羅娟，魯新便，巫波，何新明，李新華，王雷

（1. 中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院；2. 中國石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院）

0 引言

塔河油田位于塔里木盆地阿克庫勒凸起軸部，奧陶系碳酸鹽巖油藏屬于縫洞型復(fù)合油藏，埋藏深（5 400 m以深），儲集層主要為受多期構(gòu)造裂縫、古地貌、古水系共同控制形成的縫洞系統(tǒng)，儲集空間以裂縫、溶蝕孔隙和溶蝕孔洞及大型洞穴為主[1]，局部縫洞體發(fā)育，基質(zhì)基本不具有儲油能力[2]。縫洞體在縱橫向上發(fā)育極不規(guī)則，空間展布極其復(fù)雜[3-4]。油藏油水關(guān)系復(fù)雜，受不同縫洞單元的控制，局部存在封存水，同時(shí)底部存在活躍的強(qiáng)底水[5]。油藏自滾動開發(fā)以來，油井早期即見水，區(qū)塊含水上升快；老井產(chǎn)量遞減大，一般大于17%，最大達(dá)到45%；區(qū)塊穩(wěn)產(chǎn)期短，開發(fā)效果差；又由于油藏埋深大，儲集層非均質(zhì)極強(qiáng)，油水關(guān)系復(fù)雜，措施難度大。因此，穩(wěn)油控水成為提高油藏開發(fā)效果的戰(zhàn)略性問題。

塔河油田14年的開發(fā)歷程表明，高產(chǎn)油井一直是油田生產(chǎn)的主力，而高產(chǎn)油井無水采油量占累產(chǎn)油量的一半，如何高效開發(fā)未見水高產(chǎn)井，成為油田開發(fā)生產(chǎn)管理的緊迫任務(wù)之一。

由于水體多樣，儲集體組合方式多樣，塔河油田高產(chǎn)井見水特征表現(xiàn)出多樣性和復(fù)雜性，但都是水體產(chǎn)生錐進(jìn)的結(jié)果[6]。本文利用已見水高產(chǎn)井資料，總結(jié)其見水預(yù)警參數(shù)，研究水淹預(yù)警機(jī)理，并結(jié)合油井見水影響因素，建立水淹預(yù)警機(jī)制，為未見水高產(chǎn)井的生產(chǎn)管理提供指導(dǎo)。

1 高產(chǎn)井水淹預(yù)警機(jī)理及見水前異常信號

1.1 高產(chǎn)井水淹預(yù)警機(jī)理

1.1.1 水錐的4個(gè)變化過程

塔河油田奧陶系油藏的主要儲集體類型為溶洞型和裂縫-孔洞型。高產(chǎn)井投產(chǎn)之后，油井周圍形成“壓降漏斗”，隨著開采的進(jìn)行水體經(jīng)歷水侵前—成錐期—托錐期—突破期4個(gè)階段的變化。圖1為溶洞型或大孔洞型油藏底水錐進(jìn)過程示意圖。開采初始階段即水侵前，依靠地層的自身能量驅(qū)動流體，不考慮氣量大小或假設(shè)氣量相等，則井口壓力與井筒流體壓力之和等于井底流壓（見圖1a）。當(dāng)生產(chǎn)時(shí)間為t1時(shí)，流壓降低，地層壓力系統(tǒng)不再平衡，底水推進(jìn)維持壓力平衡，高勢能底水開始向低勢空間滲流擴(kuò)散，向井底方向流動的有效流速小于底水推進(jìn)速度（v1

圖1 塔河油田奧陶系溶洞型或大孔洞型油藏底水錐進(jìn)過程示意圖

圖2 為塔河油田奧陶系裂縫-孔洞型油藏底水竄進(jìn)過程示意圖。開采初始階段同圖1a。生產(chǎn)到一定時(shí)間，流壓降低，底水上侵，即進(jìn)入成錐期（見圖2b）。流壓繼續(xù)下降，底水驅(qū)動能量占主導(dǎo)地位，充填較弱的高滲高孔空間優(yōu)先啟動，不同縫洞空間油水界面不統(tǒng)一，當(dāng)高滲高孔空間地層壓力降低時(shí)，其他空間水體開始上侵（見圖2c），即托錐期。多縫洞空間的壓力不間斷平衡過程導(dǎo)致底水不斷上行推進(jìn)，出現(xiàn)單孔見水（見圖2d）；當(dāng)壓力降低到一定程度，出現(xiàn)多孔見水，含水急劇上升或水淹（見圖2e），即突破期。

