塔河碳酸鹽巖油藏見(jiàn)水原因及治理措施綜述

朱振龍，孫伊，楊洋，吳雪蓉

塔河碳酸鹽巖油藏見(jiàn)水原因及治理措施綜述

朱振龍，孫伊，楊洋，吳雪蓉

（長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100）

由于塔河碳酸鹽巖油藏儲(chǔ)層的特殊性和非均質(zhì)性，導(dǎo)致油藏見(jiàn)水的原因多樣復(fù)雜，每年因油井見(jiàn)水導(dǎo)致產(chǎn)量遞減占總遞減15%左右。根據(jù)水錐機(jī)理，結(jié)合見(jiàn)水原因分析和見(jiàn)水前異常信號(hào)，塔河油田確定單井合理產(chǎn)能、優(yōu)化單井工作制度，配合各種抑水錐技術(shù)等治理對(duì)策，延長(zhǎng)油井見(jiàn)水時(shí)間，提高油田產(chǎn)量。

碳酸鹽巖油藏；水錐機(jī)理；見(jiàn)水原因；治理對(duì)策

塔河油田碳酸鹽巖油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中油井普遍出水，開(kāi)發(fā)中面臨的最突出的問(wèn)題是如何防止和抑制底水錐進(jìn)，底水錐進(jìn)常常使油井過(guò)早見(jiàn)水、含水上升迅速、產(chǎn)量遞減加快［1-8］。針對(duì)這一特殊類型碳酸鹽巖油藏，研究者和現(xiàn)場(chǎng)工作者進(jìn)行了諸多研究和實(shí)踐來(lái)延緩油井見(jiàn)水時(shí)間，從而提高油田的產(chǎn)量，在廣泛的文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，從該類油藏的基本概況、水錐機(jī)理出發(fā)，總結(jié)分析其見(jiàn)水原因，并綜合闡述其相應(yīng)的治理對(duì)策。

1 油藏基本概況

1.1 地質(zhì)特征

1.1.1 構(gòu)造特征

塔河的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在海西早期時(shí)期開(kāi)始形成，在海西中、晚時(shí)期發(fā)育并定型。受海西晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，形成擠壓披覆背斜［9］。

1.1.2 斷裂特征

受構(gòu)造作用影響，斷裂多位于構(gòu)造翼部，斷裂的垂直斷距小、斷面較陡或近于直立，延伸短。斷裂不僅會(huì)增強(qiáng)油藏間的流通能力，還會(huì)成為油水兩層間的流通通道，決定了斷裂不起分割封閉作用，而起垂向溝通作用，特別在斷裂帶、兩組斷裂的交叉帶處往往是儲(chǔ)集空間最發(fā)育的地帶［10］。

1.2 儲(chǔ)層特征

1.2.1 巖石特征

碳酸鹽巖油藏中，石灰石的含量高，方解石含量一般占90%以上，巖石的孔隙度和滲透率高，巖石一般有較強(qiáng)的親水性［11］。

1.2.2 儲(chǔ)集體類型

碳酸鹽巖油藏是經(jīng)過(guò)多期構(gòu)造與風(fēng)化、巖溶作用共同作用下形成的。儲(chǔ)集空間形態(tài)多樣，儲(chǔ)集體主要是溶蝕縫洞；基質(zhì)儲(chǔ)集空間以極少量的粒間溶孔和重結(jié)晶、白云化晶間孔為主［12-14］。

2 水錐機(jī)理

由于油藏儲(chǔ)集空間具有形態(tài)多樣、裂縫溶洞發(fā)育不均勻、空間分布隨機(jī)性大等特點(diǎn)，油井見(jiàn)水具有突變性，見(jiàn)水后被動(dòng)縮嘴，含水上升難以控制，在近井筒附近發(fā)生水竄，流通通道被水占據(jù)，導(dǎo)致水油比上升速度加快，最后油井全部水淹。受儲(chǔ)層自身因素的影響，碳酸鹽巖油藏油井呈現(xiàn)同時(shí)水淹或逐井水淹的特點(diǎn)。

2.1 底水錐進(jìn)

