在世界石油资源中,缝洞型油藏占十分重要的位置。缝洞型油藏在经历多期次的构造作用和长期的岩溶改造之后,储层空间结构形态复杂多样
[1-3]。其中,大型的溶洞及裂缝系统是流体的有效储存空间,但大尺度溶洞、裂缝及溶蚀孔洞往往高度分散,这使得流体在储层中的渗流特征十分复杂
[4-6]。这种复杂特征显著增加了油藏参数表征与开发动态预测的难度
[7],在此背景下,试井解释作为工程开发中揭示储层特征的核心手段,其技术价值愈发凸显。
试井解释是一种通过人为改变井的工作制度,实时监测井眼压力等动态参数随时间的响应变化,进而反演储层物理属性与流体流动规律的技术
[8],主要工作包括对试井数据的处理,双对数坐标下试井曲线的绘制以及基于地质认识下的试井模型拟合,其核心作用体现在定量表征储层参数、识别储层边界和内部结构特征以及评估流体流动状态
[9]。解释成果为油藏开发方案优化及储层结构的分析提供了重要依据。为此,对缝洞型油藏的试井解释工作,中外学者进行了大量的研究。
针对裂缝性储层,Barenblatt等
[10]首次提出了双重介质模型,将裂缝性储层划分为裂缝系统和基质系统,并通过窜流来描述流体在不同介质间的流动。之后,Warren等
[11]在此基础上进一步完善,提出了经典的Warren-Root双重介质模型。随着对缝洞型油藏的开发,Abdassah等
[12]针对缝洞型油藏提出了描述溶洞、裂缝及基质系统之间渗流规律的三重介质模型。文献[
13-
15]进一步考虑了储层介质特性、井与储层关系以及应力敏感效应等,分别建立了对应的双重、三重试井分析模型。随着研究的深入,中外学者将溶洞和裂缝、溶蚀孔洞的流动分开表征,对溶洞中的流体流动采用流体动力学方程或等势体方程来描述,而对裂缝和溶蚀孔洞仍采用达西渗流规律
[16]。林加恩等
[17]、魏操等
[18]基于此理论分别建立了各种储层情况的试井模型。
试井解释模型的研究表明,对于不同的渗流阶段,其试井曲线会表现出对应的形态特征。试井曲线是流体在地下渗流的“动态反应”,可以将抽象的地下流动过程转化为直观的曲线形态,为此也有许多学者针对试井曲线的形态特征进行定性的分类研究。杨敏等
[19]以塔河油田的实测资料将试井曲线分为六类,分析了每类曲线对应的储集体类型及生产特征。陈利新等
[20]按照实际生产需求,将哈拉哈塘油田的试井曲线分为四类,评价各模式的生产情况,提出相应的生产措施。王霞等
[21]针对轮古油田的实测试井曲线,按不同储层类型,将试井曲线划分为四类,分析了不同类型油藏具有不同的生产特征。张宁等
[22]按曲线形态将顺北油田的典型试井曲线划分为3大类9个亚类,分析了各流动阶段的特征。但这些研究多考虑了某种单一的缝洞组合,对多个缝洞储集体的复杂组合及对应的试井曲线和渗流规律研究较少。
为此,在综合考虑缝洞型油藏的储集体组合关系的基础上,结合试井曲线特征提出了8类典型的缝洞结构模式,并剖析了各模式的特征。同时,以典型井为例,基于试井理论的压力响应规律对各模式典型井的流动阶段进行分析,总结不同缝洞组合下的试井曲线特征。在缝洞型油藏储层内部结构的识别、试井解释模型的选择以及流体在复杂缝洞结构中流动规律的研究中具有重要的作用和意义,也可为具有相似储层特征的缝洞型油藏提供参考。
1 地质背景
哈拉哈塘油田位于塔北隆起区的南斜坡地带(
图1),其储层深埋超过5 500 m,为典型的超深层碳酸盐岩油藏。该油田历经了加里东晚期、海西早期、海西晚期、印支-燕山期以及喜马拉雅期等多期次构造演化,形成了受断裂控制、断裂-岩溶共同控制以及岩溶作用单独控制的三种富油模式
