长6致密油空气泡沫驱注入有效性地质因素研究

2018-10-31张新春杨兴利张建成李相方

中国石油大学学报（自然科学版） 2018年5期

张洪, 张新春, 杨兴利, 张建成, 李相方

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249; 2.中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京 102249;3.延长油矿宝塔采油厂,陕西延安 716000)

空气泡沫驱技术具有调剖和驱油的双重作用,可以同时提高宏观波及效率和微观驱油效率,国内外学者一直致力于该技术研究,研究内容和成果包括空气泡沫渗流过程和提高采收率机制[1-5]、空气泡沫驱效果影响因素[6-9]及室内实验、数值模拟及现场应用[10-20]。国内外学者对空气泡沫驱受效性影响因素的研究领域主要集中在对泡沫注入时机、注入方式等工程因素的研究,而空气泡沫驱受效性还受到地质因素的影响,目前还未见有关的文献报道,另外上述研究对象多集中在中高渗储层和油藏,而低渗致密油藏注入泡沫时,注入井附近存在注入泡沫憋压形成的异常压力,尤其当注入井和生产井之间完全不连通时压力上升明显,由此产生高压使泡沫难于注入。笔者以A油田长6致密油为例,考虑沉积相控制体系和物性控制体系等地质因素,在分析研究区动静态资料基础上,研究空气井组中泡沫有效注入通道,据此推断空气泡沫驱注入行进方向,为增加空气泡沫注入效率、有效降低注入压力提供依据。

1 长6致密油油藏概况

鄂尔多斯盆地A油田是延长油矿管理局所辖7个油田之一,地处陕西省延安市与延长县交界处的甘谷驿镇境内。鄂尔多斯长6油层组,细分为长61、长62、长63、长64亚层组。该油田与鄂尔多斯盆地内及相邻其他各油田一样,均为岩性油藏,油气分布主要受储层岩性和物性控制,一般优质储层分布区即是油气的富集区。长61和长62为油田油气的富集层位,其中长62以三角洲前缘为主,含油储层包括水下分流河道与河口坝、远砂坝砂体,长61以三角洲平原为主,含油储层主要包括分流河道及河口坝砂体。研究区油藏是典型的低孔特低渗储层,其中长61储层孔隙度平均为9.02%,渗透率平均为0.96×10-3μm2,长62储层孔隙度平均为8.24%,渗透率平均为0.97×10-3μm2。岩心样品经实验室测试基质渗透率更低,低于0.1×10-3μm2,单井不压裂基本无产能,长6储层其紧邻长7烃源岩,符合致密油定义。

研究区一次开发以弹性能和溶解气驱为主,为了提高油井产量,采用以水力压裂为主的增产方法,由于目的层埋深浅,一般形成水平缝;二次开发以注水开发为主,三次开发包括空气泡沫驱、气驱及化学驱等。

2 相控体系(沉积相系统)

如前所述,研究区含油砂体主要为三角洲平原分流河道与三角洲前缘水下分流河道,北东向展布的河道分布范围及方向是导致储层非均质性的重要原因,严重影响注入流体的走向和数量,对空气泡沫驱的受效性、封堵注水高渗通道有重要的控制作用。

河道控制体系是纵向上受顶平底凸河道及隔夹层所限,平面上受不同期叠加或前积河道延伸范围和方向控制的三维砂体展布体系。研究区河道体系具有非均质性强,纵横向变化大的特点,造成河道内部砂体、河道展布方向及延展范围变化剧烈,这些因素与注空气泡沫受效性息息相关。

首先研究河道内部砂体变化对注入影响,北东向物源体系造成多河道在北东向分叉或是交会,根据河流沉积二元结构理论,其中单河道在纵向上通常可划分为3个流动单元,包括中心的主流动单元和侧翼两个物性较差的次流动单元,主流动单元由河道滞留沉积和边滩构成,次流动单元则对应于二元结构中上部单元——天然堤和决口扇细粒沉积,其延伸范围在垂向为河道所限,在平行于河道方向则延伸较远,流动单元沿河道方向呈条带状分布。如果注入井和生产井分别位于同一河道的不同物性部位,则可能导致两井间的连通性差或完全不连通,使空气泡沫无法到达生产井,从而造成注入空气泡沫不受效,发挥不了空气泡沫调剖堵水提高生产井周围储层波及系数的作用(图1)。

研究不同河道砂体及垂向上不同期次叠置砂体对注入影响,若注入井和生产井分别位于不连通的两个河道,则空气泡沫很难流入生产井,直接造成注入不受效;不同河道叠置砂体之间出现隔层或是夹层,导致注入和生产井间砂体不连通,形成不同的流动体系(图2)。

河道系统对空气泡沫驱是否受效具有重要影响,因此在空气泡沫驱受效性地质因素研究中应首先考虑河道控制体系。

图1 单河道内部流动单元分布模式Fig.1 Distribution pattern of internal flow units in a single channel

图2 河道之间及内部砂体展布关系Fig.2 Distribution relation between sand bodies in river channel and interior

