新疆油田强水敏砾岩油藏二氧化碳驱连通特征.pdf

第20卷 第1期 新疆石油天然气Vol.20 No.1 2024年3月 Xinjiang Oil&GasMar.2024基金项目：中国石油天然气集团公司科研项目“CCUS注采工艺、产出气循环利用及高效防腐关键技术研究”（2021ZZ-01-04）。作者简介：陈神根（1995-），2021年毕业于西南石油大学油气田开发专业，硕士，工程师，目前从事致密油藏提高采收率方向相关研究。（Tel）0990-6889987（E-mail）文章编号：16732677（2024）01044-08DOI：10.12388/j.issn.1673-2677.2024.01.006新疆油田强水敏砾岩油藏二氧化碳驱连通特征陈神根，徐金山，张鑫，王瑞，张莉伟，李海福（中国石油新疆油田分公司工程技术研究院（监理公司），新疆克拉玛依 834000）摘要：明确CO2驱油藏注采井间连通特征可为后续针对性实施CO2驱波及效率改善技术提供基础支撑。以新疆油田某强水敏砾岩油藏为研究对象，通过现场注采相关数据分析，明确注采连通性判断关键参数，预设关键参数比重后设计评价系数C，确定C值不同取值范围下注采井间连通关系，建立一套强水敏砾岩油藏连通性评判方法。通过该方法可判断该区注采井间弱连通、中等连通、强连通情况，分析不同连通特征主控因素，形成针对性治理对策。研究表明，注采连通性判断关键参数为生产井产油量、油压、气体组分；C值大于8时注采井属于强连通关系，C值在38时注采井属于中等连通关系，C值小于3时注采井属于弱连通关系。统计全区注采数据，根据C值判断，区块注采井间连通性呈两种明显连通特征，一是注采连通具有方向性，中强连通主要偏西北方向，但局部连通具有一定差异性，分析主要受构造及前期水驱影响；其次是注采连通具有区域性，区块中心偏东北注采连通性较好，该区22口井中强连通井14口，占比达63.6%，主要受地层渗透性差异及注碳量影响。根据注采连通性判断结果，建议对该区各类连通井分类治理，边缘区弱连通井吞吐补能，核心区弱连通井小规模压裂，强连通井封窜调剖。本研究可对提升强水敏砾岩油藏注水后CO2驱高效开发提供参考和借鉴。关键词：强水敏砾岩油藏；CO2驱；注采井；连通性；主控因素；准噶尔盆地中图分类号：TE357文献标识码：ACO2 Flooding Connectivity Characteristics of the Strong Water-Sensitive Conglomerate Reservoir in Xinjiang OilfieldCHEN Shengen，XU Jinshan，ZHANG Xin，WANG Rui，ZHANG Liwei，LI Haifu（Research Institute of Engineering Technology，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China）Abstract：Clarifying the connectivity characteristics between injection and production wells in CO2 flooding reservoirs can provide es-sential support for the subsequent implementation of CO2 flooding technology to improve sweep efficiency.With a strong water-sensi-tive conglomerate reservoir in Xinjiang Oilfield as the research object，this paper specifies the key parameters for determination of in-jection and production connectivity through the analysis of injection and production data.It designs the evaluation coefficient C after presetting the proportion of key parameters，and confirms the connectivity between injection and production wells under different rang-es of C value，thus establishing a connectivity evaluation method for the strong water-sensitive conglomerate reservoir.This method can be used to judge weak，medium，or strong connectivity between injection and production wells in this area and analyze the main control-ling factors of different connectivity characteristics to form