文章编号：1009-9603（2020）01-0101-06

DOI：10.13673/j.cnki.cn37-1359/te.2020.01.015

李承龙（李乘龙）

低渗透油藏CO2驱气窜通道识别方法

张世明

（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营257015）

张世明

摘要：低渗透油藏CO2驱开发过程中，面临的最大问题是容易发生气窜。针对目前尚无定量的气窜识别标准，以及现有的气窜通道体积计算方法实用性较差等问题，通过分析产出气中CO2含量的动态变化特征，将气窜类型划分为明显气窜和微弱气窜两大类，明确了见气时间确定方法，建立了气窜识别判断标准。在此基础上，利用物质守恒原理分别计算注入端和产出端的气窜通道体积，并借助气窜通道体积交会图实现对气窜通道体积的校正，从而消除单井产液比例系数或井网形状因子对气窜通道体积计算结果的影响。通过对实际气窜单井的分析和计算表明，该方法具有较强的操作性和实用性，一方面实现了对气窜类型和气窜程度的定性评价，另一方面实现了对气窜通道体积和气窜通道横截面积的定量计算，为后期合理设计封堵措施和堵剂用量提供理论依据。

关键词：低渗透油藏；CO2驱；气窜判断标准；气窜通道体积；识别方法

中图分类号：TE357.45文献标识码：A

Studyonidentificationmethodforgaschanneling

ofCO2floodinginlowpermeabilityreservoirs

ZHANGShiming

（ExplorationandDevelopmentResearchInstitute，ShengliOilfieldCompany，SINOPEC，

DongyingCity，ShandongProvince，257015，China）

Abstract：DuringthedevelopmentofCO2floodinginlowpermeabilityreservoirs，themostseriousproblemisgaschanneling.Atpresent，therearenoquantitativegaschannelingidentificationstandards，andtheexistingcalculationmethodsofgaschannelingvolumearenotpractical.ThedynamicvariationcharacteristicsofCO2contentintheproducedgasareanalyzed，andthetypesofgaschannelingaredividedintotheobviousgaschannelingandtheweakgaschanneling.Thecalculationmethodofgasbreakthroughtimeisdetermined，andtheidentificationandevaluationcriteriaforgaschannelingareestablished.Onthisbasis，gaschannelvolumesfromtheinjectionsideandtheproductionsidearecalculatedrespectivelybyusingtheprincipleofmaterialconservation.Inordertoeliminatetheinfluenceofsinglewellfluidproductionratioorpatternshapefactoronthegaschannelvolume，thegaschannelvolumeiscorrectedbythegaschannelvolumeintersectiondiagram.Thecalculationmethodofgaschannelvolumehasstrongoperabilityandpracticabilityaccordingtotheresultsofgaschannelingwellsinatightreservoir.Ononehand，thismethodrealizesthequalitativeevaluationongaschannelingtypeandgaschannelingdegree.Ontheotherhand，thismethodrealizesthequantitativecalculationofgaschannelingvolumeandgaschannelinghorizontalarea.Itcanprovidetheoreticalbasisforreasonabledesignofpluggingmeasuresanddosageofpluggingagentinthelaterdevelopmentstage.

Keywords：lowpermeabilityreservoirs；CO2flooding；gaschannelingevaluationstandard；gaschannelingvolume；identificationmethod

CO2驱是一种能够大幅提高原油采收率的三次采油方法，是中国低、特低渗透等致密油藏最具潜力的一种开发方式［1-3］。气窜是CO2驱开发过程中面临的最大问题［4-5］。目前，国内对气窜识别和气窜类型的认识相对统一，对气窜通道体积计算方法的研究则方兴未艾。常用的气窜识别方法有4种：PVT参数拟合图版法、井间示踪剂检测法、生产气油比经验法和微地震动态监测法［6-8］。依据气窜位置一般将气窜类型划分为垂向窜、侧向窜和混向窜［9-10］。气窜通道体积计算方法主要包括理论计算、数值模拟和生产动态3种类型。其中，刘义刚等从不同思路提出的理论计算方法各具代表性［11-20］，但在实际应用过程中考察因素较多、计算量偏大。数值模拟方法受人为建模水平的影响较大，在实际研究过程中很少采用。生产动态方法是最简单、快捷的方法，但现有方法的准确性相对较差。

笔者结合产出气体中CO2含量动态变化特征，分析气窜类型及成因，明确见气时间初始点的确定方法，给出基于产出气体中CO2含量的气窜识别方法和气窜类型划分依据。在此基础上，借鉴现有生产动态方法的研究思路，提出一种新的低渗透油藏CO2驱气窜通道参数动态反演方法。该方法利用物质守恒原理计算注入端和产出端的气窜通道体积，通过气窜通道体积交会图对气窜通道体积进行校正，从而消除单井产液比例系数或井网形状因子等不确定因素对气窜通道体积计算结果的影响，以确保气窜通道参数动态反演结果的准确性。

