張 曉,李小波，榮元帥，楊 敏，吳 鋒，劉冬青

(1.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011;2.西南石油大學“油氣藏與地質國家重點實驗室”，四川 成都 610500)

縫洞型碳酸鹽巖油藏周期注水驅油機理

張 曉1,李小波1，榮元帥1，楊 敏1，吳 鋒2，劉冬青1

(1.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011;2.西南石油大學“油氣藏與地質國家重點實驗室”，四川 成都 610500)

針對在縫洞型碳酸鹽巖油藏中能否實施周期注水的問題，在分析縫洞型油藏不同巖溶背景注采關系特征的基礎上，利用CFD流體力學軟件建立縫洞組合機理模型，開展了周期注水驅油模擬，并運用類比法總結了縫洞型油藏周期注水驅油機理：通過周期性地改變注水量和注入壓力引起大尺度縫洞連通體中流體流動狀態(tài)的變化(段塞流、管流)，在重力及浮力以及流動壓差綜合作用下，使管道盲端、微裂縫、相連溶洞、孔洞中的剩余油得到動用，實現(xiàn)擴大注水波及體積的目的?？p洞型油藏周期注水驅油機理的初步明確，為礦場不同巖溶背景下注水方式的優(yōu)選和注采參數(shù)的確定提供了理論依據(jù)。

塔河油田 縫洞型油藏 注水驅油 機理 周期注水

塔河油田奧陶系油藏是一個復雜的碳酸鹽巖縫洞型油藏，表現(xiàn)為儲集體在三維空間展布的無規(guī)律性、縫洞連通關系的多樣性以及油水關系的復雜性[1]。自2005年在個別多井縫洞單元開展單元注水試驗以來，單元注水見到了較好的效果[2]；截止2014年底注水規(guī)模達到65個單元，累計增油92.56×104t，單元注水開發(fā)已成為塔河油田縫洞型油藏提高采收率的一項主導技術。但是，隨著注水時間的持續(xù)，常規(guī)連續(xù)注水方式在縫洞型油藏中暴露出注水井以單向驅油為主、受效有效期較短、水驅動用程度較低的問題。為了提高注水效率，改善驅替效果和增加水驅控制程度，2013年逐步將砂巖油藏較為成熟的周期注水方式引入縫洞型碳酸鹽巖油藏，并通過現(xiàn)場實踐取得了一定效果。因此，在分析縫洞型碳酸鹽巖油藏不同巖溶背景注采關系特征的基礎上，利用室內數(shù)模實驗開展周期注水方式下流體流動特征和油水分布規(guī)律研究，以明確碳酸鹽巖縫洞型油藏中周期注水驅油機理。

1 注采關系特征

塔河油田斷裂的發(fā)育規(guī)模和局部構造形態(tài)控制了整個奧陶系巖溶的發(fā)育強度和儲集體展布，在不同儲集體發(fā)育模式下形成的儲集體類型、縫洞規(guī)模和組合模式不同。塔河油田主體區(qū)整體位于構造高部位，以風化殼巖溶為主；構造斜坡區(qū)深大斷裂控制了巖溶的發(fā)育強度和規(guī)模，形成了有利的斷控巖溶儲集體；發(fā)育的古水系促進了巖溶暗河系統(tǒng)的發(fā)育和形成。由于在風化殼巖溶、斷控巖溶、巖溶暗河三大主要地質背景下縫洞儲集體的類型、規(guī)模、連通介質、組合方式等各異，形成的注采關系各具特點。在風化殼巖溶發(fā)育區(qū)，儲集體以裂縫、孔洞、殘余溶洞為主，井間注采關系以“低注高采，縫注孔洞采、小洞注大洞采”為特點；在斷控巖溶發(fā)育區(qū)，方向性的微斷裂和裂縫連通溶洞，形成斷溶體油藏，井組以“等高注采、縫注洞采”的注采關系為主；在巖溶暗河發(fā)育區(qū)，沿暗河展布方向的注采井組易形成“低注高采、洞注洞采”的注采關系。縫洞型油藏的注采關系因不同巖溶地質背景下縫洞結構的不同而各異(圖1)。

圖1 不同地質背景巖溶縫洞發(fā)育模式

2 周期注水驅油機理

2.1流體流動特征

由于碳酸鹽巖縫洞型油藏的主要儲集空間為裂縫和溶洞，基質基本不具有儲集性，且縫洞儲集體的形態(tài)、規(guī)模和空間分布特征存在差異，導致縫洞組合模式相當復雜，使得流體的流動規(guī)律有別于常規(guī)砂巖油藏，是多種流動機理共同作用的耦合流動[3-5]。在縫洞型碳酸鹽巖油藏中起連通作用的裂縫多為溶蝕縫，流體在大尺度裂縫中流動毛細管力基本不起作用，流動以管流為主；當流體在巖溶暗河里流動時，則形成空腔流；在微裂縫發(fā)育區(qū)形成的微裂縫-溶蝕孔洞儲集體中則屬于達西滲流。大尺度裂縫和巖溶暗河里流體流動規(guī)律適合用Navier-Stokes方程來描述，微裂縫-溶蝕孔洞適合用達西滲流方程來描述[5]。巖溶管道和大尺度裂縫即是縫洞型油藏儲集空間，也是縫洞間的主要連通通道。所以縫洞型油藏的縫洞組合應主要包含大尺度裂縫、巖溶管道和溶洞，才能用于分析在注采關系下縫洞中的油水流動特征和分布規(guī)律，進一步認識注水驅油機理。