圖2 塔河油田奧陶系裂縫-孔洞型油藏底水竄進(jìn)過程示意圖

1.1.2 油壓-累產(chǎn)液變化全模式及見水前異常信號分析

假設(shè)塔河奧陶系油藏水錐形成的 4個(gè)過程中油井工作制度不變，并且由于縫洞型油藏地飽壓差大，在油藏和井底都不會發(fā)生脫氣。油壓和累產(chǎn)液存在相關(guān)性模式（見圖3），即油壓-累產(chǎn)液變化全模式。

圖3 塔河奧陶系油藏油井油壓-累產(chǎn)液關(guān)系圖

AB段體現(xiàn)油藏壓力擴(kuò)散到油體邊界前的壓力變化特征；BC段代表油藏壓力擴(kuò)散至油體邊界后，油壓緩慢下降、邊底水能量尚未充分補(bǔ)充階段，BC段的斜率反映油體能量的衰竭速度；BD段的長度體現(xiàn)邊底水的補(bǔ)充速度；CD段邊底水能量補(bǔ)充占主導(dǎo)，其長度反映底水能量大?。籈點(diǎn)反映底水突破至井底附近時(shí)油壓的波動，是見水前明顯的異常反映，但一般油壓變化幅度很?。ㄐ∮?.5 MPa），部分井見水前沒有這段異常反映。此階段油井由不含水到零星含水，或者由零星含水到連續(xù)相含水。

假設(shè)井筒中不發(fā)生脫氣，即見水前井筒中仍為油的單向流。以下用節(jié)點(diǎn)分析法分析油井生產(chǎn)系統(tǒng)中每一段流壓、油壓、套壓或產(chǎn)量等參數(shù)的變化特征。

溶洞、裂縫-孔洞和井筒中的流體流動屬于流體力學(xué)流動的范疇[7]，其流動遵循有黏伯努利定理，地層壓力與井底壓力存在如下關(guān)系：

井底壓力與井口壓力關(guān)系：

假設(shè)井筒半徑不變，則井底流入速度等于井口流出速度，則（2）式可簡化為：

當(dāng)產(chǎn)量不變時(shí)，流動摩阻損失不變，即Δpf不變，因此當(dāng)pwf增大時(shí)，pwh也增大。

AB段。水侵之前，溶洞和裂縫-孔洞系統(tǒng)內(nèi)為單相流，地層壓力見（1）式。

BC—CD段。底水侵入油藏后，出現(xiàn)油水兩相流區(qū)，此時(shí)地層壓力為：

式中 pwh——井口壓力，MPa；pwf——井底流壓，MPa；pe——地層壓力，MPa；v——進(jìn)入油體中的水體向井底的流速，m/s；vw——底水向油體的流速，m/s；vgs——高滲空間水體的流速，m/s；vds——低滲空間水體的流速，m/s；ρo——原油密度，kg/m3；ρo,w——油水兩相的混合密度，kg/m3；ho——油層厚度，m；vf——流體在地層中流動速度，m/s；hh——井筒油柱高度，m；vh——流體在井筒中流動速度，m/s；g——重力加速度，m/s2；Δpf——流動摩阻損失，MPa；Lp——累計(jì)產(chǎn)液量，104t。下標(biāo)：0，1，2，3——生產(chǎn)初始階段及生產(chǎn)t1、t2、t3時(shí)間。

