魯新便，榮元帥，李小波，吳 鋒

(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(xué) 油氣藏與地質(zhì)國家重點實驗室，四川 成都 610500)

碳酸鹽巖縫洞型油藏注采井網(wǎng)構(gòu)建及開發(fā)意義
——以塔河油田為例

魯新便1，榮元帥1，李小波1，吳 鋒2

(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(xué) 油氣藏與地質(zhì)國家重點實驗室，四川 成都 610500)

為了建立一套能夠反映塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏復(fù)雜縫洞結(jié)構(gòu)和連通關(guān)系的注采井網(wǎng)。從不同巖溶地質(zhì)背景特征出發(fā)，通過分析風(fēng)化殼型、斷控型和暗河型儲集體的縫洞空間結(jié)構(gòu)特征、注采關(guān)系特點和井網(wǎng)形式，提出了“注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)”的理論概念，即以縫洞體空間展布為基礎(chǔ)，結(jié)合縫洞形態(tài)、尺度、連通結(jié)構(gòu)等信息，在三維空間上構(gòu)建注水井與采油井之間的配置關(guān)系，最大程度提高縫洞控制、水驅(qū)儲量動用及采收率。研究認為：風(fēng)化殼型注采關(guān)系以“低注高采，縫注孔洞采、小洞注大洞采”為特點，適宜建立“面狀”注采井網(wǎng)；斷控型注采井組以“等高注采、縫注洞采、邊注中采”的注采關(guān)系為主，應(yīng)建立“條帶狀”的注采井網(wǎng)；暗河型注采井組易形成“低注高采、洞注洞采”的注采關(guān)系，可建立“線狀”注采井網(wǎng)。同時應(yīng)形成與井網(wǎng)形式相匹配的差異化注水方式，以全面體現(xiàn)注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)“多向注采、多段注采、立體注采”的構(gòu)建目標(biāo)。

注采關(guān)系；注水開發(fā)；注采井網(wǎng)；縫洞型油藏；提高采收率;塔河油田；塔里木盆地

塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏儲集體以構(gòu)造變形產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫與巖溶作用形成的孔、洞、縫為主，其中大型洞穴是最主要的儲集空間，裂縫既是主要的儲集空間，也是主要的連通通道[1-4]。碳酸鹽巖基質(zhì)基本不具有儲滲意義，儲集空間形態(tài)多樣，大小懸殊，分布不均，且具有很強的非均質(zhì)性。它既不同于中東地區(qū)碳酸鹽巖裂縫型油藏，也不同于中國東部典型的碳酸鹽巖裂縫-孔洞型油藏，更不同于常規(guī)孔隙性砂巖油藏。目前，碎屑巖油藏已經(jīng)形成了成熟的行列井網(wǎng)和面積井網(wǎng)為主的規(guī)則井網(wǎng)部署方法，而縫洞型油藏構(gòu)建的為不規(guī)則注采井網(wǎng)，可借鑒的依據(jù)較少。鑒于碳酸鹽巖縫洞型油藏在不同巖溶背景下形成的儲集空間類型、縫洞結(jié)構(gòu)和連通關(guān)系存在較大差異性，相應(yīng)建立的井網(wǎng)形式、井組注采關(guān)系以及選擇的注水方式和注采參數(shù)應(yīng)該與之匹配[5]。

為此，筆者在系統(tǒng)分析碳酸鹽巖縫洞型油藏縫洞結(jié)構(gòu)、注采關(guān)系和基礎(chǔ)井網(wǎng)形式的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場注水開發(fā)實際，提出了碳酸鹽巖縫洞型油藏構(gòu)建“注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)”的理念概念，其綜合考慮碳酸鹽巖縫洞型油藏縫洞空間類型和縫洞結(jié)構(gòu)的差異性，在三維空間上優(yōu)化配制注水井和采油井的注采關(guān)系。本概念提出的意義在于突破了僅以平面部署注采井網(wǎng)的思想，將井網(wǎng)從二維平面結(jié)構(gòu)發(fā)展到三維空間結(jié)構(gòu)，建立了適應(yīng)縫洞儲集體空間結(jié)構(gòu)展布特點的注采井網(wǎng)，為碳酸鹽巖縫洞型油藏高效注水開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 縫洞型油藏結(jié)構(gòu)特征及注采關(guān)系特點