targeted treatment measures.The study shows that the key parameters for determination of injection and production connectivity are oil production rate，tubing pressure，and the gas component of production wells.When the C value is greater than 8，the injection and production wells have strong connectivity；between 3 and 8，the injection and production wells have medium connectivity；and when less than 3，the injection and production wells have weak connectivity.Ac-cording to the statistical injection and production data of the whole area and the C value，the connectivity between injection and produc-tion wells in the block presents two apparent characteristics.First，the connectivity between injection and production wells has direc-tionality.The medium and strong connectivity is mainly northwest，but the local connectivity has specific differences，primarily affected 44陈神根，等：新疆油田强水敏砾岩油藏二氧化碳驱连通特征第20卷 第1期中国有约46%的油气资源类型以低渗透为主，其已探明地质储量超140108 t，实现低渗透油气资源有效开发对确保中国油气可持续发展意义重大，将极大缓解全球对化石能源的高消费需求1-3。中国低渗透致密油藏主要分布在松辽、渤海湾、塔里木、鄂尔多斯、准噶尔等盆地，以陆相沉积为主，具有储层物性差、层系多、类型复杂、分布广的特点4-6。近年来低渗透油藏开发主要以水驱为主，面临单井产量低、注入压力高、注入能力低、补充地层能量困难、有效驱替系统难以建立等难题，亟需接替效益开发技术7，8。CO2在原油中具有较好的溶解性和较强的萃取能力，可大幅度降低原油黏度、膨胀增容，通过与原油多次接触混相降低界面张力，从而大幅度提高油藏采收率9-11。矿场实践表明，与水驱相比，CO2吸气指数可提高5倍、启动压力可降低50%，大幅提高注入能力，可有效解决低渗透油藏水驱开发中存在的“注不进、采不出、采油速度低、采收率低”等难题12。同时，注入的CO2可大规模封存于地下，实现CO2高效减排13。CO2驱是低渗透油藏提高采收率、CO2减排和资源化利用的有效技术之一。美国CO2驱项目数量全球第一，占比超90%。从20世纪80年代CO2驱获商业推广以来，随着技术的发展进步，美国CO2驱年产油量连续5年达到1 500104 t左右，提高采收率7%15%14-16。中国从20世纪60年代开始关注CO2驱油技术，开展了CO2驱油室内研究，并在大庆油田开展了矿场试验17，累计注CO2超11104 t，产油5.53104 t。20世纪90年代，中国在江苏富民油田富14井开展了CO2驱现场试验18，有效地提高了该区块的采收率。由于对CO2驱整体认识不足、气源条件限制、气窜严重等原因，2000年之前中国的CO2驱油技术一直发展缓慢19。近10余年来，中国加大了CO2驱油与埋存关键技术攻关力度，先后设立多项CO2减排、储存、资源化利用、埋存等国家级项目，针对中国陆相油藏原油特点和储集层特征，开展重点攻关，并取得了重要进展20-22。目前，中国已在包括大庆油田芳48区块、树101区块、海拉尔油田22，吉林油田黑59区块、黑79区块、黑46区块、伊59区块22，23，长庆姬塬油田黄3区块24，25，中原濮城油田26，江苏草舍油田27，吐哈三塘湖油田28等不同类型的油藏区块开展多次CO2驱现场试验。其中，江苏草舍油田2005年开始在低渗透油藏进行CO2混相驱重大先导试验，完成了国内第一个全生命周期的CO2混相驱项目。江苏草舍油田泰州组油藏CO2混相驱累积注入CO2量达到19.6104 t，累积增油11.5104 t，提高采收率13.5%，吨换油率1.70 t CO2/t油，CO2封存率超过90%29-31。为促进新疆油田CO2驱油技术发展，挖掘准噶尔盆地CO2地质埋存潜力，根据CO2混相驱筛选条件筛选出油藏温度适中、原油地饱压差大，可实现CO2混相驱32的某强水敏致密油藏进行现场试验。前期CO2驱现场试验效果较为明显，受强水敏影响无法注入水或注水能力差的井能正常注CO2，储层压力由17.4 MPa上升至23.6 MPa，部分生产井已见效，但见效差异大。为实现注入CO2均衡波及，提升综合驱替效果，必须明确注采井间的连通性，判断不同连通条件主控因素，为后续生产技术优化提供基础支撑。