復雜碳酸鹽巖油藏水竄類型系統診斷及對策

王鳳剛，史長林，尹彥君，姜康，張震，張強

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

碳酸鹽巖油藏常常表現為不同尺度的孔、縫、洞交錯發育[1，2]，中東地區碳酸鹽巖油藏以孔隙型為主，其孔隙結構以粒間孔和溶蝕孔居多，部分儲層裂縫不發育，滲透率低，非均質性強[3，4]，油井在開發碳酸鹽巖儲集層的過程中易發生水竄問題[5，6]。實際上油井含水上升有多種多樣的成因，包括管外竄、底水錐進、高滲層水竄等多種類型。成因不同，控水的措施就應該有所不同[7～9]。所以，如何準確識別單井水竄的趨勢、類型、成因，成為控水增油的重要工作[10]。

中東R油田為構造-巖性碳酸鹽巖強底水油藏，儲集空間主要為孔隙型，隔夾層發育。油藏埋深3000m，油層有效孔隙度17%～21%，滲透率約30mD。油田2011年投產，天然能量開發，井型為直井。截至2017年底，共有開發井65口，含水上升率3.8%，大部分井含水率較高，水竄問題嚴重[11]。由于儲集層非均質性強，在開發過程中，油井存在底水錐進、底水過渡帶推進、裂縫或斷層連通等多種水竄類型。因此，準確識別每口單井的水竄類型、成因，并提出對應的控水措施，對提高油田產量具有重要意義。為此，筆者提出了監測數據分析、動態曲線繪制、Chan曲線對比、見水時間對比的四步水竄類型診斷法，詳細診斷并分析R油田所有油井的出水特征及出水原因。各個診斷方法互相佐證，確保成果的準確性，又能夠避免控水措施的盲目性，節省作業成本。

1 復雜碳酸鹽巖油藏四步水竄類型診斷法

四步水竄類型診斷法流程如圖1所示。

圖1 四步水竄類型診斷流程圖

1)步驟1——利用動態監測測井方法進行工程診斷 動態監測測井(PLT)是在油田開發過程中監測油藏動用情況的主要手段，雖然產出剖面測井是PLT測井的首要任務，但是準確地找出油井出水位置也是生產測井一個重要的用途[12～15]，可以通過流量、井溫等參數的變化對生產井的出水位置進行定性的判斷。然而，由于測試成本高，只有少數井進行生產測試，需要其他手段來分析水竄的類型和成因。

2)步驟2——利用含水率及含水變化速度曲線來識別水竄 碳酸鹽巖油藏水竄的發生會直接導致油井含水快速上升，產油量下降，可以利用含水率及含水變化速度曲線來識別水竄，并分析含水上升趨勢。由于碳酸鹽巖油藏儲集層非均質性極強，含水具有波動性。如果是單純的將相鄰2個時間的含水率比較，由于時間短，規律性較差，含水率的變化不能說明具體的變化原因。因此，在對含水率進行差值計算的時候，取季度含水率作圖，如圖2所示，正常底水錐進井含水率平穩上升，含水上升速度平穩波動；存在水竄的單井，含水會出現陡升，含水上升速度出現異常高點；對于隔夾層發育的底水油藏，含水呈階梯型上升，含水上升速度出現多個異常高點。

圖2 不同水竄類型含水率及含水上升速度曲線

該方法局限性在于水竄類型多樣，僅正常底水錐進、隔夾層發育區底水錐進的曲線特點顯著，至于大孔道等竄流的曲線類型多樣，具體分析竄流的原因，還需其他方法驗證。

圖3 Chan曲線診斷模板線

該方法局限性在于Chan圖版基于砂巖油藏數值模擬劃分不同的油井產水類型，在儲層特征方面與R油田這種以孔隙型為主、局部發育縫洞的碳酸鹽巖油藏存在區別，可見Chan水油比診斷圖只能參考利用。

4)步驟4——利用油藏工程方法計算見水時間來輔助分析 利用有關底水錐進的理論公式預測油井的見水時間，就可以與實際油井見水時間對比，可以輔助分析油井含水上升的成因，并合理安排油井的日常管理工作[18，19]。計算底水油藏見水時間的方法很多，現場生產情況表明唐人選[20]方法預測結果最符合實際開發情況，對預測厚底水油藏的見水時間具有重要參考價值。該方法基于2種流動模型推導出見水前水錐高度的隱函數，即射孔段上部為水平徑向流動，射孔段下部為半球狀向心流動，從而得到水錐突破時間的表達式[20]：

式中：ts為水錐突破時間，d;hp為射孔段總厚度，m；α為垂向滲透率與水平滲透率之比，1；rw為井筒半徑，m；re為泄油半徑，m；φ為儲集層孔隙度，1；h2為未射開油層厚度，m；q為總產量，m3/d。