1.1 縫洞結(jié)構(gòu)的特殊性

碳酸鹽巖縫洞型油藏儲集體以縫洞為主，非均質(zhì)性極強，不同于碎屑巖連續(xù)分布的砂體。碎屑巖油藏以源巖機械搬運沉積為主，原生孔隙為主要儲集空間，儲集空間尺度相對均勻，儲集體發(fā)育相對連續(xù)[6]。塔河油田碳酸鹽巖油藏儲集體以縫洞為主，溶洞是主要的儲集空間，裂縫是主要的連通通道和連通路徑；平面上不同區(qū)域主要巖溶作用方式和強度存在差異，呈分區(qū)分帶分布；塔河油田主體區(qū)(巖溶高地)以地表風(fēng)化淋濾巖溶為主，多發(fā)育大型溶洞呈現(xiàn)片狀和網(wǎng)狀分布，溶洞之間的連通性好，展布范圍廣[7]；外圍區(qū)(巖溶斜坡)以斷裂控制的巖溶為主，縫洞發(fā)育沿斷裂帶呈條帶狀、樹枝狀的形式分布，溶洞的規(guī)模較小，整體連通性較差[8]?？v向上受多期巖溶作用存在分段特征，淺層剝蝕區(qū)保留表層巖溶帶、中深層斷控巖溶區(qū)保留垂向滲濾帶、深部的潛流溶蝕帶和徑流溶蝕帶以巖溶暗河形態(tài)保留。

1.2 開發(fā)基礎(chǔ)井網(wǎng)的構(gòu)建

塔河油田碳酸鹽巖油藏以縫洞單元為開發(fā)和管理目標(biāo)，實施“按洞布井、逐洞開發(fā)”原則，構(gòu)建了該類油藏的開發(fā)基礎(chǔ)井網(wǎng)?？p洞單元是由一個溶洞或若干個由裂縫網(wǎng)絡(luò)溝通的溶洞所組成的相互連通的縫洞儲集體，具有統(tǒng)一壓力系統(tǒng)和油水關(guān)系，是一個獨立的油藏，自成油水體系[9]。在縫洞單元開發(fā)中，以縫洞儲集體的展布特征為依據(jù)，實施逐洞開發(fā)部署開發(fā)井。對風(fēng)化殼型儲集體的巖溶殘丘溶洞優(yōu)先部署、裂縫和孔洞次之；斷控縫洞型儲集體的主干斷裂優(yōu)先部署、次級斷裂次之；暗河型儲集體的主暗河段和深部暗河優(yōu)先部署、分支暗河和淺層暗河次之。對不同巖溶地質(zhì)背景下的縫洞儲集體，逐步形成不規(guī)則的開發(fā)井網(wǎng)形式。

1.3 注采井網(wǎng)和注采關(guān)系的特殊性

碳酸鹽巖縫洞型油藏注水井的部署遵循“縫洞結(jié)構(gòu)空間展布，考慮停產(chǎn)、低產(chǎn)低效和試注井逐步完善注采井網(wǎng)，整體部署、分步實施、調(diào)整優(yōu)化”的原則初步形成了注采基礎(chǔ)井網(wǎng)。由于縫洞型油藏儲集體具有較強的非均質(zhì)性特征和不規(guī)則的開發(fā)基礎(chǔ)井網(wǎng)，所以構(gòu)建的注采井網(wǎng)為不規(guī)則注采井網(wǎng)，其明顯不同于砂巖油藏行列注采井網(wǎng)和面積注采井網(wǎng)。在注采關(guān)系上，砂巖油藏分層注采，注采對應(yīng)關(guān)系清楚；縫洞型油藏注入井與采出井對應(yīng)關(guān)系復(fù)雜、不明確。

2 注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)的提出及構(gòu)建

2.1 注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)理論概念的提出及意義

目前的注采井網(wǎng)是基于產(chǎn)能建設(shè)期以大洞為主要動用對象的基礎(chǔ)井網(wǎng)，相對獨立的小尺度縫洞控制程度低，平面上水驅(qū)以局部單向注水為主，縱向上為表層注采為主，注采井網(wǎng)對儲量有效控制及動用較低?；诳p洞型油藏縫洞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及在空間分布的不規(guī)則性，提出了縫洞型油藏構(gòu)建注采井網(wǎng)為“注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)”，即以縫洞體空間展布為基礎(chǔ)，結(jié)合縫洞形態(tài)、尺度、連通結(jié)構(gòu)等信息，在三維空間上構(gòu)建注水井與采油井之間的配置關(guān)系，最大程度提高縫洞控制、水驅(qū)儲量動用及采收率?！白⒉煽臻g結(jié)構(gòu)井網(wǎng)”提出的意義在于突破了僅以平面部署注采井網(wǎng)的思想，將井網(wǎng)從二維平面結(jié)構(gòu)發(fā)展到三維空間結(jié)構(gòu)，建立了適應(yīng)縫洞儲集體空間結(jié)構(gòu)展布特點的注采井網(wǎng)。