2.2驅油機理模擬分析

在常規(guī)砂巖油藏中周期注水方式作為一種提高水驅效率的方法，已形成了較為成熟的周期注水技術。周期注水作用機理與連續(xù)注水不完全一樣，是利用周期性地改變注水量和注入壓力，在油層中形成不穩(wěn)定的壓力狀態(tài)，引起不同滲透率層間或裂縫與基巖塊間液體不穩(wěn)定交滲流動，使滯留狀態(tài)的原油動用起來，提高注入水的利用率，擴大注入水波及體積，從而提高水驅采收率[6-9]。

圖2 縫洞型油藏縫洞組合模型示意

為了明確縫洞型碳酸鹽巖油藏在周期注水方式下，注入水的流動特征和油水的分布規(guī)律，運用CFD流體力學軟件，設計了包含大尺度裂縫、巖溶管道、溶洞、微裂縫和孔洞5種儲集空間類型的縫洞組合模型，且將模型水平放置在左側設計為注水端、右側設計為采油端進行模擬實驗(圖2)。

2.2.1 連續(xù)注水方式油水分布特征

模型首先進行了連續(xù)注水方式下的油水流動特征分析，從模擬時間截圖(圖3，a)可以看出，縫洞型油藏中連續(xù)注水方式的注水驅油具有以下4方面特點：1)注入水優(yōu)先占據(jù)巖溶管道和大尺度裂縫主通道并沿其展布方向推進；2)隨著注水時間的延續(xù)，注水波及范圍逐步橫向擴大，波及連接的溶洞和裂縫；3)注入水在巖溶管道和大尺度裂縫中呈活塞式驅替,在溶洞中存在繞流現(xiàn)象；4)水竄后的剩余油富集在主通道間的裂縫和次通道連接的溶洞和孔洞中。

圖3 連續(xù)注水、周期注水方式下的油水分布

2.2.2 周期注水方式油水分布特征

由于在周期注水方式中注水井采取“注水-停注”為周期的注水方式，所以在注水周期和停注周期中注水驅替和油水分布特征會存在一定的差異性。

1)停注周期

模型在連續(xù)注水方式水竄后轉周期注水方式進行模擬分析。首先對注水井停注，分析在停注周期內油水分布的變化特征。從停注周期的模擬時間截圖可以看出(圖3，b)，停注后隨驅動能量的減弱，整體采油端附近含水越來越少，注水端附近含水相對保持最高；受流動壓差的作用，部分注水波及孔洞的剩余油向與之連通的大尺度裂縫流動，壓力波及的溶洞內剩余油向巖溶管道流動；巖溶管道中的剩余油沿管壁兩側呈帶狀分布，大尺度裂縫中的剩余油呈段塞式分布，采出端附近剩余油零散分布。

2)注水周期

從模擬的注水周期油水分布圖(圖3,c)可以看出，在注水端注入水繼承前期水驅主通道方向推進，但受通道中剩余油、水分布的影響，注水波及的次級通道范圍有增大；注入水在大尺度裂縫中前期以油水兩相“段塞流”驅替為主，后期以水相單相“管流”為主；在巖溶管道中，以活塞式管流為主；注水周期驅動通道中重新聚集剩余油。

基于數(shù)模模擬所反映的周期注水方式下流體流動特征，再結合常規(guī)砂巖油藏周期注水驅油機理，類比分析縫洞型油藏中周期注水驅油機理。將縫洞型油藏與砂巖油藏周期注水驅油機理分為不同點和相同點(見表1)。

表1 周期注水驅油機理的異同點

驅油機理的相同點：

(1)周期注水在地層中造成不穩(wěn)定的壓力場，使油水在地層中不斷重新分布[10]；

(2)發(fā)揮重力及浮力的作用[11-12](縫洞型油藏中，各類巖溶縫洞組合關系下的注采關系不同，停注周期隨外加動力的逐漸減弱，浮力起主要作用；注水周期重力起主要作用)。

(3)周期性驅替壓差具有壓差解堵和彈性驅替作用。

驅油機理的不同點：

(1)驅替特點：常規(guī)砂巖油藏周期注水滲吸和壓差作用替油(停注周期時，由于清水巖石的自吸作用，小孔隙中的油被水置換出來進入大孔道，被注入水驅走)[13]；縫洞型油藏流動壓差作用驅油(在巖溶管道和大尺度裂縫通道中注入水呈活塞式驅動，見圖3，c)。

