复杂碳酸盐岩油藏水窜类型系统诊断及对策

王凤刚，史长林，尹彦君，姜康，张震，张强

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

碳酸盐岩油藏常常表现为不同尺度的孔、缝、洞交错发育[1，2]，中东地区碳酸盐岩油藏以孔隙型为主，其孔隙结构以粒间孔和溶蚀孔居多，部分储层裂缝不发育，渗透率低，非均质性强[3，4]，油井在开发碳酸盐岩储集层的过程中易发生水窜问题[5，6]。实际上油井含水上升有多种多样的成因，包括管外窜、底水锥进、高渗层水窜等多种类型。成因不同，控水的措施就应该有所不同[7～9]。所以，如何准确识别单井水窜的趋势、类型、成因，成为控水增油的重要工作[10]。

中东R油田为构造-岩性碳酸盐岩强底水油藏，储集空间主要为孔隙型，隔夹层发育。油藏埋深3000m，油层有效孔隙度17%～21%，渗透率约30mD。油田2011年投产，天然能量开发，井型为直井。截至2017年底，共有开发井65口，含水上升率3.8%，大部分井含水率较高，水窜问题严重[11]。由于储集层非均质性强，在开发过程中，油井存在底水锥进、底水过渡带推进、裂缝或断层连通等多种水窜类型。因此，准确识别每口单井的水窜类型、成因，并提出对应的控水措施，对提高油田产量具有重要意义。为此，笔者提出了监测数据分析、动态曲线绘制、Chan曲线对比、见水时间对比的四步水窜类型诊断法，详细诊断并分析R油田所有油井的出水特征及出水原因。各个诊断方法互相佐证，确保成果的准确性，又能够避免控水措施的盲目性，节省作业成本。

1 复杂碳酸盐岩油藏四步水窜类型诊断法

四步水窜类型诊断法流程如图1所示。

图1 四步水窜类型诊断流程图

1)步骤1——利用动态监测测井方法进行工程诊断 动态监测测井(PLT)是在油田开发过程中监测油藏动用情况的主要手段，虽然产出剖面测井是PLT测井的首要任务，但是准确地找出油井出水位置也是生产测井一个重要的用途[12～15]，可以通过流量、井温等参数的变化对生产井的出水位置进行定性的判断。然而，由于测试成本高，只有少数井进行生产测试，需要其他手段来分析水窜的类型和成因。

2)步骤2——利用含水率及含水变化速度曲线来识别水窜 碳酸盐岩油藏水窜的发生会直接导致油井含水快速上升，产油量下降，可以利用含水率及含水变化速度曲线来识别水窜，并分析含水上升趋势。由于碳酸盐岩油藏储集层非均质性极强，含水具有波动性。如果是单纯的将相邻2个时间的含水率比较，由于时间短，规律性较差，含水率的变化不能说明具体的变化原因。因此，在对含水率进行差值计算的时候，取季度含水率作图，如图2所示，正常底水锥进井含水率平稳上升，含水上升速度平稳波动；存在水窜的单井，含水会出现陡升，含水上升速度出现异常高点；对于隔夹层发育的底水油藏，含水呈阶梯型上升，含水上升速度出现多个异常高点。

图2 不同水窜类型含水率及含水上升速度曲线

该方法局限性在于水窜类型多样，仅正常底水锥进、隔夹层发育区底水锥进的曲线特点显著，至于大孔道等窜流的曲线类型多样，具体分析窜流的原因，还需其他方法验证。

图3 Chan曲线诊断模板线

该方法局限性在于Chan图版基于砂岩油藏数值模拟划分不同的油井产水类型，在储层特征方面与R油田这种以孔隙型为主、局部发育缝洞的碳酸盐岩油藏存在区别，可见Chan水油比诊断图只能参考利用。

4)步骤4——利用油藏工程方法计算见水时间来辅助分析 利用有关底水锥进的理论公式预测油井的见水时间，就可以与实际油井见水时间对比，可以辅助分析油井含水上升的成因，并合理安排油井的日常管理工作[18，19]。计算底水油藏见水时间的方法很多，现场生产情况表明唐人选[20]方法预测结果最符合实际开发情况，对预测厚底水油藏的见水时间具有重要参考价值。该方法基于2种流动模型推导出见水前水锥高度的隐函数，即射孔段上部为水平径向流动，射孔段下部为半球状向心流动，从而得到水锥突破时间的表达式[20]：

式中：ts为水锥突破时间，d;hp为射孔段总厚度，m；α为垂向渗透率与水平渗透率之比，1；rw为井筒半径，m；re为泄油半径，m；φ为储集层孔隙度，1；h2为未射开油层厚度，m；q为总产量，m3/d。