2.2 不同儲集體類型下空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)的構(gòu)建

由于碳酸鹽巖縫洞型油藏主要可分為風(fēng)化殼型儲集體、斷控型儲集體和暗河型儲集體類型，其在不同儲集體中的縫洞結(jié)構(gòu)和連通狀況均不同，所以注采井網(wǎng)的空間展布形態(tài)也應(yīng)不同。

風(fēng)化殼型：儲集體連通方向多樣，注采井網(wǎng)為不規(guī)則的“面狀”井網(wǎng)形式。表層巖溶帶上發(fā)育的風(fēng)化殼型儲集體是塔河油田主要的儲集體發(fā)育模式，其主要發(fā)育在風(fēng)化面0～60 m內(nèi)，具有巖溶強度大，影響范圍廣，基于局部構(gòu)造呈面狀分布的特點[10]。裂縫、孔洞、殘余溶洞為主要的儲集空間，井間的裂縫和巖溶管道是井間主要的連通介質(zhì)，在注采井間具有多向連通、多向受效，受效特征明顯和有效期較長的特點，所以構(gòu)建的注采井網(wǎng)形式為“面狀”井網(wǎng)。如TK611井區(qū)，發(fā)育的溶洞和裂縫使井區(qū)縫洞結(jié)構(gòu)整體呈面狀分布，同時溶洞之間存在多條連通通道，根據(jù)儲集體的分布特征，建立“面狀”的注采井網(wǎng)，可實現(xiàn)對縫洞最大程度的控制(圖1a)。

斷控型：儲集體沿斷裂方向展布，注采井網(wǎng)為“條帶狀”井網(wǎng)形式。斷控型儲集體主要包含了主干斷裂帶和次級斷裂帶縫洞。主干斷裂帶為巖溶作用提供了主要通道，伴生的次級斷裂為巖溶的發(fā)育提供了有利條件，油氣運移后形成了油氣富集且規(guī)模較大的沿斷裂帶分布的油氣富集帶。斷控型儲集體的裂縫和孔洞比較發(fā)育，特別是方向性的裂縫為井間主要連通通道和連通路徑，導(dǎo)致注采井組具有受效方向單一、注水井控制有限的特點[11]；因此，在斷控型儲集體上構(gòu)建的注采井網(wǎng)主要為“條帶狀”井網(wǎng)形式。如TP226X井區(qū)，儲集體受主干斷裂控制，溶洞沿斷裂延展方向分布；注水井主要部署在裂縫上，油井主要部署在溶洞上，建立“條帶狀”的注采井網(wǎng)形式(圖1b)。

暗河型：儲集體為巖溶暗河，注采井網(wǎng)為沿暗河展布的“線狀”井網(wǎng)形式。在潛流溶蝕帶上的古暗河巖溶儲集體的形成是受地表水系和地下暗河的雙重作用，在平面上分為主暗河和分支暗河、縱向上分淺層暗河和深部暗河[12]。暗河巖溶主要在距風(fēng)化面60～220 m的中深部，以較大規(guī)模溶洞為主；同時通過縱向高角度裂縫局部溝通形成了淺層暗河和深部暗河連通的巖溶暗河系統(tǒng)。巖溶暗河上的注采井組具有連通方向明確，受效期長的特點，因此巖溶暗河上構(gòu)建的注采井網(wǎng)呈“線狀”分布，以實現(xiàn)平面主暗河、分支暗河和縱向淺層暗河、深部暗河的有效控制。如S67井區(qū)，發(fā)育淺層和深部暗河，且局部暗河段縱向連通，注水井主要部署在暗河低部位，實施暗河平面分段，縱向分層驅(qū)替，構(gòu)建“線狀”注采井網(wǎng)形式(圖1c)。

圖1 塔河油田3種巖溶地質(zhì)背景下的井網(wǎng)形式Fig.1 Well patterns in three kinds of karst geological backgrounds in Tahe oilfielda.風(fēng)化殼巖溶井網(wǎng)形式；b.斷控巖溶井網(wǎng)形式；c.暗河巖溶井網(wǎng)形式

