稠油加密井水洗油层资源再利用潜力分析——以河南油田为例

姚国平

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院,河南南阳 473132)

河南稠油油藏主要分布在泌阳凹陷北部斜坡带部位,由西向东包括井楼、古城、杨楼和新庄四个稠油油田。含油层系为古近系核桃园组核三段,岩性以细砂岩和粉砂岩为主,储层胶结疏散物性好,孔隙度29.0%～34.0%,渗透率0.976～3.432 μm2,含油饱和度(So)65.0%～75.0%;油藏埋藏浅(<500 m)、单油层厚度薄(4～10 m)、原油黏度高(15 000～70 000 mPa·s)、纯总厚度比0.26～0.70,一般在0.50左右,具有“浅、薄、稠、散”的地质特点。

上世纪八十年代中期井楼和古城油田采用100 m×141 m的五点法井网开始蒸汽吞吐采油,九十年代中期先后在井楼中区、南区和古城泌浅10井等区块实施井网一次加密吞吐(直井),加密后井距为100 m×70 m[1]。目前,经过三十多年开发已进入高轮次吞吐末期,单井日产油小于1.00 t、油汽比在0.20 以下,吞吐效果变差,原油采出程度小于25%,仍有70%以上的稠油资源滞留在地下没有得到利用。

2020年河南油田在井楼中区钻探楼检2井和楼检3井两口检查井,岩心观察和化验分析结果表明,吞吐井间仍为原始含油状态,受油层导热距离限制,泄油半径一般约35 m[2];目前,楼检3井试采已取得日产油1.72 t、油汽比0.33、累计产油1 431.00 t的好效果,说明若利用水平井加密、逐层上返的吞吐技术能够大幅度提高原油采出程度,实现稠油资源二次有效动用。因此,如何快速识别未水洗、弱水洗、中水洗和强水洗层段是加密水平井投产井段优化设计的重要前提。

1 水洗层岩性及电性特征

稠油油藏蒸汽吞吐开采阶段,随着吞吐轮次增加蒸汽波及范围随之增大,井间汽窜愈加频繁,蒸汽波及后储层岩性及电性亦随之发生变化。

1.1 岩性变化特征

通过对井楼油田、古城油田九十年代中期所钻加密取心井大量岩心观察,已能从岩心上直接观察出蒸汽波及后油层的岩心变化,如油层水洗后具油味变淡、颜色变浅、含油不饱满、颗粒间较干净、滴水缓渗、污手性差等特点,可以将蒸汽吞吐区块新钻井的油层划分为未水洗、弱水洗、中水洗、强水洗四个含油级别(表1)。

表1 稠油油藏岩心水洗程度分类标准

蒸汽吞吐阶段,钻井取心能够直观、快速识别油层的水洗层段及水洗程度,由于耗时费力不可能口口钻井取心。因而,一般情况下,在井网加密调整初期,根据剩余油分布和井间汽窜特点优化确定少量井钻井取心,目的是研究蒸汽波及范围、驱油效率、泄油半径以及纵向剩余油分布特点及影响因素,重点是落实油层水洗程度与测井电性的响应关系[3]。

1.2 电性变化特征

河南稠油油田九十年代中期采用井网加密吞吐技术,先后在井楼油田和古城油田完钻加密井147口,综合分析认为油层被蒸汽波及后,储层电性特征也随之产生变化,尤其是声波时差[4]、深浅侧向电阻率和碳氧比能谱测井变化最为明显。

1.2.1 水洗后声波时差值明显增大

河南稠油油藏埋藏浅、成岩作用差,储层多为泥质、沥青质胶结,在高温蒸汽吞吐过程中,由于①部分胶质及沥青质产生热解;②部分胶结物及碎屑颗粒被溶解;③部分粉细碎屑颗粒随原油产出地面,均可改变油层孔隙结构,使孔隙增大,甚至在油层中产生“蚯蚓洞”,导致储层密度减小、声波时差增大。

