斷塊油藏類型劃分探討及注CO2分類開發(fā)對策

王智林

中國石化江蘇油田分公司, 江蘇 揚州 225009

0 前言

復(fù)雜斷塊油藏具有構(gòu)造破碎、斷塊形狀復(fù)雜、含油面積小,難形成規(guī)則井網(wǎng)及儲量動用程度低等典型特征[1-4]?，F(xiàn)有成熟水驅(qū)開發(fā)方式的相關(guān)研究成果,如井網(wǎng)調(diào)整、層系組合等油藏工程方法對其應(yīng)用效果不如整裝油藏。注CO2的微觀增油機(jī)理包括原油膨脹、降低原油黏度、降低界面張力、改變油氣相滲、蒸發(fā)萃取輕質(zhì)組分等[5-6],通過注CO2微觀機(jī)理提高微觀驅(qū)油效率對于復(fù)雜斷塊油藏更為重要。由于CO2具有很強(qiáng)的擴(kuò)散性,使得氣竄成為制約注氣效果的關(guān)鍵問題,因此在制定氣驅(qū)開發(fā)政策時不能忽視對注氣方式、注氣井網(wǎng)等影響氣相前緣運移因素的研究。對于復(fù)雜斷塊油藏,針對不同斷塊類型,提出更精細(xì)的分類型注CO2模式是提升注氣效果的技術(shù)關(guān)鍵。

針對開發(fā)復(fù)雜斷塊油藏,前人已經(jīng)形成了多種分類方法。王光付等人[7]將斷塊油藏類型劃分為天然能量開發(fā)的邊底水?dāng)鄩K油藏、注水開發(fā)的簡單斷塊油藏、復(fù)雜斷塊油藏和極復(fù)雜斷塊油藏,回歸出不同類型斷塊油藏采收率計算公式。楊勇等人[8]針對斷塊多、矛盾復(fù)雜的現(xiàn)狀,對斷塊油藏重新分為4大類7小類,并首次提出了屋脊斷塊油藏人工邊水驅(qū)等提高采收率對策。王端平等人[9]依據(jù)面積、厚度、滲透率、天然能量及驅(qū)動方式等建立了斷塊油藏層塊分類標(biāo)準(zhǔn),并給出不同層塊組合開發(fā)與調(diào)整的方法。盧惠東[10]依照天然能量、構(gòu)造形態(tài)及驅(qū)動類型將復(fù)雜斷塊油藏劃分為邊底水活躍斷塊油藏,簡單斷塊油藏,復(fù)雜斷塊油藏,極復(fù)雜斷塊油藏及巖性構(gòu)造油藏,利用油藏工程方法得到了井網(wǎng)優(yōu)化的原則及調(diào)整方法。宋志超[11]研究了不同斷層組合及井網(wǎng)開發(fā)方式下的滲流規(guī)律,從流線的角度并結(jié)合相應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果來分析斷層的存在對剩余油富集規(guī)律的影響。

上述分類方法的建立更側(cè)重于如何指導(dǎo)下一步水驅(qū)開發(fā)政策或調(diào)整對策的制定。若要建立更側(cè)重于注氣方式選擇的分類方法,在分類指標(biāo)中應(yīng)側(cè)重對注氣效果影響的關(guān)鍵因素。因此,本文提出主要基于斷塊形態(tài)、井網(wǎng)基礎(chǔ)及當(dāng)前開發(fā)方式的復(fù)雜斷塊類型劃分方法。應(yīng)用數(shù)值模擬及油藏工程方法,重點考慮現(xiàn)有井網(wǎng)基礎(chǔ)、剩余油分布特征、歷史開發(fā)方式等,優(yōu)選對應(yīng)的注氣方式,形成復(fù)雜斷塊分類注氣模式。應(yīng)用該模式有效指導(dǎo)了J油田復(fù)雜斷塊油藏的注CO2現(xiàn)場試驗,取得良好效果。該模式的提出可為國內(nèi)其他同類型油藏的注CO2開發(fā)方案制定提供決策依據(jù)及借鑒意義。