3 注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)下注采關(guān)系的建立及開發(fā)對策

3.1 不同空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)下注采關(guān)系的建立

基于不同巖溶地質(zhì)背景構(gòu)建了相應(yīng)的井網(wǎng)形式，但不同空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)下注采關(guān)系受儲集體類型影響，仍然存在一定差異性。從開發(fā)實踐中認識到，在表層風(fēng)化殼巖溶發(fā)育帶上，以裂縫、孔洞、殘余溶洞為儲集空間，巖溶管道和發(fā)育的裂縫連通井間，井組注采關(guān)系以“低注高采，縫注孔洞采、小洞注大洞采”為特點；如TK652-TK605CH注采井組,TK605CH在表層漏失自然投產(chǎn),TK652井在距風(fēng)化面40～60 m酸壓,并后期轉(zhuǎn)注水,井組建立縫注洞采,低注高采的注采關(guān)系，注水后TK605CH井日產(chǎn)油量從22 t/d上升到50 t/d,含水率從30%下降到零(圖2)。

在斷控型儲集體發(fā)育區(qū)，方向性的斷裂連通溶洞，注采井組建立以“等高注采、縫注洞采、邊注中采”的注采關(guān)系為主。如TK836CH-TK743注采井組，油井產(chǎn)層段均在距風(fēng)化面60 m以內(nèi)，TK836CH井位于裂縫之上，TK743井位于溶洞之上，TK836H井轉(zhuǎn)注后，沿裂縫延展方向的TK743井明顯見效，日油水平從注水前的10 t/d，上升到40 t/d，含水率從80%下降到20%，注采效果顯著(圖3)。

在巖溶暗河儲集體發(fā)育區(qū)，平面上形成分段的暗河管道儲集體，沿暗河局部連通的注采井易形成“低注高采、洞注洞采”的注采關(guān)系。如TK440-TK449H注采井組，TK440井在深部暗河累計產(chǎn)油4×104t，TK449井在淺層暗河段漏失投產(chǎn)，TK440在暗河段轉(zhuǎn)注后，實施大排量持續(xù)注水，TK449H井日產(chǎn)油量油從5 t/d上升到100 t/d，含水率從95%下降為零，并且保持長期的穩(wěn)定受效(圖4)。

3.2 注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)下的開發(fā)對策

注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)倡導(dǎo)立體注水開發(fā)是鑒于縫洞型油藏縫洞結(jié)構(gòu)在“體”上的復(fù)雜性，區(qū)別于碎屑巖油藏“層”的開發(fā)方式，根據(jù)儲集體發(fā)育規(guī)律、致密段分布、剩余油分布及連通狀況，構(gòu)建立體的注水開發(fā)井網(wǎng)。由于儲集體展布的不規(guī)則性，建立不同儲集體類型下的注采井網(wǎng)形式一定要與儲集體的空間發(fā)育規(guī)律相匹配[13]，同時考慮井間連通性和剩余油分布，使建立的注采井網(wǎng)在空間上形成較好的對應(yīng)關(guān)系。

圖2 塔河油田風(fēng)化殼巖溶背景TK652-TK605CH井區(qū)縫洞結(jié)構(gòu)(a)和注采曲線(b—e)Fig.2 Fracture-vug structure (a) and injection-production curves (b—e) of TK652-TK605CH wellblock in weathered crust background in Tahe oilfield

圖3 塔河油田斷控巖溶背景TK836CH-TK743井區(qū)縫洞結(jié)構(gòu)(a)和注采曲線(b—e)Fig.3 Fracture-vug structure (a) and injection-production curves (b—e) in TK836CH-TK743 wellblock in fault-controlling karst background in Tahe oilfield

儲集體類型風(fēng)化殼型暗河型斷控縫洞型井網(wǎng)形式面狀線狀條帶狀受效階段受效初期連續(xù)注水連續(xù)注水周期注水受效中期周期注水連續(xù)注水非對稱不穩(wěn)定注水受效后期非對稱不穩(wěn)定注水換向注水非對稱不穩(wěn)定注水

在注水方式上，根據(jù)不同的井網(wǎng)形式和受效階段選擇差異化的注水方式，如表1 所示，風(fēng)化殼型儲集體的“面狀”井網(wǎng)，在受效初期采取連續(xù)注水，以彌補虧空，建立連通關(guān)系為主；在受效中期實施周期注水，以增大波及體積，改驅(qū)替效率；在受效后期轉(zhuǎn)換為非對稱不穩(wěn)定注水，實施短注長停，改變井間液流場分布，動用弱通道井間剩余油。通過分階段的優(yōu)化注水方式在注采井網(wǎng)中，以全面體現(xiàn)注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)“多向注采、多段注采、立體注采”的構(gòu)建目的。