如井楼零区J01井是部署在吞吐井间汽窜路径上的一口取心井,岩心观察和电测解释结果表明,目的层核三段Ⅲ砂组6小层(Eh3Ⅲ6)油层被蒸汽波及后,在物性好的下部发现弱水洗-中水洗-强水洗三个水洗层段,随着水洗程度增加,声波时差明显增大(图1)。

图1 井楼中区楼J01井水洗层测井组合曲线

为了进一步了解水洗油层和未洗油层孔隙结构的变化特点,根据井楼南区楼检1井Eh3Ⅲ5、Eh3Ⅲ6小层岩心观察描述结果,在水洗与未水洗油层段分别取岩样进行压汞实验,结果如表2所示。

表2 楼检1井油层水洗、未水洗孔隙结构特征参数对比

1)油层水洗后排驱压力(包括中值压力)比未洗油层普遍有所降低,下降了0.004 MPa,说明水洗后储层物性普遍变好,用较低的排驱压力即能大量进汞。

2)水洗后储层的喉道半径比未洗油层增大,最大喉道、最小喉道和平均喉道分别增加3.26、0.36、0.58 μm,且大喉道增加值明显高于小喉道,其原因是储层中泥质及粉细颗粒随原油向井筒方向运移时,大喉道阻力远低于小喉道,更容易随原油采出地面,改变油层孔隙结构。

3)表征储层孔隙结构的其他特征参数,诸如均值、分选、歪度等,水洗后比水洗前均有所提高,说明注汽后在近井地带(楼检1井距相邻注汽井25 m)和井间汽窜路径部位储层孔隙结构变好,声波时差值明显增大。

1.2.2 稠油层水洗后深浅侧向电阻率增大

油层导电能力的大小主要取决于地层中自由水和吸附于黏土颗粒表面的束缚水,而地层的骨架和原油可以认为是不导电的。因此,地层电阻率主要与自由水、束缚水有关,并主要取决于自由水和束缚水的矿化度[5]。

蒸汽吞吐过程中,注入蒸汽几乎不含矿物质,其冷凝水的电阻率比原始地层水高的多。由于油层被蒸汽波及后,含油饱和度降低,部分地层原油占据的孔隙空间被蒸汽冷凝水替代,同时冷凝水和未被采出的自由水、束缚水要进行离子交换,高矿化度地层水中的离子向低浓度冷凝水中扩散,导致地层水矿化度降低。

随着吞吐轮次的增加,油层中蒸汽冷凝水越来越多、水洗程度增强,最终达到冷凝水全部置换了地层水,使深浅侧向电阻率表现为一定程度的升高。如井楼零区J01井Eh3Ⅲ6小层下段油层被蒸汽波及后,水洗程度由弱到强,电阻率逐渐增大(图1)。

1.2.3 碳氧比(C/O)测井曲线数值减小

储层被蒸汽波及后,含油饱和度降低,同时注入蒸汽冷凝水进入油层并溶解胶结杂基中部分钙的组分,从而导致碳氧比(C/O)数值减小,Si/Ca数值增大[6],该测井技术能够定量解释油层含油饱和度的大小。

综上所述,油层被蒸汽波及后,随着水洗程度的增强,声波时差和深浅侧向电阻率均具有增大的变化特点。据河南稠油油田井网一次加密时测井资料统计,水洗层声波时差(△t)为500～700 μs/m,最高可达到800 μs/m,较相邻老井增加70～300 μs/m;水洗层深浅侧向电阻率(R)为90～440 Ω·m,较相邻老井增加10～250 Ω·m(表3)。

表3 加密井水洗层与相邻老井电性变化对比

2 水洗程度定性解释标准

根据水洗油层声波时差、深浅侧向电阻率两种测井曲线的变化特征,建立了定性判断水洗层的方法,以取心并进行蒸汽吞吐试采的加密井为依据作散点图,可以明显区分强水洗、中水洗、弱水洗、未水洗和干层五个分布区,能够快速判断加密水平井钻遇油层的水洗层段及水洗程度(图2)。