與純粹單相油流動相比，兩相流動將消耗更大的能量，井底流壓pwf降低，從而pwh降低。

DE段。油井見水前外圍為水油復(fù)合區(qū)[8]，因?yàn)樗酿ざ刃?，因而水體突破油體，即井口出現(xiàn)油壓上升的異常反應(yīng)。由流體力學(xué)CFD軟件模擬的水侵入溶洞前、剛侵入溶洞以及侵入溶洞后油相、流線、速度及壓力分布的變化[9]可以看出，當(dāng)溶洞中有水體侵入時(shí)，溶洞內(nèi)部壓力場和速度場將受到擾動，原本均勻分布的壓力場出現(xiàn)局部高壓或低壓區(qū)，形成震蕩的壓力波。井口壓力顯示：水體剛侵入時(shí)井口壓力升高，侵入一段時(shí)間后壓力則降低。

上述分析均假設(shè)地層壓力保持不變，水體與溶洞有良好的連接，水侵入會對溶洞系統(tǒng)產(chǎn)生壓力干擾影響，因而油井見水前會有異常信號影響。但也有部分井見水前無異常信號，當(dāng)水體距離油體較遠(yuǎn)時(shí)，向油體方向水侵速度不斷減小，從而壓力震蕩不斷減弱，到井底時(shí)擾動很小，便不會產(chǎn)生壓力異常。

以上分析說明，水侵會使溶洞系統(tǒng)壓力發(fā)生震蕩，這種震蕩會以壓力波的形式很快傳到溶洞體內(nèi)的各個(gè)位置，因此對井底流壓會有一定的影響；并且根據(jù)節(jié)點(diǎn)分析思想，pwf變化時(shí)，pwh也變化，在生產(chǎn)指標(biāo)信號上會有流壓、油壓、套壓或產(chǎn)量的異常反映，因此托錐后期或底水上侵后期是控制含水、防止水體快速推進(jìn)的有利時(shí)機(jī)。

1.2 油井見水前異常信號統(tǒng)計(jì)

對塔河油田 180口已見水高產(chǎn)井的統(tǒng)計(jì)表明，在工作制度穩(wěn)定的前提下，有63%（113口）的井在見水前即托錐期會出現(xiàn)油（套）壓或者產(chǎn)量的異常波動，主要表現(xiàn)為壓力上升，壓力有變化井95口，占84%；113口井中86%的井異常信號持續(xù)時(shí)間在半年之內(nèi)。如某口高產(chǎn)井，位于斜坡上的局部構(gòu)造高部位，鉆遇溶洞型儲集體，2008年3月11日油壓由19.1 MPa上升為20.8 MPa；同時(shí)日產(chǎn)油由51.3 t上升為68.8 t，該井出現(xiàn)油壓、產(chǎn)量異常，持續(xù)4個(gè)半月后見水（見圖4）。

圖4 塔河奧陶系油藏某高產(chǎn)井采油曲線

塔河油田奧陶系油藏多數(shù)高產(chǎn)井見水前具有異常信號，因此可從捕捉異常信號入手，根據(jù)見水前異常信號建立預(yù)警機(jī)制，有效指導(dǎo)生產(chǎn)控制，延長無水采油期。

2 高產(chǎn)井見水影響因素

根據(jù)李傳亮的水侵計(jì)算公式[10]，溶洞型和裂縫-孔洞型油藏水侵影響因素有：油井產(chǎn)量、油層滲透率、油水密度差、含油高度、打開程度、油井避水高度、地層原油黏度、供油半徑及水體大小等[11]。

通過對暴性水淹和含水快速上升的64口井進(jìn)行分析，結(jié)合塔河縫洞型油藏的特點(diǎn)，將導(dǎo)致油井水淹或高含水的影響因素歸納為以下3種類型。

2.1 地質(zhì)因素

主要包括構(gòu)造、斷裂、儲集層、油水關(guān)系等。分析的64口井中，27口井含水主要影響因素屬于此類，占分析井的42%。

2.2 工程因素

塔河油田水體活躍區(qū)域油井鉆入目的層厚度、完井方式（是否酸壓）、上部地層的固井質(zhì)量、下部深層近井筒活躍水體的控制程度及壓裂改造工程質(zhì)量等也是導(dǎo)致含水上升的重要因素。

