戴彩麗, 方吉超, 焦保雷, 何 龍, 何曉慶

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院,山東青島 266580; 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266580; 3.中國(guó)石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院,新疆烏魯木齊 830011)

碳酸鹽巖油藏約占世界石油儲(chǔ)量的52%、全球油氣總產(chǎn)量的60%,油藏物性較好,以裂縫型油藏為主,油田產(chǎn)量高,是世界重要的石油增儲(chǔ)上產(chǎn)領(lǐng)域之一[1-2]。中國(guó)西部碳酸鹽巖油藏儲(chǔ)量豐富,約占探明儲(chǔ)量的2/3,但油藏條件極為苛刻,具有世界唯一性,大型溶洞-裂縫錯(cuò)綜復(fù)雜發(fā)育,水驅(qū)采收率極低[3-4]。以中國(guó)典型碳酸鹽巖縫洞型油藏塔河油田奧陶系縫洞油藏為例[5-6],其水驅(qū)采收率僅為14.9%,剩余油豐富,亟待提高縫洞型油藏原油采收率。碳酸鹽巖縫洞型油藏儲(chǔ)集體異于砂巖油藏,多為溶洞-裂縫復(fù)雜組合體,尺度復(fù)雜多變,以溶洞和大型裂縫為主,溶洞規(guī)模較大且連通形式多樣,空間展布復(fù)雜,非均質(zhì)性極強(qiáng)[7-8]。另外中國(guó)碳酸鹽巖縫洞型油藏埋藏較深,地層條件極為苛刻,如塔河縫洞型油藏埋藏超深(井深大于5 000 m),超高溫高壓(溫度高于125 ℃,壓力大于60 MPa),給縫洞型油藏提高采收率帶來巨大的困難。筆者圍中國(guó)繞縫洞型油藏提高采收率技術(shù)相關(guān)難題,結(jié)合油田實(shí)際,闡述縫洞型油藏儲(chǔ)集體描述、物理模擬手段、剩余油分布及提高采收率方法等4個(gè)方面在縫洞型油藏提高采收率技術(shù)中的研究進(jìn)展,探討未來中國(guó)縫洞型油藏提高采收率技術(shù)研究的關(guān)鍵和發(fā)展方向。

1 縫洞型油藏儲(chǔ)集體描述

縫洞型油藏儲(chǔ)集體精細(xì)描述是實(shí)現(xiàn)提高采收率研究的關(guān)鍵?？p洞型油藏儲(chǔ)集體異于常規(guī)砂巖油藏,由不同尺度的溶洞和裂縫組合而成,它的縫洞尺寸級(jí)別從幾微米/幾十微米到幾米/幾十米不同,尺寸跨度巨大,難以精確描述各部分的形態(tài)。另外縫洞型油藏沒有層的概念,縫洞連通錯(cuò)綜復(fù)雜,無法借鑒砂巖油藏分層描述方法,給縫洞型油藏儲(chǔ)集體的精確描述帶來困難。目前地震反演和鉆井勘探是描述縫洞型油藏儲(chǔ)集體形態(tài)的主要方法,已實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑超過5 m洞穴的識(shí)別[9-12],對(duì)于0.5～5 m的洞穴也可通過對(duì)數(shù)據(jù)的精細(xì)化處理進(jìn)行識(shí)別,對(duì)于更小尺寸的縫洞極難識(shí)別[13-14],而小型縫洞的發(fā)育遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于大型洞穴[15-16],且往往存在多層、網(wǎng)狀縫洞系統(tǒng)[17],無法精確刻畫儲(chǔ)集體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、連通性及連通關(guān)系[18-19],直接影響縫洞型油藏儲(chǔ)層勘探與開發(fā)。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)縫洞型油藏儲(chǔ)集體的精確描述,國(guó)內(nèi)地質(zhì)專家和油藏工程專家做了大量的工作,從地質(zhì)構(gòu)造和油藏工程兩方面對(duì)儲(chǔ)集體發(fā)育規(guī)律及縫洞分布特征進(jìn)行詳細(xì)描述,劃分了多種儲(chǔ)集體類型，指導(dǎo)縫洞型油藏開發(fā)。