(2)連通介質：常規(guī)砂巖油藏連通介質為高滲帶或裂縫通道；縫洞型油藏以巖溶管道和大尺度裂縫為連通主要介質。

(3)剩余油賦存位置：常規(guī)砂巖油藏為低滲帶供油(孔隙、裂縫)；縫洞型油藏為管道盲端、微裂縫、相連溶洞和孔洞供油(圖3，b)。

(4)流動特征：常規(guī)砂巖油藏在不同滲透率層間產生交滲流動[14]；縫洞型油藏在巖溶管道和大尺度裂縫中產生段塞管流和管流。

通過周期注水驅油機理的類比分析認為，在具有大尺度的儲集空間和復雜連通介質的縫洞型油藏中，流體流動特征、油水分布規(guī)律以及流體力學作用機理與常規(guī)砂巖油藏明顯不同。總結認為在縫洞型油藏中周期注水驅油機理是：通過周期性地改變注水量和注入壓力引起大尺度縫洞連通體中流體流動狀態(tài)的變化(段塞流、管流)，在重力及浮力以及流動壓差綜合作用下，使管道盲端、微裂縫、相連溶洞和孔洞中的剩余油得到動用，實現(xiàn)擴大注水波及體積的目的。

3 現(xiàn)場實踐

周期注水提高水驅效果已被國內外大量的礦場試驗結果證實。在塔河油田縫洞型油藏中，從2013年開始對連續(xù)注水的低效注水單元開展了轉周期注水礦場試驗?，F(xiàn)場實施轉周期注水井組20個，注水效果得到改善井組17個，周期注水有效率達85%。

如風化殼巖溶發(fā)育區(qū)的TK617CH-TK629注采井組，TK629井在2011年11月開始轉單元注水，初期采取連續(xù)注水方式，注水強度350 m3，在2012年2月TK629井開始見效，后期通過調整注水強度，TK629井日產油量和含水率呈波動變化，含水率平均保持在75%以上。2013年2月TK617CH井轉周期注水，采用對稱型注25 d停25 d的注水周期，注水強度200 m3，實施3個周期后TK629井開始見效，日產油量從10 t/d逐步上升至30 t/d，含水率從86%快速下降到5%，注采井組生產狀況得到明顯改善(圖4)。該井組代表了在縫洞型油藏中利用周期注水方式改善水驅效果的成功例子，現(xiàn)場試驗證明在縫洞型油藏中采取周期注水方式是可行的。

圖4 TTK617CH-TK629井組注采曲線

4 結束語

縫洞型碳酸鹽巖油藏在各類地質背景下具有不同的縫洞組合結構，形成的注采關系各不相同。通過數(shù)值模擬和類比分析，探索總結了適用于各類地質背景下的縫洞型油藏中周期注水的驅油機理：即通過周期性地改變注水量和注入壓力引起大尺度縫洞連通體中流體流動狀態(tài)的變化(段塞流、管流)，在重力及浮力以及流動壓差綜合作用下，使管道盲端、微裂縫、相連溶洞、孔洞中的剩余油得到動用，實現(xiàn)擴大注水波及體積的目的。由于縫洞型油藏非均質型極強，縫洞關系結構的確定難度很大，對周期注水驅油機理的認識還需要結合其他手段進行綜合論證，以便更好地指導現(xiàn)場周期注水方式下水驅采收率的提高。

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(編輯 謝 葵)

Mechanism of cyclic water flooding in fractured-vuggy type carbonate reservoir

Zhang Xiao1,Li Xiaobo1,Rong Yuanshuai1,Yang Min1,Wu Feng2,Liu Dongqing1

(1.PetroleumExploration&ProductionResearchInstituteofNorthwestCompany,SINOPEC,Urumqi830011,China; 2.theStateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500 ,China)

Whether cyclic water flooding can be implemented in fractured-vuggy carbonate reservoir,it is still uncertain.Aiming at the problem,by analyzing the relationship between injection and production in fractured-vuggy reservoir under different karst background,a mechanism model of fractured-vuggy combination was built by a set of CFD fluid mechanic software.And then the cyclic waterflooding was stimulated on the model.The mechanism of cyclic water flooding was summarized by the analogy method.The fluid flow regime,slug flow and pipe flow,in the connected body of large-scale fractured-vuggy was converted by periodically changing the water injection rate and the injection pressure.Remaining oil in dead-end,micro-fracture,and connected vug was produced under the comprehensive effect of gravity,buoyancy,and differential pressure of flow.As a result,the water swept volume was increased.The mechanism can provide theoretical basis for selecting water flooding pattern and determining parameters of injection and production under different karst background.

Tahe Oilfield;fractured-vuggy type reservoir;water flooding;mechanism;cycle water injection

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.02.008

2017-02-15；改回日期：2017-03-22。

張曉(1982—)，工程師，現(xiàn)主要從事塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏開發(fā)工作。E-mail：113231218@qq.com。

國家科技重大專項(2016ZX05053)項目“塔里木盆地碳酸鹽巖油氣田提高采收率關鍵技術示范工程”項目資助。

TE341

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