碳酸盐岩缝洞型油藏是塔里木盆地勘探开发的主要油气藏类型之一,资源潜力大,前景广阔。近年来,中国石化西北油田分公司持续在塔里木盆地北部塔河油田开展碳酸盐岩缝洞型油藏勘探开发实践,在碳酸盐岩缝洞型油藏基础地质理论研究、缝洞体地震精细识别、高效开发、工程工艺等方面取得了多项认识和突破,逐步创建了较完善的碳酸盐岩油藏地质和油藏工程方法技术系列,并创新发展了多项相适应的工程工艺特色技术,实现了塔河油田碳酸盐岩油藏持续增储上产和高效开发,展现了良好的勘探开发前景,可为国内外同类油藏的勘探开发提供借鉴和参考。但如何持续效益开发碳酸盐岩缝洞型油藏,仍面临理论创新、工艺技术突破等问题和挑战,亟待开展缝洞结构描述、剩余油定量表征、井周储量动用以及稠油开采等技术的攻关突破,以期持续推动碳酸盐岩缝洞型油藏高效高质开发。

碳酸盐岩缝洞型油藏储层发育受控因素复杂、非均质性强、储集岩类型多样,整个油藏储集单元内部存在洞穴、孔洞和裂缝等多种储集体类型,传统的单一参数体系描述制约了对地下地质体的精细描述。按照SEC准则如何建立科学的地质模型,确定证实面积、证实有效厚度、采收率等参数,估算原地量和技术可采量,确定证实未开发钻井数,预测未来油藏合理的证实储量挑战较大。以顺北油田某典型断裂带的SEC储量评估为实例,运用该地区成熟的储层预测技术,将该井区奥陶系油藏细分为三类储集体,即洞穴、孔洞和裂缝储集体,分别计算其原地量。在证实储量评估时采用静态法、类比法和动态法等多种评估方法相结合,一方面对已开发井的动态规律运用递减法进行评估,对比其实际递减与预测递减验证其合理性,另一方面从断溶体的展布规律判断其未开发井位的证实级别可靠性,同时从投产后的实际产量变化验证预测的可信度。该应用实例初步形成了一套针对此类油藏SEC储量评估的技术和方法,对保证此类油藏SEC储量评估的合理性具有指导和借鉴意义。

顺北和托甫台地区主干、次级断裂是勘探开发评价的主要领域,断裂具有控储、控藏、控富的重要作用,开展断裂内部结构特征研究对勘探目标的优选和开发潜力的评价都具有重要意义。由于断裂内部不同结构单元储层类型、物性特征等方面与原岩相比有所不同,必然会在测井资料上有相应的反映,这使得运用各类测井资料来刻画断裂内部结构具有可行性,充分挖掘测井资料中蕴含的信息,会成为了解断裂内部结构的一把“钥匙”。结合露头剖面与地震资料,充分利用顺北和托甫台两个区块的常规和成像测井资料,对断裂进行了定性的内部结构分析,分为断层核、破碎带、裂缝带、分散裂缝四种类型的断裂结构单元,总结了断裂内部各结构单元的测井响应特征,初步建立了断裂内部结构单元测井识别标准。

基质酸化是碳酸盐岩增产改造的重要措施之一,酸蚀蚓孔的形成规律及其影响因素研究是碳酸盐岩基质酸化的基础理论问题。设计了考虑酸液浓度、反应温度以及注酸排量三个影响因素的正交实验方案,并对取自A油田某碳酸盐岩储层的岩心进行酸液驱替实验,以分形维数及多重分形谱宽度为表征参数研究了各因素对酸蚀蚓孔形态的影响规律。优化目标是在获得最大分形维数的同时,尽量保证多重分形谱宽度最小。研究得出,在因素水平取值范围内,最优蚓孔形态对应的实验参数组合为：酸液浓度20 %,温度50~70 ℃,注酸排量2 cm ³/min。各因素对分形维数及多重分形谱宽度影响程度从大到小依次为：注酸排量、酸液浓度及反应温度。设计基质酸化施工参数时应当着重考虑注酸排量的优化。