2 现场实际应用

生产井A-5井所在的射孔层位为R2、R4层，位于底水油藏的构造高部位，避水高度21m，2012年2月投产，初期日产油220m3，含水率0.4%，含水率缓慢上升，截至2017年底，日产油60m3，含水率70%，累计产油25×104m3。

步骤1：对生产井A-5井钻完井报告及生产测试资料进行分析。该井固井质量好，无套漏或管外窜现象。2012年12月进行过PLT测试，测试结果见图4，红色曲线为井筒温度曲线，拐点为外部液体流入引发的温差变化，拐点1疑似为射孔层段(R2层)生产而引发的流入流体温差；拐点2则疑似为下部层段(R4层)引发的流入流体温差。然而，由于井眼环境、机械性梗阻等不同均会对测试结果造成误差，因此，需要其他手段来分析水窜的类型和成因。

图4 A-5井PLT测试结果图

图5 A-5井含水率及季度含水上升速度随生产时间的变化曲线

步骤2：分析生产资料，作该井的含水率及季度含水上升速度随时间变化曲线，结果见图5。由图5可以看出，生产井初期不含水，无水采油期约半年，随着生产时间的延长，含水率迅速升高，目前含水率70%，观察季度含水上升速度曲线，第7个月，含水上升速度由0.5%陡升至8.8%，第10个月含水上升速度值为8.4%，后期在3.1%左右平稳变化。整个生产过程在第7和第10个月存在相对高点。生产曲线与图2的正常底水锥进和大孔道窜流的生产曲线特征相似，初步怀疑存在大孔道沟通底水的现象，但水窜现象不明显。

步骤3：作A-5井的Chan曲线，如图6所示，曲线初期平稳，生产过程中陡升后缓慢上升，而水油比导数曲线呈缓慢上升趋势，参考Chan曲线标准模板(见图3(c))，曲线特征为近井筒窜流的特征。

步骤4：通过唐人选[20]方法计算R4层底水水锥情况。计算结果见表1，底水锥进至A-5井位于R4层射孔段底部的时间至少34个月，与实际见水时间(6个月)不符。

结合PLT测试资料、含水率曲线、Chan曲线诊断图以及见水时间的分析，综合判定A-5井生产井产水属于下部井段R4层近井筒窜流至射孔段所致。建议首先进行测试验证，找窜和封窜，同时，在生产过程中要考虑存在加剧管外窜的风险。

表1 A-5井见水时间计算参数表

3 复杂碳酸盐岩底水油藏水窜类型及控水对策

图6 A-5井水油比及水油比导数随投产时间变化的曲线

利用四步水窜类型诊断法识别R油田所有出水井，共识别出7种典型的水窜类型，具体见表2，其中，正常底水锥进、层状底水锥进、裂缝或断层连通底水井占多数，对应分析产生原因，并从钻井、油藏及工艺角度开展水窜治理。

3.1 正常底水锥进型

R油藏底水能量较为充足，油水过渡带较薄，受避射距离及生产压差影响，在油井生产过程中容易造成底水锥进，目前油田正在合理控制在产井生产压差，延长低含水采油期，优化新井射孔位置及射孔方式，保持合适的避射距离[21，22]，对于含水率高于90%井，注入选择性冻胶堵剂，建立油水隔板[23，24]。

3.2 层状底水锥进型

该类型生产井含水率呈阶梯状缓慢上升，这是由于油层下部发育不连续隔夹层，起到了抑制含水上升速度的作用[25]。目前，未做处理。

3.3 裂缝或断层连通底水型

由于井筒附近发育一定程度的裂缝沟通底水，建议进行储层精细描述，落实裂缝及溶洞区，选择机械堵水，同时，注入选择性堵剂，堵水不堵油。

表2 不同生产井水窜原因分类及控水方案

4 结论

1)挖掘监测数据、修正动态曲线、对标Chan曲线、标定见水时间的四步水窜类型诊断法能够快速诊断复杂孔隙型碳酸盐岩油藏见水井的水窜类型，与常规方法相比，该方法的识别度高，避免过多进行井下作业。

2)利用四步水窜类型诊断法，在中东R油田识别出7种典型的水窜类型，在所有水窜井中，正常底水锥进、层状底水锥进、裂缝或断层连通底水井占多数。

3)每口井采用相对应的控水对策，降低了出水井的含水上升速度，在投产新井逐年减少的情况下，控水对策起到稳定油田产量的作用，同时也可对其他复杂碳酸盐岩油田提供可靠的措施对策依据。