2 現場實際應用

生產井A-5井所在的射孔層位為R2、R4層，位于底水油藏的構造高部位，避水高度21m，2012年2月投產，初期日產油220m3，含水率0.4%，含水率緩慢上升，截至2017年底，日產油60m3，含水率70%，累計產油25×104m3。

步驟1：對生產井A-5井鉆完井報告及生產測試資料進行分析。該井固井質量好，無套漏或管外竄現象。2012年12月進行過PLT測試，測試結果見圖4，紅色曲線為井筒溫度曲線，拐點為外部液體流入引發的溫差變化，拐點1疑似為射孔層段(R2層)生產而引發的流入流體溫差；拐點2則疑似為下部層段(R4層)引發的流入流體溫差。然而，由于井眼環境、機械性梗阻等不同均會對測試結果造成誤差，因此，需要其他手段來分析水竄的類型和成因。

圖4 A-5井PLT測試結果圖

圖5 A-5井含水率及季度含水上升速度隨生產時間的變化曲線

步驟2：分析生產資料，作該井的含水率及季度含水上升速度隨時間變化曲線，結果見圖5。由圖5可以看出，生產井初期不含水，無水采油期約半年，隨著生產時間的延長，含水率迅速升高，目前含水率70%，觀察季度含水上升速度曲線，第7個月，含水上升速度由0.5%陡升至8.8%，第10個月含水上升速度值為8.4%，后期在3.1%左右平穩變化。整個生產過程在第7和第10個月存在相對高點。生產曲線與圖2的正常底水錐進和大孔道竄流的生產曲線特征相似，初步懷疑存在大孔道溝通底水的現象，但水竄現象不明顯。

步驟3：作A-5井的Chan曲線，如圖6所示，曲線初期平穩，生產過程中陡升后緩慢上升，而水油比導數曲線呈緩慢上升趨勢，參考Chan曲線標準模板(見圖3(c))，曲線特征為近井筒竄流的特征。

步驟4：通過唐人選[20]方法計算R4層底水水錐情況。計算結果見表1，底水錐進至A-5井位于R4層射孔段底部的時間至少34個月，與實際見水時間(6個月)不符。

結合PLT測試資料、含水率曲線、Chan曲線診斷圖以及見水時間的分析，綜合判定A-5井生產井產水屬于下部井段R4層近井筒竄流至射孔段所致。建議首先進行測試驗證，找竄和封竄，同時，在生產過程中要考慮存在加劇管外竄的風險。

表1 A-5井見水時間計算參數表

3 復雜碳酸鹽巖底水油藏水竄類型及控水對策

圖6 A-5井水油比及水油比導數隨投產時間變化的曲線

利用四步水竄類型診斷法識別R油田所有出水井，共識別出7種典型的水竄類型，具體見表2，其中，正常底水錐進、層狀底水錐進、裂縫或斷層連通底水井占多數，對應分析產生原因，并從鉆井、油藏及工藝角度開展水竄治理。

3.1 正常底水錐進型

R油藏底水能量較為充足，油水過渡帶較薄，受避射距離及生產壓差影響，在油井生產過程中容易造成底水錐進，目前油田正在合理控制在產井生產壓差，延長低含水采油期，優化新井射孔位置及射孔方式，保持合適的避射距離[21，22]，對于含水率高于90%井，注入選擇性凍膠堵劑，建立油水隔板[23，24]。

3.2 層狀底水錐進型

該類型生產井含水率呈階梯狀緩慢上升，這是由于油層下部發育不連續隔夾層，起到了抑制含水上升速度的作用[25]。目前，未做處理。

3.3 裂縫或斷層連通底水型

由于井筒附近發育一定程度的裂縫溝通底水，建議進行儲層精細描述，落實裂縫及溶洞區，選擇機械堵水，同時，注入選擇性堵劑，堵水不堵油。

表2 不同生產井水竄原因分類及控水方案

4 結論

1)挖掘監測數據、修正動態曲線、對標Chan曲線、標定見水時間的四步水竄類型診斷法能夠快速診斷復雜孔隙型碳酸鹽巖油藏見水井的水竄類型，與常規方法相比，該方法的識別度高，避免過多進行井下作業。

2)利用四步水竄類型診斷法，在中東R油田識別出7種典型的水竄類型，在所有水竄井中，正常底水錐進、層狀底水錐進、裂縫或斷層連通底水井占多數。

3)每口井采用相對應的控水對策，降低了出水井的含水上升速度，在投產新井逐年減少的情況下，控水對策起到穩定油田產量的作用，同時也可對其他復雜碳酸鹽巖油田提供可靠的措施對策依據。