1.1 以洞、縫、孔為基礎(chǔ)的構(gòu)造關(guān)系

碳酸鹽巖縫洞型油藏儲(chǔ)集體區(qū)別于砂巖油藏最主要特征在于沒有可循環(huán)重復(fù)的特征單元向三維方向復(fù)制擴(kuò)展,而是以洞、縫、孔為基本單元構(gòu)成的不規(guī)則組合體,這也造成了縫洞型油藏局部構(gòu)造的唯一性,無法通過室內(nèi)小范圍巖心實(shí)驗(yàn)向地層大范圍構(gòu)造變化進(jìn)行推測(cè),給地質(zhì)認(rèn)識(shí)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)帶來了巨大困難。從地質(zhì)學(xué)角度,縫洞型油藏儲(chǔ)集體最基本的構(gòu)成是洞、縫、孔,溶洞按尺寸可分為小洞和大洞,尺寸從毫米級(jí)至米級(jí)分布廣泛;裂縫尺寸介于幾微米至幾十微米,主要包括壓溶縫、收縮縫及構(gòu)造縫等;孔尺寸介于幾微米至幾百微米,主要包括基質(zhì)溶孔、晶間孔、粒內(nèi)孔、礫間孔及礫內(nèi)孔等[20-21]。在成藏過程中,洞、縫、孔是縫洞型油藏主要的油氣儲(chǔ)集空間[22]。裂縫既是油氣儲(chǔ)集空間也是連接孔洞的主要溝通通道[23-25],以高角度垂向發(fā)育為主,形成了大量復(fù)雜裂縫和斷裂系統(tǒng),連通性較好。碳酸鹽巖基質(zhì)基本不存在儲(chǔ)滲能力,對(duì)油藏流體流動(dòng)具有滲流屏障作用,也是油氣理想的圈閉保護(hù)屏障[26]。儲(chǔ)集空間存在相對(duì)的位置關(guān)系,難以形成連續(xù)規(guī)則的儲(chǔ)集體,一般按相對(duì)位置關(guān)系可分為6類,分別為廣義基質(zhì)、孤立裂縫網(wǎng)絡(luò)、孤立溶洞、裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、裂縫-溶洞系統(tǒng)和溶洞系統(tǒng)[27]。多種復(fù)雜的縫洞儲(chǔ)集體類型組合形成了碳酸鹽巖縫洞型油藏。在油藏尺度上,特別是在巖溶作用比較完整的縫洞型油藏一般可以按一定規(guī)律進(jìn)行分區(qū)。許多專家學(xué)者對(duì)塔河油田巖溶型碳酸鹽巖縫洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精細(xì)研究,認(rèn)為徑流帶地下河系統(tǒng)是重要油氣聚集場(chǎng)所,提出了表層巖溶帶、滲流巖溶帶和徑流巖溶帶[28-30],如圖1所示。表層巖溶帶以沉積物或角礫巖充填地表河和落水洞發(fā)育為主,礫間孔隙和裂縫為主要儲(chǔ)存空間。滲流巖溶帶高角度裂縫和充填駐水洞大量發(fā)育,也是溝通表層巖溶帶和徑流巖溶帶重要通道。徑流巖溶帶發(fā)育大型溶洞和縫洞組合體,儲(chǔ)集空間大,高產(chǎn)井一般與縫洞型油藏徑流巖溶帶直接相通。

圖1 塔河油田巖溶分帶及其縫洞發(fā)育結(jié)構(gòu)模式[28]Fig.1 Karst zone and fracture-cavity construction model in Tahe Oilfield

1.2 縫洞型油藏儲(chǔ)集體的儲(chǔ)運(yùn)特征

以洞、縫、孔為基礎(chǔ)的地質(zhì)構(gòu)造使得縫洞型油藏的儲(chǔ)集體形態(tài)與油藏流體流動(dòng)不同于砂巖油藏多孔介質(zhì)儲(chǔ)運(yùn)特征。油藏成藏的不連續(xù)性和運(yùn)移空間尺度效應(yīng)是碳酸鹽巖縫洞型油藏最主要特征,原油主要富集在大型溶洞及與之相連的裂縫帶,基質(zhì)具有極強(qiáng)的屏蔽作用,而作為連通通道的裂縫尺寸遠(yuǎn)大于多孔介質(zhì)孔隙尺寸。這造成了縫洞型油藏儲(chǔ)運(yùn)特征的復(fù)雜性,同時(shí)存在管流特征和滲流特征,大型縫洞體內(nèi)流態(tài)為典型的管流,微小孔縫內(nèi)流態(tài)則表現(xiàn)出滲流特征。以塔河典型油藏奧陶系縫洞型油藏為例,從儲(chǔ)集體的發(fā)育特征角度,李陽等[19]認(rèn)為地下河系統(tǒng)和巖溶洞穴系統(tǒng)原油儲(chǔ)量最為豐富,貢獻(xiàn)了塔河油田95%以上的產(chǎn)能。不同尺寸的裂縫溝通溶洞儲(chǔ)存空間,形成了復(fù)雜縫洞網(wǎng)絡(luò),使得流體流動(dòng)既存在多孔滲流也存在宏觀尺寸流動(dòng)特點(diǎn)。李宗宇等[31-33]研究發(fā)現(xiàn)縫洞型油藏中發(fā)育大量的微裂縫和微小孔洞,其綜合尺度按油層物理和油藏工程理論屬于滲流范圍,但是實(shí)際生產(chǎn)中也存在一定的宏觀水動(dòng)力學(xué)特點(diǎn),如漩渦、回流、虹吸等現(xiàn)象。王殿生等[34]將復(fù)雜的縫洞儲(chǔ)運(yùn)關(guān)系概括為兩種最基本的類型,分別為裂縫-孔隙型(裂縫型)和裂縫-溶洞型(縫洞型)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),縫洞型油藏的開采特征有著明顯的區(qū)域化,不同區(qū)域內(nèi)的溫壓系統(tǒng)有所不同,同一區(qū)域的溫壓系統(tǒng)一致,表明縫洞型油藏不同區(qū)域的連通性較差,而同一區(qū)域的連通性較好。陳志海等[35]從油藏成藏及油藏連通性角度提出了“縫洞單元”的基本概念,并闡述了縫洞單元的劃分方法及原則,每個(gè)縫洞單元內(nèi)具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)及相似的流體性質(zhì),是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的油氣開采基本單位。結(jié)合儲(chǔ)集體類型與含油氣狀態(tài),康志江等[36]將縫洞型油藏劃分5種類型,分別為溶洞為主的低飽和縫洞型油藏、縫洞為主的低飽和縫洞油藏、縫孔為主的低飽和縫洞型油藏、具氣頂?shù)倪^飽和縫洞型油藏和稠油縫洞型油藏。