1 復(fù)雜斷塊油藏注CO2典型類型劃分

劃分?jǐn)鄩K油藏類型的首要條件是油藏形狀,而油藏形狀又與所采用的井網(wǎng)有很強(qiáng)的相關(guān)性。因此,首先將復(fù)雜斷塊油藏劃分為是否能形成完善井網(wǎng)的兩類,能形成完善井網(wǎng)的包括可形成面積井網(wǎng)的油藏和窄條帶油藏兩類,而后者由于油藏形狀及含油條帶寬度所限無法部署面積井網(wǎng),主要包括極復(fù)雜斷塊油藏及單干井。而條帶油藏按照井網(wǎng)形式分為三類:單排井、雙排井、三排井。單排井所占比例較低,所以本文主要研究雙排井和三排井。最后各細(xì)分類型依據(jù)當(dāng)前的開發(fā)方式進(jìn)一步劃分為天然能量及注水開發(fā)兩類。是否注水開發(fā)其實對應(yīng)著儲層的注入能力,即隨著開發(fā)的進(jìn)行,可注水的區(qū)塊會通過注水維持儲層能量,而低滲或者水敏嚴(yán)重儲層則在進(jìn)行注水試驗不成功后繼續(xù)保持彈性能量開發(fā)。兩種開發(fā)方式的不同則決定了后續(xù)注氣方式的選擇[12]。最終形成圖1所示復(fù)雜斷塊油藏類型劃分方法。

圖1 復(fù)雜斷塊油藏分類圖Fig.1 Classification of complex fault block reservoir

2 復(fù)雜斷塊油藏注氣模式

針對上述復(fù)雜斷塊類型劃分方法,建立機(jī)理模型,通過對比優(yōu)選各類型最優(yōu)注氣模式。其中單干井僅可通過單井吞吐生產(chǎn),不做展開研究。

2.1 窄條帶油藏

窄條帶油藏是復(fù)雜斷塊油藏中最重要的組成類型之一[13],也是分類注氣模式重點研究對象。其地質(zhì)特征為:平面上油層緊貼斷層呈條帶狀分布,含油帶窄,油藏寬度在100～400 m之間,長寬比一般大于3。窄條狀油藏開發(fā)初期受構(gòu)造特征等影響均采取邊緣注水方式,其中含油面積相對較窄的采取兩排井,而含油面積較寬的則采取三排井或以上。邊緣注水方式也決定了其主要剩余油類型為接近斷層的高部位“斷棱油”,是注氣挖潛的重點目標(biāo)。

2.1.1 注水開發(fā)窄條帶

水驅(qū)開發(fā)后窄條帶油藏對水相的注入能力已經(jīng)過驗證,可優(yōu)先考慮氣水交替的注入方式。采用氣水交替注入,一方面儲層中由兩相滲流變?yōu)槿酀B流,增大儲層的滲流阻力,降低多孔介質(zhì)中含氣飽和度,從而大幅降低氣相相對滲透率,抑制黏性指進(jìn)及氣體超覆現(xiàn)象。另一方面,通過注水輔助提升儲層壓力水平,增益注氣效果,提升注氣利用率及經(jīng)濟(jì)效益[14]。

2.1.1.1 兩排井

基于真實斷塊抽提雙排井窄條帶概念模型,注入井網(wǎng)分為間隔注入、頂部注入、底部注入,見圖2。注氣方式為同井水氣交替。數(shù)值模擬結(jié)果表明,底部水氣交替提高采收率幅度最大,見圖3。分析認(rèn)為,水驅(qū)開發(fā)后窄條帶油藏的剩余油主要富集在油藏高部位,應(yīng)采用高部位油井繼續(xù)采油。同時底部為邊水侵入方向,注氣后由兩相流動轉(zhuǎn)為三相流動,降低水相滲透率,顯著延緩水竄時機(jī),提高最終采收率。

a)間隔注入Ⅰa)Interval injectionⅠ

b)間隔注入Ⅱb)Interval injectionⅡ

c)頂部注入c)Top injection

d)底部注入d)Bottom injection圖2 雙排井窄條帶同井注入井網(wǎng)類型圖Fig.2 Well types of narrow-band reservoir with double well row

圖3 雙排井窄條帶油藏同井氣水交替不同井網(wǎng)類型開發(fā)指標(biāo)對比圖Fig.3 Development indicators of different well types of double-rownarrow-band reservoir for same well WAG flooding

