断块油藏类型划分探讨及注CO2分类开发对策

王智林

中国石化江苏油田分公司, 江苏 扬州 225009

0 前言

复杂断块油藏具有构造破碎、断块形状复杂、含油面积小,难形成规则井网及储量动用程度低等典型特征[1-4]。现有成熟水驱开发方式的相关研究成果,如井网调整、层系组合等油藏工程方法对其应用效果不如整装油藏。注CO2的微观增油机理包括原油膨胀、降低原油黏度、降低界面张力、改变油气相渗、蒸发萃取轻质组分等[5-6],通过注CO2微观机理提高微观驱油效率对于复杂断块油藏更为重要。由于CO2具有很强的扩散性,使得气窜成为制约注气效果的关键问题,因此在制定气驱开发政策时不能忽视对注气方式、注气井网等影响气相前缘运移因素的研究。对于复杂断块油藏,针对不同断块类型,提出更精细的分类型注CO2模式是提升注气效果的技术关键。

针对开发复杂断块油藏,前人已经形成了多种分类方法。王光付等人[7]将断块油藏类型划分为天然能量开发的边底水断块油藏、注水开发的简单断块油藏、复杂断块油藏和极复杂断块油藏,回归出不同类型断块油藏采收率计算公式。杨勇等人[8]针对断块多、矛盾复杂的现状,对断块油藏重新分为4大类7小类,并首次提出了屋脊断块油藏人工边水驱等提高采收率对策。王端平等人[9]依据面积、厚度、渗透率、天然能量及驱动方式等建立了断块油藏层块分类标准,并给出不同层块组合开发与调整的方法。卢惠东[10]依照天然能量、构造形态及驱动类型将复杂断块油藏划分为边底水活跃断块油藏,简单断块油藏,复杂断块油藏,极复杂断块油藏及岩性构造油藏,利用油藏工程方法得到了井网优化的原则及调整方法。宋志超[11]研究了不同断层组合及井网开发方式下的渗流规律,从流线的角度并结合相应的数值模拟结果来分析断层的存在对剩余油富集规律的影响。

上述分类方法的建立更侧重于如何指导下一步水驱开发政策或调整对策的制定。若要建立更侧重于注气方式选择的分类方法,在分类指标中应侧重对注气效果影响的关键因素。因此,本文提出主要基于断块形态、井网基础及当前开发方式的复杂断块类型划分方法。应用数值模拟及油藏工程方法,重点考虑现有井网基础、剩余油分布特征、历史开发方式等,优选对应的注气方式,形成复杂断块分类注气模式。应用该模式有效指导了J油田复杂断块油藏的注CO2现场试验,取得良好效果。该模式的提出可为国内其他同类型油藏的注CO2开发方案制定提供决策依据及借鉴意义。

1 复杂断块油藏注CO2典型类型划分

划分断块油藏类型的首要条件是油藏形状,而油藏形状又与所采用的井网有很强的相关性。因此,首先将复杂断块油藏划分为是否能形成完善井网的两类,能形成完善井网的包括可形成面积井网的油藏和窄条带油藏两类,而后者由于油藏形状及含油条带宽度所限无法部署面积井网,主要包括极复杂断块油藏及单干井。而条带油藏按照井网形式分为三类:单排井、双排井、三排井。单排井所占比例较低,所以本文主要研究双排井和三排井。最后各细分类型依据当前的开发方式进一步划分为天然能量及注水开发两类。是否注水开发其实对应着储层的注入能力,即随着开发的进行,可注水的区块会通过注水维持储层能量,而低渗或者水敏严重储层则在进行注水试验不成功后继续保持弹性能量开发。两种开发方式的不同则决定了后续注气方式的选择[12]。最终形成图1所示复杂断块油藏类型划分方法。