基于地質(zhì)構(gòu)造與油藏工程研究,縫洞型油藏的儲(chǔ)集體描述從最基本的洞、縫、孔構(gòu)成到多種復(fù)雜縫洞組合體,再到油藏尺度的儲(chǔ)層巖溶帶劃分,多角度多層次對(duì)縫洞型油藏的基本特征進(jìn)行綜述,指出了縫洞型油藏以大型溶洞和裂縫為主要儲(chǔ)集空間,裂縫作為主要的連通通道,存在復(fù)雜流體運(yùn)移行為,包括微觀滲透和宏觀水動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。結(jié)合縫洞型油藏連通性提出了“縫洞單元”概念,這為后期縫洞型油藏研究提供了基礎(chǔ)。但縫洞型油藏儲(chǔ)體描述多以定性描述為主,精細(xì)化程度較差,這給室內(nèi)提高采收率模擬實(shí)驗(yàn)帶來巨大困難,難以揭示縫洞油藏條件下的措施作用機(jī)制。

2 縫洞型油藏提高采收率物理模擬方法

室內(nèi)物理模擬技術(shù)是油藏開采特征描述的重要方法之一,也是最為重要的提高采收率研究手段之一。提高縫洞型油藏采收率方法研究的物理模擬技術(shù)旨在再現(xiàn)縫洞型油藏地下開采特征,明確剩余油分布規(guī)律,指導(dǎo)提高采收率研究方向,揭示措施方法的作用機(jī)制。隨著縫洞型油藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)及多相流體流動(dòng)規(guī)律研究的不斷深入,縫洞型油藏儲(chǔ)集體從地質(zhì)構(gòu)造和油藏工程多角度多層次進(jìn)行了深度刻畫,然而室內(nèi)物理模擬僅能根據(jù)研究需要從某一方面簡(jiǎn)單描述縫洞型油藏的流體流動(dòng)規(guī)律,始終無法利用室內(nèi)小巖心充分模擬縫洞型油藏的儲(chǔ)運(yùn)特征?？p洞型油藏室內(nèi)物理模擬技術(shù)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的二維特征模擬到復(fù)雜三維模擬、從單井縫洞模擬到縫洞單元模擬的發(fā)展[37-38],模擬手段與數(shù)據(jù)處理方法也從簡(jiǎn)單的圖像識(shí)別、直觀觀察分析剩余油分布狀態(tài),到目前實(shí)驗(yàn)分析與流體力學(xué)模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行嘗試,實(shí)現(xiàn)了從模擬形狀相似、流體流動(dòng)狀態(tài)相似及地層條件相似等多重吻合模擬,使得室內(nèi)物理模擬與地層實(shí)際相似程度越來越高。