3 物控体系(流动单元系统)

储层流动单元是指在横、纵向连续且内部渗透率、孔隙度、层理特征等地质参数和岩层渗流特征相似的储集带,是储层砂体按流动和物性特征的细分单元,体现了储层微细单元在纵横向的变化规律,受沉积、构造和成岩作用的制约。流动单元的划分对空气泡沫驱受效性研究具有重要意义。

3.1 流动单元划分原则

流动单元划分原则:①流动单元必须在储层内部,其适用对象是储层,泥岩只作为隔层,大套泥岩内部不存在流动单元;②在流动单元范围界限上,应遵循“纵向上找泥,横向上找尖灭”的原则,即流动单元在纵向上被泥质隔层分隔,在横向上受沉积相物性变化和储层非均质性的影响,被岩性尖灭和物性变化所分隔;③流动单元规模应满足开发中渗流和油藏工程研究的需要,通常小于小层厚度,应将开发小层细分为不同单元(厚度通常为2～3 m),应具有适应油田开发调整需要和数值模拟的实际能力;④储层具有强非均质性时,区域上同一砂层或开发小层内部流动单元数目可变[22]。

3.2 流动单元划分方法

首先,根据测井解释成果绘制出研究井的测井曲线;然后,根据泥质夹层、横向连通性、深度和孔渗参数等划分流动单元。

储层流动单元的横向连通性主要受3个因素控制:①沉积相,当河道砂体在某方向尖灭时,通常意味着流动单元无法连通;②夹层岩性分布变化;③砂体物性,由于某些原因,砂体横向物性发生变化,使流动单元横向尖灭或减少。

在此基础上,通过计算流动带指数(IFZ)判断横向砂体连通的两口井是否为同一流动单元。流动带指数又叫流动单元指数,是一个能够表征储层孔隙结构特征的参数,IFZ相近的储层有相似的岩石物理性质和相同的渗流特征,属于同一类流动单元。由Kozeny-Carman方程导出的IFZ计算公式[23-25]为

IFZ=0.031 4(k/φ)0.5/[φ/(1-φ)].

式中，k为渗透率，10-3μm2;φ为有效孔隙度;IFZ为流动指数。

3.3 流动单元对受效性的控制

(1)同一流动单元内,储层具有相同的渗流特征,空气泡沫体系可以平稳推进,到达生产井使其受效。

(2)两个相邻的流动单元之间在纵向上被泥质隔夹层所分隔或在横向上被岩性尖灭所分隔时,两者之间不具有连通性,空气泡沫无法渗流通过到达生产井,则直接导致不受效。

(3)两个相邻的流动单元在纵向或横向上被物性尖灭所分隔时,若两者的渗流特征相近,考虑相近的程度,空气泡沫体系可能部分通过;若渗流特征相差甚远,空气泡沫体系可能完全不能通过,直接关系到生产井是否受效。

4 注空气泡沫驱有效性分析

以A油田最早16个空气泡沫注入井组之一的8100井组为例,研究河道控制体系和物性控制体系(流动单元系统)等地质因素对空气泡沫驱受效性的控制作用。

8100井组2005年投产,衰竭式开采到2013年,然后注入空气泡沫,8100-2井为主要注入井,之后8100-3井、8100-1井产量都有增加,且8100-3井产量增加巨大,日产量为1～3 t,8100井产量增加量很低(图3)。

图3 长6致密油8100井组注入井和生产井位置Fig.3 Distribution of injection wells and production wells in 8100 well group

以8100井组8100-3井受效明显和8100井增产不明显为例,通过井组内部储层河道体系连通性及流动单元分析,按照上述理论论述3个问题:河道连通和流动单元对应情况下的完全有效;河道不连通且流动单元不对应情况下的完全无效;河道连通但流动单元不对应情况下的部分受效。

4.1 河道连通和流动单元对应情况下的完全有效

使8100-3生产井受效的注入井主要为8100-2井,对两口井之间的河道及流动单元连通关系进行分析。8100-2注入井与8100-3生产井长61及长62主砂体严格对应,电性特征表现为:①长61两口井上部连续两套钟形河道砂,下部一套箱型河道;②长62皆为钟形河道与河口砂坝叠置,总体连通性极佳(图4)。

再从流动单元上看两口井的连通性,根据孔渗数据及计算的流动带指数,将8100-2注入井与8100-3生产井长61与长62五套砂体划分为8个流动单元,这8个流动单元埋深接近,厚度相似,个数相同,孔渗及流动带指数相似,证明两井间确实存在同一套流动单元(主力砂体长61和长62流动单元完全相通,因数据所限,合成为6个流动单元数据),如表1和图5所示。