異井注入井網(wǎng)分為間隔注入、頂部注入、底部注入。根據(jù)注氣井注水井井?dāng)?shù)不同共設(shè)計10種井網(wǎng)類型,見圖4。注入方式采用異井注水、注氣且均為連續(xù)注入。結(jié)果表明底部間隔注水/氣效果最好,底部間隔注入增大底部邊水侵入阻力,降低邊水侵入對開發(fā)效果的不利影響。

圖4 雙排井窄條帶油藏異井氣水交替不同井網(wǎng)類型開發(fā)指標(biāo)對比圖Fig.4 Development indicators of different well types of double-rownarrow-band reservoir for different wells WAG flooding

2.1.1.2 三排井

三排井窄條帶的井網(wǎng)類型分為頂部注入、腰部注入、底部注入、間隔注入4種注氣方案,注入方式均為同井水氣交替注入。研究結(jié)果表明,注氣效果同樣以底部水氣交替提高采收率幅度最高,見圖5。其機(jī)理同兩排井類似,不再贅述。

需要說明的是,窄條帶油藏為半開啟的斷塊類型,往往發(fā)育一定的天然邊水。對于強(qiáng)邊水能量窄條帶,注氣模式的確定依照如下等效方式:強(qiáng)邊水單排井窄條帶等同于水驅(qū)開發(fā)兩排井窄條帶,而強(qiáng)邊水兩排井則等效于水驅(qū)開發(fā)的三排井窄條帶。

2.1.2 彈性能量開發(fā)窄條帶

彈性能量開發(fā)油藏往往存在注水困難的問題,因此其注氣方式無法采用氣水交替注入。其注氣模式的優(yōu)化應(yīng)著重于井網(wǎng)及注氣部位的優(yōu)化。基于機(jī)理模型,由于僅部署兩排井,數(shù)模對比了頂部排狀注氣,頂部間隔注氣及底部排狀注氣三組方案,各方案在總注氣量及注氣速度相同的條件下產(chǎn)油量對比見圖6。由圖6可見,頂部排狀注氣累產(chǎn)油量最高,為該類型窄條帶的最優(yōu)注氣模式。分析認(rèn)為,采用頂部注氣最大程度了發(fā)揮了注氣輔助重力泄油的作用,氣油之間的密度差異使之重力分異,注氣重力驅(qū)不僅能利用重力分異作用,將頂部“閣樓油”聚集成新的前緣富油帶,使其均勻地向構(gòu)造下部移動。而且由于油氣間界面張力小于油水間界面張力,使得注入氣能進(jìn)入到水相無法進(jìn)入的更小級別孔喉,進(jìn)一步降低水驅(qū)后細(xì)小孔喉中的殘余油飽和度[15-16]。

圖6 天然能量窄條帶不同注氣方式產(chǎn)油量對比圖Fig.6 Cumulative oil production with different CO2injection methodsfor narrow-band reservoir of natural energy

2.2 面積井網(wǎng)油藏

復(fù)雜斷塊油藏由于斷塊含油面積小,構(gòu)造破碎等因素,往往很難形成規(guī)則的面積井網(wǎng),因此該類儲量占比相對較低?；诿娣e井網(wǎng)油藏注氣的井網(wǎng)優(yōu)化,層系調(diào)整等方面的研究已經(jīng)非常成熟[17-18]。簡單來說,對該類油藏,其注氣增大波及體積的關(guān)鍵因素是如何優(yōu)選井網(wǎng)井型,確定井網(wǎng)密度以及調(diào)整接替井網(wǎng)。數(shù)值模擬研究表明,對面積井網(wǎng)油藏采用原井網(wǎng)實施注氣效果要優(yōu)于排狀井網(wǎng)等開發(fā)方式。因此對于水驅(qū)開發(fā)的面積井網(wǎng)油藏,在注采井網(wǎng)上實施氣水交替注入為最優(yōu)模式,而對彈性能量開發(fā)的面積井網(wǎng)則實施水井轉(zhuǎn)注氣效果更好。