為了得到縫洞型油藏某平面的開采特征,許多學(xué)者早期根據(jù)地質(zhì)條件建立了能在一定程度上反映儲(chǔ)層平面的簡(jiǎn)單二維模型,旨在為作者的觀點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證,多以理想可視化模型為主,難以擴(kuò)大到油藏尺度進(jìn)行指導(dǎo)性應(yīng)用。李江龍和王雷等[39-40]采用有機(jī)玻璃板二維光刻模型進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn),觀測(cè)二維平面水流通道形成及剩余油分布情況,但模型模擬維度較少,溶洞與裂縫尺寸比例制定與實(shí)際儲(chǔ)層差別較大,模型壁面與實(shí)際碳酸鹽巖地層相似性較差。為了改善理想模型的模擬效果,碳酸鹽巖壁面特征及縫洞結(jié)構(gòu)被引入室內(nèi)物理模擬[41-45],利用碳酸鹽巖石塊鉆孔或切割等形式制作裂縫型或縫洞型擬三維巖心,結(jié)合巖心夾持器中的不同擺放形態(tài),模擬真實(shí)地層的巖石壁面條件和縫洞型油藏結(jié)構(gòu),研究了縫洞結(jié)構(gòu)對(duì)水驅(qū)特征曲線的影響和縫洞型油藏的堵水效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果規(guī)律性較好。縫洞型油藏儲(chǔ)集體空間的強(qiáng)非均質(zhì)性造成其在三維各個(gè)方向的差異性均較大,現(xiàn)有的二維模型或擬三維模型無法與地層實(shí)際相對(duì)應(yīng),一般用于驗(yàn)證縫洞型油藏某些流動(dòng)規(guī)律及其他相關(guān)研究成果。

在二維模型的基礎(chǔ)上,增加縫洞型油藏的模擬維度,使模擬效果更加接近實(shí)際油藏,三維縫洞型油藏室內(nèi)物理模擬技術(shù)研究也經(jīng)過了一系列的發(fā)展過程。從簡(jiǎn)單的三維有機(jī)玻璃模型到現(xiàn)在相似度極高的碳酸鹽巖刻蝕模型,不但能夠模擬縫洞型油藏的局部連通結(jié)構(gòu),也能夠?qū)崿F(xiàn)縫洞單元整個(gè)井組開發(fā)模擬,模擬技術(shù)科學(xué)性日益提高,模擬效果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)性越來越強(qiáng)。有機(jī)玻璃可視化三維模型首先被引入模擬三維縫洞型油藏,這種模型較為簡(jiǎn)單,一般為一個(gè)或幾個(gè)溶洞通過一定寬度的透明長(zhǎng)方體縫相連,形成縫洞型油藏簡(jiǎn)單模型,模擬縫洞型油藏典型縫洞結(jié)構(gòu)的開發(fā)規(guī)律。張東等[46]利用三維雙洞可視化物理模型研究了洞-縫-洞介質(zhì)中水驅(qū)油注采規(guī)律研究,發(fā)現(xiàn)毛細(xì)管力能夠阻礙水流入裂縫,但模型概念化程度較高,是一個(gè)擬三維模型,模型僅在兩個(gè)維度上進(jìn)行了模擬,也未考慮碳酸鹽巖壁面與有機(jī)玻璃壁面差異,模擬手段相對(duì)簡(jiǎn)單。為了得到有效的三維模擬方法,呂愛民等[47]將規(guī)則的縫洞體向三維方向復(fù)制延伸,形成了多層三維網(wǎng)絡(luò)縫洞模型,但沒有充分考慮裂縫形態(tài)及縫洞尺寸差異,模擬效果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際差異性較大。侯吉瑞等[48-49]從另一個(gè)角度出發(fā),以實(shí)際井組地質(zhì)解釋模型為基礎(chǔ)等比例縮小,制作了三維縫洞單元物理模型,并且考慮了不同層位的填充率,其模型流動(dòng)方面盡量滿足雷諾數(shù)相等,模擬效果較好(圖2),然而此模型過分依賴縫洞型油藏地質(zhì)解釋,對(duì)于分辨較差的地方模糊處理,僅能在生產(chǎn)動(dòng)態(tài)上盡量模擬實(shí)際生產(chǎn)狀況,難以揭示局部提高采收率措施機(jī)制。另外3D地質(zhì)模型重現(xiàn)技術(shù)也被引入縫洞型油藏物理模擬,利用已有的縫洞型油藏地質(zhì)解釋模型進(jìn)行輪廓重構(gòu),導(dǎo)入3D打印設(shè)備,進(jìn)行地層縫洞輪廓構(gòu)筑,此方法與侯吉瑞等研究方法類似[50-51],過分依賴對(duì)縫洞型油藏的地質(zhì)解釋,而目前地質(zhì)解釋方法難以分辨小于0.5 m的縫洞結(jié)構(gòu),這給3D重現(xiàn)地質(zhì)模型帶來了難以克服的困難。

圖2 油藏原型各層縫洞結(jié)構(gòu)示意圖與實(shí)物圖[48-49]Fig.2 Comparison of fractured vuggy structures between physical model and real core for each layer