图1 复杂断块油藏分类图Fig.1 Classification of complex fault block reservoir

2 复杂断块油藏注气模式

针对上述复杂断块类型划分方法,建立机理模型,通过对比优选各类型最优注气模式。其中单干井仅可通过单井吞吐生产,不做展开研究。

2.1 窄条带油藏

窄条带油藏是复杂断块油藏中最重要的组成类型之一[13],也是分类注气模式重点研究对象。其地质特征为:平面上油层紧贴断层呈条带状分布,含油带窄,油藏宽度在100～400 m之间,长宽比一般大于3。窄条状油藏开发初期受构造特征等影响均采取边缘注水方式,其中含油面积相对较窄的采取两排井,而含油面积较宽的则采取三排井或以上。边缘注水方式也决定了其主要剩余油类型为接近断层的高部位“断棱油”,是注气挖潜的重点目标。

2.1.1 注水开发窄条带

水驱开发后窄条带油藏对水相的注入能力已经过验证,可优先考虑气水交替的注入方式。采用气水交替注入,一方面储层中由两相渗流变为三相渗流,增大储层的渗流阻力,降低多孔介质中含气饱和度,从而大幅降低气相相对渗透率,抑制黏性指进及气体超覆现象。另一方面,通过注水辅助提升储层压力水平,增益注气效果,提升注气利用率及经济效益[14]。

2.1.1.1 两排井

基于真实断块抽提双排井窄条带概念模型,注入井网分为间隔注入、顶部注入、底部注入,见图2。注气方式为同井水气交替。数值模拟结果表明,底部水气交替提高采收率幅度最大,见图3。分析认为,水驱开发后窄条带油藏的剩余油主要富集在油藏高部位,应采用高部位油井继续采油。同时底部为边水侵入方向,注气后由两相流动转为三相流动,降低水相渗透率,显著延缓水窜时机,提高最终采收率。

a)间隔注入Ⅰa)Interval injectionⅠ

b)间隔注入Ⅱb)Interval injectionⅡ

c)顶部注入c)Top injection

d)底部注入d)Bottom injection图2 双排井窄条带同井注入井网类型图Fig.2 Well types of narrow-band reservoir with double well row

图3 双排井窄条带油藏同井气水交替不同井网类型开发指标对比图Fig.3 Development indicators of different well types of double-rownarrow-band reservoir for same well WAG flooding

异井注入井网分为间隔注入、顶部注入、底部注入。根据注气井注水井井数不同共设计10种井网类型,见图4。注入方式采用异井注水、注气且均为连续注入。结果表明底部间隔注水/气效果最好,底部间隔注入增大底部边水侵入阻力,降低边水侵入对开发效果的不利影响。

图4 双排井窄条带油藏异井气水交替不同井网类型开发指标对比图Fig.4 Development indicators of different well types of double-rownarrow-band reservoir for different wells WAG flooding

2.1.1.2 三排井

三排井窄条带的井网类型分为顶部注入、腰部注入、底部注入、间隔注入4种注气方案,注入方式均为同井水气交替注入。研究结果表明,注气效果同样以底部水气交替提高采收率幅度最高,见图5。其机理同两排井类似,不再赘述。

需要说明的是,窄条带油藏为半开启的断块类型,往往发育一定的天然边水。对于强边水能量窄条带,注气模式的确定依照如下等效方式:强边水单排井窄条带等同于水驱开发两排井窄条带,而强边水两排井则等效于水驱开发的三排井窄条带。

2.1.2 弹性能量开发窄条带

弹性能量开发油藏往往存在注水困难的问题,因此其注气方式无法采用气水交替注入。其注气模式的优化应着重于井网及注气部位的优化。基于机理模型,由于仅部署两排井,数模对比了顶部排状注气,顶部间隔注气及底部排状注气三组方案,各方案在总注气量及注气速度相同的条件下产油量对比见图6。由图6可见,顶部排状注气累产油量最高,为该类型窄条带的最优注气模式。分析认为,采用顶部注气最大程度了发挥了注气辅助重力泄油的作用,气油之间的密度差异使之重力分异,注气重力驱不仅能利用重力分异作用,将顶部“阁楼油”聚集成新的前缘富油带,使其均匀地向构造下部移动。而且由于油气间界面张力小于油水间界面张力,使得注入气能进入到水相无法进入的更小级别孔喉,进一步降低水驱后细小孔喉中的残余油饱和度[15-16]。

