复杂断块油藏水平井水淹后差异化治理技术

张顺康 李立峰 金 勇 孙东升 张 毅

1. 中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院, 江苏 扬州 225009; 2. 中国石化江苏油田分公司采油二厂, 江苏 淮安 211600; 3. 中国石化江苏油田分公司开发管理部, 江苏 扬州 225009

0 前言

江苏油田自1996年开始试验应用水平井,经过二十多年的不断探索和实践,水平井在江苏油田得到了广泛的推广应用。随着开发的不断深入,水平井含水上升快、水淹严重、部分水平井能量不足等矛盾越来越突出。水平井日产油水平占全油田的比例已由2011年高峰期的18.0%下降到2016年底的11.9%,含水率由77.7%上升到86.3%。

对于水平井进入高含水阶段以后的治理,周代余等人[1-8]通过分析实际油田水平井生产动态,将水平井分为不同水淹模式,进一步分析了剩余油分布规律。王敬等人[9-10]研究了储层非均质对水淹的影响规律。何逸凡等人[11]运用油藏应用类比方法评价了水平井水平段动用不均的程度。崔文昊等人[12-14]针对水平井水淹严重的问题,研究了水平井找水堵水工艺。

总体来说,现有水平井水淹后治理方面的难点主要集中在水平井含水上升规律、水平井找水堵水工艺研究等方面。特别是对于水平井水淹后应该采用什么样的技术对策,目前开展的研究还比较少。本文针对江苏油田水平井的水淹状况,结合江苏油田复杂断块油藏地质条件,开展了水平井差异化治理的现场实践,同时也可以为国内其他油田的水平井治理提供决策依据和技术借鉴。

1 水平井水淹类型划分

1.1 水平井水淹程度确定

关于水平井的水淹程度,李立峰等人[15]曾提出一种定量评价方法,该方法以两相渗流理论为基础,通过推导得到了水平井含水率与水淹程度之间的定量表征方法,具体公式如下:

(1)

式中：fw为含水率;B为与相渗曲线有关的常数;Wf为水淹程度;tD为油藏注入孔隙体积倍数。

根据式(1),可以绘制水淹动态曲线,见图1。对于均质油藏来说,水淹动态曲线是一条过原点的直线,直线的斜率就是油藏水淹程度。然而,由于受到储层非均质的影响,加上油井生产过程中会实施各种各样的调整措施,这就使得水平井实际的水淹动态曲线往往并不是一条过原点的直线,见图2。

图1 水淹动态曲线示意图Fig.1 Schematic diagram of flooding dynamic curve

图2 实际水淹动态曲线图Fig.2 Actual flooding dynamic curve

根据图1水淹动态曲线,可以将水平井的水淹类型分成:直线型、上翘型和下抠型。直线型表示水平井目前已经形成了固定的水淹范围;上翘型表示水平井实施调整措施后,水淹范围再度扩大,水驱波及增加而形成新的直线段,新直线特征段斜率即是水淹程度；下抠型表示水平井目前由于水驱导致窜流,波及变差。

1.2 水平井水淹类型

利用前文方法,结合江苏油田复杂断块油藏已投入开发水平井的生产动态,将水平井分成局部水淹型(84口)、整体水淹型(53口)和低液低效型(44口)三种类型。各种类型水平井呈现如下特征。

1)局部水淹型水平井:水淹动态曲线呈现下抠型特征,主要是由于这种类型水平井水平段非均质性较强,由于水线非均匀推进,水平井部分井点或者井段率先出水,使得水平井投产后不久便进入中高含水阶段。

2)整体水淹型水平井:水淹动态曲线呈现直线型特征,主要是由于这种类型水平井水平段相对较为均质,由于水线均匀推进,水平井水平段几乎同时见水,使得水平井见水以后含水上升较慢,目前已经进入高含水阶段,累产较高。

3)低液低效型水平井:水淹动态曲线呈现上翘型特征,处于扩大水淹范围,这种类型水平井水平段物性较差,注水受效不明显,能量不足,处于中低含水阶段,累产较低。

2 水平井差异化治理方法

2.1 局部水淹型水平井

局部水淹型水平井在治理过程中的重点是判断出水位置[16-17],并需要结合水动力学以及水平井找水、卡堵水、解堵等工艺技术来调整水平井产液剖面,改善水平井开发效果。

2.1.1 水平井出水位置判断

2.1.1.1 水平井出水主控因素分析

数模结果表明:水平井位置轨迹、水平井段非均质性、注采井网配置,与油水界面的关系、生产压差是影响水平井水淹程度的主要控制因素。

2.1.1.2 多参数同一平台显示

综合构造、轨迹、渗透率描述储层、匹配关系,渗透率与轨迹、储层状况在同一平台显示。从而实现精细表征水平段物性非均质、水平段与夹层关系的非均质、水平段与构造关系的非均质、水平段距边底水距离的非均质等信息,C3P16井多参数统一平台显示见图3。

图3 C3P16井水平井段的非均质性表征示意图Fig.3 Heterogeneity characterization of horizontal well section for C3P16

2.1.1.3 井区描述

通过描述地质特征、井网配置等信息来确定注采连通关系。以C3P16为例,该井区受构型界面渗流屏障影响,水平井段分属于两个微相内,连通关系较差,跟端有注水井C3-94井对应;趾端受构型界面影响,注水井C3-95井注水对应关系差，见图4～5。

图4 C3P16井区地质特征、井网示意图Fig.4 Geological characteristics and well pattern for C3P16

图5 C3P16井区储层构型及邻井连接剖面图

2.1.1.4 判别出水层段

C3P16井为局部水淹井,结合该井区非均质的状况以及注采井网对应状况,分析认为跟端物性较好,且有注水井对应,水淹强;而趾端物性较差,注水对应差,为水淹较弱的井段,这与该井的饱和度测试成果一致。