7口井含水主要影響因素屬于此類，占分析井的11%。

2.3 生產(chǎn)管理等開發(fā)因素

由于開發(fā)過程中對油藏認(rèn)識不足、管理不到位、控水和治水措施不力以及連通的鄰井注水、生產(chǎn)的影響，導(dǎo)致含水上升過快，甚至暴性水淹，將嚴(yán)重影響油藏的開發(fā)效果。生產(chǎn)管理中因放大油嘴、提液等措施造成油井過早見水或水淹的現(xiàn)象很普遍。

30口井因前期產(chǎn)能高或油嘴過大造成停產(chǎn)或高含水生產(chǎn)，占分析井的47%。

3 高產(chǎn)井見水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制

根據(jù)上述研究，結(jié)合塔河油田各區(qū)塊具體情況，建立了水侵風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)（見表 1），包括地質(zhì)因素、工程因素、開發(fā)因素及油井見水前異常信號 4大項(xiàng)共31項(xiàng)指標(biāo)，形成了塔河油田縫洞型油藏高產(chǎn)井預(yù)警技術(shù)，以便及早發(fā)現(xiàn)油井水侵的信號并盡快采取適宜的控水穩(wěn)油措施。水侵預(yù)警級別為 5級：紅色、橙色、黃色、藍(lán)色和綠色，分別代表由重到輕的見水風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度。各評價(jià)指標(biāo)依據(jù)其對實(shí)際生產(chǎn)的影響程度分3級給定權(quán)重系數(shù)，得出風(fēng)險(xiǎn)分級。如評分為 80～100則為紅色預(yù)警，見水風(fēng)險(xiǎn)非常大，說明本井已出現(xiàn)明顯異常信號，單元內(nèi)鄰井大部分水淹，水錐可能已到井底，預(yù)計(jì)本井半年內(nèi)見水風(fēng)險(xiǎn)達(dá) 80%以上。應(yīng)對措施：立即逐級縮小油嘴并加密含水監(jiān)測至每小時(shí)1次，立即安排測流壓。

2011年對塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏146口未見水高產(chǎn)井進(jìn)行見水預(yù)警分析，認(rèn)為25口井見水風(fēng)險(xiǎn)大，跟蹤對比分析預(yù)警效果：①對見明顯異常信號的10口井中的9口井采取縮嘴控錐措施，目前均未見水，而另1口未采取調(diào)控措施的井則見水；②另有15口見水風(fēng)險(xiǎn)略低的井目前暫未調(diào)控，但加密了產(chǎn)量、壓力動態(tài)監(jiān)測計(jì)量頻次。

表1 縫洞型油藏油井見水風(fēng)險(xiǎn)分級評價(jià)指標(biāo)及某井評價(jià)實(shí)例

4 結(jié)論

塔河油田奧陶系溶洞型和裂縫-孔洞型油藏開采過程中，底水經(jīng)歷水侵前—成錐期—托錐期—突破期4個(gè)階段的變化。托錐后期，水侵會使溶洞系統(tǒng)的壓力發(fā)生震蕩，這種震蕩會對井底流壓產(chǎn)生一定的影響；根據(jù)節(jié)點(diǎn)分析思想，井底流壓變化時(shí)，井口油壓也產(chǎn)生變化，在生產(chǎn)指標(biāo)上會有流壓、油壓、套壓或產(chǎn)量的異常信號。對塔河油田 180口已見水高產(chǎn)井的統(tǒng)計(jì)表明，有 63%的井在托錐期會出現(xiàn)油（套）壓或者產(chǎn)量的異常波動。根據(jù)影響油井見水的地質(zhì)因素、工程因素、生產(chǎn)管理因素及油井見水前異常信號，總結(jié)出縫洞型油藏油井見水風(fēng)險(xiǎn)分級評價(jià)的31項(xiàng)指標(biāo)，形成了高產(chǎn)井預(yù)警技術(shù)，以便及早發(fā)現(xiàn)油井水侵的信號，采取相應(yīng)的控水穩(wěn)油措施。2011年油田現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用表明，預(yù)警評價(jià)技術(shù)預(yù)警效果好，延長了油井無水采油期。

[1] 金振奎, 余寬宏. 白云巖儲集層埋藏溶蝕作用特征及意義: 以塔里木盆地東部下古生界為例[J]. 石油勘探與開發(fā), 2011, 38(4):428-434.Jin Zhenkui, Yu Kuanhong. Characteristics and significance of the burial dissolution of dolomite reservoirs: Taking the Lower Palaeozoic in eastern Tarim Basin as an example[J]. Petroleum Exploration and Development, 2011, 38(4): 428-434.