图6 天然能量窄条带不同注气方式产油量对比图Fig.6 Cumulative oil production with different CO2injection methodsfor narrow-band reservoir of natural energy

2.2 面积井网油藏

复杂断块油藏由于断块含油面积小,构造破碎等因素,往往很难形成规则的面积井网,因此该类储量占比相对较低。基于面积井网油藏注气的井网优化,层系调整等方面的研究已经非常成熟[17-18]。简单来说,对该类油藏,其注气增大波及体积的关键因素是如何优选井网井型,确定井网密度以及调整接替井网。数值模拟研究表明,对面积井网油藏采用原井网实施注气效果要优于排状井网等开发方式。因此对于水驱开发的面积井网油藏,在注采井网上实施气水交替注入为最优模式,而对弹性能量开发的面积井网则实施水井转注气效果更好。

2.3 极复杂断块油藏

构造极破碎,含油面积小于0.1 km2的复杂断块为极复杂断块。其储量基础小,难以部署规模井网,仅通过几口零散井进行生产,往往采出程度较低[19]。针对极复杂断块油藏,提出“异步吞吐”开发模式,其特点为一口井注气、焖井,另一口井生产,然后两口井交替进行注采切换。分析其微观增油机理,一是在注气阶段关停油井抑制了气相沿优势渗流通道窜进。注入气在驱替压差、毛管力的双重作用下向孔隙中运移,扩大孔隙介质的波及体积。二是在焖井的时间里,CO2充分发挥溶解膨胀原油、降低原油黏度及界面张力的微观作用,增强“顽固”油滴、油膜的弹性能量及流动能力。总的来说,异步注采强化孔隙吸气排气(采油)的速度与深度,通过注采交替,采出井间和井周原油,同时发挥出驱替与吞吐的作用[20],极复杂断块异步吞吐增油机理示意图见图7。

图7 极复杂断块异步吞吐增油机理示意图Fig.7 Diagram of mechanisms for asynchronous huffand puff of extremely complex blocks

3 现场应用效果

J油田以复杂断块油藏注气分类方法及注气方式优选模板为指导,重点为注不进水或注水效果差的三种断块类型的注CO2开发提供理论依据。2015年至2019年,J油田注CO2分类开发模式主要在3种类型5个区块应用,累计注CO23.70×104t,实现增油1.42×104t,平均换油率为0.39,获得良好的增油效果及经济效益,主要区块的增油效果见表1。例如在H 62断块,其断块类型为天然能量开发两排井窄条带油藏。因此在高部位6口井实施顶部排状注气。注气前,区块总日产量为11.4 t,注气后日产量升至21.9 t,单井产油能力显著提升。注气见效仅6个月累计实现增油 6 900 t,目前仍处于稳定增油期内。此外,通过重力稳定驱油还显著抑制了气窜速度,在区块内各井均压裂的条件下,增油期内产出气CO2含量稳定在30%以下。矿场应用的成功验证了该分类注气模式对于复杂断块油藏采收率提高的适应性与可靠性,为今后J油田及其他国内复杂断块油藏的有效开发提供决策依据及借鉴意义。

表1 J油田分类注气模式主要应用区块增油效果表

4 结论

1)本文针对复杂断块油藏提出的分类注气模式可有效指导断块油藏注CO2的“分块施策”,提升了注气方式的针对性及有效性,经现场试验验证了模式的适应性及可靠性,可为其他同类型油藏注CO2的技术政策制定提供参考依据。

2)针对窄条带油藏,注水开发的采用底部气水交替,若存在注入困难可考虑采用异井气水交替方式替代;而依靠天然能量开发的则采用顶部排状注气方式,以最大化地发挥重力辅助泄油的效果。

3)针对极复杂断块油藏提出“异步吞吐”注气方式,该方式可同时发挥井间驱替作用及单井吞吐作用,并通过焖井时间增加CO2与原油间的传质作用,可显著提升该类型断块的注气驱油效果。