稠油油藏邊水推進規(guī)律物理模擬實驗

馮其紅，李 尚，韓曉冬，陳先超，張 偉，任 熵，周文勝

（1.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院，天津300452；3.中海石油研究中心，北京100027）

在邊水活躍的稠油油藏開發(fā)過程中，因邊水侵入而導(dǎo)致油井含水率上升快、采收率低，嚴(yán)重影響了油藏開發(fā)效果［1-3］。近年來，中外學(xué)者對邊水油藏通過理論分析和油藏數(shù)值模擬方法進行研究，總結(jié)出邊水稠油油藏水平井開發(fā)技術(shù)［3-6］、水淹規(guī)律［7-8］及剩余油分布模式［9］，但對邊水稠油油藏不同井型條件下開采效果的物理模擬研究較少。筆者根據(jù)稠油油藏地質(zhì)及開發(fā)特征，通過建立二維可視化物理模型，在儲層均質(zhì)及非均質(zhì)條件下，對單直井、雙直井和單水平井3種不同井型開采邊水稠油油藏時邊水推進規(guī)律及其對剩余油分布的影響進行研究，以期為稠油油藏合理利用邊水提供理論基礎(chǔ)，為該類油藏在高含水期剩余油挖潛提供理論支持。

1 物理模型

1.1 模擬裝置

稠油油藏二維物理模擬裝置由平面冷光源、二維可視化物理模型、流體驅(qū)動系統(tǒng)、一體化高清攝像機、溫度和壓力傳感器組以及數(shù)控采集、光譜分析系統(tǒng)等構(gòu)成（圖1）。采用多組平面冷光源控制照明，改變其照明面積和亮度，同時平面冷光源不會影響模型的溫度變化；一體化高清攝像機安裝在機器人小車上，通過遙控可實現(xiàn)前后行走、左右轉(zhuǎn)彎、攝像機旋轉(zhuǎn)跟蹤及光學(xué)變倍等的拍攝；溫度和壓力傳感器組以及數(shù)控采集、光譜分析系統(tǒng)主要是采用數(shù)字式的溫度壓力自動顯示控制，通過數(shù)字接口顯示和控制模擬儲層的溫度與壓力的變化，設(shè)計采用二次儀表，最大溫控范圍為常溫至150℃，壓力是根據(jù)模型的承壓能力所決定的。

圖1 稠油油藏二維可視化物理模擬裝置

1.2 模型制作及類別

稠油油藏二維可視化物理模型是模擬裝置中最重要的組成部分。其制作與一般驅(qū)替裝置所用的物理模型有很大不同，不是將不同規(guī)格的砂按要求簡單填充，而是采用了一種近似印刷的技術(shù)，形狀結(jié)構(gòu)和制備方法具有自主知識產(chǎn)權(quán)［10］。該模型由玻璃間填砂，邊沿用環(huán)氧樹脂密封而成，底部兩側(cè)有邊水入口，油井設(shè)在模型頂部。

根據(jù)綏中36-1油田地質(zhì)和開發(fā)特征設(shè)計制作了二維可視化物理模型。設(shè)計了儲層均質(zhì)及非均質(zhì)2種情況下的單直井邊水稠油油藏模型、雙直井邊水稠油油藏模型和單水平井邊水稠油油藏模型。

2 實驗步驟

為了清楚地觀察邊水推進規(guī)律，邊水油藏驅(qū)替實驗中采用染色潤滑油模擬現(xiàn)場稠油，模擬原油20℃時粘度為160～330mPa·s，模擬儲層滲透率為1 000×10-3～5 000×10-3μm2，驅(qū)替流速為0.2 mL/min。

實驗步驟主要包括：①根據(jù)實驗測試內(nèi)容準(zhǔn)備好驅(qū)替液（地層水）和模擬油等，模擬油的流變特性要與現(xiàn)場原油相符合。②仿真模擬油藏抽真空飽和水。將物理模型固定于實驗裝置上并連接好進排管路，關(guān)閉排液閥，開啟真空泵觀察物理仿真模型是否漏氣，無漏氣時連續(xù)抽30～100 min后，放開排液閥，使水反向飽和于物理模型；模型充分飽和水后，關(guān)閉并卸下真空泵，同時關(guān)閉排液閥和排空閥，檢查模型內(nèi)是否有氣泡，如有氣泡則重新飽和水，沒有氣泡則模型飽和水過程結(jié)束。③模型飽和油。通過操作系統(tǒng)控制，打開驅(qū)替管路閥和排液閥，調(diào)好泵流量并運行，用油驅(qū)水，直至出口含油率達(dá)到100%，停泵。④邊水驅(qū)替。更換驅(qū)替液，調(diào)好泵速開始水驅(qū)油。⑤邊水突破后含水率大于98%時停止，實驗中的截圖經(jīng)圖像量化后可以得到采出程度。

