邊水對(duì)油水過(guò)渡帶注水井調(diào)剖影響研究

劉常清，陳增輝，吳慎渠，于曉濤，徐 浩

(1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

渤海K油田在開(kāi)發(fā)過(guò)程中受邊水作用較大，油藏非均質(zhì)性較強(qiáng)，邊底水突進(jìn)速度較快，導(dǎo)致含水上升速度快，油藏采收率偏低。以K油田S井區(qū)為例，S井區(qū)為3注6采，滲透率極差為6.8，該區(qū)2014年5月投產(chǎn)，截至2016年8月，井區(qū)采出程度9.8%，平均含水56.1%，其中該區(qū)從2014年到2016年的含水上升率為5.3%，高于標(biāo)準(zhǔn)含水上升率4.3%。含水上升速度較快，開(kāi)發(fā)效果較差，邊水水侵是導(dǎo)致該區(qū)油藏采收率偏低的重要原因，對(duì)邊水附近注水井調(diào)剖能一定程度抑制邊水突進(jìn)速度，改善開(kāi)發(fā)效果[1-2]。因此，研究邊水對(duì)油水過(guò)渡帶注水井調(diào)剖的影響，有助于為后期開(kāi)展調(diào)剖措施提供必要的依據(jù)。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，油藏本身的性質(zhì)如原油粘度、地層傾角、油層厚度、平面非均質(zhì)性、采油速度等對(duì)油水過(guò)渡帶注水井調(diào)剖均會(huì)產(chǎn)生影響[3-4]。本文在渤海K油田油藏地質(zhì)與開(kāi)發(fā)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用構(gòu)建數(shù)值模擬模型和物理模型的方法，著重研究邊水對(duì)油水井以及調(diào)剖效果的影響。主要選取了邊水本身的性質(zhì)(距離和能量)作為研究對(duì)象，此外，為了考慮邊水對(duì)調(diào)剖效果的影響程度，選取注入調(diào)剖劑時(shí)機(jī)作為其中的一個(gè)研究對(duì)象。

1 物理模擬研究

1.1 物理模型

針對(duì)K油田油藏地質(zhì)特征及開(kāi)發(fā)特征，建立了用以模擬研究K油田邊水油藏開(kāi)采方法的平面模型[5-7]。模型尺寸為：700 mm×100 mm×100 mm，耐壓1 MPa，平面模型如圖1所示。

圖1 模型設(shè)計(jì)

儲(chǔ)層模型為無(wú)機(jī)膠結(jié)石英砂模型，模型A和模型B為兩個(gè)由不滲透帶隔離的獨(dú)立系統(tǒng)，以避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中相互干擾，并可實(shí)現(xiàn)開(kāi)采動(dòng)態(tài)、采收率的分段測(cè)試和計(jì)量。

模型A與模型B根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求調(diào)整大小，兩模型間裝有隔離帶，模型內(nèi)采用兩層非均質(zhì)巖心，滲透率分別為500×10-3μm2和2 000×10-3μm2，模型左右兩側(cè)裝有邊水槽模擬邊水侵入；模型上下兩側(cè)留有孔槽用以飽和水和飽和油，生產(chǎn)井位于隔離帶左右兩側(cè)。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

研究共進(jìn)行兩部分實(shí)驗(yàn)研究，第一部分為：不同邊水距離對(duì)生產(chǎn)井的影響研究；第二部分在第一部分研究的基礎(chǔ)上選出最優(yōu)的邊水距離，進(jìn)行不同含水期調(diào)剖技術(shù)研究。實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)場(chǎng)脫水原油，模擬原油20 ℃時(shí)粘度為160～330 mPa·s，模擬儲(chǔ)層滲透率為(500～2 000)×10-3μm2，實(shí)驗(yàn)采用定壓驅(qū)替方式模擬邊水能量。

具體實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容準(zhǔn)備好驅(qū)替液(地層水)和模擬油等。

(2)抽真空飽和水。

(3)模型飽和油。通過(guò)操作系統(tǒng)控制，打開(kāi)驅(qū)替管路閥和排液閥，調(diào)好泵流量并運(yùn)行，用油驅(qū)水，直至出口含油率達(dá)到100%，停泵。

(4)采用恒壓邊水驅(qū)，注入壓力為0.3 MPa，測(cè)取開(kāi)采動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)。

(5)邊水驅(qū)至含水98%，計(jì)算邊水驅(qū)采收率。

(6)由邊水部位注入調(diào)剖劑，注入調(diào)剖劑時(shí)采用恒速驅(qū)，驅(qū)替流速為5 mL/min，模擬邊水部位注水井調(diào)剖。

(7)調(diào)剖后采用恒壓邊水驅(qū)，注入壓力為0.3 MPa。

(8)測(cè)取調(diào)剖后邊水驅(qū)開(kāi)采動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)。

(9)邊水驅(qū)至含水98%，計(jì)算調(diào)剖后邊水驅(qū)采收率。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

