缝洞型碳酸盐岩油藏注水替油井水驱特征曲线多样性与生产动态关系

马旭，陈小凡，易虎

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500）

缝洞型碳酸盐岩油藏注水替油井水驱特征曲线多样性与生产动态关系

马旭，陈小凡，易虎

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500）

以塔河油田奥陶系油藏注水替油井为例，研究发现缝洞型碳酸盐岩油藏注水替油井水驱曲线形态主要受外部注入水量影响，其水驱曲线具有多样性包括直角阶梯型、快速上升不规则型、多直线段型以及复合型；利用水驱曲线拐点可以简易识别注水轮次，垂直直线段长短表明注水焖井结束开井之初含水突升幅度大小，而水平直线段的长短表明含水回落后底水稳产持续时间的长短；水驱曲线四种形态分别对应生产动态的低含水稳产型、含水暴性水淹型、含水高—低波动型以及含水阶段上升型。最后提出油井的储层类型与缝洞及油水空间配置关系会直接影响到单井注水替油效果，而注水替油技术在钻井放空漏失井、定容特征明显的井及油井位于封闭缝洞体局部高点时能够得以高效开展。

碳酸盐岩；缝洞；水驱曲线；生产动态

国内外学者自1987年以来先后对水驱曲线开展了大量的研究工作，提出了许多新型水驱曲线表达式[1-5]。以童宪章院士及陈元千教授为代表的石油工作者在水驱曲线理论和应用方面做了大量的研究工作；俞启泰[6]等也发表系列文章介绍了五十多种水驱特征曲线。

塔河油田奥陶系油藏是世界上少有的大型超深海相碳酸盐岩岩溶缝洞型油藏。油藏储集空间类型主要有孔洞型、洞穴型、裂缝型及孔洞—裂缝型4种[7-8]。其流动规律呈现出管流、渗流的油水两相复合流动[9]，流动机理非常复杂[10-11]且缺乏系统的研究工作。随着缝洞型碳酸盐岩油藏注水替油技术[12-15]的试验与推广，对其水驱特征曲线研究也越来越重视。

朱亚东等[16]根据双重孔隙介质两相流动理论导出了裂缝性油藏驱替特征曲线的解析表达式并计算了它的理论形状。陈青等[17]将碳酸盐岩油藏水驱曲线归纳为3种类型：单一直线段、两直线段以及不规则的水驱曲线。吕爱民等[18]在典型相渗关系的基础上，建立了水平窜进型和纵深沟通型两类缝洞型碳酸盐岩底水油藏的水驱关系式。闫长辉等[19]介绍了影响水驱曲线多样性因素，分析了油藏水驱曲线多样性与单井产能、含水率上升的关系。肖阳等[20]研究发现对于缝洞型碳酸盐岩油藏，需要根据分析应用情况的不同及与实际资料的相关性来选择应用水驱特征曲线。针对注水替油井水驱曲线研究工作的空白，本文以塔河油田奥陶系油藏为例，主要从注水替油井水驱曲线的角度对水驱曲线的多样性以及与生产动态之间的关系做出分析。

1 水驱曲线特征

矿场应用经验表明甲型水驱曲线法和丙型水驱曲线法的实用性最好。甲型水驱曲线描述水驱开发油田的累积产水量与累积产油量之间的半对数直线关系。甲型水驱曲线关系式[21]为：

式中：Wp为累积产水量，t；Np为累积产油量，t。

典型的砂岩油藏水驱曲线分为三段（图1），I段代表水驱作用刚刚影响油藏，水驱能量并不稳定；中间直线段代表油藏进入全面水驱状态，水驱能量稳定，式（1）即中间直线段的表达式；III段代表油藏进入高含水期。

图1 砂岩油藏甲型水驱曲线Fig.1Water drive curve of A type for sand reservoir

塔河油田奥陶系油藏水驱曲线形态所反映的并不完全是图1三段式形态，很多单井水驱曲线呈台阶状（图2）。在直线段II后出现的是I′段，反映压降刚刚波及到另一个残留水体初期，水驱不稳定的阶段类似于I段，生产一个阶段后，当压降波及另一个残留水体又会出现直线段II′特征；III段仍然反映油藏进入高含水特高含水期，油井水淹。碳酸盐岩油藏水驱曲线特征反映了碳酸盐岩油藏水驱规律复杂性，说明水驱曲线具有多个供给区的生产动态特征[17]。

图2 碳酸盐岩油藏甲型水驱曲线Fig.2Water drive curve of A type for carbonate reservoir

2 缝洞型碳酸盐岩油藏水驱曲线多样性

2005年塔河油田针对产量递减和含水上升等问题实施碳酸盐岩缝洞油藏注水开发技术。2007年塔河采油二厂首创注水替油、以水治水注水压锥技术。2008年9月塔河采油二厂日产原油10 002 t，表明注水替油可提高单井采收率的巨大潜力。塔河采油二厂目前有注水替油井229口，占采油总井数的48.3%，注水替油产量占总产量的26%。注水替油井水驱曲线多样性以及与生产动态关系对于指导注水工作开展具有重要意义。注水替油井水驱曲线形态同时受原始水体及外注水量的影响，现将塔河油藏注水替油井几种典型的水驱曲线归纳如下。