1气窜识别方法及判别标准

1.1气窜类型划分

对于CO2驱开发油藏，当井组中有油井出现气窜现象时，产出气体中CO2的含量就会异常升高。因此，通过监测产出气中CO2含量的动态变化特征，可以判断被监测油井是否发生气窜。

通过对大量实际井组CO2含量监测结果的分析和统计发现，产出气体中CO2含量的动态变化曲线通常表现出2种特征：一种表现为短时间剧烈波动，一种表现为长时间内缓慢抬升。因此，根据产出气体中CO2含量的高低，将CO2驱油井的气窜类型划分为2类：明显气窜（Ⅰ类气窜）和微弱气窜（Ⅱ类气窜）。结合实际监测动态数据和现场经验总结，以产出气体中CO2的含量分别达到6%和0.5%，作为划分明显气窜和微弱气窜的判断标准。

明显气窜通常由裂缝或连续网络通道引起，因此，产出气中CO2含量高，易于发觉和判别。微弱气窜产出气中初始CO2含量较低，通常不易发觉和判别，但在很长一段时间内，CO2含量都呈现出明显上升的趋势。这表明地层中虽然没有裂缝或连续网络通道，但开发井组间由于生产压差的作用，导致注采井间产生了贯通效应。因此，对于微弱气窜，虽然产出气中的CO2含量不高，但是不能忽略。

1.2见气时间判断

气窜时间是指见气时间点至气窜结束时的整个时间段，是CO2驱气窜通道几何参数反演的一个关键因素，它将直接影响气窜体积计算结果的准确性。根据大量实际井组产出气体中CO2含量的动态监测结果分析发现，见气时间点不能简单地认为是CO2含量第一次达到6%或0.5%时所对应的时间点。由于气窜速度快、产出气体中CO2含量波动大等因素，需要选取一个合理的见气时间点，作为判断稳定气窜特征及气窜类型的依据。结合产出气体中CO2含量动态曲线的变化特征，将见气时间点的判断方法分为2种：对于单调变化型曲线，见气时间点选取为CO2含量第一次达到6%或0.5%时所对应的时间点，气窜结束时间点选取为CO2含量的平均值所对应的时间点；对于非单调变化型曲线，见气时间点选取为CO2含量第一次达到6%或0.5%时所对应的时间点，气窜结束时间点选取为CO2含量的半坡值所对应的时间点。

1.3气窜识别判断标准

依据气窜类型划分标准和见气时间判断方法，提出气窜识别判断标准（表1）。

2气窜通道参数反演方法

根据物质守恒原理，利用开发过程中的实际生产动态数据，即可反演出气窜通道体积和气窜通道横截面积等气窜通道几何参数，其中气窜通道体积是研究气窜程度的重要参数，也是确定气窜通道横截面积的依据。

2.1气窜通道体积

利用生产动态数据反演气窜通道体积时，存在2个方面的物质守恒：一是气窜通道体积与注入体积相当，二是气窜通道体积与产出体积相当。气窜通道体积物质守恒原理如图1所示。

图1气窜通道体积物质守恒原理示意

Fig.1Schematicdiagramofmassconservation

ofgaschannelingvolume

注入端计算方法依据注入端内注入气体体积与气窜通道体积相当的物质守恒原理，气窜通道体积的表达式可以写为：

其中：

产出端计算方法依据产出端的物质守恒，气窜通道体积的表达式为：

当注采井均为直井时，a为0.25；当注采井为一个直井一个水平井时，a为0.5；当注采井均为水平井时，a为0.5（图2）。

图2注采井间流体波及范围形状因子示意

Fig.2Shapefactoroffluidsweptvolumebetweeninjectionwellsandproductionwells

体积校正方法实际计算过程中，无论是利用注入端物质守恒计算得到的气窜通道体积，还是利用产出端物质守恒计算得到的气窜通道体积，都存在一定程度的计算误差。这是由于C和a是理想状态下的计算结果，没有考虑由于储层平面以及纵向非均质性导致的流体波及形状和范围的不规则性。因此，需要对注入端和产出端计算得到的气窜通道体积进行校正。

从图3可见：落在红线下的点，V窜inj>V窜pro，表明单井依据注入端物质守恒计算得到的气窜通道体积，大于依据产出端物质守恒计算得到的气窜通道体积。说明该井计算过程中，C取值偏大，或者a取值偏小。落在红线以上的点，V窜inj

以图3中任意实际点N为例，说明气窜通道体积的校正思路及计算方法，具体为：以（0，0）点为

图3气窜通道体积校正方法示意

Fig.3Schematicdiagramofcorrectionmethodof

gaschannelingvolume

起点，做一个以（0，0）点和N点为斜边的直角三角形，则V窜inj和V窜pro分别为该直角三角形的两条直角边对应的数值。根据勾股定理，得到该直角三角形斜边的数值。以该直角三角形斜边的数值为依据，在红线上找到斜边数值相等的点N′。

由于N′点所对应V窜inj和V窜pro在数值上是相等的，消除了C或者a对气窜通道体积计算结果的影响。因此，将N′点作为N点的校正点，N′点所在直角三角形的2条直角边所对应的数值，即为校正后的气窜通道体积。气窜通道体积的最终表达式为：

