碳酸鹽巖縫洞型油藏注水井儲量損失原因及治理對策
——以塔河油田A區為例

郭 媛

(中國石化西北油田分公司采油二廠,新疆輪臺 841604)

碳酸鹽巖縫洞型油藏是以縫洞儲集體為主要控藏因素,經歷了多期構造運動及古巖溶作用而形成的一種復雜油氣藏系統[1-2]。縫洞型油藏儲滲空間與砂巖油藏存在著較大差異,主要由大小不等的溶洞、孔洞以及裂縫組成,儲集體空間分布隨機性強,儲層非均質性強,油水關系復雜,開采難度大,產能遞減快[3-5]。

塔河油田A區位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克庫勒凸起南部,以中下奧陶統碳酸鹽巖為主力產層,縫洞關系復雜,井周縫洞系統儲量高效動用難度大,單井采出程度低[6-9]。隨著油藏的持續開發,能量不足井多通過單井注水替油提高采出程度[10-12]。近年來,單井注水替油失效井逐年增加,對于常規注水失效井通過注氣三采等方式可得到有效治理,但儲量損失井治理效果不佳。目前,塔河油田A區儲量損失井56口,失控儲量3 218×104t,損失日產722 t。因此需要結合油藏工程定量化分析,開展建模數模一體化精細研究,深化開發規律認識,分析儲量損失的本質原因并制定合理的開發對策,從而提高儲量動用。

1 儲量損失原因及治理對策

在地質特征及生產動態分析基礎上,結合油藏工程方法,動靜結合,開展地質建模,明確縫洞體空間配置關系,建立數值模擬模型,完成儲量和生產動態歷史擬合,研究剩余油分布以及導致儲量損失的根本原因,深化開發規律認識,并給與相應的治理對策,提高單井儲量動用。研究表明,注水井儲量損失主要分為遠端儲量損失和體內儲量損失兩大類。遠端儲量損失即雙系統模型中因應力敏感導致裂縫閉合或者受啟動壓力影響導致遠端無法供液,從而造成遠井系統儲量損失(圖1a)。體內儲量損失即單系統模型中儲層內部結構復雜,體內存在高導流裂縫,裂縫油水置換差,導致縫中存水率高,兩相流情況下,由于流動性差異,屏蔽井周剩余油,造成井周儲量損失(圖1b)。

圖1 注水井儲量損失模型

1.1 遠端儲量損失原因

遠端儲量損失在地質特征上表現為井周存在多套儲集體,儲集體間依靠裂縫溝通;生產特征表現為初期遠端儲集體存在供液現象,動態波及儲量較大,注水后周期變短,動態儲量急劇減小。

目前遠端儲量損失原因主要分為兩類,即應力敏感和啟動壓差。

1.1.1 應力敏感

由于壓力下降導致裂縫閉合,遠端儲量無法動用造成儲量損失,該類井需要重新開啟裂縫或者短半徑側鉆動用遠端儲量,提高儲量動用程度。

以W236井為例,通過能量指示曲線和注水指示曲線定量化計算W236井各個生產階段動用儲量(表1)。從表中可以看,W236井自噴和機抽生產期間遠端儲集體有一定供給,在合理液量和壓差下能夠長期生產,階段動態擬合儲量達250×104t。由于裂縫存在應力敏感,隨著機抽和電泵的高液量、高采速持續生產,地層壓力逐漸降低,裂縫發生一定程度閉合,導致遠端供給變差,造成儲量損失,在注水階段計算波及儲量僅30×104t,并且第三、四輪次注水后生產高含水,油井生產效果變差。