目前注采井间连通性相关研究主要通过动态数据数模反演间接识别33，34，也可通过示踪剂35、试井解释36、产吸剖面测试37等直接手段判断分析。由于数模结果影响因素多、参数调节与现场情况差异大，而示踪剂等直接手段成本高、测试难度大，传统的方法具有一定的局限性。本文以新疆油田某强水敏砾岩油藏CO2驱区域为研究对象，通过现场注采相关数据分析，明确了影响注采井间连通性的关键注采动态参数，模糊设置不同注采动态参数对连通性的影响占比，建立连通性评判公式；结合相关学者38关于CO2驱by the structure and early water flooding.Second，the connectivity has regional characteristics and is better in the northeast region of the block center.Among the 22 wells in the area，14 wells show strong connectivity，accounting for 63.6%，mainly affected by the difference in formation permeability and the amount of carbon injection.According to the results of injection and production connectivity，it is suggested to implement classified management of the various connected wells in the area，huff and puff for wells with weak connectivity in the marginal area，small-scale fracturing for wells with weak connectivity in the core area，and channeling sealing and profile control for wells with strong connectivity.This study can provide a reference for the efficient development of strong water-sensitive conglomerate reservoirs by CO2 flooding after water injection.Key words：strong water-sensitive conglomerate reservoir；CO2 flooding；injection and production well；connectivity；main controlling factor；Junggar Basin引用：陈神根，徐金山，张鑫，等.新疆油田强水敏砾岩油藏二氧化碳驱连通特征 J.新疆石油天然气，2024，20（1）：44-51.Cite：CHEN Shengen，XU Jinshan，ZHANG Xin，et al.CO2 flooding connectivity characteristics of the strong water-sensitive conglomerate reservoir in Xinjiang Oilfield J.Xinjiang Oil&Gas，2024，20（1）：44-51.45新疆石油天然气2024年生产特征指标的研究方法，给出不同连通特征的取值范围；再计算不同注采井间连通性大小，判断全区注采井间连通性，分析全区不同连通特征影响因素，对不同连通情况给出针对性措施建议。1 基于注采动态参数的CO2驱连通性评判方法1.1 优选注采连通性评判参数理想的CO2驱替应为均衡波及，活塞式驱替，驱替前缘均匀推进，实现油藏整体高效开发。但受储层物性、地质构造等影响，且CO2驱油藏多为一注多采模式，注入井与生产井之间的沟通情况呈现明显差异。本研究以新疆油田某强水敏砾岩油藏CO2驱试验区现场注采数据为基础，分析与注采连通性关联性强动态参数，为后续基于动态参数评判该区域CO2驱注采井间连通情况提供基础支撑。根据现场跟踪调研，CO2驱过程中关键注采动态参数包括注入井的压力、注入量，生产井的产气量、CO2浓度、压力及产油量，见图1。对研究区关键注采动态参数的平均值以及区域内同类参数的变化范围进行了分析，见表1。对比研究发现，在注入端，注入井的注入压力基本保持稳定（区域注入压力均值为19.4 MPa，相关注入井压力最多上下浮动6.7%），无明显变化，因而舍弃其作为连通性评判依据的基础动态参数；注入量变化范围较大，图1 CO2驱注采示意图Fig.1 Schematic diagram of injection and production wells during CO2 flooding在均值为16.6 m3/d的情况下，日注量最多降低30.7%，峰值增加20.5%，综合分析其主要受供碳量影响，对注采连通性的判断存在误导因素，因此舍弃其作为连通性评判依据的基础动态参数。在生产端，生产井相关生产数据差异性强，以产气量为例，最高值比区域均值多13.29倍，远高于注碳量差异，表明生产数据可显著反映注采井间连通性差异。