储层有效性是制约油气藏高效开发的关键因素,也是储层评价的难点之一。叙利亚T油田C组、J组碳酸盐岩裂缝性油藏岩性、孔隙结构复杂,储集空间多样,基质孔隙高孔低渗,产量低。构造作用形成的裂缝对基质储层渗流能力改造明显,但裂缝有效性测井评价存在多解性,基质—裂缝型复杂碳酸盐岩储层有效性标准亟待建立。利用岩心、扫描电镜、压汞等分析化验资料标定测井曲线,结合多元回归方法,构建了包括岩性、物性、孔隙结构、测井响应、储层品质因子和流动指数等多参数的储层有效性综合评价标准,全面评价此类复杂碳酸盐岩储层,为油藏高效开发提供技术支撑。

针对缝洞型油藏单元注水中油井单向受效为主、易沿主通道快速推进,导致水驱储量有效控制和高效动用程度低的难题,采用了物模和数值模拟的方法,分析了不同岩溶背景下缝洞结构分布和水驱开发效果的关系,形成了基于缝洞空间分布的差异化注采关系。研究认为：风化壳岩溶采取构造低部位注水、高部位采油,储集体不发育区注水、发育区采油,建立一注多采的注采关系;断控岩溶在平面上次级断裂区注水、主干断裂区采油,纵向上断裂深部注水、浅层采油,形成立体注采的注采关系;古暗河岩溶的主暗河段实施主干暗河段注水、分支暗河采油,多套暗河实施深部暗河注水、浅层暗河采油,构建分层注采的注采关系。缝洞型油藏不同岩溶背景下注采关系的建立为实现空间结构井网水驱控制储量最大化奠定重要的基础。

碳酸盐岩古暗河油藏是由深部暗河、浅层暗河以及高角度裂缝共同组成的缝洞储集体,且以大尺度溶洞为储集空间,为塔河油田三大主要油藏类型之一。以TK440井区剩余油的认识和挖潜为例,通过缝洞结构的精细刻画、生产动态综合分析和水淹特征的系统梳理,总结了古暗河油藏剩余油分布的4种模式和可行性挖潜手段。研究认为：采用大泵排液实现井间提液引流,改变压力场分布,可启动浅层暗河未动用剩余油;逆水侵方向水驱,利用暗河高度差可有效地动用深部暗河井间高部位剩余油;基于油、气密度差异,采用重力分异原理形成人工气顶纵向置换,可高效挖潜单井井周阁楼油和暗河盲端剩余油。最终形成了不同剩余油分布模式下的可行挖潜手段,现场实施取得了较好的效果,进一步验证了古暗河油藏剩余油分布模式的可靠性和挖潜对策的有效性,可为同类型油藏剩余油的有效挖潜提供技术支撑。

缝洞型碳酸盐岩油藏基质低孔低渗,基本无储油气能力,缝洞为主要储渗空间,但缝洞体空间发育复杂、连通性差,单井钻遇缝洞规模有限。针对常规注水和酸压无法实现远井区高效扩容,导致单井初产高、递减快、采出程度低,开展了高压注水扩容工艺现场试验,以高压注入水为能量载体,突破孤立缝洞体屏障,实现有效扩容。该工艺在塔河S1井现场试验效果显著,该井前期实施常规注水替油3轮次,效果逐渐变差,生产表现为定容体特征。地震显示井周缝洞体规模大,开展了2轮次高压注水扩容试验,累计注水2.98×10 ⁴m ³,最大注水压力23 MPa。注水曲线表明,高压注水沟通井周2套缝洞系统,改善了该井的生产状态,周期含水率由45 %降至4 %,生产压降由29 MPa降至26 MPa,单位压降产液量由201m ³/MPa增至547m ³/MPa。截至目前,已累计增油14 721 t。试验表明,高压注水扩容工艺可以实现定容缝洞型碳酸盐岩井的有效扩容,增加单井产量和储量,同时可为降低近井油水界面创造空间条件,延长单井无水采油期。

断溶体油藏是碳酸盐岩缝洞型油气藏开发的新对象,通过对开发现象与注水机理的深入研究,针对塔河油田开发中常见的3种典型的注水波及效率低的问题：井储关系匹配差、常规注水形成类水锥、多个缝洞组合结构,提出了一种更能适应缝洞体井储关系、不同展布形态和复杂内部结构的仿底水注水方法,以此来提高注水波及率,这相较于常规注水替油,注水有效率从60 %上升至75 %。针对井眼与缝洞体之间3种常见的注水动用通道差的开发问题：井眼与缝洞体存在偏移、井眼与缝洞体没有建立有效动用通道、井控缝洞体采出程度高而远井有未动用缝洞体,提出了一种更加全面的建立缝网动用体系的低成本仿压裂注水方法,有效扩大了井控动用储量,平均单井产能增油幅度为11 t/d。通过仿底水与仿压裂注水方法应用实践显示：提高注水总量和注水压力,断溶体油藏注水有效率大幅提升,注水增产效果得到明显改善。

塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏具有复杂的地质特征,主要体现在储层发育有孔、缝、洞多种形态,空间展布连续性差,组合模式复杂,表层岩溶系统经风化淋漓形成残余缝洞储集空间。开发中底水易沿高角度裂缝窜进形成水锥,水窜通道外井间剩余油与残丘封存的“阁楼油”大量富集。前期通过物理模拟明确了缝洞型油藏注N₂利用密度差进行重力置换宏观机理,但对于置换的“阁楼油”和井间剩余油的驱替机理还不明确,通过开展模拟塔河缝洞型油藏55 MPa和130 ℃条件注入N₂对原油物性影响实验,揭示了注N₂在高温高压油藏条件下对原油的溶解膨胀增能、抽提溶解等微观作用机理,基于缝洞地质刻画成果制作可视化物理模型,通过可视化观察井间注N₂过程中重力置换和抑制水锥的驱替机理,经过现场实践进一步证明了技术的可行性和推广潜力。

塔河油田强底水凝析气顶油藏是由气顶、油层及大底水组成的砂岩油气藏,在开发过程中,因气顶和底油采出不均衡,导致气窜或油窜,开发效果较差。针对塔河油田T区块块状底水气顶油藏的实际生产状况,综合考虑生产过程中气油比与密度的变化,探索了一种劈分气顶、油藏地面产量的新方法——单井生产阶段综合劈分法,应用此方法分别计算了气顶油藏的原油、凝析油、凝析气、溶解气的采收率,分别为12.28 %、22.96 %、29.75 %、12.05 %,将计算结果与国内外同类油气藏相比较,认为比较符合该类油藏的开发特点,而且现场操作较为简单。通过气顶油藏采收率的计算,了解气顶、油藏的开发状况,及时发现开发中存在的问题及区块的开发潜力,以便于更合理地开发气顶油藏。

塔河缝洞型碳酸盐岩油藏因缝洞单元多,压力系统多以及渗流单元多,使得油水关系复杂,水体能量分布不平衡。针对封闭底水单缝单洞油藏弹性驱动单元油井开展在见水前出现水侵过程研究。封闭底水单缝单洞单元存在相连的水体,流体在溶孔中发生弹性膨胀,随着开采时间进行,开采过程因油藏压力衰减导致水侵是不可避免的,某个时期开始有水侵发生,基于缝洞型油藏特征,将侵入水简化为底水处理,继续发生弹性水驱以补充地层能量的亏空。根据泊稷叶定律公式揭示油井见水前溶洞压力、溶孔中累产油增量速率随时间都呈指数递减关系,早期递减快后期递减缓慢规律,并结合油藏工程改进的物质平衡方法计算出见水前弹性驱动时期水侵量。通过分析TH12523井为例,在弹性开采阶段发生水侵,弹性与水体共同驱动,整体开采过程实测累产油量增量速率、溶洞压力随时间变化结果与油藏动态预测结果一致。

碳酸盐岩储层天然微裂缝一般较为发育,很多学者在对碳酸盐岩酸蚀蚓孔扩展进行模拟研究时,都未考虑微裂缝的分布及产状的随机性对模拟结果的影响。天然微裂缝的存在对孔隙度的改变非常小,但其对于模拟结果的影响很大。基于双重尺度蚓孔扩展模型,耦合Monte Carlo法产生的具有一定统计学分布规律的天然裂缝模型,建立考虑天然微裂缝存在的酸蚀蚓孔扩展数学模型。通过改变微裂缝方位角、微裂缝密度、微裂缝长度、微裂缝连通性等参数,研究了天然微裂缝的空间分布对蚓孔扩展的影响。研究发现,天然微裂缝的存在会降低酸液突破岩心孔隙体积,很大程度上影响了最佳注入速度与酸液用量的选择。高密度的天然微裂缝可以形成复杂的弥散性裂缝网络,起到增渗、增产的效果。增加微裂缝长度可以降低酸液突破孔隙体积,对污染带进行快速穿透。在微裂缝连通性较好的岩心中,蚓孔在扩展过程中会连通相邻微裂缝,增加岩心的导流能力。