1.3.1 生產(chǎn)井與邊水距離對(duì)開(kāi)采效果及調(diào)剖的影響

針對(duì)不同邊水與生產(chǎn)井距離對(duì)采收率的影響研究，最終開(kāi)展150，250，450，550，700 mm 5組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 生產(chǎn)井與邊水距離對(duì)采收率的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，隨著邊水距離的增大，調(diào)剖后提高采收率值逐漸上升，在550 mm時(shí)達(dá)到最高，說(shuō)明巖心長(zhǎng)度550 mm范圍調(diào)剖效果最好。

圖2 不同邊水距離對(duì)采收率的影響

通過(guò)圖2曲線(xiàn)可以看出，550 mm巖心實(shí)驗(yàn)提高采收率高于其他距離巖心實(shí)驗(yàn)，分析原因主要為：恒壓驅(qū)替情況下，注入壓力與巖心阻力平衡關(guān)系很重要，巖心長(zhǎng)度太短易形成水流優(yōu)勢(shì)通道(如150 mm巖心)，調(diào)剖措施還未進(jìn)行有效封堵，便被后續(xù)水驅(qū)破壞，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提高采收率值更多表現(xiàn)的是水的沖刷效應(yīng)；巖心長(zhǎng)度太長(zhǎng)，注入壓力低于巖心阻力，表現(xiàn)在注入過(guò)程中注入速度不斷下降，調(diào)剖措施后，由于注入速度低，調(diào)剖體系不能有效地推入到水流優(yōu)勢(shì)通道，從而削弱對(duì)邊水的抑制能力。上述情況通過(guò)下面的注入速度對(duì)采收率的影響分析可以明顯看出。

圖3 不同巖心長(zhǎng)度注入速度曲線(xiàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，450～550 mm進(jìn)行調(diào)剖效果最佳。巖心過(guò)長(zhǎng)主要表現(xiàn)為驅(qū)替介質(zhì)的滲流效應(yīng)，注入調(diào)剖體系由于注入壓力較低，不能有效推動(dòng)至高滲通道。而如果巖心過(guò)短，主要表現(xiàn)在驅(qū)替介質(zhì)的沖刷效應(yīng)，注入調(diào)剖體系還沒(méi)有建立起阻力，便被后續(xù)高強(qiáng)度驅(qū)替介質(zhì)推至生產(chǎn)井附近，沒(méi)有有效抑制邊水突進(jìn)(見(jiàn)圖3)。

1.3.2 邊水驅(qū)調(diào)剖時(shí)機(jī)對(duì)調(diào)剖效果的影響

根據(jù)生產(chǎn)井與邊水距離實(shí)驗(yàn)研究，確定兩者距離為550 mm，在調(diào)剖效果實(shí)驗(yàn)中，按照實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，分別研究了生產(chǎn)井含水50%，70%，98%時(shí)調(diào)剖(注入調(diào)剖劑0.3 PV，然后轉(zhuǎn)水驅(qū)至含水99%以上)對(duì)生產(chǎn)井的影響。

不同含水時(shí)機(jī)進(jìn)行邊水調(diào)剖的實(shí)驗(yàn)中，選擇含水50%，70%，98%三個(gè)調(diào)剖時(shí)機(jī)，將3組實(shí)驗(yàn)在不同含水時(shí)機(jī)進(jìn)行調(diào)剖對(duì)應(yīng)的PV數(shù)、含水和采收率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

表2 不同含水時(shí)機(jī)調(diào)剖對(duì)采收率的影響

通過(guò)3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析：

(1)3組實(shí)驗(yàn)在含水70%時(shí)提高采收率值比較相近，其中含水到達(dá)98%時(shí)，1#含水50%進(jìn)行調(diào)剖的巖心采收率>2#含水70%進(jìn)行調(diào)剖的巖心采收率>3#含水98%進(jìn)行調(diào)剖的巖心采收率。含水在70%～98%范圍對(duì)采收率貢獻(xiàn)較大，主要是因?yàn)楹?0%進(jìn)行調(diào)剖時(shí)處于含水快速上升階段，含水50%上升至70%時(shí)間較短，驅(qū)替的PV數(shù)較小，所以調(diào)剖效果不明顯。

(2)含水50%，70%，98%進(jìn)行調(diào)剖的3組實(shí)驗(yàn)，在含水98%水驅(qū)的基礎(chǔ)上提高采收率值分別為16.11%，14.48%，13.12%，調(diào)剖時(shí)機(jī)越早，提高采收率值相應(yīng)較高，早期調(diào)剖對(duì)采收率提升效果比較顯著。

2 數(shù)值模擬研究

2.1 數(shù)模模型建立

由于本次模擬涉及到調(diào)剖作業(yè)，采用傳統(tǒng)的黑油模型不能滿(mǎn)足模擬的要求，因此采用CMG公司的CMG-STARS模擬器作為模擬計(jì)算的軟件。本次模擬采用的參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 模擬采用的參數(shù)