[23]。研究区域内储集空间以大尺度的溶洞、孔洞及裂缝为主,微裂缝发育,基质几乎没有流动能力。全区油气纵向分布规模大,没有统一的油水界面
[24]。
2 典型缝洞结构模式分类及特征
通过统计哈拉哈塘油田采取过压力恢复试井的63口井的实际压力恢复试井曲线,总结出三大类8个亚类试井曲线。结合曲线形态及动静态资料,划分了各类型曲线对应的三大缝洞结构,即大型缝洞集合体结构、多洞穴结构和大尺度裂缝结构。同时,各缝洞模式根据储集体特征又可细分为8种类型。其中,大型缝洞集合体结构可分为相对封闭型、外围致密型、多溶洞组合型;多洞穴结构可分为单洞型、双洞型、洞穴群型;大尺度裂缝结构可分为缝网孔洞型、裂缝型。
2.1 大型缝洞集合体结构
大型缝洞集合体
[25-26]是由于多期次岩溶改造和构造运动而形成的大规模缝洞型结构,发育主要受断裂、不整合面以及暗河发育影响。此类结构并非单一的储集体组合,而是由集合体内部的多个溶洞、孔洞及裂缝单元相互连通构成的大型缝洞集群。集合体内部的储集体成因相同,具有统一的压力系统,在空间分布上,通过低渗透性溶蚀界面或封闭性构造与相邻的缝洞单元实现有效分隔。结合缝洞的空间组合及已钻井的地震资料分析,井钻遇的大型缝洞集合体结构主要有3种模式:相对封闭型、外围致密型和多溶洞组合型。
相对封闭型结构[
图2(a)]内部溶洞、裂缝连通性好,多个储集体间形成了较好的流动通道,表现出大型洞穴储集体的特征。集合体内部以溶洞和裂缝作为主要的储集空间,且兼具连通作用,基质几乎无流动能力。此模式在地震剖面上表现出强串珠+杂乱反射的特征,生产过程中往往表现出初期产量高,能量供应充足的特征。
外围致密型结构[
图2(b)]主要受到断裂及岩性双重控制,物性表现出强非均质性下的复合特征。集合体内部储集体物性较好,缝洞单元相互连通,但外围由于致密的岩性及少量的裂缝发育,导致储层物性差,整体表现出内好外坏的复合特征。此模式在地震剖面上也表现出强串珠+杂乱反射特征,但物性比相对封闭型差,且后期供液能力不足。
多溶洞组合型结构[
图2(c)]是断裂交汇扩容及层间岩溶改造而形成的。集合体内部储集体是多个坍塌洞穴的组合,主要依靠裂缝连通。此模式在地震剖面往往表现出多个紧密的串珠状强反射,生产过程中会有多储集体供液。
2.2 多洞穴结构
多洞穴结构是地层流体沿断裂破碎带进行集中运移,通过持续的溶蚀扩容作用改造原始渗流通道,最终形成的受断裂控制的大型溶蚀缝洞结构
[27]。油气存储的有效空间为内部溶洞及溶蚀孔洞,而裂缝只起到连通作用,在钻井过程中,往往出现放空漏失情况,是油气存储的优质空间,油井钻遇一般都能获得良好的油气效益。根据地震及试井曲线形态特征,可以将多洞穴结构分为三类:单洞型、双洞型和洞穴群型。
单洞型结构[
图3(a)]的储集体为一个孤立溶洞,在地震剖面上表现为串珠状反射,钻遇此类储层的油井生产曲线呈一直线,初期日产量大,压力下降缓慢,自喷期和稳产期长,累积产油量较高,且供液能力充足。
双洞型结构[
图3(b)]纵向发育有两个大尺度溶洞储集体,二者通过裂缝连通,地震剖面上表现出强串珠状反射,此类储层储量规模大,生产曲线呈多段斜率不同的直线,投产初期日产油量高、累积产油量高、能量补给充足,生产表现出高产、稳产特征。
洞穴群型结构[
图3(c)]由断裂控制下发育的多个纵向溶洞组成,若洞穴群连通性好,则会表现出一个溶洞单元的特征,在地震剖面上为串珠状反射,油井生产初期日产油量高,产量递减速度慢,产能高,能量强。
2.3 大尺度裂缝结构