縫洞型油藏室內(nèi)物理模擬研究不但需要外形相似,更多地要求動(dòng)力和流體運(yùn)動(dòng)相似,才能充分模擬油藏尺度下局部流體流動(dòng)特征,指導(dǎo)縫洞型油藏提高采收率實(shí)驗(yàn)研究,揭示提高采收率方法作用機(jī)制。王敬和劉中春等[50-51]根據(jù)油藏特點(diǎn)及縫洞中流體流動(dòng)規(guī)律,引入相似理論及特征參數(shù),從形狀、動(dòng)力及流體運(yùn)動(dòng)三方面相似設(shè)計(jì)了以溶洞為基礎(chǔ)的縫洞系統(tǒng)(表1),特征參數(shù)一般包括配位數(shù)(即溶蝕孔洞所連通的裂縫條數(shù))與填充程度(溶蝕孔洞的充滿程度),模擬主體以單一溶洞為基礎(chǔ),進(jìn)行局部流動(dòng)和剩余油分布研究。這種方法其實(shí)是為了達(dá)到精確模擬地下縫洞儲(chǔ)集體的一種妥協(xié),將大致相似的縫洞結(jié)構(gòu)與流體流動(dòng)形態(tài)進(jìn)一步匹配,達(dá)到相似性模擬,是一種較為理想的模擬方法。相似理論方法主要包括形狀相似、流動(dòng)相似、動(dòng)力相似及特征參數(shù)相似。油藏尺度的形狀相似較為容易實(shí)現(xiàn),借助油藏地質(zhì)解釋數(shù)據(jù)復(fù)刻地層整體形貌,但小于0.5 m的區(qū)域仍是未來需要重點(diǎn)攻關(guān)區(qū)域。運(yùn)動(dòng)相似方面是室內(nèi)模擬的重點(diǎn)和難點(diǎn),碳酸鹽巖縫洞型油藏實(shí)際儲(chǔ)層空間特征尺寸不均一,縫洞發(fā)育復(fù)雜,內(nèi)部充填程度及充填物不同,導(dǎo)致在實(shí)際注采比和注水速度條件下局部雷諾數(shù)差異較大,縫洞結(jié)構(gòu)中內(nèi)部流動(dòng)復(fù)雜多樣,微觀滲流和宏觀管流并存,給物理模擬與實(shí)際流動(dòng)相似性帶來巨大的困難[52-53]。動(dòng)力相似方面,主要通過控制生產(chǎn)壓差、局部縫洞結(jié)構(gòu)及模型材質(zhì)進(jìn)行相似性模擬,可實(shí)現(xiàn)手段相對(duì)較多。特征參數(shù)相似方面,配位數(shù)及填充程度表征縫洞型油藏的局部特點(diǎn)。配位數(shù)主要表征縫洞連通的復(fù)雜程度，充填程度則是溶洞內(nèi)部狀態(tài)的表征。塔河縫洞型油藏的充填程度一般自上而下逐漸增加,這與其自上而下巖溶作用增強(qiáng)具有一致性[54-55]。目前物理模擬方法已能夠滿足從二維到三維物理模擬提高采收率實(shí)驗(yàn)的需要,并且逐步有規(guī)律地進(jìn)行了模型填充,模擬條件與實(shí)際油藏條件越來越接近,未來縫洞型油藏室內(nèi)物理模擬技術(shù)的關(guān)鍵仍然是縫洞地質(zhì)結(jié)構(gòu)的精確描述。

表1 相似準(zhǔn)數(shù)及物理意義

注:L1為模型特征尺寸,m;L2為油藏特征尺寸,m;D1為孔隙直徑,m;D2為油藏控制直徑,m;L為特征尺寸,m;D為孔洞特征尺寸,m;vw為水相流速,m/d;t為時(shí)間,d;L為長(zhǎng)度,m;φ為孔隙度;Sw為水相飽和度;I為注入體積,m3/d;P為產(chǎn)量,m3/d;v0為油相流速,m/s;μ0為黏度,mPa·s;p為壓差,Pa;ρ0為油相密度,kg/m3;g為比例系數(shù),9.8 N/kg;σ為界面張力,mN/m;ξ為配位數(shù);η為充填程度。

3 縫洞型油藏剩余油分布

縫洞型油藏水竄規(guī)律及剩余油分布一直都是碳酸鹽巖油藏提高采收率研究的重點(diǎn)之一[56-58]。以洞、縫、孔為基本構(gòu)成的縫洞結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)致了縫洞型油藏油水賦存復(fù)雜,油水界面分布受連通性和重力雙重影響,油藏內(nèi)部并不是簡(jiǎn)單的上層油下層水,這造成縫洞型油藏?zé)o法像砂巖油藏一樣分層系開發(fā)。另外這種復(fù)雜的油水分布和連通性導(dǎo)致了注入水易沿優(yōu)勢(shì)流道突破,見水后波及體積難以增加,水驅(qū)采出效果差。以中國(guó)典型碳酸鹽巖縫洞型油藏——塔河油田縫洞型油藏開采現(xiàn)狀(圖3)為例,自2005年碳酸鹽巖縫洞型油藏注水開發(fā)開始,水驅(qū)可采儲(chǔ)量和水驅(qū)單元逐年增加,截至2015年底,塔河油田縫洞型油藏水驅(qū)可采儲(chǔ)量為4 011×104t,而水驅(qū)采收率基本保持穩(wěn)定,且僅為14.9%。碳酸鹽巖縫洞型油藏累積注水單元為88個(gè),單向受效單元69個(gè),水竄導(dǎo)致注水效果變差和失效的單元30個(gè),單向受效和水竄成為主要開發(fā)矛盾,大量的剩余油存在地下儲(chǔ)層,摸清剩余油精確分布已是進(jìn)一步提高縫洞型油藏采收率的前提。