模型研究采用網(wǎng)格水體，并采用加大孔隙體積的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同水體大小，進(jìn)而研究邊水能量對(duì)生產(chǎn)的影響。由于定液生產(chǎn)中油藏整體壓力保持平衡，導(dǎo)致加入邊水后，水體侵入并不明顯，不適合邊水影響分析。為了更好地反映邊水侵入的影響，選擇采用定井底壓力生產(chǎn)的方式進(jìn)行研究。

2.2 研究?jī)?nèi)容

(1)采用9組不同水體倍數(shù)的水驅(qū)模型和9組不同水體倍數(shù)的調(diào)剖模型，研究水體倍數(shù)對(duì)生產(chǎn)井調(diào)剖效果影響，見(jiàn)表4。

表4 邊水模型

(2)改變生產(chǎn)井與邊水的距離，分別取與邊水80，180，330 m的距離，研究生產(chǎn)井與邊水距離對(duì)開(kāi)采效果及調(diào)剖的影響。

(3)分別在含水50%，70%，90%時(shí)進(jìn)行調(diào)剖，研究邊水驅(qū)調(diào)剖時(shí)機(jī)對(duì)調(diào)剖效果的影響。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 水體倍數(shù)對(duì)生產(chǎn)井調(diào)剖效果的影響

從計(jì)算結(jié)果可以看出，隨著水體倍數(shù)的增加，調(diào)剖降低含水率效果逐漸變差，水體倍數(shù)越大，降水效果越差(見(jiàn)圖4)。累產(chǎn)油量明顯增加，但是調(diào)剖的增油效果逐漸變差，見(jiàn)圖5。

圖4 不同水體倍數(shù)調(diào)剖降水效果

圖5 不同水體倍數(shù)累產(chǎn)油變化

為了進(jìn)一步深入研究水體倍數(shù)對(duì)調(diào)剖效果的影響，定義增油幅度和降水幅度如下：

(1)

(2)

根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，可以得到不同水體倍數(shù)條件下的增油幅度和降水幅度，如表5所示。

表5 不同水體倍數(shù)的調(diào)剖增油幅度及含水率下降幅度

可以看出，隨著水體倍數(shù)的增大，調(diào)剖增油幅度大幅下降，在6倍水體以上時(shí)，增油幅度降為1%以下；隨著水體倍數(shù)的增大，含水率下降幅度減小，在6倍水體以上時(shí)，含水率下降幅度在5%以下。水體對(duì)調(diào)剖效果影響較大。

2.3.2 生產(chǎn)井與邊水距離對(duì)開(kāi)采效果及調(diào)剖的影響

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6和表6。

圖6 不同邊水距離累產(chǎn)油變化

從計(jì)算結(jié)果可以看出，由于與邊水距離增加，邊水影響面積增加，因此累積產(chǎn)油量增加。但當(dāng)井距較大時(shí)，注入調(diào)剖體系由于滲流阻力增加，而注入壓力較低，不能有效推動(dòng)至高滲通道。而井距距離過(guò)小時(shí)，注入調(diào)剖體系還未建立起阻力，便被后續(xù)高強(qiáng)度驅(qū)替介質(zhì)推至生產(chǎn)井附近，未有效抑制邊水突進(jìn)。因此適中的邊水距離有利于開(kāi)展調(diào)剖作業(yè)。

2.3.3 邊水驅(qū)調(diào)剖時(shí)機(jī)對(duì)調(diào)剖效果的影響

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 不同含水時(shí)機(jī)調(diào)剖累產(chǎn)油變化

從圖7可以看出，分別在含水50%，70%，90%進(jìn)行調(diào)剖時(shí)，其累產(chǎn)油量較未調(diào)剖累產(chǎn)油量逐漸降低，因此調(diào)剖時(shí)機(jī)越早，提高采收率值也相應(yīng)較高，早期調(diào)剖對(duì)提高采收率效果比較顯著。

3 結(jié)論

(1)水體對(duì)調(diào)剖效果影響較大。隨著水體倍數(shù)的增大，調(diào)剖增油幅度大幅下降，在6倍水體以上時(shí)，增油幅度降至1%以下；隨著水體倍數(shù)的增大，含水率下降幅度減小，在6倍水體以上時(shí)，含水率下降幅度在5%以下。

(2)隨著邊水與生產(chǎn)井距離的增加，調(diào)剖后提高采收率幅度越大，巖心長(zhǎng)度550 mm以上時(shí)增幅變緩，到一定距離后，影響越來(lái)越小，說(shuō)明適中的邊水距離開(kāi)展調(diào)剖效果較好。

(3)調(diào)剖時(shí)機(jī)越早，提高采收率值也相應(yīng)較高，早期調(diào)剖對(duì)采收率提升效果比較顯著。

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