缝洞型油藏由于地层应力释放形成的破碎带,周围往往发育有大尺度的网状裂缝,大型的裂缝既是主要的油气储集空间,又是流体流动的连通通道,部分裂缝经溶蚀扩大还会与溶蚀孔、洞构成以裂缝网络为主的缝洞结构
[28]。据此可以将其分为缝网孔洞型、裂缝型。
缝网孔洞型结构[
图4(a)]是裂缝网络发育过程中与溶蚀的孔洞构成的缝洞单元,在地震剖面上表现为杂乱反射或片状反射
[29]。此类储层物性相对较差,且储量规模较小,整体生产表现较差。
裂缝型结构[
图4(b)]指的是油井钻遇裂缝,对缝洞型油藏来说相对较少,纯裂缝储集体在地震剖面上为弱反射,储层规模一般不大,且易快速见水。
3 各模式典型井试井曲线分析
基于现场63口实际井的多次关井后压力恢复测试数据,剔除井筒未稳定阶段数据并采用插值法修正异常值后,在双对数坐标下绘制了压力与时间关系曲线进行分析。
由于井与地层的接触关系、地层中溶洞的分布位置、缝洞组合方式的不同,流体会表现出不同的流动状态,对应的现代试井曲线也会表现出不同的形态特征
[30]。不同的储层模式与接触关系,使得单井的试井曲线差异大,但对于同一储层模式,根据实际压力恢复数据绘制的现代试井曲线,其压力与压力导数双对数曲线形态会表现出规律性的差异
[31]。因此,结合研究区的地质特征及储集空间类型,可以识别出每种模式典型实例井的试井曲线特征及流体流动规律。
3.1 缝洞集合体模式
油井钻遇大型缝洞集合体模式,压力恢复试井曲线会表现出溶洞、裂缝的响应特征。由于集合体内部连通性好,联结紧密的缝洞群在试井曲线上往往会表现出一个大溶洞的特征,这会隐藏曲线前期裂缝的响应,而在后期,处于储集体外围的裂缝系统才会响应,在试井曲线上表现出线性流特征。
3.1.1 相对封闭型
相对封闭型储层的内部储集体连通,由于流体流动会表现出组合的溶洞特征,基于非连续介质模型,将溶洞作为等势体,流体在其内作等势膨胀,试井曲线会出现下凹,在流动后期,主要的大型储集体内流动结束,流体进入集合体内散布的裂缝,试井曲线反映出裂缝的线性流动特征,最后,流体靠近封闭的集合体外围边界,试井曲线上翘,表现为斜率为1的直线。
以HA1井为例,该井位于缝洞集合体高部位,试井曲线经过早期井筒储集效应阶段后迅速下掉后又向上翘起,表现为“深V形”的下凹,而压力曲线趋于水平,且压力和压力导数曲线在中后期逐渐上翘趋于平行乃至部分重合,呈斜率为1的直线。曲线划分如
图5所示。其中,阶段①为井筒储集阶段,也是流体在井筒内的膨胀阶段,但HA1井由于受到储层改造,直线段几乎没有;阶段②为过渡流阶段,也是井筒储集效应和表皮效应共同影响的阶段,由于流体受到井筒与地层间附加阻力的影响,压力与压力导数曲线出现分离,而压力导数曲线对压力的变化更敏感,故表现出先上升后下降的“驼峰”形态,这是流体在近井筒储层流动的试井响应,但对于部分深度改造的井,压力导数曲线没有波峰出现,故可根据曲线形态直接判断储层是否受到污染;阶段③为大型缝洞集合体储集阶段,压力和压力导数曲线逐渐重合,呈一单位斜率的直线,为井筒沟通到缝洞集合体后,内部洞穴与大尺度裂缝单元的动态响应特征;阶段④后期压力和压力导数曲线仍为重合的单位斜率直线,表明流体在缝洞集合体外围裂缝流动,逐渐表现出边界效应的响应。
3.1.2 外围致密型
流体在外围致密型缝洞集合体中流动时,前中期的渗流过程与相对封闭型相似,但在后期会表现出不同的特征。当流体进入低渗的储层外围时,流动的附加阻力迅速增大,导致压力导数随之变化,在试井曲线上,压力导数曲线会出现明显的下掉,且由于储层外围的致密性,储层的整体物性会变差。