因此，判断注采井的连通性主要根据生产井的产油量、油压、气体组分来确定，并需量化这一差异，建立连通性评判方法。表1 研究区关键注采动态参数范围Tab.1 Ranges of key injection-production performance parameters in the study area区域注采关键参数均值变化范围注入井注入压力/MPa19.46.7%注入量/（m3d-1）16.6-30.7%20.5%生产井产气量/（m3d-1）280-100%1 328.6%产油量/（m3d-1）2.8-60.7%35.7%井口油压/MPa2-100%900%CO2浓度/%48.4-99.2%61.6%1.2 建立注采连通性评判方法本文以新疆油田某强水敏砾岩油藏为研究对象，通过现场注采相关数据分析，明确注采连通关键参数为生产井的产油量、油压、气体组分。为明确三参数对注采连通性影响大小，本文预设关键参数中气体组分影响占比60%、产油量影响占比30%、油压影响占比10%，综合计算结果为评价系数C，见公式（1）。再结合前人研究基础38及现场工况，确定C值不同取值范围下注采井间连通关系，建立起一套基于注采动态参数的强水敏砾岩油藏CO2驱注采井间连通性评判方法，判断该区注采井间弱连通、中等连通、强连通情况，为明确不同连通特征主控因素及形成针对性治理对策提供基础支撑。C=0.6Kq+0.3(Q1-Q0)+0.1(P1-P0)（1）式中C 生产井产油量、油压、气体组分按定型占比计算综合参数，无量纲；K CO2浓度，%；q 注气后平均日产气量，m3/d；Q1 注气后日产油，t/d；Q0 注气前日产油，t/d；P1 注气后油压，MPa；P0 注气前油压，MPa。高云丛等38依据油井日产油量、生产气油比和46陈神根，等：新疆油田强水敏砾岩油藏二氧化碳驱连通特征第20卷 第1期CO2体积分数变化，将CO2驱气窜过程分为不见气、气驱前缘、气驱突破、接近气窜、严重气窜五个阶段，见表2。结合这一理论基础，将不见气、气驱前缘作为弱连通情况；将气驱突破、接近气窜作为中等连通情况；将严重气窜作为强连通情况。将三种连通情况所示数据取值范围带入公式（1）中，结合各井现场数据动态分析确定不同连通情况下C值取值范围，建立基于C值取值范围的连通性分类方法，见表3。综合分析认为，新疆油田某强水敏砾岩油藏CO2驱试验区产气量中CO2的产量（Kq）取值在040102 m3/d、注气前后日产油增量（Q）取值在020 t/d、注气前后生产压差增量（P）取值在025 MPa。C值大于8时注采井属于强连通关系；C值在38时注采井属于中等连通关系；C值小于3时注采井属于弱连通关系。根据这一连通性判断原则，可评判不同试验区域的注采连通性差异，并对整个CO2驱油藏连通性差异进行分析论证。表2 油井气窜标准Tab.2 Gas channeling criteria for production wells阶段不见气气驱前缘气驱突破接近气窜严重气窜日产油量递减明显增加高水平增产递减迅速递减生产气油比/（m3m-3）00300300700700CO2体积分数/%558383连通性分类强连通中等连通弱连通2 基于注采动态参数的CO2驱连通性评判效果验证2.1 连通性评判结果论证如图2所示，根据建立的连通性评价方法，以新疆油田某强水敏砾岩油藏CO2驱试验区特征井组M为例，记录该井组中各生产井的产气量、CO2浓度、产油量、注气前后油压变化值。根据高云丛等38研究结论及强弱连通性归纳结果（表2），评判得出该井组3口井呈弱连通性、1口井呈中等连通性、2口井呈强连通性。同时，3口弱连通性井C值分别为2.0、2.0、1.1，1口中等连通性井C值为5.4，2口强连通性井C值分别为12.7、22.5，均满足根据生产相关参数确定的连通性强弱分类取值范围（表3）。表明基于注采动态分析，预先设计关键参数对连通性影响占比，形成连通性综合评判值C，并根据前人研究基础，确定不同连通情况不同C值的范围，符合实际生产规律，方法有效。图2 特征井组M注采井连通性判断Fig.2 Injector-producer connectivity determination for the M characteristic well group以本文建立的基于注采关键动态参数的连通性评判值C评价新疆油田某强水敏砾岩油藏CO2驱试验区的整体连通情况，见图3。图3中黑圈代表生产井，其中红色数值为基于生产动态关键参数计算的C值，黑点加箭头的为对应注入井。结果显示，以每个注入井组为单元，其西北方向的C值整体取值较高，表明连通具有方向性，主要偏西北方向；试验区中心偏东北区域22口井中有14口井C值高于3，占比达63.6%，表47新疆石油天然气2024年明试验区注采连通具有区域性，试验区中心偏东北区域连通性较好。D o co u cu m ce D ce D cD n cD e ce t cP t cr t ce r co P ce t cD D co P ce n co e ce n cP o cm e cDm t cD r cD u ce n cm e cmm o cu s cs u cn e cDnu n cDD m cD o ce D ce n cD D cP e ce n cD P ceeee图3 试验区注采井连通性判断Fig.3 Injector-producer connectivity determinationfor the CO2 flooding test area2.2 不同连通特征影响因素分析试验区注采井连通方向性主要受地质构造影响。