结合碳氧比(C/O)测井解释和岩心取样化验分析结果,未水洗油层含油饱和度在60%以上,弱水洗和中水洗油层含油饱和度分别为50%～60%和40%～50%,强水洗油层含油饱和度在40%以下。

3 水洗层再利用潜力分析及补孔时机

稠油油藏非均质性严重,井间汽窜是蒸汽吞吐和蒸汽驱过程中普遍发生的现象[7],并导致处于汽窜路径部位的加密井钻遇一定厚度的水洗油层[8],也就是既有处于原始状态的油层,也有强水洗、中水洗和弱水洗等不同水洗程度的油层。特别是在弱水洗-中水洗油层中还有较高的含油饱和度,为了充分发挥水洗油层的开发潜力,需要研究水洗层的吞吐潜力和补孔时机[9]。

数值模拟结果表明,厚度为9.8 m的油层(所选试验区油层平均厚度)在吞吐油汽比大于0.2的情况下,含油饱和度分别为45%、50%、55%和60%时,分别可吞吐1、2、3和4个周期,单位厚度油层产油量相应为43.7、82.2、124.0、156.7 t,油汽比分别为0.250,0.251,0.270,0.273(表4)。

表4 不同水淹状况下加密井吞吐指标预测

考虑到加密井一般能吞吐5个周期,如果水洗层只能吞吐1个周期,那么补孔时机应放在加密井吞吐第5个周期,注汽量按第5周期优选值设计,依此类推。

鉴于此,对水洗程度不同的油层,补孔时机及注汽量应按以下原则进行:

1)未水洗油层(So>60%):首先射孔投产,一般吞吐5个周期,第一周期每米油层注汽量100.00 t,以后各周期注汽量按15%递增。

2)弱水洗油层(50%

3)中水洗油层(40%

4)强水洗油层(So≤40%):不宜进行补孔投产。

研究结果表明,针对处于原始状态的未水洗油层首先射孔投产,弱水洗和中水洗油层分别在吞吐的第2和第4周期补孔投产,可最大限度地发挥加密水平井的开发潜力,使稠油资源二次有效动用。

楼1-Ⅳ11-1H井是2022年8月在井楼一二区西北端完钻的第一口加密水平井,目的层为Eh3Ⅳ11小层,油层埋深270～320 m,有效厚度约10 m,油层温度下脱气原油黏度30 324 mPa·s;该井水平段长170 m,在484～540 m和681～691 m水平段录井为灰褐色油斑细砂岩,根据岩电特征分析认为油层仍处于原始状态,含油饱和度为60%～70%。9月,对上述两个水平段射孔后,进入蒸汽吞吐试采前的预处理阶段,该阶段注汽干度85%、温度270 ℃、注汽量210 m3,已抽汲生产31 d,累计产油54.00 t、产水280.00 t,平均日产油1.74 t;在预处理阶段尚未结束的情况下,油汽比已达0.26,目前日产油1.60 t,井口产液温度40 ℃,采用水平井加密吞吐技术已初见成效。

4 结论

1)河南稠油油藏具有“浅、薄、稠、散”的地质特点,蒸汽吞吐阶段单井泄油半径一般不超过40 m,原油采出程度小于25%,仍有70%以上的稠油资源滞留在地下没有得到利用。

2)河南稠油油田加密井钻遇既有处于原始状态的油层,也有强水洗、中水洗和弱水洗等不同水洗程度油层;利用电阻率与声波时差交会图版,能够快速识别水洗油层及水洗程度。

3)针对河南稠油油藏特征,明确了油层不同水洗程度再利用的补孔时机,提出了水平加密井未水洗油层段首先射孔投产,弱水洗、中水洗油层段分别在加密井第2、4周期补孔投产,即能够最大限度发挥原始状态油层和已洗油层的资源潜力。