表1 W236井階段波及儲量

根據該井地質及生產特征,結合油藏工程定量化分析各個階段的儲量變化,借助建模數模一體化分析手段,認為該井由于應力敏感,裂縫導流能力變差,形成3套相對獨立的壓力系統。注水前近井儲集體能量虧空壓力較低(圖2a),常規注水后近井儲集體壓力升高,但未達到裂縫開啟條件,注入水在近井聚集(圖2b);大規模注水后,注入水經過裂縫流向遠端儲集體,開井后通過高導縫被采出,導致注水開發效果變差,目前遠端儲集體仍有大量剩余油未動用(圖2c)。即應力敏感導致遠端裂縫關閉從而造成儲量損失。

圖2 W236井注水前后壓力分布及注水后含油飽和度

綜合分析建議該井首先多輪次注氣動用頂部閣樓油,后期側鉆至遠端儲集體上部來提高整體開發效果,數模方案預測該井累計注氮氣170×104m3,1年增油4 200 t。2022年該井注氮氣170×104m3,開井初期日產油20 t,周期產油3 742 t,注氣效果較好,與模型預測方案基本一致。

1.1.2 啟動壓力

注水恢復近井地層壓力后,遠端儲集體由于壓差太小無法向近井供液,需排水或者深抽降低近井壓力來動用遠端儲量。

以W366井為例,通過能量指示曲線和注水指示曲線定量化計算W366井各個生產階段動用儲量(表2)。從表中可以看出,W366井自噴階段動態擬合儲量37×104t,轉電泵后動用中深部儲量,在合理液量和壓差下能夠長期生產,階段動態擬合儲量達167×104t。注水后波及儲量200×104t,但快速失效,關井液面不恢復,分析該井儲量損失主要原因為遠端儲集體因壓差太小(啟動壓力)無法向近井供液。

表2 W366井階段波及儲量表

在考慮啟動壓力的基礎上,進行了歷史擬合,各項指標擬合與生產動態吻合。注水后遠端儲量被屏蔽導致注水變差,剩余油主要分布在遠端儲集體,只有當井底與遠端儲集體壓差達到3 MPa時,遠端儲集體才開始供液(圖3)。通過模擬明確了啟動壓力導致的遠端無法供液造成儲量損失。

圖3 W366井各生產階段流線特征

根據分析結果建議該井繼續排水降低近井壓力提高遠端動用,數模擬合該井本輪注水5×104m3需排水1.3×104m3后見油,日產油達到預測年增油3 000 t。實際排水5 472.8 m3后見油,日產油10.8 t,含水43%,年增油2 410 t,擬合效果較好。

1.2 體內儲量損失原因

體內儲量損失在地質特征上表現為大多受次級斷裂控制,儲集體內部存在高角度裂縫,生產特征上表現為注水及生產呈定容型,注水在第三、四輪時快速失效,采出程度偏低(平均7%)。

以W398井為例,自噴開井后快速停噴,注水后快速起壓,停注期間壓力下降明顯,多輪次注水快速失效。近井物性差導致該井開井后壓力快速下降而停噴,注水后快速起壓。

基于生產特征和地震雕刻體判斷儲層結構為溶洞和大裂縫的裂縫溶洞型,再利用生產特征和動態儲量,約束張量屬性的截斷值,進行屬性建模和耦合,對初步建立的模型精細刻畫。數值模擬生產擬合中未添加高角度裂縫前擬合結果導致偏差較大,添加后擬合結果相對符合實際情況及認識,分析儲集體內部高角度裂縫導水,兩相流情況下,由于流動性差異,屏蔽井周剩余油是導致儲量損失的根本原因。

如圖4所示,該井邊部和頂部還有大量剩余油,可以考慮上返酸壓或者尋找有利儲集體側鉆,數值模擬上返酸壓和維持目前生產層位,上返酸壓預測增油量4 200 t。2022年該井實施上返酸壓,初期日產油33 t,年增油5 342 t,措施效果好。

圖4 W398目前含油飽和度

1.3 儲量損失治理對策

通過上述注水井儲量損失根本原因分析,不同儲量損失類型可在碳酸鹽巖縫洞型油藏注水井開發過程中采取以下對策:

1)對未儲量損失井,利用物質平衡方法計算合理產能,避免遠端能量虧空,延長油井穩定生產時間。

2)對已損失儲量井,按照不同損失類型,制定不同的治理對策,提高開發效果。遠端儲量損失圍繞恢復遠端供液為目標,主要有三個方向,補能、儲層改造和控生產壓差。應力敏感導致的儲量損失通過重新開啟裂縫或者側鉆遠端有利儲集體提高儲量動用;啟動壓力影響屏蔽遠端儲量,通過排水或者深抽降低近井壓力,提高遠端儲量動用。體內儲量損失圍繞擴大井周波及為目標,通過改層或側鉆動用井周有利儲集體,堵優勢通道擴大波及提高井周剩余儲量動用。

總之,通過油藏工程定量化計算,融合建模數模一體化技術,在碳酸鹽巖油藏剩余油分布認識的基礎上,明確注水井儲量損失的本質原因,并且根據平面上和縱向上剩余油類型、分布特征及規律,制定不同儲量損失類型治理措施,改善開發效果。實踐證實了治理對策有效性好,與模擬方案吻合。

2 不同影響因素敏感性測試

2.1 應力敏感的影響

基于溶洞-裂縫-溶洞雙系統基礎模型,建立5個模型,其裂縫段傳導率倍數隨壓力變化曲線如圖5a所示,從模型1到模型5裂縫段在同一壓力下導流能力依次變強。

圖5 不同模型裂縫段導流能力及累計產油量曲線

通過60個月的模擬,得到不同模型累計產油量曲線,如圖5b所示,經過分析,隨著裂縫段相同壓力下導流能力增強,相同時間下的累計產油量也明顯增加。

2.2 啟動壓力的影響

基于溶洞-裂縫-溶洞雙系統基礎模型,建立5個模型,其第2套儲集體到第1套儲集體的啟動壓力分別為0、3、6、9、12 MPa。

通過36個月的模擬,得到不同模型的含水率隨采出程度的變化曲線(圖6)、第1套儲集體采出程度隨時間變化曲線(圖7a)和第2套儲集體采出程度隨時間變化曲線(圖7b)。

圖6 不同模型含水率隨采出程度的變化曲線

圖7 不同模型第1套及第2套儲集體采出程度隨時間變化曲線

經過分析,啟動壓力在0～9 MPa范圍內,值越大,采出程度越高,含水率越低、效果越好;啟動壓力為12 MPa時,生產井關井前仍未得到第2套儲集體的能量補充。

2.3 高角縫位置的影響

基于單洞基礎模型建立3個模型,其高角縫分別距離井0、20、40 m,貫穿溶洞,裂縫底部連接70倍HCPV水體。高角縫的滲透率為1 500×10-3μm2,縱向傳導率倍數為10,高角縫所在網格的孔隙度為1%。通過24個月的模擬,得到不同模型在第24個月的含油飽和度場圖(圖8)。

圖8 不同位置高角縫模型生產后第24個月含油飽和度特征

通過研究不同位置高角縫模型含水率與采出程度關系曲線(圖9),相同采出程度下,高角縫位置距離生產井越近,生產井見水越快,建議對近距離高角縫采取堵水措施。

圖9 不同位置高角縫模型含水率與采出程度關系曲線

3 結論

1)儲量損失分為遠端儲量損失和體內儲量損失兩類:遠端儲量損失的本質原因是應力敏感和啟動壓差;體內儲量損失本質原因為內幕結構復雜,存在高導流裂縫。

2)針對遠端儲量損失以恢復遠端供液為治理目標,主要有三個方向,補能、儲層改造和控生產壓差;針對體內儲量損失主要以擴大井周動用為治理目標,主要有改層、側鉆和堵水三個方向。

3)敏感性測試表明,裂縫的導流能力越強,采出程度越高;啟動壓力在0～9 MPa范圍內,值越大,采出程度越高;高角縫位置距離生產井越近,生產井見水越快。