目标油藏为东南倾单斜构造，平均地层倾角38，西北地层倾角高至2030，见图4。由于气液重力差异，易造成CO2超覆现象，注入CO2沿着高部位驱进，形成构造高部位的优势通道，从而使得CO2驱试验区注采井间整体呈现沿西北方向的连通性。DocuDocu图4 CO2驱替超覆示意图Fig.4 Schematic diagram of CO2 flooding overlapCO2驱油藏注采井连通区域性特征主要受地层非均质性及区域注碳量差异影响。如图5所示，目标油藏主力产层不同区域渗透性差异明显，渗透率较高的区域主要位于油藏中部，同等注碳条件下，渗透率较高的区域注采井间更易建立有效连通。此外，注碳量越大，注采井间建立中强连通的可能性越明显，中心区域注入井注入CO2量在0.71040.8104 t范围内（18#井为中心区域井），见图6。因而在地层渗透性较好的条件下能够在中心区域注采井间建立比例较高的中强连通关系。图5 试验区油藏渗透率等势线图Fig.5 Permeability contour map of the CO2 flooding test area图6 试验区各井注碳量Fig.6 Injected carbon of each well in the CO2 flooding test area2.3 不同连通特征井措施建议通过建立基于注采动态参数的CO2驱连通性评判方法，明确CO2驱油藏注采井间的连通性，分析不同注采井间呈现差异化连通特征原因，归纳CO2驱油藏注采井间弱连通、中等连通和强连通三类井的分类治理手段，改善CO2驱油藏开发效果。针对弱连通井组，边缘区域主要受限于注碳量，建议对注碳量不足的井组油井实施吞吐，通过增加地层能量实现增产；而中心48陈神根，等：新疆油田强水敏砾岩油藏二氧化碳驱连通特征第20卷 第1期区域的弱连通井在注碳量充足的情况下主要受限于注采井间未能建立有效沟通，建议后续做小规模压裂，实现注采井间有效沟通。针对强连通井，其主要表现为生产井气窜，注采井间存在高渗透通道，造成注入CO2在注采井间无效循环，建议后续明确窜流通道并对强连通井组实施封窜调剖措施。中等连通井为正常生产井，需保持稳定的注采制度，维持长期高产稳产。相关连通特征井对应治理对策建议见图7。DocumentPrsClDo:yaMgYwBlk?g?Do?Do?o?s?g?Do?r?g?Do图7 不同连通性分类治理调控建议Fig.7 Management suggestions for different connectivity levels3 结论本文以新疆油田某强水敏砾岩油藏为研究对象，通过现场注采相关数据分析，明确注采连通性判断关键参数，预设关键参数比重后设计评价系数C，结合前人研究基础及现场工况，确定C值不同取值范围下注采连通关系，建立了一套强水敏砾岩油藏连通性评判方法。通过该方法可判断注采井间弱连通、中等连通、强连通情况，分析不同连通特征主控因素，形成针对性治理对策。1）注采井的连通性主要根据生产井的产油量、油压、气体组分确定。基于注采关键参数的C值大于8时注采井属于强连通关系，C值在38时注采井属于中等连通关系，C值小于3时注采井属于弱连通关系。2）基于注采关键参数的C值取值范围判断，新疆油田某强水敏砾岩油藏CO2驱试验区注采连通具有方向性，偏西北方向，主要受构造及前期水驱影响；同时，注采连通性具有区域性，中心偏东北区域注采连通性较好，主要受地层渗透性差异及注碳量影响。3）根据注采连通性判断结果，建议对各类连通特征井分类治理。边缘区弱连通井主要受注碳量不足影响，推荐对边缘井实施吞吐补能；核心区域弱连通井主要处于构造低部位或低渗透区域，推荐对其实施小规模压裂；对强连通井封窜调剖提升波及效果。参考文献1 贾承造.论非常规油气对经典石油天然气地质学理论的突破及意义 J.石油勘探与开发，2017，44（1）：1-11.JIA C Z.Breakthrough and significance of unconventional oil and gas to classical petroleum geological theory J.Petroleum Exploration&Development，2017，44（1）：1-11.2 万涛，覃建华，张景.致密油藏小井距开发交替压裂实践J.新疆石油天然气，2022，18（4）：26-32.WAN T，QIN J H，ZHANG J.Practices of zipper fracturing for tight reservoir development with small well spacing J.Xinjiang Oil&Gas，2022，18（4）：26-32.3 JIA J L，LIU Z J.Particle-size fractionation and thermal variation of oil shales in the 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