溶洞是縫洞型油藏基本構(gòu)成之一,以溶洞為基礎(chǔ)的縫洞儲(chǔ)層也是高產(chǎn)井主要分布區(qū),當(dāng)注入水或底水驅(qū)替時(shí),原油較易從溶洞頂部流入采出井,開采速度和原油黏度是影響剩余油分布的主要因素。劉中春等[51]利用單一圓筒狀容器模擬溶洞,證實(shí)了底水驅(qū)時(shí)流動(dòng)通道尺度差、油水黏度比及開采速度增大導(dǎo)致水錐高度增加,而水錐高度越高采出程度越低,表明實(shí)際鉆遇溶洞的油井中,當(dāng)含水率達(dá)90%時(shí),油水界面已接近井底。實(shí)際鉆探過程中溶洞鉆遇率較高,且大部分溶洞有一定的填充物,這也是影響剩余油分布的主要因素之一。王敬等[50,59]利用可視化金屬腔體模擬溶洞,在金屬模型側(cè)面有規(guī)律地打通孔模擬裂縫,得到不同組合形式的碳酸鹽巖縫洞模型,研究發(fā)現(xiàn)重力分異是決定縫洞型油藏采收率的主要因素,油水置換是溶洞中剩余油開采的主要機(jī)制,這導(dǎo)致溶洞出口的最低點(diǎn)決定以溶洞為基礎(chǔ)的縫洞局部無水采收率,而最高點(diǎn)控制水驅(qū)最終采收率,兩點(diǎn)間的裂縫連通形式?jīng)Q定了含水上升規(guī)律。在單一溶洞的基礎(chǔ)上向三維方向擴(kuò)展,形成了三維復(fù)雜縫洞結(jié)構(gòu),結(jié)合碳酸鹽巖的壁面特征,王敬等[60]將碳酸鹽巖柱狀巖心進(jìn)行切割鉆孔,制作了具有一定規(guī)律的縫洞組合體。通過研究發(fā)現(xiàn)水驅(qū)后縫洞型油藏剩余油主要分為閣樓油、封存油、油膜、角隅油、盲洞油等,其剩余油儲(chǔ)量取決于縫洞型油藏最上部連接點(diǎn)位置高低,這與前期研究一致[50]。重力分異對(duì)縫洞型油藏影響遠(yuǎn)大于砂巖油藏,這直接導(dǎo)致了縫洞型油藏局部高部位存在大量的閣樓油。復(fù)雜的縫洞連通關(guān)系造成了注入水繞流產(chǎn)生封存油和盲洞油,縫洞連通程度越低,封存油和盲洞油越多。另外,由于巖石表面的潤(rùn)濕性和原油黏度影響,巖石表面的油膜也是剩余油的重要組成部分,油濕表面油膜量較大,水濕表面油膜量小。閣樓油、封存油和盲洞油是縫洞型油藏主要的剩余油分布形式。在縫洞單元層面,侯吉瑞等[48-49]基于實(shí)際縫洞單元多井注采模式,設(shè)計(jì)加工了縫洞單元物理模型,研究了縫洞單元內(nèi)油井含水率變化,發(fā)現(xiàn)油井含水率上升類型分為緩慢上升型、階梯式上升型和暴性水淹型3種類型,井網(wǎng)注水能夠在一定程度上抑制底水上升,減少點(diǎn)狀出水,控制底水錐進(jìn)?，F(xiàn)階段剩余油開采存在兩個(gè)主要矛盾:一是重力分異產(chǎn)生的閣樓油與驅(qū)替介質(zhì)的高密度矛盾;二是平面上優(yōu)勢(shì)水流通道的形成與流道調(diào)整技術(shù)的缺乏矛盾,次要矛盾是水驅(qū)過程中油藏巖石表面剩余油與注入水無效循環(huán)之間的矛盾。如何解決現(xiàn)階段主要矛盾是實(shí)現(xiàn)碳酸鹽巖縫洞型油藏大幅提高采收率的基礎(chǔ)。

圖3 塔河油田縫洞型油藏注水開采現(xiàn)狀Fig.3 Development situation of water injection in fracture-vuggy reservoirs in Tahe Oilfield

