梁尚斌

(中國石化西北油田分公司，新疆 輪臺(tái) 841604)

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多輪次壓降試井求取含油飽和度研究

梁尚斌

(中國石化西北油田分公司，新疆 輪臺(tái) 841604)

針對(duì)碳酸鹽巖縫洞型油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，常規(guī)測(cè)井解釋得到的靜態(tài)含油飽和度不能代表整個(gè)縫洞單元的實(shí)際情況，利用注水后悶井期間壓降試井技術(shù)手段，結(jié)合多輪次試井?dāng)?shù)據(jù)求解碳酸鹽巖縫洞單元的含油飽和度。在忽略溶洞巖石壓縮系數(shù)的條件下，將2輪次試井解釋得到的含油飽和度差值與實(shí)際采出量進(jìn)行試算，確定縫洞單元的控制體積，并精確計(jì)算縫洞單元剩余儲(chǔ)量。通過實(shí)例計(jì)算，該方法計(jì)算的縫洞體體積與地質(zhì)建模結(jié)果基本吻合，能有效計(jì)算縫洞型油藏剩余油飽和度及剩余儲(chǔ)量，對(duì)于后期挖潛剩余油具有指導(dǎo)意義。

試井解釋；含油飽和度；剩余儲(chǔ)量；碳酸鹽巖；縫洞型油藏；塔河油田

0 引 言

與常規(guī)碳酸鹽巖油藏相比，塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)集空間多樣，采收率偏低[1-5]。常規(guī)測(cè)井解釋得到的靜態(tài)含油飽和度只能反映近井地帶含油飽和度變化，對(duì)于塔河油田而言，近井地帶裂縫發(fā)育，經(jīng)過多輪次注水開發(fā)，裂縫系統(tǒng)含水率普遍較高，含油飽和度低，而遠(yuǎn)井地帶溶洞系統(tǒng)剩余油飽和度不可能通過測(cè)井方法有效表征。

基于物質(zhì)平衡原理，利用多輪次試井過程中物質(zhì)平衡關(guān)系，求解縫洞單元中的剩余油飽和度，凡是在試井過程中壓力波所波及的區(qū)域均可有效表征。相對(duì)于傳統(tǒng)靜態(tài)測(cè)井解釋技術(shù)，該方法有效提高了遠(yuǎn)井溶洞系統(tǒng)剩余油飽和度及剩余儲(chǔ)量的計(jì)算精度。

1 新滲流模型的建立

分析傳統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲流機(jī)理表征方法可以發(fā)現(xiàn)[6]，傳統(tǒng)方法主要是基于連續(xù)介質(zhì)場(chǎng)理論的雙重介質(zhì)滲流模型，其主要思路是選取一個(gè)能夠表征儲(chǔ)層基本性質(zhì)的特征體積單元，在單元內(nèi)部對(duì)介質(zhì)進(jìn)行均勻化處理，其關(guān)鍵在于表征單元大小的選取。對(duì)于塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏，儲(chǔ)集空間尺度跨度大，通?？缭?～3個(gè)數(shù)量級(jí)，難以選取一個(gè)有效的表征單元，這就導(dǎo)致基于傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)場(chǎng)理論的滲流研究方法在塔河碳酸鹽巖縫洞型油藏的應(yīng)用受到限制[7-9]。此次采用的表征方法與傳統(tǒng)方法主要區(qū)別在于：考慮了注水壓降過程中儲(chǔ)集體的物質(zhì)平衡狀態(tài)，對(duì)儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)不進(jìn)行簡(jiǎn)化。新的分析方法采用Worren-Root近似的假設(shè)，油藏儲(chǔ)集空間主要由溶洞系統(tǒng)構(gòu)成[10-11]，裂縫則是主要的滲流通道。

以現(xiàn)場(chǎng)注水壓降試井采集的井底流壓數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合碳酸鹽巖縫洞型油藏地質(zhì)特征作出推斷，地層內(nèi)部存在有限的溶洞和裂縫系統(tǒng)，基質(zhì)系統(tǒng)基本不具有孔滲性，裂縫系統(tǒng)與井底連通，在生產(chǎn)過程中，流體的流動(dòng)途徑是從溶洞系統(tǒng)流入裂縫系統(tǒng)，然后再通過裂縫系統(tǒng)流入井筒。而對(duì)于注水過程，流動(dòng)途徑和生產(chǎn)過程相反，即由井筒進(jìn)入裂縫，再由裂縫進(jìn)入溶洞[12]。

2 壓降機(jī)理解釋

基于以上新的滲流模型，將壓降試井過程中產(chǎn)生的壓力降落分為3個(gè)部分：流體為克服井筒附近區(qū)域的流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的壓降(表皮效應(yīng))；流體為克服裂縫系統(tǒng)內(nèi)部的流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的壓降；由裂縫系統(tǒng)向溶洞系統(tǒng)流動(dòng)而產(chǎn)生的壓降。