當(dāng)射開(kāi)油層時(shí)，隨著油井以一定產(chǎn)量生產(chǎn)，在近井底區(qū)域會(huì)發(fā)生油水界面呈錐形上升，這種現(xiàn)象叫作底水錐進(jìn)［6］。

油藏在垂向上的滲透能力強(qiáng)，高度發(fā)育的孔隙導(dǎo)致油水層連通且沒(méi)有致密的隔層。油井進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，油藏原有的壓力系統(tǒng)發(fā)生變化［3］，油水界面隨著壓力的變化而變化。油井生產(chǎn)會(huì)在井底產(chǎn)生壓力降，在油井周圍形成 “壓降漏斗”，油水界面逐漸成圓錐狀向抬升［3］；當(dāng)油井生產(chǎn)形成壓力降大于油水密度差引起的重力差時(shí)錐進(jìn)發(fā)生。

2.2 見(jiàn)水前異常信號(hào)研究

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)180口井的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)縫洞型油藏油井在見(jiàn)水前，壓力、產(chǎn)量等生產(chǎn)指標(biāo)都出現(xiàn)了異常現(xiàn)象［2］。

2.2.1 油（套）壓力、產(chǎn)液量的異常變化

油井見(jiàn)水前驅(qū)替類型會(huì)由封閉彈性階段向水驅(qū)階段過(guò)渡。由于底水上侵補(bǔ)充了油藏虧損的能量，在相對(duì)穩(wěn)定的工作條件下，油（套）壓或產(chǎn)液量的生產(chǎn)指標(biāo)信號(hào)會(huì)出現(xiàn)異常反映，最明顯的是油（套）壓、產(chǎn)液量異常波動(dòng)信號(hào)（大部分表現(xiàn)為壓力上升、產(chǎn)液上升）［1］。

2.2.2 油壓與累產(chǎn)液關(guān)系

根據(jù)水錐機(jī)理和見(jiàn)水前異常信號(hào)分析，研究得出油壓與累產(chǎn)液關(guān)系模式。碳酸鹽巖油藏地層水向上錐進(jìn)過(guò)程中油壓變化主要分為４個(gè)時(shí)期：①未生產(chǎn)時(shí)期，體現(xiàn)出油藏壓力到儲(chǔ)集體邊界前的壓力變化特征；②成錐期，反映的是邊底水的能量尚未充分補(bǔ)充的階段，油壓緩慢下降；③托錐期，反映的是邊底水能量已開(kāi)始補(bǔ)充；④突破期，反映的是底水突破井底附近時(shí)油壓的波動(dòng)，是見(jiàn)水前明顯的異常反映，但一般油壓變化幅度很小［2］。

3 油藏見(jiàn)水的影響因素

在相關(guān)地質(zhì)研究和見(jiàn)水前異常信號(hào)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合儲(chǔ)集體的地質(zhì)特點(diǎn)、類型以及能量等要素，根據(jù)李傳亮老師的油井見(jiàn)水時(shí)間的計(jì)算公式［14］，總結(jié)出油井見(jiàn)水的原因如下。

3.1 地質(zhì)因素

3.1.1 構(gòu)造因素

構(gòu)造位置高低是指其構(gòu)造位置與油水界面的間距大小。兩者距離越大，其見(jiàn)水時(shí)間相對(duì)于距離小的油井要晚［7］。

3.1.2 油層厚度

油層厚度是指油水界面到油層頂部的距離。油層厚度越大，底水錐進(jìn)也相應(yīng)會(huì)越困難。

3.1.3 油水關(guān)系

原油黏度通過(guò)影響流體的流度比來(lái)影響油井見(jiàn)水的情況。隨著原油黏度的增大，油水流動(dòng)性差異越大，底水越容易錐進(jìn)，即原油黏度越大，油井見(jiàn)水時(shí)間越早［7］。

