

（4）步驟4，計算各向分水率：

式中：Wf為各向分水率，%；Win為日注強度，m3/d。

（5）步驟5，根據各向分水強度進行注采調整。

以塔河油田 TH-2注水井組為例，該井組前期采取連續(xù)注水+大排量注水方式（2011年 11月至2013年3月），階段注水9.8×104m3，階段增油0.4×104t，階段提高采收率0.4%。當注入水突破、采油井含水上升后，首先及時改變注水方式，采取周期注水+小排量注水方式（2013年3月至2015年3月），其次根據井組示蹤劑曲線解釋結果，定量化設計注水周期（注25天、停20天），階段注水5.9×104m3，階段增油1.2×104t，含水從連續(xù)注水末期的 90%逐漸下降至 10%，階段提高采收率 2%。通過 TH-2井組的實踐經驗，說明針對縫洞型油藏，采取“周期注水+定量化注水”方式，能夠有效提高水驅采收率。

3 結論

（1）依據縫洞精細刻畫和井間干擾試驗結果，選取單元內部關鍵井，實現差異化、定量化注采井網構建，提高注水有效率15%。

（2）建立風化殼巖溶區(qū)多維井網、暗河巖溶區(qū)立體結構井網、斷溶體巖溶區(qū)線狀井網，并相應制定不同注水開發(fā)政策。

（3）綜合利用彈性驅+水壓復合驅水侵計算模型、注采對應曲線、示蹤劑響應特征曲線、采油井能量變化曲線，結合物質平衡方法，初步實現了注水強度定量化、注水周期定量化和各向分水率定量化計算。

（4）在水侵速度快速上升前提前介入，實施人工水驅補充油藏能量，減小油藏與底水壓差，有利于降低水侵速度，抑制底水錐進。

（5）定量化周期注水，可進一步提高水驅采收率2%左右。

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