2.1.2 水井注水量优化

借助水动力学调整水平井开发效果时,需要通过调整水井注水量来优化注采。根据数值模拟结果,将水平井段离散化,根据油水井之间的渗流阻力系数,求取井组配注量。

(2)

式中：Qi为第i口水井注水量,m3/d;QBI为油藏总注水量,m3/d;Ri为水井到油井(包括水平井)的渗流阻力系数。

考虑油藏静态的储层物性以及动态的含水饱和度的变化,根据达西定律,平面上网格(i,j,k)在x和y两个方向的渗流阻力系数Rx、Ry可以表示为:

(3)

式中：μo、 μw分别为油水的黏度,mPa·s;kro、krw分别为油相、水相相对渗透率,无因次;K为网格渗透率,10-3μm2;L、b、h分别为网格在x、y、z方向上的大小,m。

平面上,网格与直井或水平段所在网格的连线形成真正的渗流阻力,见图6,图中夹角分别为α和β,由此形成该网格沿渗流方向的渗流阻力系数可以表示为:

(4)

图6 井间渗流阻力系数表征示意图(平面)Fig.6 Well flowing resistance coefficient(horizontal)

纵向上,网格(i,j,k)与z轴(向下)的夹角为γ,具体见图7,考虑垂向的渗流阻力系数Rz,网格在三维空间沿渗流方向的渗流阻力系数可以表示为

Rxyz=Rxycos(1-γ)+Rzcos(γ)

(5)

图7 井间渗流阻力系数表征示意图(纵向)Fig.7 Well flowing resistance coefficient(vertical)

2.2 整体水淹型水平井

整体水淹型水平井靠近断层附近的区域往往是剩余油富集的位置(即阁楼油),治理的技术对策是研究CO2气顶驱来动用这部分剩余油。

通过物理模拟,认为CO2气顶驱动用阁楼油的机理表现在以下三方面:重力分异作用，即油气之间存在密度差,注入气向上移动,地层油向下移动;气顶膨胀作用，即人工注CO2形成的气顶不断膨胀,推动高部位剩余油向低部位移动;对原油抽提作用，即CO2抽提原油中的轻质烃类,降低残余油饱和度。

在明确驱替机理的基础上,结合油藏数值模拟手段确定了CO2气顶驱动用阁楼油筛选标准:断层为封闭边界，无因次含油饱和度大于0.5，储层倾角大于10°，油水黏度比小于50，渗透率大于50×10-3μm-2，水体倍数小于80 PV。

在此基础上,结合具体的目标区块,进一步开展CO2气顶驱注入参数及注入方案的优化设计研究[18],从而为现场实施CO2气顶动用阁楼油提供了技术支持。

2.3 低液低效型水平井

低液低效型水平井的主要问题在于地层能量不足,注水不见效,动用程度相对较低,为此开展了水平井CO2吞吐补充地层能量的适应性研究,建立了低液低效型水平井CO2吞吐评价指标体系及评价标准,见表1；进一步结合模糊数学方法对该类型水平井注CO2吞吐适应性进行评价,结果见表2。

表1 CO2吞吐评价指标体系表

表2 CO2吞吐适应性评价指标体系权重汇总表

在开展适应性评价的基础上,通过对不同吞吐方式的关键参数进行优化,可以确定最佳的注入速度、注入量等参数[19-20]。

3 水平井差异化治理效果

针对江苏油田复杂断块油藏水平井水淹特点,开展了水平井差异化治理技术的现场应用。先后在14个油田开展了水平井流场调整优化、CO2气驱及CO2吞吐的现场实践。

对于局部水淹型水平井,主要采用强化趾端注水、转变注水方向、注采耦合、井网优化结合卡水堵水、调剖等技术手段开展了以水动力学为主的综合治理,累积增油5.37×104t。如C3P2井通过强化趾端对应水井注水,降低腰部对应水井注水,实现控水增油,调整以后含水率从78.6%下降到68.3%,日增油5 t。

对于整体水淹型水平井,开展了CO2气驱动用阁楼油现场试验,累计增油5 860 t。如对因整体水淹而关停的Sha49P1井实施注CO2试验,复产后含水率由100%降到82.3%,日增油2.1 t。

对于低液低效型水平井,开展了CO2吞吐试验,累计增油2 068 t。如对Qiao7P1井通过实施CO2吞吐,含水由86.7%下降到47.5%,日增油达5.8 t。

截至2019年底,江苏油田实施水平井差异化治理共计74井次,实现增油6.12×104t,取得了较好的治理效果。

4 结论

1)以江苏油田复杂断块油藏水平井水淹动态曲线的形态为判断依据,将水平井划分为局部水淹型、整体水淹型和低液低效型三种类型,进一步明确了各种类型水平井的水淹规律和开发特征。

2)研究形成了不同类型水平井水淹后的治理方法:局部水淹型水平井以判断出水位置为治理重点,并需要结合水动力学以及工艺技术来调整水平井产液剖面;整体水淹型水平井治理的技术对策是通过实施CO2气顶驱来动用水平井靠近断层附近的剩余油;低液低效型水平井由于地层能量不足,需要开展CO2吞吐补充地层能量。

3)针对不同类型水平井剩余油分布特征,开展了不同类型水平井水淹后治理的现场实践,取得了较好的治理效果。截至2019年底,江苏油田实施水平井差异化治理共计74井次,实现增油6.12×104t。