油井是否與水體直接溝通直接影響著油井的見(jiàn)水時(shí)間。油井與底水相連時(shí)比不相連時(shí)見(jiàn)水更快。

垂向水平滲透率比是指垂向滲透率與水平滲透率的比值，比值越小，說(shuō)明流體在平面上的流動(dòng)能力比縱向上的流動(dòng)能力強(qiáng)［6］，因此底水在向上錐進(jìn)過(guò)程中，會(huì)先在平面上擴(kuò)散，底水向上錐進(jìn)的能力差，導(dǎo)致水錐突破時(shí)間較晚，見(jiàn)水時(shí)間變長(zhǎng)［11］。

油水密度差的影響：根據(jù)前面提到的水錐機(jī)理，發(fā)現(xiàn)水錐油水密度差越大底水錐進(jìn)受重力的影響也越大，錐進(jìn)越困難［3］。

3.1.4 油井隔層條件

隔層一般由泥、頁(yè)巖或黏土成分較高的泥質(zhì)粉砂巖等非滲透地層組成。油井隔層具有遮擋性，對(duì)底水錐進(jìn)有一定的阻礙作用［7］。

隔層厚度越厚，底水向上錐進(jìn)能力越弱，油井見(jiàn)水越慢。相反，隔層的厚度越薄，油井見(jiàn)水越快。

3.2 工程因素

3.2.1 避水高度

避水高度是指射孔底部到油水界面的距離，隨避水高度的增加，井底與油水界面間的距離變長(zhǎng)，油井見(jiàn)水時(shí)間延長(zhǎng)，相反，油井見(jiàn)水時(shí)間會(huì)變短。

3.2.2 射孔打開(kāi)程度

在油層厚度一定的情況下，油層的打開(kāi)程度越大，相對(duì)應(yīng)的射孔位置與油水界面間的距離也就越小，因此在相同情況下，射孔打開(kāi)程度越大，見(jiàn)水越快。

3.2.3 酸壓規(guī)模及強(qiáng)度

酸壓規(guī)模：酸壓主要是通過(guò)酸液對(duì)裂縫壁面或地層孔隙的溶解、溶蝕作用，以恢復(fù)或提高地層孔隙和裂縫的滲透性。酸壓規(guī)模越大，則改造后裂縫的長(zhǎng)度越長(zhǎng)、裂縫寬度越大，裂縫的溝通作用越明顯，油井見(jiàn)水的可能性越大［7］。

酸壓強(qiáng)度：壓力越高，地層與井底的壓差越大，改造產(chǎn)生的裂縫數(shù)目越多。酸壓強(qiáng)度越高，改造后產(chǎn)生的裂縫越多、裂縫寬度越大，地層水與儲(chǔ)集體的連通通道變多，油井見(jiàn)水的可能性越大［7］。

3.2.4 固井質(zhì)量

固井質(zhì)量包括套管柱與水泥環(huán)兩方面，固井質(zhì)量的好壞反映套管和套管周圍水泥及地層的膠結(jié)程度，固井質(zhì)量差，說(shuō)明套管與地層之間連通性好，地層中的水就容易進(jìn)入井中，油井見(jiàn)水可能性大，相反，見(jiàn)水的可能性小［1,7］。

3.3 開(kāi)發(fā)因素

在油田生產(chǎn)中生產(chǎn)壓差、工作制度等措施造成油井底水錐進(jìn)的現(xiàn)象在塔河油田油藏中很普遍［1］。

3.3.1 生產(chǎn)壓差

在生產(chǎn)壓差較小的工作條件下，油水界面在地層中會(huì)緩慢、大范圍地向上托進(jìn)，當(dāng)向上錐進(jìn)到達(dá)一定程度，地層水在井底附近小范圍地向上錐進(jìn)，水錐的形成大多是因?yàn)樵谟途懂a(chǎn)初期生產(chǎn)壓差過(guò)大導(dǎo)致的。

3.3.2 工作制度

工作制度調(diào)整次數(shù)越多，油井底部能量波動(dòng)越明顯，底水能量對(duì)底水錐進(jìn)的影響越強(qiáng)，油井容易見(jiàn)水，反之，油井不易見(jiàn)水［7］。