2.2气窜通道横截面积

在气窜通道几何参数中，常用的气窜通道横截面积参数包括气窜通道孔隙横截面积和气窜通道岩石横截面积。

气窜通道孔隙横截面积根据气窜通道体积，得到气窜通道孔隙横截面积的表达式为：

气窜通道岩石横截面积根据气窜通道体积，得到气窜通道岩石横截面积的表达式为：

3应用实例

3.1单井气窜特征判断

依据气窜识别判断标准，根据产出气中CO2含量变化特征（图4），某油田1口实际气窜单井M井截至目前共发生2次气窜：1次微弱气窜和1次明显气窜。具体气窜特征判断依据见表2。

依据气窜识别判断标准给出的见气时间点确定方法，找出见气时间点对应的日期，具体确定方法及确定结果详见表3。

3.2气窜通道几何参数计算

利用（1）—（6）式，依次求解出气窜通道几何参数。从表4可以看出：M井微弱气窜阶段虽然产出CO2含量较低，但是由于产出时间长，气窜通道体积和气窜通道横截面积的反演结果均显著高于明显气窜的反演结果，前者约为后者的两倍。

图4M井产出气体中CO2含量变化曲线

Fig.4VariationcurveofCO2contentinproducedgasinWellM

由此可见，虽然微弱气窜的气窜特征不明显，但是由于已经存在了井间贯通效应，且生产时间较长，导致最终产生的气窜量很大，因此微弱气窜阶段不能忽略。鉴于在微弱气窜阶段的产出气体中，CO2的含量在很长时间内都处于相对较低的状态，不易察觉已经发生了气窜。所以，借助笔者所建立的气窜识别判别标准来进行气窜识别，一方面实现了对气窜类型和气窜程度的定性评价，另一方面实现了对气窜通道体积和气窜通道横截面积的定量计算。

4结论

根据产出气体中CO2含量的高低，将CO2驱发生气窜油井的气窜类型划分为明显气窜（Ⅰ类气窜）和微弱气窜（Ⅱ类气窜）两类。以产出气体中CO2的含量分别达到6%和0.5%，作为划分明显气窜和微弱气窜的判断标准。

明确了见气时间的定义，给出了见气时间点的判断方法。对于单调变化型曲线，见气时间点为气窜期间内CO2含量的平均值所对应的时间点；对于非单调变化型曲线，见气时间点为气窜期间内CO2含量的半坡值所对应的时间点。

利用物质守恒原理得到注入端和采出端的气窜通道体积，借助气窜通道体积交会图，消除单井产液比例系数或井网形状因子对气窜通道体积计算结果的影响，实现对气窜通道体积的校正，得到合理的气窜通道体积表达式。

通过对实际气窜单井M井的分析和计算表明，该方法具有较强的操作性和实用性，为后期合理设计封堵措施和堵剂用量提供理论依据。

符号解释

V窜inj——根据注入端计算得到的气窜通道体积，m3；V窜pro——依据产出端计算得到的气窜通道体积，m3；L——气窜井与注气井之间的井距，m；Vg注——从开始注气至气窜见气时间点前注入的CO2体积，m3；Vw注——从开始注气至气窜见气时间点前注入的起泡液体积，m3；C——单井产液比例系数，为从开始注气至气窜见气时间点前单井平均产液速度qi占注气井组总产液速度的比例，f；Qg累注——从开始注气至气窜见气时间点前的CO2累积注入量，t；ρg——注入的CO2气体地下密度，g/cm3；Qw累注——从开始注气至气窜见气时间点前的起泡液累积注入量，t；ρw——注入的起泡液或产出水的地下密度，g/cm3；Vo产——从开始注气至气窜见气时间点前产出的原油体积，m3；Vw产——从开始注气至气窜见气时间点前的产出水体积，m3；a——井间平面波及形状因子，为油水井间波及面积与平面径向流波及面积的比值，f；Qo累产——从开始注气至气窜见气时间点前产出的原油累积产量，t；Qw累产——从开始注气至气窜见气时间点前的累积产水量，t；ρo——地层原油密度，g/cm3；V窜——气窜通道体积，m3；A孔隙——气窜通道孔隙横截面积，m2；A岩石——气窜通道岩石横截面积，m2；——储层平均孔隙度，f；Swc——束缚水饱和度，f；Sor——残余油饱和度，f；Sgc——残余气饱和度，f。

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编辑李伟忠

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收稿日期：2019-08-15。

作者简介：张世明（1975—），男，湖北随州人，教授级高级工程师，博士，从事油田开发理论、复杂介质油藏渗流机理及油藏数值模拟技术研究工作。E-mail：zhangshm855.slyt@sinopec.com。

基金项目：中国石化重大示范工程“胜利油田低渗透油藏CO2驱开发技术研究及示范应用”之子课题“示范区跟踪调控与综合评价研究”（P18088-6）。