4 縫洞型油藏提高采收率方法

針對(duì)碳酸鹽巖縫洞型油藏重力分異產(chǎn)生的閣樓油與驅(qū)替介質(zhì)的高密度矛盾,注氣和泡沫提高采收率是目前常用的方法[61-62]。注氣法主要依靠注入地層中的氣體與原油混合,利用重力分異作用,置換高部位剩余油,形成人工氣頂、補(bǔ)充地層能量、擴(kuò)大波及體積,從而提高縫洞型油藏采收率。該技術(shù)于2012年在塔河油田奧陶系碳酸鹽巖縫洞型油藏中開始試驗(yàn),累積試驗(yàn)123口井,累積產(chǎn)油16.13×104t,解決了縫洞型油藏高部位“閣樓油”開采難題,創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟(jì)效益[63]。另外根據(jù)選用注入氣體的不同性質(zhì),有針對(duì)性地對(duì)原油降黏或酸蝕地層,達(dá)到油藏高效開采的目的。王建海等[64]利用氮?dú)?二氧化碳吞吐的方法對(duì)TH12263井進(jìn)行了提高采收率先導(dǎo)性試驗(yàn),初期日產(chǎn)油量由10 t上升到18.6 t,摻稀比從3.4∶1下降到1.9∶1,證明注氣提高碳酸鹽巖縫洞型油藏采收率技術(shù)的可行性。注氣雖然能夠有效解決“閣樓油”難題,但也存在強(qiáng)烈的重力分異效果,造成明顯的氣竄優(yōu)勢(shì)流道。借用砂巖油藏的水動(dòng)力學(xué)方法,采用水氣交替注入減弱氣竄影響。苑登御等[65-66]利用巖心刻蝕方法,建立了縫洞型油藏復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型,模擬縫洞型油藏水驅(qū)開發(fā)后,注氮?dú)夂退畾饨惶孀⑷雰煞N措施提高采收率效果研究,發(fā)現(xiàn)水氣交替注入比注氮?dú)獠墒章试鲋蹈?%～2%。水氣交替注入在一定程度上能夠擴(kuò)大氣體在縫洞型油藏中的作用范圍,但作用效果較砂巖油藏弱。為了進(jìn)一步解決縫洞型油藏相對(duì)較高部位剩余油問題,注泡沫提高采收率顯示出一定的優(yōu)勢(shì)。由于不同的氣液比可形成不同表觀密度的泡沫,從而有針對(duì)性地提高油層中上部采收率。李海波等[67]利用二維可視化物理模型模擬碳酸鹽巖縫洞型油藏底水驅(qū)開發(fā)和注氮?dú)馀菽瓎?dòng)剩余油研究,證實(shí)了泡沫體系能夠在重力分異的作用下持續(xù)頂替較高部位原油,提高油藏原油采出程度。王建海等[68]進(jìn)一步利用可視化縫洞模型模擬油藏開發(fā)和增產(chǎn)措施效果,優(yōu)化出碳酸鹽巖縫洞型油藏提高采收率的最佳方法為泡沫驅(qū),其次為水氣交替注入,最后為氣驅(qū),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與苑登御等[65-66]研究相似。泡沫流體的密度可控性使得其室內(nèi)提高油藏采收率效果比單獨(dú)水驅(qū)和單獨(dú)氣驅(qū)好,但其工藝措施復(fù)雜且泡沫體系本身的穩(wěn)定性較差,造成注泡沫未在礦場(chǎng)進(jìn)行大規(guī)模推廣,仍處于前期礦場(chǎng)試驗(yàn)階段。

針對(duì)平面上優(yōu)勢(shì)水流通道的形成與流道調(diào)整技術(shù)的缺乏矛盾,縫洞型油藏流道調(diào)整技術(shù)被列為國(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題之一,旨在控制水(氣)驅(qū)優(yōu)勢(shì)流道,解決注入水(氣)沿優(yōu)勢(shì)流道無效循環(huán)問題,擴(kuò)大水(氣)驅(qū)波及體積。前期的流道調(diào)整試驗(yàn)主要借用砂巖油藏堵水調(diào)剖的思路,許多專家學(xué)者[69-71]有針對(duì)性地進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn),證實(shí)了流道調(diào)整的有效性。鑒于中國(guó)西部縫洞型油藏高溫高鹽的苛刻地層條件和大尺度縫洞地質(zhì)環(huán)境,傳統(tǒng)凍膠類調(diào)流劑難以應(yīng)用,而顆粒類調(diào)流劑的物化性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定,具有一定的優(yōu)勢(shì)。戴彩麗課題組聯(lián)合中石化西北油田分工司研制了粒徑可控、密度可調(diào)、油水選擇性較好的調(diào)流劑顆粒體系已初步進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn),初期對(duì)6個(gè)注采井組進(jìn)行流道調(diào)整試驗(yàn),4個(gè)注采井組取得了良好效果,措施成功率達(dá)67%,為后續(xù)完善流道調(diào)整技術(shù)堅(jiān)定了信心。