油藏中流体所具有的能量决定流体流动方向,为研究缝洞型油藏流体能量分布规律,建立了缝洞型油藏流势理论模型,确定三维流体势表征方法。通过单洞底水、单洞边水、双洞底水、双洞边水4种典型缝洞结构的机理模型研究流势变化规律,并确定了5种影响流势调整效果的主控因素,最终结合流势分析技术开展了剩余油挖潜研究。结果表明：单洞底水模型进行流势调整,生产井受效最好;模型水体倍数为决定性因素,水体倍数小于10倍时调流势效果好;排液量越大,对于生产井控水效果越好。提出的数学模型能够真实地反映出地层中流体能量分布变化规律,结合流势分析技术提出了挖潜方案,应用于现场效果明显。

针对塔河油田超深井稠油掺稀生产过程中存在的稀油不足、经济性差等问题,提出蒸馏轻组分回掺+热裂解改质开采方法。一方面,进行稠油蒸馏循环掺稀实验,确定轻组分油循环回掺的可行性;另一方面,将蒸馏后的重组分油进行热裂解改质,降黏至满足外输要求。结果表明：循环掺稀实验中,采用350 ℃蒸馏得到的轻组分收率稳定在27 %左右,掺稀比稳定在0.39∶1,说明轻组分循环掺稀可行;热裂解改质实验中,蒸馏得到的重组分在380 ℃条件下反应60 min后,黏度从398 800 mPa·s降低至1 704 mPa·s,已能满足长距离输送要求,且密度从1.001 8 g/cm ³降低至0.991 1 g/cm ³,实现了稠油轻质化。该方法实现了稀油轻组分的循环利用,大幅减少了稀油用量,同时实现了稠油提质增效,为超深井稠油高效开发提供了新思路。

塔河油田超稠油地质储量高,埋藏深,在地层中具有流动性,举升中随着温度降低,黏度增大,流动能力减弱,无法采出,主要采取掺稀油降黏开采。低油价以来,受掺入稀油和采出稠油销售价差影响,且稀油重复做功产生能耗,导致效益降低。为提高超稠油油藏开采效益,从地层、井筒、地面三个节点开展工艺探索、技术攻关及先导试验工作。以矿物绝缘电缆加热、纳米保温油管为主的保温开采取得明显效果,累计节约稀油9. 86×10 ⁴ t,可在超稠油油藏进行推广。耐温抗盐水溶性降黏剂获得突破,抗硫螺杆泵举升工艺取得进展,均为超稠油油藏效益开采提供充分条件。地面高效集输实施技术原理简单,但涉及管网改造、设备升级,成本高,实施繁,现试验设备准备中。地层降黏技术难度大,目前处于技术论证阶段。通过超稠油低成本开采技术的发展完善及集成应用,提高开发效益,并综合考虑,针对具体井况找出瓶颈,在技术体系中筛选配套工艺技术,以达到超稠油效益开采的目的,提升油田应对低油价的能力。

塔河油田YT1断块经过长时间衰竭开采,加之底水锥进,气井已普遍进入高含水阶段,气举、排水采气等常规措施不同程度失效,堵水成为后期主要接替措施。结合塔河堵水经验,以相渗调整剂作为主要研发方向,形成了以塔河中质稀油、“阴离子+非离子”复配乳化体系为主体的乳化油堵剂,地层条件下黏度达到50~60 mPa·s,对储层低伤害。通过单、双填砂管驱替实验发现,乳化油体系水相封堵率83.4 %、油相封堵率仅仅在11.9 %,具有较好的耐冲刷性、油水相态选择性和地层渗透率调整能力。乳化油堵水工艺段塞设计为“稀油隔离液+乳化油体系+稀油隔离液+清水顶替液”,不动管柱,焖井1~2 d,可实施1~2轮次。现场乳化油堵水效果较好,对同类凝析油气藏堵水有重要的指导作用。

在塔河油田超稠油区块,有杆泵无法满足稠油入泵要求。通过应用深抽抗稠油电泵配合尾管悬挂技术,超稠油开发取得了良好的效果。该技术目前累计应用187井次,但由于小套管尺寸的限制,依然有56口电泵井未配套尾管悬挂,生产中平均运行寿命仅337 d,远低于加装尾管悬挂井的542 d。通过对国内所用尾管悬挂的套管进行研究,优选强度高、防腐蚀、适合塔河油田开发特点的套管,改造设计了一种铝镁合金尾管及接箍为147 mm的139.7 mm的套管,可同时满足在193.675 mm和177.8 mm套管井中尾管悬挂,在现场成功应用了13井次,最终形成了成熟可靠的超稠油电潜泵尾管悬挂技术,对塔河油田超稠油区块的开发具有一定的指导意义。