正是因为注入井和生产井既是一个河道控制体系,又是一套流动单元系统,造成了极佳的注入效果。

表1 8100-3井与8100-2井流动单元数据Table 1 Flow unit data of well 8100-3 and well 8100-2

8100-2注入井与8100-3井完全连通,二井井距仅为150 m,注入泡沫可以在两井之间同一河道、相同渗流单元形成的优势流动通道中均匀推进,空气泡沫驱特有的较高波及效率和极强的调堵功能不仅造成直接受效带来了8100-3井的高产,而且有效抑制了产水量。如图6所示,8100-3井从2013年9月长62压裂及11月注入泡沫后,与措施前对比,产量递增,含水率降低,受效性较好,达到了调剖和驱油的效果。

图4 8100-3井与8100-2井河道连通性Fig.4 Channel connectivity of well 8100-3 and 8100-2

图5 8100-3井与8100-2井流动单元示意图Fig.5 Sketch map of flow unit between well 8100-3 and well 8100-2

图6 8100-3井产量变化Fig.6 Production capacity drawing of well 8100-3

4.2 河道不连通且流动单元不对应情况下的完全无效

前已述及,8100井注空气泡沫后产量增加和堵水效果不好,分析其中原因,该井受效的注入井包括丛50-3井、50-7井及8100-2井,按上述结论,任何一个注入井与8100井完全连通都可以造成其高产。首先分析8100井与西面注入井丛50-3井、50-7井砂体连通情况,8100井长61上部连续两套钟形河道砂,下部一套箱型河道,长62为钟形河道与河口砂坝叠置,丛50-3井长611为钟型河道,长612、长613、长621都是箱型河道,储层物性及含油性都非常好,长622则为厚度很小的席状砂,因此丛50-3井与8100井二井明显属于两套不同河道体系;丛50-7井长611、长621,长622砂体不发育,长612、长613都是箱型河道,因此与8100井也属于两套不同河道体系(图7)。

8100井与丛50-3井、50-7井分属两个不同河道体系,从物性含油性来看也属于不同的流动单元(流动单元受沉积相控制,不同的河道多为不同的流动单元)。因此丛50-3井、50-7井注入对8100井无效。

图7 8100井与周围注入井受效砂体连通性Fig.7 Sand distribution between well 8100 and injection wells

4.3 河道连通但流动单元不对应情况下的部分受效

分析8100井与8100-2井砂体及流动单元关系。8100井与8100-2井电性特征极为相似,长61上部连续两套钟形河道砂,下部一套箱型河道,长62为钟形河道与河口砂坝叠置,两口井属于同一河道体系(图8)。从流动带指数和物性上看二井属于不同流动单元(表2)。8100井与8100-2井在一个河道体系内,但属于两个不同流动单元体系,因此8100-2井注入空气泡沫造成8100井部分受效,但受效性不显著。

图8 8100井与8100-2井砂体连通性Fig.8 Sand distribution between well 8100 and well 8100-2

表2 8100井与8100-2井流动单元数据Table 2 Flow unit data of well 8100 and well 8100-2

8100井受效性不好,其原因是与之相关的3口注入井中,丛50-3井、丛50-7井完全不连通,注入泡沫根本无法到达8100井,8100-2井虽然与该生产井砂体连通,但流动单元不连通,结果注入空气泡沫受效不明显。如图9所示,8100井的产量与措施前对比,产量增长不明显,含水率也未降低,受效性不高。

图9 8100井产量变化Fig.9 Production capacity drawing of well 8100

5 讨论

(1)地质因素分析是否可以用于注水。注水和注泡沫分别属于二采和三采范畴,二者阶段不同,但都涉及注入流体,且在注入泡沫之前通常需要先注水生产很长一段时间,待部分井水窜之后再上泡沫,二者所涉及的油藏和储层对象通常相同或类似,因此上述分析方法和思路适用于二采中注水分析。当然二者注入流体性质不同,注入过程也有显著差异。泡沫具有“堵大不堵小,堵水不堵油”,“遇油消泡,遇水稳定”等特点,可以在大孔和小孔中均匀地推进,同时起到堵水驱油的作用,而注水过程中,水容易沿高渗通道形成水窜,或优先选择大孔缝渗流。从上述分析可知,以上二元体系控制受效性理论更适合于注泡沫体系,注泡沫过程中,当河道体系和流动单元体系对应时,泡沫既可以由注入井进入,稳定渗流推进,均匀驱替砂岩储层中的石油,起到好的效果。对于注水过程则存在更多因素影响受效性。

(2)地质因素分析对注空气泡沫生产的指导。包括:①注入井位选择。尽量选择在主河道主流动单元中心部位注入井,对于同一河道主流动单元内部生产井可以有效注入,而对于河道边缘副流动单元注入井也不可以部分注入受效,这样可以使大部分油井受效,产生最大经济效益(图2);②开发方案井网井距选择。该区基本上采取反9点注采井网,基于研究区强非均质性,对于处于河道边缘井组,可以将不规则(规则)反9点井网通过角井转注方式转成反5点井网,目的是使更多注入生产井在同一河道体系及同一流动单元体系。对于不规则井网,可以加大沿河道方向井距,以延缓见水或见气时间,垂直于河道方向,尤其在河道边缘,则可以减少井距,尽量防止注入生产井位于不同的河道体系或是不同的流动单元。