常規(guī)縫洞型油藏試井解釋方法主要基于雙重介質(zhì)理論，采用復(fù)合模型對(duì)試井資料進(jìn)行解釋，并假設(shè)地層只存在徑向流。然而，實(shí)際縫洞型油藏儲(chǔ)層具有高度非均質(zhì)性，導(dǎo)致常規(guī)試井解釋方法使用范圍受限。根據(jù)物質(zhì)平衡原理，裂縫中流體的減少量等于溶洞中流體的增加量，假設(shè)裂縫向溶洞流動(dòng)為擬穩(wěn)態(tài)，與油藏溶洞體積相比，忽略了井筒的存儲(chǔ)能力。

2015年，唐潮、陳小凡等人得到注水壓降試井過程中井底流壓與關(guān)井時(shí)間之間具有如下關(guān)系[13]：

pw=ps+Ce-α1t+De-α2t+Ee-α3t

(1)

式中：pw為試井過程中的井底壓力，MPa；ps為關(guān)井無限長(zhǎng)時(shí)地層所能恢復(fù)到的穩(wěn)定壓力，MPa；t為壓降試井關(guān)井時(shí)間，d；C、D、E、α1、α2、α3為待定系數(shù)。

在式(1)中，有3項(xiàng)為指數(shù)項(xiàng)，且均為時(shí)間的函數(shù)，分別描述了溶洞系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)、井筒附近表皮效應(yīng)產(chǎn)生的壓降。每個(gè)指數(shù)項(xiàng)均與相應(yīng)的物理現(xiàn)象有關(guān)：第1項(xiàng)表征油藏穩(wěn)定壓力與溶洞壓力的差值；第2項(xiàng)表征了流體沿裂縫流動(dòng)的壓力損耗；第3項(xiàng)表征了井筒與其周圍裂縫之間的壓差，表皮效應(yīng)直接影響著該壓差的大小。3項(xiàng)中的任意一項(xiàng)繪制在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，均可獲得1條直線。因此，將實(shí)測(cè)注水壓降曲線分解成圖1中的3部分，即直線CS、DW、EF。式(1)中，常數(shù)α1、α2、α3分別表示3條直線的斜率，C、D、E則表示3條直線在Y軸上的截距。

圖1 注水壓降機(jī)理

3 計(jì)算儲(chǔ)集體參數(shù)方法

根據(jù)物質(zhì)平衡原理，裂縫體積變化量計(jì)算公式為：

ΔVf=VfCfΔpf

(2)

式中：ΔVf為裂縫體積彈性變化量，m3；Vf為裂縫系統(tǒng)體積，m3；Cf為裂縫系統(tǒng)壓縮系數(shù)，MPa-1；Δpf為裂縫系統(tǒng)平均壓力變化值，MPa。

對(duì)式(2)求導(dǎo)后，可得注入速率與壓力變化速率之間的關(guān)系：

(3)

式中：qj為流體注入速率，m3/s；Bw為水的體積系數(shù)；pf為裂縫系統(tǒng)壓力，MPa。

裂縫系統(tǒng)壓力pf與關(guān)井無限長(zhǎng)地層壓力ps之間的差值可表示為：

Δpf=pf-ps=De-α2t

(4)

式中：pf為裂縫系統(tǒng)壓力，MPa。

式(3)、(4)聯(lián)立，即可得裂縫系統(tǒng)體積計(jì)算公式：

(5)

式(5)中的D為式(1)中的裂縫項(xiàng)系數(shù)，考慮裂縫中流體的作用，使用裂縫有效壓縮系數(shù)Cf-eff代替式中的Cf，其表達(dá)式為：

(6)

式中：Cf-eff為裂縫有效壓縮系數(shù)，MPa-1；Co為原油壓縮系數(shù)，MPa-1；Cw為地層水壓縮系數(shù)，MPa-1；Sof為裂縫系統(tǒng)中的含油飽和度；Swf為裂縫系統(tǒng)中的含水飽和度。

同理，溶洞系統(tǒng)體積計(jì)算公式為：

(7)

式中：Vr為溶洞系統(tǒng)體積，m3；Cr-eff為溶洞有效壓縮系數(shù)，MPa-1。

忽略溶洞巖石的可壓縮性，則Cr-eff表示為：

Cr-eff=SorCo+SwrCw

(8)