塔河油田为碳酸盐岩超深、超稠油油藏,应用掺稀降黏工艺开发,机械举升方式主要以液压反馈式抽稠泵和稠油电泵为主。随着稠油开发进入中高含水期,常规举升工艺配合掺稀降黏开采技术面临着含水乳化、腐蚀结垢、异常率高、经济效益差等难题,急需寻求更加高效的开采工艺。针对含水稠油井举升的特点,从工艺优选和技术替代的思路出发寻找解决办法,优选螺杆泵替代抽稠泵和电泵,应用水溶性降黏剂替代掺稀油,形成地面驱动螺杆泵配合水溶性降黏剂稠油开采技术。通过现场6口井的应用,平均稀稠比下降0.3,平均单井日节约稀油4.9 t,单井日增油3.8 t。现场应用的成功,证明了该技术对含水稠油井具有适应性强、应用效果好、经济效益突出的优势,进一步拓宽和完善了稠油高效开发的技术体系。

塔河油田注氮气采油是碳酸盐岩油藏重要的提高采收率措施之一,取得了较好的降递减和增油效果。但目前采用的膜分离制氮和碳分子筛分离制氮技术,制氮纯度分别为97 %和99 %,注入气中含一定量的氧气。随着注气轮次的增加,井筒腐蚀日趋严重。针对注氮气井井筒腐蚀问题,采用高温高压动态腐蚀模拟装置,开展注氮气井井筒腐蚀机理研究,测定注气氧含量、温度、注气压力和注入速度对腐蚀速率的影响。实验表明,温度从70 ℃升至110 ℃,模拟井下环境管材腐蚀速率增大1.3~2.0倍,达到4.23 mm/a;注气氧含量从0.7 %提高至1.5 %,模拟井下环境管材腐蚀速率增大0.7~1.0倍,达到2.91 mm/a。分析井筒腐蚀的主控因素为注气氧含量和温度。进行注氮气采油井筒腐蚀对策讨论,提出了提高制氮纯度减少氧含量,配套内衬管和缓蚀剂的思路,可有效治理注氮气采油井筒腐蚀。

水力压裂是油气藏增产改造的重要技术手段,已广泛应用于国内外各大油田生产中。通过对压裂液体系进行大量文献调研后发现,目前压裂液体系的各种改进,主要围绕着“携砂”在进行。提出了一种新型自支撑压裂液体系,该液体体系完全摆脱了“携砂”的概念,在压裂液泵注过程中完全不携带固体支撑剂,而是将压裂液与支撑剂结合为一体,当液体到达目的层后通过地层温度控制由液相转化为固相支撑压裂裂缝。实验获得的自支撑压裂液体系能够在85 °C、30 min内形成具有一定圆球度和强度的支撑固体。液体体系的黏度上限为45.58 mPa·s,具有良好的注入性和稳定性。液体相变后形成的固体支撑剂密度为1.07 g/cm ³,分选系数为1.41,主要粒径为20~40目和40~70目,其破碎率分别为4.7 %和8.75 %。

早期注聚技术能够进一步提高聚合物驱效果,室内实验和数值模拟进行转注聚时机的判断方法相对复杂且应用受限。以油水相渗机理为基础,应用油藏工程方法建立一种快速确定转注聚时机的应用方法。通过室内实验获得了4个油藏的相渗曲线特征,并应用油藏工程方法分析了不同油藏条件下的含水率变化规律、含水率上升速率、无因次采液（油）指数、油水流度比等特征参数对聚合物驱注入时机的影响。研究结果表明,不同油藏条件下的上述特征参数规律差异明显,聚合物驱转注聚时机应该是根据矿场实际需求排序各特征参数,再进行转注聚时机的确定。以产量为核心的排序指标为例,无因次采油指数>无因次采液指数>含水率上升速率>油水流度比,从而确定出四个油藏（BZ、JZ、QHD、SZ）的转注聚时机含水率分别是>80 %、>79.9 %、>86 %、>34 %。结合矿场实际情况,应用油藏工程方法分析相渗曲线可以快速确定转注聚时机。