以HA2井为例,前中期曲线特征与相对封闭型类似,但后期压力导数曲线表现出明显的下掉。流动阶段划分如
图6所示。其中,阶段①为井筒储集阶段,压力与压力导数曲线基本重合,斜率为1;阶段②和阶段③为过渡流阶段和大型缝洞集合体储集阶段;阶段④压力导数曲线下掉,为内部储集体向外围边界流动的响应阶段;阶段⑤流体进入致密外围,试井曲线表现出外围储层物性变差的特征。
3.1.3 多溶洞组合型
多溶洞组合型中的流体,在流动过程中会接触到多个洞穴介质,这些洞穴并非是单纯的溶洞储集体,而是坍塌的一个或多个洞的组合,在其中的流动会更复杂。洞与洞直接通过裂缝连通,所以在裂缝密集区,会表现出裂缝中流动的线性流响应,而在溶洞分布区,则表现出溶洞等势膨胀的动态响应。
以HA3井为例。该井后期压力和压力导数曲线先重合为斜率为1的直线,后二者分开,压力曲线趋于水平,而压力导数曲线先下降后上升,最后呈斜率为1的直线。阶段划分如
图7所示。经过前三个阶段后,阶段④反应流体逐渐通过裂缝介质进入另一个溶洞组合体,阶段⑤则是流体逐渐靠近溶洞外边界,由于组合体内部的复杂结构导致的强非均质,压力导数曲线甚至会出现上下变化。
3.2 多洞穴模式
油井钻遇多洞穴模式,洞穴内部可以当作一个等势体,流体在洞穴内发生等势膨胀,在试井曲线上,中期压力导数曲线会表现出一个下凹,如果压力恢复测试时间足够长,后期还会表现出溶洞边界效应,压力导数曲线上翘为单位斜率的直线。
3.2.1 单洞型
流体在单洞型模式储集体中的流动遵循等势膨胀,若溶洞的规模大,可以显著的降低流体的流动阻力,使得压力传播范围更广,从而在压力导数曲线上表现出更深的下凹。在流动末期,溶洞的边界作用下压力导数曲线呈一单位斜率直线。
以HA4井为例,此井钻遇单洞型结构,中期压力导数曲线先下降后又上翘,形态为一个下凹“V形”,试井曲线阶段划分如
图8所示。其中,阶段①和阶段②为早期井筒储集阶段及过渡流阶段,该井直接钻遇溶洞,井筒附近储层物性好,曲线形态上几乎没有储集阶段的直线段和表皮效应的“驼峰”形态;阶段③为溶洞窜流阶段的动态响应阶段,由于洞穴内部的填充,压力导数曲线表现斜率不等于1的直线;阶段④是溶洞边界效应的动态响应。
3.2.2 双洞型
双洞型模式结构复杂,洞缝的组合形式多样,但在试井曲线上,缝洞、洞缝的组合区别并不明显,因为大尺度的溶洞响应会掩盖附近裂缝的动态响应,只有在洞规模小或裂缝规模较大时,才会有明显的不同。储层流体在溶洞型储集体内的流动与单洞型相似,在试井曲线上,双洞会表现出两段下凹。
以HA5井为例,此井位于双洞型结构的高部位。试井曲线上中期压力导数曲线先下掉后又上翘,呈一单位斜率,后下降再上翘,表现出两个“V”形特征,阶段划分如
图9所示。其中,前三个阶段与单洞型相似,但该井未直接钻遇溶洞,可以看到明显的表皮效应阶段的“驼峰”形态,阶段④为溶洞向另一溶洞窜流的过渡阶段,阶段⑤为溶洞存储阶段,推测溶洞填充程度高,内部的复杂裂缝响应让压力导数曲线有部分线性流特征,阶段⑥为溶洞边界的响应阶段。
3.2.3 洞穴群型
在洞穴群型模式中,流体渗流十分复杂,由于组成集群的各个洞穴并非同一成因控制,强非均质性会使流体在多个储集体中的流动状态不同,在试井曲线上压力导数曲线会表现出多个“峰状”波动。但是这些下凹的个数并不能完全代表沟通的储集体个数,而是呈正相关关系
[30]。
以HA6井为例,其压力恢复试井曲线中期压力导数曲线下凹处呈多个“峰状”波动,阶段划分如