2.1 直角阶梯型

该种类型水驱曲线是由一个直线段或者两个直线段形成的直角台阶状。这种类型的单井有:W1、W2、W3、W4、W5等（图3）。直角阶梯型甲型水驱曲线的直线段几乎没有过度突兀的出现而且直线段斜率基本为0。直角点（上升段—水平段构成）是在注水替油焖井结束开井之初的含水突然上升而后又迅速回落的过程中出现的，该水驱特征受外注水水量影响。此外，该类型的水驱曲线较容易识别注水替油轮次，对于注水焖井后开井生产之初含水突升又迅速回落的井一般一个直角点代表一个注水轮次。

图3 直角阶梯型甲型水驱曲线Fig.3Right-angle stair shape of water drive curve of A type

2.2 快速上升不规则型

该种类型的水驱曲线形态未出现比较明显的直线段，而是呈现快速上升状。这种类型的单井有：W6、W7、W8等（图4）。水驱曲线直线段不明显，线段曲折，并未出现持续较长的稳定水驱；曲线早期以及中期的斜率均较大，即开井含水突然上升；后期曲线斜率逐渐回落，说明含水平稳。例如W7井2010年2月注水替油开采含水很低，但是2010年9月至今含水均保持较高水平。

图4 快速上升不规则型甲型水驱曲线Fig.4Irregular shape of water drive curve of A type

2.3 多直线段型

第三类甲型水驱曲线表现出多直线段特征，其变化率相对于快速上升状要缓慢得多；相对于直角台阶状其直角阶梯不明显。该类型单井有：W9、W10等（图5）。多个水平段说明水驱效果明显，且持续时间较长；阶梯不明显是因为注水焖井结束开井之初含水略有上升并迅速回落保持低含水生产。此种类型单井注水替油效果极佳，低含水开采期持续时间长。

图5 多直线段型甲型水驱曲线Fig.5Multi-line shape of water drive curve of A type

2.4 复合型

复合型甲型水驱曲线同时具有直角阶梯型、快速上升型以及多直线段型的特征。该类型单井有W11等（图6）。复合型水驱特征注水替油井含水上升具有阶段性，前期和中期水驱效果明显；因为含水阶梯逐渐上升所以曲线具有多重特征；该井曲线有波动意味着含水有波动，后期曲线比较平缓且略有上升，即意味着此时该井含水率较为平稳，水驱曲线保持斜率很低的直线段延伸。

3 缝洞型碳酸盐岩油藏水驱曲线多样性与生产动态关系

3.1 低含水稳产型

对于直角阶梯型注水替油单井，可能原始水体能量不足或者井筒与活跃水体不连通。直线段长说明低含水稳产持续时间长，反之亦然。如W1井（图7），第一个直角点表征首轮注水开井含水上升，第一直线水平段表征含水迅速回落；构成第二个直角点的上升段长表征含水突升至100%后保持的时间较长，而第二直线水平段长则是含水回落保持底水稳产持续时间长的原因。该井钻井过程中出现放空漏失，认为该井钻遇储油溶洞，含油量较大；但并未与活跃水体连通，推测为油井钻遇封闭溶洞局部高点。

图6 复合型甲型水驱曲线Fig.6Complex shape of water drive curve of A type

图7 W1井生产动态曲线Fig.7Production dynamic curve of well W1

3.2 含水暴性水淹型

快速上升不规则型油井最初含水为零或者相对低含水，然后含水突然上升。此类油井出水后，含水快速上升产油量急剧下降。这是由于塔河油田碳酸盐岩储层很大可能是由多条溶缝和多个溶洞组成的缝洞组合体，当水体进入新的一条裂缝或一个溶洞，含水上升就可能进入新的含水阶段。W7井（图8）是一口酸压完井投产的油井，含水率从5%突然上升到100%同时日产油也急剧下降，最后基本低于30 t/d。钻井过程中未出现放空、漏失，酸压完井投产后产油量较低且含水暴性水淹，再结合测井、录井、地震及临井资料认为该井未钻遇溶洞，酸压沟通裂缝且沟通活跃水体，推测属裂缝沟通活跃水体型地质模式。

图8 W7井生产动态曲线Fig.8Production dynamic curve of well W7

3.3 含水高—低波动型

多直线段型水驱曲线往往表征出含水高—低波动特征。W10井从生产动态曲线来看（图9），2011年8月首轮注水焖井结束开井含水突升迅速回落，之后含水高—低波动频繁。一方面含水突升幅较小且迅速回落，因此构成直角的上升直线段短，另一方面含水高—低波动频繁导致曲线上出现若干直线段。该类出水类型也可称为间隙出水型[19]，是碳酸盐岩储层特有的出水类型，自然出水时有时无，一般水量也不大。钻井过程中未出现放空、漏失，酸压完井效果差未沟通较大储集体，再结合测井、录井、地震及临井资料认为该井未钻遇溶洞，酸压沟通微裂缝，水体为原生赋存水，推测属微裂缝—溶孔型地质模式。

