增压注水井层缝启动界限研究及应用

2019-01-24袁学生刘道杰张国勤朱春艳李迎辉

石油化工应用 2018年12期

袁学生，刘道杰，张国勤，朱春艳，李迎辉，张昕

（中国石油冀东油田分公司，河北唐山 063200）

南堡陆地深层低渗透油藏通常具有层多、天然能量弱的特点，开发过程中主要依靠注水方式补充地层能量，以期获得更高的采收率。然而，受储层应力敏感性、水质、黏土矿物含量及速敏等因素影响，水井通常在地层微破裂压力水平下注水[1-5]。对于多层注水笼统注水井，在提高注水压力的过程中，测试注水指示曲线的注入量与注水压力通常不是一条直线，而是存在一个明显的“拐点”，这个“拐点”是启动了新吸水层，还是原吸水层出现了微裂缝？难以利用现有资料进行判别。而对该“拐点”的准确判别直接影响到水井下步调控措施的制定，甚至影响到整个低渗油藏的开发效果，因而，需研究一种能够准确判别水井启动新层还是产生微裂缝的方法。笔者以南堡陆地深层低渗油藏笼统注水指示曲线及分层指示曲线为研究对象，利用统计学方法，建立了低渗油藏注水井层缝启动判别新方法，能够方便地确定某区块层缝启动界限。

1 深层注水过程存在的主要问题

南堡陆地深层为复杂断块层状岩性构造油藏，开发层系为沙河街组，油藏埋深3 200 m～3 800 m，储层物性表现为中、低渗透、特低渗交互发育。油藏在开发过程中，主要表现为油井低液量、供液差等特点，水井通过增压注水，实现了注上水的目的，但也存在以下两方面的问题：

（1）纵向上注水井段长，注水层数多，单层吸水启动压力与吸水能力受物性差异与层间压力水平差异等诸多因素影响难以有效确定，致使分注井层段组合不合理，分注后段内吸水层单一，剖面吸水比例低，水驱储量动用程度低，部分储层未得到有效水驱动用。统计42口水井吸水剖面资料显示：吸水层数占射孔注水层数的41.5%，吸水厚度占射孔注水厚度的44.6%。

图1 高94-53注水指示曲线

（2）低渗、特低渗储层注水启动压力高，吸水能力差。统计31口水井低渗注水层段，平均注水启动压力29.5 MPa，吸水指数 0.5 m3/MPa～2.3 m3/MPa，通过不断提高注入压力会引起地层破裂，破裂状态下注水水线易沿裂缝延伸方向推进，造成孔隙驱油效果差，注水波及面积小形成剩余油区，导致最终采收率降低。

因此，需要研究一种方法，用于判识水井增注后是启动了新层吸水还是高压致使地层产生微裂缝，为下步编制注水调整方案提供依据。

2 注水井层缝启动界限研究

注水指示曲线是反映水井注入压力与注入量之间的关系曲线，曲线能够准确反映出地层注水启动压力与吸水指数等重要参数，理论上曲线应该为一条直线段，但开发过程中测试注水指示曲线通常不是一条直线，而是存在一个明显的“拐点”，拐点把曲线分为斜率不同的两段，拐点后曲线斜率均向注入量X坐标轴偏转，说明吸水能力增强，吸水指数增大，指示曲线产生“拐点”原因可分为两种类型。

多层合注水井各小层之间注水启动压力不同，指示曲线测试过程中随着注入压力的提升，启动新层吸水打破了原吸水层注入压力与注入量之间的平衡状态，造成吸水指数增大，曲线向X坐标轴偏转。通过测试指示曲线在“拐点”前后不同注入压力状态下吸水剖面得到证实。G94-53水井笼统注水27.8 m/9层，注水指示曲线拐点前曲线斜率为0.037 6，拐点前注水30.8 MPa压力下吸水剖面测井资料显示吸水层9.8米/3层，拐点后曲线斜率为0.020 4，拐点后31.3 MPa注水压力下吸水剖面测井资料显示新增吸水层15.6 m/5层，测试结果显示启动2个新层吸水（见图1，图2）。

图2 高94-53注水指示拐点前后吸水剖面图

低渗、特低渗透储层吸水能力差，注水启动压力与地层破裂压力接近，指示曲线测试过程中注水压力可能超过地层破裂压力导致地层井筒附近产生微裂缝，裂缝导流能力远远大于孔隙基质渗流能力，造成吸水能力增强[6，7]，指示曲线出现“拐点”。为验证这一观点，通过测试单层指示曲线“拐点”前后压降试井资料来证实“拐点”后是否产生微裂缝。高32-34井通过管柱细分5段单层注水试验，成功录取不同压力下压力降落试井资料。其中第2、3、4段拐点前压降试井资料显示为径向流特征，第2、5段拐点后压降试井资料显示线性流特征[8-10]（见图3，图4），资料证实地层产生破裂是造成指示曲线出现拐点原因。

多层合注水井提高注入压力后启动新层吸水或储层破裂产生微裂缝注水指示曲线均会出现明显拐点，为准确区分两种情况，有效指导水井调控，引入吸水层、缝启动界限判定因子曲线拐点偏转角度α（见图5），计算公式为：

图3 高32-34单层指数曲线

图4 高32-34单层试井双对数曲线图

通过矿场统计分析并结合测井、试井资料综合验证，提高注入压力启动新吸水层与地层破裂产生微裂缝，曲线偏转角度α存在一定差异，以偏转角度10°作为本地区判断吸水层、裂缝启动界限，偏转角度大于10°地层微破裂，偏转角度小于10°启动新层吸水（见表1）。

3 层缝启动界限在注采调控中的应用

3.1 优化分层注水方案

通过分层指示曲线结合吸水剖面测井资料分析层间矛盾，评价目前分注方式合理性，指导水井实施针对性细分或者分注层段重组，并通过测试调整、投堵提压注水以及强吸水层浅调剖，有效提高水井纵向吸水比例[11-13]。通过实施25口水井综合调整措施，剖面动用状况明显改善，措施后水井吸水层数比例由36.4%提高到47.6%，有效提高水驱动用储量26.4×104t，井组综合含水由85.4%下降到78.3%，阶段增油 0.52×104t。

图5 注水指示曲线偏转角示意图

表1 注水指示曲线地层破裂与启动新层拐点前后曲线偏转角度统计表

3.2 指导低渗储层间歇注水

低渗储层高压注水易产生微裂缝，水驱油过程中注入水首先沿着阻力较小的裂缝推进，水驱油停止后，注入水在毛管力的作用下，通过自吸进入基质孔隙介质中，油、水重新分布，裂缝中的水和基质孔隙介质中的油产生交换，把基质中的油置换至裂缝中流动，再次加压水驱油时，裂缝中的油又被驱出，因此，采用间歇注水可以改善其注水开发效果[14]。通过指示曲线研究确定低渗储层破裂压力指导实施间歇注水32井次，15井次油井受效明显改善，综合含水由86.4%下降到65.3%，下降21.1%。