[2] 王敬, 劉慧卿, 徐杰, 等. 縫洞型油藏剩余油形成機(jī)制及分布規(guī)律[J]. 石油勘探與開發(fā), 2012, 39(5): 585-590.Wang Jing, Liu Huiqing, Xu Jie, et al. Formation mechanism and distribution law of remaining oil in fracture-cavity reservoirs[J].Petroleum Exploration and Development, 2012, 39(5): 585-590.

[3] 魯新便, 蔡忠賢. 縫洞型碳酸鹽巖油藏古巖溶系統(tǒng)與油氣開發(fā):以塔河碳酸鹽巖溶洞型油藏為例[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2010,31(1): 22-27.Lu Xinbian, Cai Zhongxian. A study of the paleo-cavern system in fractured-vuggy carbonate reservoirs and oil/gas development: taking the reservoirs in Tahe oilfield as an example[J]. Oil & Gas Geology,2010, 31(1): 22-27.

[4] 周世新, 宋振響, 王保忠, 等. 塔里木盆地深層碳酸鹽巖中有機(jī)質(zhì)特征[J]. 石油勘探與開發(fā), 2011, 38(3): 287-293.Zhou Shixin, Song Zhenxiang, Wang Baozhong, et al. Organic matter in deep carbonate rocks of the Tarim Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2011, 38(3): 287-293.

[5] 朱蓉, 樓章華, 魯新便, 等. 塔河油田縫洞單元地下水化學(xué)特征及開發(fā)動態(tài)[J]. 石油學(xué)報(bào), , 2008, 29(4): 567-572.Zhu Rong, Lou Zhanghua, Lu Xinbian, et al. Chemical characteristics of underground water and development performance of fracture-cave units in Tahe Oilfield[J]. Acta Petrolei Sinica , 2008, 29(4): 567-572.

[6] 羅娟, 陳小凡, 涂興萬, 等. 塔河縫洞型油藏單井注水替油機(jī)理研究[J]. 石油地質(zhì)與工程, 2007, 21(2): 52-54.Luo Juan, Chen Xiaofan, Tu Xingwan, et al. Mechanism of the water-flood huff and puff with single well in Tahe Oilfield[J].Petroleum Geology and Engineering, 2007, 21(2): 52-54.

[7] Verruijt A. Theory of groundwater flow[M]. New York: Macmillan,1970: 20-25.

[8] 李曉平. 地下油氣滲流力學(xué)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2007: 23-25.Li Xiaoping. Underground oil and gas seepage mechanics[M].Beijing: Petroleum Industry Press, 2007: 23-25.

[9] 羅娟, 龍喜彬, 巫波, 等. 塔河不同類型縫洞單元開發(fā)規(guī)律研究[R]. 新疆: 中國石化西北油田分公司, 2012: 68-67.Luo Juan, Long Xibin, Wu Bo, et al. Study on the development of law of distinguished fracture-cavity unit in Tahe Oilfield[R].Xinjiang: Northwest Oilfield Company, Sinopec, 2012: 68-67.

[10] 李傳亮. 油藏工程原理[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2010: 426-428.Li Chuanliang. The principles of reservoir engineering[M]. Beijing:Petroleum Industry Press, 2010: 426-428.

[11] 陳青, 王大成, 閆長輝, 等. 碳酸鹽巖縫洞型油藏產(chǎn)水機(jī)理及控水措施研究[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2011, 33(1):125-130.Chen Qing, Wang Dacheng, Yan Changhui, et al. A reserarch on water producing mechanism and water controling measures for fracture-cave type carbonate reservoir[J]. Journal of Southwest Petroleum University: Science & Technology Edition, 2011, 33(1): 125-130.