图10所示。其中,阶段①为早期井筒储集阶段,直线段几乎没有,说明该井穿过洞穴储集体;阶段②表皮效应阶段压力曲线数据点散乱,表明钻遇的洞穴储集体规模不大或有填充,存在渗流阻力影响;阶段③为小规模洞穴群的动态响应阶段,阶段④为溶洞边界的动态响应阶段。
3.3 大尺度裂缝模式
井遇大尺度裂缝模式,由于裂缝规模大,在近井筒阶段结束后,流体进入裂缝会表现出线性流特征,压力和压力导数曲线呈一对斜率为0.5的平行线。
3.3.1 缝网孔洞型
研究区裂缝往往呈高角度离散分布,井钻遇缝网孔洞型模式,流体在大尺度的裂缝网络中流动,近井筒附近,由于裂缝网络分布均匀,流体会从各方向均匀向井筒流动,而远端,流体会受到裂缝方向性影响,沿着某一优势通道流动,在试井曲线上会分别表现出径向流和线性流的响应。由于裂缝网络间还发育着溶蚀孔洞,受非均质性影响,压力导数曲线还会出现波动。
以HA7井为例,该井的试井曲线前期压力导数曲线水平,中期压力及压力导数曲线呈两条平行线,斜率为0.5,流动阶段划分如
图11所示。其中,阶段①是井筒储集效应和表皮效应的共同作用阶段,阶段②是流体进入裂缝的径向流阶段,此阶段的出现早晚反映出井筒向裂缝流动的难易程度,阶段③为向远端裂缝流动,部分小的孔洞中流动产生的阻力让压力导数曲线产生波动,阶段④为边界效应的动态响应。
3.3.2 裂缝型
对于裂缝型模式,由于碳酸盐岩油藏的基质几乎不参与流动,流体只在井筒与裂缝介质之间流动,试井曲线的早中期,特征与缝网孔洞型相似,但没有小孔洞的波动响应,在后期,由于外围裂缝规模有限,可能会表现出储集体整体的边界响应,也可能表现出作为优势通道的狭长有限规模裂缝响应。
以HA8井为例,该井的试井曲线表现出明显的裂缝线性流特征,中期压力与压力导数曲线平行,后期接近相交,且向上翘。流动阶段划分如
图12所示。其中,阶段①和阶段②为早期井筒储集阶段及过渡流阶段,阶段①初期数据点离散,是由于井筒内的压力变化,使得气液两相发生相态变化,气体析出,改变了井筒内流体的体积和压缩性,使得井筒储集系数发生波动。阶段③为流体在裂缝线性流的动态响应阶段,阶段④压力与压力导数曲线平行接近相交,推测为井筒位于狭长的有限裂缝储层中的动态响应阶段。
4 结论
基于现场大量实测数据,针对多个复杂缝洞组合下的典型缝洞结构及试井曲线特征研究,得到以下结论与认识。
(1)根据碳酸盐岩的实测试井曲线特征,结合动静态资料,总结了3大类8亚类典型缝洞结构,即大型缝洞集合体储层,分为相对封闭型、外围致密型、多溶洞组合型;多洞穴储层,分为单洞型、双洞型、洞穴群型;大尺度裂缝储层,分为缝网孔洞型、裂缝型。
(2)大型缝洞集合体结构由多套储集体连片发育形成,其中相对封闭型表现为一套储集体,外围致密型具有出内好外坏的复合特征,多溶洞组合型为裂缝连通的多套体。多洞穴结构由纵向发育的溶洞组成,其中单洞型和双洞型储集体为一个或两个溶洞,洞穴群型由多个纵向溶洞组成。大尺度裂缝结构是以大型裂缝网络为主的缝洞结构,其中缝网孔洞型由裂缝网络与溶蚀孔洞构成,裂缝型为大尺度裂缝。
(3)大型缝洞集合体结构试井曲线表现出内部的大型储集体响应和外围的裂缝响应,其后期压力导数曲线,相对封闭型呈一单位斜率直线,外围致密型出现下掉,多溶洞组合型呈多套体特征。多洞穴结构表现出多个溶洞响应,其中期压力导数曲线,单洞型和双洞型分别出现一个或两个下凹,洞穴群型会出现明显的“峰状”波动。大尺度裂缝结构中期压力及导数曲线近似平行,裂缝孔洞型中期会表现出小孔洞的波动,裂缝型后期存在有限裂缝的边界响应。
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