图9 W10井生产动态曲线Fig.9Production dynamic curve of well W10

3.4 含水阶段上升型

复合型水驱特征主要表现在油井出水后含水呈阶段性缓慢上升。第一轮次注水焖井结束开井生产含水较低，多数井都有较长的无水采油期；之后油水同产，含水逐渐上升最后升至100%。例如W11井完钻井深6 600 m，酸压完井效果明显沟通了较大储集体（图10）；测井解释6 520～6 535 m处发育裂缝溶洞；某邻井生产4天见水后含水上升很快，另一邻井生产14天后含水达100%关井。分析认为W11井通过酸压裂缝沟通溶洞，并且存在活跃水体；起初油井产水为溶孔洞里的原生赋存水，随生产进行活跃底水通过裂缝进入溶洞，含水逐渐上升；当活跃水体通过裂缝直接沟通井筒，含水突升至100%；推测为裂缝溶洞且活跃水体直接沟通井筒型地质模式。

图10 W11井生产动态曲线Fig.10Production dynamic curve of well W10

4 缝洞型碳酸盐岩油藏注水替油选井选层标准

通过以上分析不难发现，地质条件、油水分布以及油井所处位置等因素均对注水替油效果具有极其重要的影响，因此，在注水替油选井、选层上应具有一定的标准。

1）定容特征明显。开井生产后产量、油压、套压一直下降直至弹性能量耗尽为止，转抽后液面持续下降，供液不足，这是实现注水替油的基础。

2）溶洞型储层为主。油井在钻井过程中经常伴随钻遇放空、出现漏失、溢流等现象，或者在测井上表现为溶蚀孔洞。此类油井储集体以溶洞储层为主，注水后油水重力置换快，油水界面稳定。

3）钻遇缝洞体局部高位。只有油井钻遇缝洞体的高部位，才能实现注入水油水分离后注入水底部托油的目的。油井处于缝洞体非局部高位则注水只能补充能量不能提高产油量。

4）油井生产过程中含水低。塔河油田实钻表明，单井控制的缝洞储集体存在3种模式：纯油缝洞、纯水缝洞、上油下水缝洞。对于封闭的定容体油井生产不含水或含水低表明水油比低、油水界面低，更有利于注水替油开展。

5 结论

1）塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏洞缝分布非均质性严重、油水关系复杂，油藏水驱曲线呈现多样性包括直角阶梯型、快速上升不规则型、多直线段型以及复合型。注水替油井水驱曲线形态主要受外部注入水量影响。

2）利用水驱曲线拐点可以简易识别注水轮次，垂直直线段长短表明注水焖井结束开井之初含水突升幅度大小，而水平直线段的长短表明含水回落后底水稳产持续时间的长短。

3）注水替油井水驱曲线的直角阶梯型、快速上升不规则型、多直线段型以及复合型四种形态分别对应生产动态的低含水稳产型、含水暴性水淹型、含水高—低波动型以及含水阶段上升型。

4）缝洞型油藏储层地质概念模式即油井的储层类型与缝洞及油水空间配置关系要结合各种静态资料（钻井、岩心、测井、地震、试井等）与生产动态关系来正确认识，对其认识程度将直接影响注水替油单井失效预警、失效地质影响因素识别以及下步注水工作的开展。

5）总体来讲钻井放空漏失井、定容特征明显的井，油井位处封闭缝洞体局部高点时注水替油能够得以高效开展。

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（编辑：杨友胜）

Relation between water-drive curve multiplicity and production performance for water injection-production well of fractured-vuggy carbonate oil reservoir

Ma Xu,Chen Xiaofan and Yi Hu
(State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Development,Southwest Petroleum University, Chengdu,Sichuan 610500,China)

Taking carbonate reservoir in Tahe oilfield as an example,the study found that the water drive curves for water injectionproduction wells in fractured-vuggy carbonate reservoir are affected by injected water.Besides,the curves are multiple,including right-angle-step shape,irregular shape,multiple straight line segments shape and complex shape.In addition,the cyclic times of water injection can be recognized easily,e.g.the length of vertical line segments shows the increasing range of water cut at the be⁃ginning of production after soak stage,while the length of horizontal line segments shows the length of continuous time when pro⁃ducing stably after water cut falling.Finally,the reservoir type of wells and fractured-vuggy and water/oil space directly influence the water injection for oil effects of single well are proposed.However,water injection for oil technique can be carried out efficient⁃ly for wells with leakage,significant volume characteristics and high position.

carbonate rock,fracture and cave,water-drive curve,production performance

TE357.6

A

2014-08-07。

马旭（1989—），女，在读硕士研究生，研究方向为油气藏工程与数值模拟。