4 治理對(duì)策

根據(jù)上述影響因素可以看出，地質(zhì)和工程因素不易改變，可以通過(guò)改變油井的開(kāi)發(fā)因素，改變油井的生產(chǎn)壓差使油井的生產(chǎn)狀態(tài)達(dá)到最佳，從而減小生產(chǎn)因素對(duì)底水錐進(jìn)的影響，提高產(chǎn)量。

優(yōu)化單井工作制度：對(duì)確定單井合理產(chǎn)能時(shí)，要充分考慮該井的地質(zhì)因素、儲(chǔ)集體發(fā)育情況、鄰井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，以便確定該井的合理產(chǎn)能。

塔河油田還采取了包括人工隔板技術(shù)、排水采油技術(shù)以及化學(xué)堵水技術(shù)等治理對(duì)策，延長(zhǎng)油井見(jiàn)水時(shí)間，從而提高產(chǎn)量。

1）人工隔層法：根據(jù)隔層起防止底水錐進(jìn)的作用，在儲(chǔ)集體與油水界面間注入化學(xué)劑或水泥人為的制造出一個(gè)隔層，阻止底水向上錐進(jìn)［3,5］。

2）排水采油法：原理是在井底部的油水界面，人為的創(chuàng)造出一個(gè)匯，在井底形成了垂向上的兩匯，根據(jù)勢(shì)的疊加原理，發(fā)現(xiàn)流體不會(huì)穿過(guò)分流線，相當(dāng)于井筒底部設(shè)立了一個(gè)長(zhǎng)度有限的封閉邊界［4,5］。

3）化學(xué)堵水技術(shù)：現(xiàn)場(chǎng)一般使用丙烯酞胺與雙丙烯酞胺這兩種化學(xué)劑，兩者在地層發(fā)生反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子物質(zhì)，將地層水變成高黏高彈性的水基高分子凝膠，從而降低地層水的流動(dòng)性能，阻止底水錐進(jìn)［5］。

5 結(jié) 論

1）碳酸鹽巖油藏普遍非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層缺失良好的隔夾層，同時(shí)儲(chǔ)集體形狀十分復(fù)雜，儲(chǔ)集體一般為溶蝕縫洞，而基質(zhì)部分不具有儲(chǔ)油能力，油水關(guān)系復(fù)雜。

2）油水界面與井底間的生產(chǎn)壓差是底水向上錐進(jìn)的主要因素，油水界面與井底之間油、水的重力對(duì)底水向上錐進(jìn)起阻礙作用，當(dāng)油井生產(chǎn)形成壓力降大于油水密度差引起的重力差時(shí)錐進(jìn)發(fā)生。

3）油井突然見(jiàn)水是影響碳酸鹽巖油藏開(kāi)發(fā)的主要因素，油井見(jiàn)水不僅受油藏地質(zhì)因素的影響，還受人為因素（工程因素、生產(chǎn)因素）的影響。

4）解決底水錐進(jìn)問(wèn)題的措施主要包括確定單井合理生產(chǎn)產(chǎn)能，優(yōu)化單井工作制度，采用人工隔板技術(shù)、排水采油技術(shù)以及化學(xué)堵水技術(shù)等。

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Summary of Causes of Water Breakthrough in Tahe Carbonate Reservoirs and Governance Measures

,,,

（Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China）

Due to the particularity and heterogeneity of Tahe carbonate reservoir, the reasons for the water breakthrough in the reservoir are various and complex. The decline in production due to water breakthrough in the oil well accounts for about 15% of the total decline every year. According to the water cone mechanism, combined with the analysis of the water breakthrough and the abnormal signal before the water breakthrough, reasonable productivity of a single well in Tahe oilfield was determined, the single well working system was optimized, and various control measures were used to extend the water breakthrough time of the oil well and improve the oil field output.

Carbonate reservoir; Water cone mechanism; Causes of water breakthrough; Governance countermeasures

TE357.6

A

1004-0935（2022）04-0496-03

中石化海相油氣藏開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目，順北油氣田酸蝕裂縫導(dǎo)流能力變化規(guī)律研究（項(xiàng)目編號(hào)：GSYKY-B09-33）。

2021-09-18

朱振龍（2000-），男，海南省萬(wàn)寧市人。