裂縫性油藏的注采模式研究

李云鵬，朱志強(qiáng)，孟智強(qiáng)，程 奇，文佳濤

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

KAT潛山油藏為塊狀弱底水裂縫性油藏，巖石類型主要為片麻巖類及碎裂巖類，油田生產(chǎn)過程中，注入水極易沿大裂縫竄流造成油井高含水，表現(xiàn)為水驅(qū)波及系數(shù)低，油藏的采收率較低[1-8]。由于大小裂縫的滲透性差異很大，水驅(qū)過程中存在強(qiáng)烈的縫間干擾現(xiàn)象，當(dāng)注采井間大裂縫竄流通道形成且穩(wěn)定后，中小裂縫及基質(zhì)中的原油很難動(dòng)用[9-20]。合適的注采模式能有效增大裂縫性油藏的水驅(qū)波及系數(shù)，是提高其采收率的關(guān)鍵。為此，模擬在實(shí)際油藏溫度、壓力條件下不同注采模式的水驅(qū)開發(fā)效果，最終確定裂縫性油藏最適合的注采模式，指導(dǎo)實(shí)際裂縫油田的井網(wǎng)調(diào)整和部署。

1 裂縫性油藏一維巖心縫間干擾實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟主要包括：①制作裂縫性巖心，將巖心切割并拼接后，鉆取裂縫性巖心柱塞；②制作好2塊裂縫性巖心柱塞，一塊巖心柱塞之間墊濾網(wǎng)模擬高滲通道，另一塊墊黃片模擬低滲通道，墊濾網(wǎng)與黃片的目的是為了避免裂縫完全閉合，同時(shí)對高滲與低滲通道進(jìn)行有效區(qū)分；③將制作好的裂縫性巖心分別放入2個(gè)巖心夾持器中，測量其滲透率，飽和原油，進(jìn)行雙管并聯(lián)水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，并記錄兩管較穩(wěn)定時(shí)的產(chǎn)液量。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)和分析

用圍壓泵給不同巖心夾持器加圍壓，從而控制裂縫開度，達(dá)到改變裂縫滲透率的目的，重復(fù)實(shí)驗(yàn)以取得足夠多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(表1)。

表1 16組并聯(lián)實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

繪制高滲管與低滲管滲透率比值與低滲管分流量關(guān)系曲線(圖1)。圖1中虛線表示高、低滲管完全按照達(dá)西定律分配而不考慮存在干擾時(shí)的低滲管分流量曲線，紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。由圖1可知，當(dāng)滲透率比值大于2.0時(shí)，由于裂縫間干擾的影響，分流量已開始偏離達(dá)西定律分配，滲透率比值越大，縫間干擾越嚴(yán)重，偏離達(dá)西定律程度越高；當(dāng)滲透率比值大于4.0時(shí)，高滲管分流量占到90%以上，低滲管分流量小于10%(表1)；且高、低滲管分流量比大于9:1時(shí)，滲透率比值與低滲管分流量之間呈現(xiàn)出近似線性關(guān)系，對上述曲線段進(jìn)行線性函數(shù)擬合，得到裂縫性巖心滲透率比值與低滲管分流量關(guān)系式：

(1)

式中：KH為高滲管滲透率，10-3μm2；KL為低滲管滲透率，10-3μm2；fL為低滲管分流量，mL。

圖1 巖心并聯(lián)實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

式(1)即為裂縫滲透率比值界限預(yù)測公式。依據(jù)式(1)，當(dāng)?shù)蜐B管分流量為0時(shí)，滲透率比值界限為18.8；當(dāng)滲透率比值小于18.8時(shí)，高滲與低滲巖心均出液，即高滲與低滲均參與滲流；當(dāng)滲透率比值大于18.8時(shí)，只有高滲管參與滲流，在裂縫干擾效應(yīng)的影響下，低滲管幾乎不參與滲流。

2 裂縫性油藏注采模式平面模型數(shù)值模擬研究

基于上述縫間干擾實(shí)驗(yàn)，結(jié)合潛山裂縫發(fā)育規(guī)律，設(shè)計(jì)開展不同注采模式的開發(fā)效果研究，分別為強(qiáng)注強(qiáng)采、強(qiáng)注弱采、弱注強(qiáng)采和弱注弱采4種模式。強(qiáng)注強(qiáng)采模式是指注水井和采油井均部署在裂縫相對發(fā)育的區(qū)域，裂縫與基質(zhì)的滲透率比值大于18.8，模型設(shè)置裂縫與基質(zhì)滲透率比值為100.0；強(qiáng)注弱采是指注水井部署在裂縫相對發(fā)育的區(qū)域，而采油井部署在裂縫相對不發(fā)育的區(qū)域，裂縫相對不發(fā)育的區(qū)域是指裂縫與基質(zhì)的滲透率比值小于18.8，模型設(shè)置裂縫與基質(zhì)滲透率比值為10.0；弱注強(qiáng)采是指注水井部署在裂縫相對不發(fā)育的區(qū)域，而采油井部署在裂縫相對發(fā)育的區(qū)域；弱注弱采是指注水井和采油井均部署在裂縫相對不發(fā)育的區(qū)域。

采用Eclipse軟件在相同生產(chǎn)條件下運(yùn)算各個(gè)模型，比較不同注采模式下的水驅(qū)波及效果(圖2)。由圖2可知：強(qiáng)注強(qiáng)采模式水驅(qū)波及系數(shù)最小，最易形成裂縫間的竄流；強(qiáng)注弱采模式由于采油井產(chǎn)能較小，水驅(qū)波及系數(shù)也不大；弱注強(qiáng)采模式水驅(qū)波及效果較均勻，水驅(qū)波及系數(shù)最大；弱注弱采模式由于注水及采油強(qiáng)度均較小，相同開發(fā)時(shí)間內(nèi)水驅(qū)波及系數(shù)比弱注強(qiáng)采模式小。對比4種注采模式分析認(rèn)為，弱注強(qiáng)采模式是裂縫性油藏最適合的注采模式。