2.3 極復(fù)雜斷塊油藏

構(gòu)造極破碎,含油面積小于0.1 km2的復(fù)雜斷塊為極復(fù)雜斷塊。其儲量基礎(chǔ)小,難以部署規(guī)模井網(wǎng),僅通過幾口零散井進(jìn)行生產(chǎn),往往采出程度較低[19]。針對極復(fù)雜斷塊油藏,提出“異步吞吐”開發(fā)模式,其特點為一口井注氣、燜井,另一口井生產(chǎn),然后兩口井交替進(jìn)行注采切換。分析其微觀增油機(jī)理,一是在注氣階段關(guān)停油井抑制了氣相沿優(yōu)勢滲流通道竄進(jìn)。注入氣在驅(qū)替壓差、毛管力的雙重作用下向孔隙中運移,擴(kuò)大孔隙介質(zhì)的波及體積。二是在燜井的時間里,CO2充分發(fā)揮溶解膨脹原油、降低原油黏度及界面張力的微觀作用,增強(qiáng)“頑固”油滴、油膜的彈性能量及流動能力?？偟膩碚f,異步注采強(qiáng)化孔隙吸氣排氣(采油)的速度與深度,通過注采交替,采出井間和井周原油,同時發(fā)揮出驅(qū)替與吞吐的作用[20],極復(fù)雜斷塊異步吞吐增油機(jī)理示意圖見圖7。

圖7 極復(fù)雜斷塊異步吞吐增油機(jī)理示意圖Fig.7 Diagram of mechanisms for asynchronous huffand puff of extremely complex blocks

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

J油田以復(fù)雜斷塊油藏注氣分類方法及注氣方式優(yōu)選模板為指導(dǎo),重點為注不進(jìn)水或注水效果差的三種斷塊類型的注CO2開發(fā)提供理論依據(jù)。2015年至2019年,J油田注CO2分類開發(fā)模式主要在3種類型5個區(qū)塊應(yīng)用,累計注CO23.70×104t,實現(xiàn)增油1.42×104t,平均換油率為0.39,獲得良好的增油效果及經(jīng)濟(jì)效益,主要區(qū)塊的增油效果見表1。例如在H 62斷塊,其斷塊類型為天然能量開發(fā)兩排井窄條帶油藏。因此在高部位6口井實施頂部排狀注氣。注氣前,區(qū)塊總?cè)债a(chǎn)量為11.4 t,注氣后日產(chǎn)量升至21.9 t,單井產(chǎn)油能力顯著提升。注氣見效僅6個月累計實現(xiàn)增油 6 900 t,目前仍處于穩(wěn)定增油期內(nèi)。此外,通過重力穩(wěn)定驅(qū)油還顯著抑制了氣竄速度,在區(qū)塊內(nèi)各井均壓裂的條件下,增油期內(nèi)產(chǎn)出氣CO2含量穩(wěn)定在30%以下。礦場應(yīng)用的成功驗證了該分類注氣模式對于復(fù)雜斷塊油藏采收率提高的適應(yīng)性與可靠性,為今后J油田及其他國內(nèi)復(fù)雜斷塊油藏的有效開發(fā)提供決策依據(jù)及借鑒意義。

表1 J油田分類注氣模式主要應(yīng)用區(qū)塊增油效果表

4 結(jié)論

1)本文針對復(fù)雜斷塊油藏提出的分類注氣模式可有效指導(dǎo)斷塊油藏注CO2的“分塊施策”,提升了注氣方式的針對性及有效性,經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證了模式的適應(yīng)性及可靠性,可為其他同類型油藏注CO2的技術(shù)政策制定提供參考依據(jù)。

2)針對窄條帶油藏,注水開發(fā)的采用底部氣水交替,若存在注入困難可考慮采用異井氣水交替方式替代;而依靠天然能量開發(fā)的則采用頂部排狀注氣方式,以最大化地發(fā)揮重力輔助泄油的效果。

3)針對極復(fù)雜斷塊油藏提出“異步吞吐”注氣方式,該方式可同時發(fā)揮井間驅(qū)替作用及單井吞吐作用,并通過燜井時間增加CO2與原油間的傳質(zhì)作用,可顯著提升該類型斷塊的注氣驅(qū)油效果。