5 認(rèn)識(shí)與展望

中國(guó)碳酸鹽巖縫洞型油藏地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜,油藏條件苛刻,油藏高效開發(fā)國(guó)內(nèi)外可借鑒技術(shù)較少,提高采收率研究依然處于初級(jí)階段。結(jié)合碳酸鹽巖縫洞型油藏開發(fā)現(xiàn)狀及提高采收率相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展形成了以下4方面認(rèn)識(shí)。

(1)縫洞型油藏儲(chǔ)集體精細(xì)描述與儲(chǔ)運(yùn)特征分析依然是提高采收率研究的核心基礎(chǔ),著重攻關(guān)小于0.5 m的縫洞精細(xì)結(jié)構(gòu)描述,明確不同尺度下縫洞型油藏的儲(chǔ)運(yùn)特征,是實(shí)現(xiàn)縫洞型油藏提高采收率的關(guān)鍵。

(2)現(xiàn)有的縫洞型油藏物理模擬方法相對(duì)較為完善,模型的設(shè)計(jì)加工技術(shù)成熟,但缺乏與之相匹配的理論方法。目前縫洞型油藏物理模擬方法的理論依據(jù)和所得結(jié)論多以相似性描述為主,理論通用性較差,無法達(dá)到指導(dǎo)礦場(chǎng)開采的目的。

(3)碳酸鹽巖縫洞型油藏非均質(zhì)性極強(qiáng),剩余油主要分布在構(gòu)造上部及連通屏蔽區(qū)域?？p洞型油藏高效開發(fā)主要存在兩個(gè)系統(tǒng)矛盾，一是重力分異產(chǎn)生的閣樓油與驅(qū)替介質(zhì)的高密度矛盾;二是平面上優(yōu)勢(shì)水流通道的形成與流道調(diào)整技術(shù)的缺乏矛盾。

(4)目前縫洞型油藏提高采收率方法相對(duì)較少,縱向上利用氣體密度優(yōu)勢(shì)驅(qū)替高部位剩余油,礦場(chǎng)推廣效果較好;平面上利用流道調(diào)整技術(shù)進(jìn)行了擴(kuò)大波及試驗(yàn),效果較好,具有廣闊的推廣價(jià)值。

隨著碳酸鹽巖縫洞型油藏勘探開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步,預(yù)計(jì)未來繼續(xù)在儲(chǔ)集體類型、物理模擬和剩余油精細(xì)描述方向加大投入。由于縫洞型油藏的非均質(zhì)性極強(qiáng),地震技術(shù)難以對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)推測(cè)和描述,多井聯(lián)合測(cè)井和井底成像技術(shù)將得到推廣,對(duì)地下縫洞發(fā)育形態(tài)進(jìn)行精確測(cè)繪,然后借助3D打印技術(shù)進(jìn)行油藏構(gòu)造再現(xiàn),最后通過室內(nèi)物理模擬技術(shù)優(yōu)化最佳提高剩余油采收率方法。注氣主要解決了“閣樓油”難題,但在水平方向提高采收率存在一定的不足,氣體與原油的密度差較地層注入水與原油密度差更大,氣體流度較水流度大,這將導(dǎo)致注氣平面優(yōu)勢(shì)通道發(fā)育比注水優(yōu)勢(shì)通道發(fā)育更嚴(yán)重,且氣體的攜帶能力極差,后續(xù)氣竄優(yōu)勢(shì)通道的調(diào)整技術(shù)更為苛刻。流道調(diào)整配合注水是未來縫洞型油藏提高采收率技術(shù)的發(fā)展方向。

流道調(diào)整配合等密度流體驅(qū)替技術(shù)將是未來縫洞型油藏提高采收率研究的潛力所在。流道調(diào)整技術(shù)解決了因流度差異造成的平面竄流通道發(fā)育難題,使驅(qū)替介質(zhì)能夠在平面上均勻推進(jìn)。等密度流體克服了因重力分異導(dǎo)致的底部水竄通道和頂部氣竄通道發(fā)育難題,解決了縫洞型油藏縱向波及問題,能夠充分啟用中部油層。結(jié)合等密度流體和流道調(diào)整技術(shù)優(yōu)勢(shì),研發(fā)等密度流體與調(diào)流劑是實(shí)現(xiàn)大幅度提高縫洞型油藏采收率的關(guān)鍵。中國(guó)西部碳酸鹽巖縫洞型油藏大多地層條件苛刻,溫度高于125 ℃,礦化度大于20×104mg/L,嚴(yán)重制約等密度流體和調(diào)流劑研發(fā)。等密度流體將以水基稀泡沫、水基低密度復(fù)合流體為潛力研究方向。調(diào)流劑將以密度可調(diào)、粒徑可控、選擇性好、能夠?qū)崿F(xiàn)聚結(jié)膨脹的復(fù)合有機(jī)顆粒為潛力研究方向。