圖2 不同注采模式下水驅(qū)波及效果

3 裂縫性油藏注采模式三維物理模擬實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)樣品及實(shí)驗(yàn)裝置

在實(shí)際裂縫性油藏儲(chǔ)層中，裂縫的性質(zhì)及其分布非常復(fù)雜，為了便于研究和實(shí)驗(yàn)，將其簡化為由互相垂直的裂縫系統(tǒng)和被裂縫系統(tǒng)所切割開的巖塊組成，即最經(jīng)典的Warren-Root模型(圖3)。根據(jù)錦州25-1南潛山裂縫性油藏的儲(chǔ)層巖石物性，選擇微裂縫大量發(fā)育的淺啡網(wǎng)紋花崗巖作為實(shí)驗(yàn)用驅(qū)替介質(zhì)。經(jīng)測量，巖石平均孔隙度為4%～7%，滲透率為0.3×10-3～1.0×10-3μm2，與油田實(shí)際情況相接近，將巖石切割成大小不同的立方體小樣品。

采用自助設(shè)計(jì)的大型三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置能模擬實(shí)際油田的高溫高壓的條件，最大限度接近地層條件。

圖3 Warren-Root模型示意圖

3.2 不同注采模式的模擬實(shí)驗(yàn)

采用5 cm的小巖塊及濾網(wǎng)組合構(gòu)建裂縫比較發(fā)育的區(qū)域，高、低部位各部署2口水平井，形成強(qiáng)注強(qiáng)采模式；底部位換成10 cm的大巖塊及黃片構(gòu)建裂縫相對不發(fā)育的區(qū)域，形成弱注強(qiáng)采模式(圖4)。圖4中藍(lán)色粗線為注水井，黑色粗線為采油井。將巖塊分別飽和原油后進(jìn)行組合，放入自助設(shè)計(jì)的大型實(shí)驗(yàn)裝置中，加圍壓模擬地層壓力，繼續(xù)飽和原油至穩(wěn)定狀態(tài)，開展水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)(圖5)。由圖5可知，弱注強(qiáng)采模式可獲得較高的無水采收率和最終采收率，從物理模擬的角度證實(shí)了裂縫性油藏弱注強(qiáng)采注采模式具有較好的開發(fā)效果，即為裂縫性油藏最合適的注采模式。

圖4 不同注采模式的大型三維物理模擬實(shí)驗(yàn)

圖5 不同注采模式大型三維物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 老井區(qū)注采模式剖析

在潛山裂縫性油藏注采模式認(rèn)識的指導(dǎo)下，對KAT油田已投產(chǎn)井區(qū)注采模式進(jìn)行剖析(圖6)。老井區(qū)近似三角形井網(wǎng)，低部位1口注水井E23H，高部位2口采油井E21H和E22H。生產(chǎn)過程中油井見水特征差別很大，E21H井見水后含水上升緩慢，而E22H井則表現(xiàn)為暴性水淹。結(jié)合井區(qū)裂縫的發(fā)育規(guī)律認(rèn)為，注水井E23H和采油井E22H處于優(yōu)勢裂縫發(fā)育條帶，易形成優(yōu)勢竄流通道，同時(shí)統(tǒng)計(jì)2口油井的生產(chǎn)壓差，E21H生產(chǎn)壓差為4.0 MPa，E22H生產(chǎn)壓差僅為0.4 MPa，也表明E21H處在裂縫相對不發(fā)育的區(qū)域，與注水井E23H形成強(qiáng)注弱采模式；E22H處在裂縫相對發(fā)育的區(qū)域，與注水井E23H形成強(qiáng)注強(qiáng)采模式，該模式水驅(qū)波及系數(shù)小，易形成水竄通道，從而導(dǎo)致E22H井暴性水淹。

4.2 新井區(qū)注采模式調(diào)整

對潛山新井區(qū)進(jìn)行井網(wǎng)優(yōu)化，將原來內(nèi)底部注水優(yōu)化為邊底部注水，盡可能構(gòu)建弱注強(qiáng)采注采模式。該井區(qū)投產(chǎn)后，平均油井產(chǎn)能超過300 m3/d，生產(chǎn)2 a多至今未含水，無水采油期相比老井區(qū)延長達(dá)1 a以上，取得較好的開發(fā)效果。

圖6KAT油田某井區(qū)井位及裂縫發(fā)育示意圖

5 結(jié) 論

(1) 對于潛山裂縫性油藏，注水井開發(fā)過程中，由于裂縫級次的差別，縫間干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致水驅(qū)波及系數(shù)較低，將注水井部署在裂縫相對不發(fā)育區(qū)域，采油井部署在裂縫發(fā)育區(qū)域，形成弱注強(qiáng)采的注采模式，對改善裂縫性油藏的水驅(qū)波及效果具有積極的作用。

(2) 剖析KAT油田老井區(qū)注采模式，解釋油井含水特征差異的原因，并開展新區(qū)塊井網(wǎng)優(yōu)化，形成弱注強(qiáng)采注采模式，新井區(qū)投產(chǎn)后相比老井區(qū)無水采油期延長1 a以上。實(shí)踐證明，弱注強(qiáng)采的注采模式是裂縫性油藏適合的注采模式，對類似裂縫性油藏井網(wǎng)部署具有指導(dǎo)和借鑒意義。

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