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 單直井邊水稠油油藏模型

單直井邊水稠油油藏邊水推進實驗結(jié)果（圖2）表明：邊水突破時，儲層均質(zhì)的稠油油藏采出程度為29.7%，儲層非均質(zhì)的稠油油藏采出程度為36.4%。

從圖2可以看出，單直井開采儲層均質(zhì)的邊水稠油油藏時，初始階段邊水呈線狀均勻向前推進，并且沿離油井最近的油水界面快速向油井突進；當(dāng)油井見水后，邊水向油井推進的速度明顯變小。邊水突破時有一定的突進角，驅(qū)替特征表現(xiàn)為采出程度高、剩余油飽和度低，剩余油主要富集于水驅(qū)波及輪廓外。

圖2 單直井邊水稠油油藏邊水推進實驗結(jié)果

單直井開采儲層非均質(zhì)的邊水稠油油藏時，初始階段邊水呈分岔狀不均勻向上推進，并且沿填砂模型高滲透區(qū)突進，有小部分侵入低滲透區(qū)，侵入速度相對較緩；離油井越近，邊水突進速度越大，剩余油主要富集于水驅(qū)波及輪廓外和波及輪廓內(nèi)的低滲透區(qū)。

3.2 雙直井邊水稠油油藏模型

雙直井邊水稠油油藏邊水推進實驗結(jié)果（圖3）表明：邊水突破時，儲層均質(zhì)的稠油油藏采出程度為59.8%，儲層非均質(zhì)的稠油油藏采出程度為47.4%。

圖3 雙直井邊水稠油油藏邊水推進實驗結(jié)果

從圖3可以看出，雙直井開采均質(zhì)邊水稠油油藏時，初始階段邊水呈線狀均勻向上推進，并且沿離2口油井最近的油水界面呈凸起狀向油井突進，凸起界面處突進速度最快；邊水突破時，剩余油主要富集于突進角外。

雙直井開采非均質(zhì)邊水稠油油藏時，邊水不均勻向前推進，主要沿填砂模型滲透率高的區(qū)域突進；邊水突破時，高滲透區(qū)采出程度大于低滲透區(qū)，剩余油主要富集于低滲透區(qū)。

3.3 單水平井邊水稠油油藏模型

單水平井邊水稠油油藏邊水推進實驗結(jié)果（圖4）表明：邊水突破時，儲層均質(zhì)的稠油油藏采出程度為49.7%，儲層非均質(zhì)的稠油油藏采出程度為35.5%。

從圖4可以看出，單水平井開采儲層均質(zhì)邊水均質(zhì)稠油油藏時，邊水均是沿壓力梯度最大處向油井推進，其采出程度分別為29.7%和49.7%，對于邊水稠油油藏水平井相對于直井具有更好的開采效果。儲層均質(zhì)油藏的邊水沿壓力梯度最大處向油井推進；儲層非均質(zhì)油藏的邊水主要沿壓力梯度最大和高滲透區(qū)推進。稠油油藏時，初始階段邊水向水平井均勻推進，并且向水平井根端突進加快，同時靠近指端的邊水也向前推進，但其推進速度相對較慢；由于水平井根端生產(chǎn)壓差較大，邊水主要沿根端突進，剩余油主要富集于井口的遠(yuǎn)端。

圖4 單水平井邊水稠油油藏邊水推進實驗結(jié)果

單水平井開采儲層非均質(zhì)邊水稠油油藏時，邊水不均勻向上推進，主要沿高滲透區(qū)突進，而沿低滲透區(qū)推進速度較慢；邊水主要沿生產(chǎn)壓差大的水平井根端和高滲透率區(qū)突破，邊水突破時采出程度低于層內(nèi)儲層均質(zhì)邊水油藏，剩余油主要富集于注入水未波及的低滲透區(qū)。

4 結(jié)論

在邊水稠油油藏開發(fā)過程中，相同井型開采條件下，均質(zhì)油藏邊水推進前緣較為明顯，采出程度高于非均質(zhì)油藏；單直井和雙直井開采邊水稠油油藏時，邊水均沿離油井最近的油水界面向油井突進，其采出程度分別為29.7%和59.8%，雙直井開采采出程度大于單直井；單直井和單水平井開采儲層

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