如風(fēng)化殼巖溶地質(zhì)背景下的TK617CH-TK629注采井組，初期采取350 m3/d注水強度連續(xù)注水，受效初期TK629井見效緩慢、特征不明顯，含水率從95%下降為70%；在受效中期采取對稱型周期注水方式，增大了注水波及范圍，見效后TK629井含水率從80%下降為25%，并且油井受效持續(xù)時間長達12個月；在TK629井含水率開始回升后，轉(zhuǎn)換注水方式為短注長停的非對稱不穩(wěn)定注水方式，油井含水上升速度得到有效的控制(圖5)。

4 結(jié)論

提出了碳酸鹽巖縫洞型油藏“注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)”的構(gòu)建理念概念，該概念以縫洞體空間展布為基礎(chǔ)，考慮縫洞形態(tài)、尺度、結(jié)構(gòu)、連通狀況的差異性，構(gòu)建不同縫洞結(jié)構(gòu)下的井網(wǎng)形式、注采關(guān)系及開發(fā)對策，為碳酸鹽巖縫洞型油藏高效注水開發(fā)提供重要參考。

圖5 塔河油田風(fēng)化殼巖溶背景TK617CH-TK629井組注采曲線Fig.5 Injection-production curves of TK617CH-TK629 well group in karst background of weathered crust in Tahe oilfield

在縫洞型油藏開發(fā)建設(shè)的生命周期內(nèi)，注采井網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建貫穿油田開發(fā)始終。碳酸鹽巖縫洞型油藏注采空間結(jié)構(gòu)井網(wǎng)的提出的意義在于突破了僅以平面部署注采井網(wǎng)的思想，將井網(wǎng)從二維平面結(jié)構(gòu)發(fā)展到三維空間結(jié)構(gòu)；建立了適應(yīng)縫洞儲集體特征的注采井網(wǎng)形式。但是，要實現(xiàn)不同井網(wǎng)形式下的高效注水開發(fā)還需要建立與井網(wǎng)形式相匹配的注水技術(shù)政策。

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(編輯 張亞雄)

Construction of injection-production well pattern in fractured-vuggy carbonate reservoir and its development significance: A case study from Tahe oilfield in Tarim Basin

Lu Xinbian1,Rong Yuanshuai1,Li Xiaobo1,Wu Feng2

(1.PetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,NorthwestOilfieldCompany,SINOPEC，Urumqi,Xinjiang830011，China; 2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReserviorGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China)

It is desirable to establish an injection-production well pattern that can reflect the complex fracture-vug structure and connectivity of the fractured-vuggy carbonate reservoir in Tahe oilfield.The fracture-vug spatial structure characteristics of reservoirs of weathering crust type,fault-controlling type and underground river type were comprehensively analyzed in the geological contexts of various karst types.These in combination with the analysis of characteristics of injection-production relationship and basic well patterns led to the concept of “injection-production spatial structure well pattern”.It is to establish the relationship of injector and producer in a three dimensional space based on the spatial distribution of fracture-vug complex and in combination with parameters of fracture-vug such as morphology,scale and connectivity,so as to maximize control of fracture-vug,producing reserves of waterflooding and recovery factor.The results show that the injector-producer relationship for reservoirs of weathering crust type is characterized by “injector at lower location and producer at higher location,injection through fractures and production through vugs ,injection through smaller vugs and production through larger vugs,thus “plane” injection-production well pattern is suitable.The injector-producer relationship for reservoirs of fault-controlling type is characterized by “isoheight injection and production,injection through fractures and production through vugs”,thus banded injection-production well pattern should be adopted.The injector-producer relationship for underground river type is characterized by “injector at lower location and producer at higher location,injection through vug and production through vug”,thus linear injection-production well pattern is suitable.In addition,differential water injection schemes should be selected according to the well pattern,so as to realize the goal of this concept,i.e.multi-direction injection-production,multi-segment injection-production and spatial injection-production.

injection-production relationship,water flooding,injection-production well pattern,fractured-vuggy reservoir,EOR，Tahe oilfield,Tarim Basin

2017-02-12;

2017-07-10。

魯新便(1963—)，男，博士、教授級高級工程師，碳酸鹽巖縫洞型油藏開發(fā)地質(zhì)及油藏工程設(shè)計。E-mail:lxbmail@.com。

國家科技重大專項(2016ZX05053)；中石化控遞減重大專項(ZDP17003)。

0253-9985(2017)04-0658-07

10.11743/ogg20170403

TE324

A