式中：Sor為溶洞系統(tǒng)中的含油飽和度；Swr為溶洞系統(tǒng)中的含水飽和度。

4 求解縫洞系統(tǒng)含油飽和度方法

由于碳酸鹽巖縫洞型油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，重力分異作用十分明顯，地下空間的縫洞單元展布較為復(fù)雜，不存在明顯的油水過渡帶，因此，測(cè)井解釋得到的含油飽和度參數(shù)不準(zhǔn)確，僅可作為近井地帶飽和度的參考。根據(jù)物質(zhì)平衡方程可得：

(9)

未飽和油藏中Ceff表示為：

(10)

式中：Cr為溶洞有效壓縮系數(shù)，MPa-1；Sof為裂縫含油飽和度；Swf為裂縫含水飽和度；φr為溶洞孔隙度；φf為裂縫孔隙度。

由于不同的含油飽和度對(duì)應(yīng)不同的有效壓縮系數(shù)，根據(jù)式(5)、(7)可得含油飽和度與儲(chǔ)集體體積之間的關(guān)系，并在笛卡爾坐標(biāo)系中繪制兩者的關(guān)系(圖2)。假設(shè)巖石不可壓縮，則可通過下列方法求解油藏整體的含油飽和度變化及體積，其結(jié)果較為準(zhǔn)確。

圖2 不同輪次聯(lián)解飽和度解釋

(1) 在同一個(gè)笛卡爾直角坐標(biāo)系中繪制曲線，描述2個(gè)任意不同輪次的儲(chǔ)集體體積和含油飽和度變化規(guī)律。

(2) 選擇其中一個(gè)儲(chǔ)集體體積，嘗試計(jì)算。如果所選的體積與對(duì)應(yīng)的不同輪次之間含油飽和度值之差的乘積與2個(gè)輪次之間的采油量相等，則所選體積即為所求得的體積，其對(duì)應(yīng)的含油飽和度為相應(yīng)輪次整體油藏的含油飽和度。

(3) 如果所得的結(jié)果不符合要求，則改變所選體積，重復(fù)操作步驟(2)，直到數(shù)據(jù)滿足要求，所選體積即為所求。

5 實(shí)例計(jì)算與分析

以TH12341井為例。根據(jù)試井資料可知，該井2010年8月、2011年11月分別做過注水壓降測(cè)試，期間共產(chǎn)原油6 000 m3(地下體積)。

(1) 縫洞單元剩余儲(chǔ)量=裂縫系統(tǒng)剩余儲(chǔ)量+溶洞系統(tǒng)剩余儲(chǔ)量，即根據(jù)式(1)、(5)、(7)解釋得到參數(shù)。利用式(11)，令剩余油飽和度St∈[0，1]，則可得到縫洞單元體積與剩余油飽和度的關(guān)系：

VtSot=VrSor+VfSof

(11)

式中：Vt為縫洞系統(tǒng)總體積，m3；Sot為縫洞系統(tǒng)含油飽和度。

(2) 根據(jù)2次試井資料所獲參數(shù)，可作出單井控制體積與綜合含油飽和度之間的關(guān)系曲線(圖3)。

圖3 TH12341井不同輪次體積與含油飽和度關(guān)系

(3) 選取不同的縫洞體體積，試算所對(duì)應(yīng)的含油飽和度(表1)，若不同輪次計(jì)算得到的剩余儲(chǔ)量變化量等于兩輪次試井間隔產(chǎn)出油量，則所選體積即為所求。

表1 TH12341井體積試算

(4) 經(jīng)過結(jié)果篩選可以發(fā)現(xiàn)，TH12341井單井控制體積為12.33×104m3，從2010年8月至2011年11月，累計(jì)產(chǎn)油6 000 m3，含油飽和度由26.7%降至21.9%。該方法計(jì)算的儲(chǔ)集體體積與地震數(shù)據(jù)體地質(zhì)建模的結(jié)果基本吻合。

6 結(jié) 論

(1) 針對(duì)塔河碳酸鹽巖縫洞型油藏非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，考慮注水壓降流體流動(dòng)過程，建立了基于物質(zhì)平衡原理的縫洞系統(tǒng)滲流新模型。新模型能夠較好地反應(yīng)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，且只需通過簡(jiǎn)單的圖解即可確定表達(dá)式中的待定系數(shù)，適合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐。

(2) 通過多輪次試井解釋資料聯(lián)立方程，可以定量求解單井縫洞單元剩余油飽和度，對(duì)于后期油藏挖潛具有指導(dǎo)意義。

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編輯 姜 嶺

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.019

20160225；改回日期：20160720

國家自然基金青年基金項(xiàng)目“考慮啟動(dòng)條件和井筒壓降的底水油藏分支水平井水脊耦合模型”(51404201)；油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題項(xiàng)目“底水油藏多分支井出水部位和見水時(shí)間預(yù)測(cè)模型”(PRP/open1501)

梁尚斌(1969-)，男，高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油藏工程專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)工作。

TE344

A

1006-6535(2016)05-0082-04