井區(qū)水竄水淹綜合調控關鍵技術研究與試驗

張吉林，何薛鋼

(延長油田子長采油廠，陜西 延安 716000)

當前石油工業(yè)領域中，致密油藏已經成為油藏探勘開發(fā)的核心之一。針對致密油藏儲層非均質性高、彈性能量低等特征，國內外相關學者均將水驅方案作為主要開發(fā)方式。但早期相關領域學者對于水驅方案的研究大多放在可控優(yōu)化條件與方式控制等方面，忽略致密油藏儲層中包含的大量裂縫導致開發(fā)油藏開發(fā)過程中產生大量水竄水淹通道，降低油藏開發(fā)效率與油藏開發(fā)質量的問題。后期，部分學者關注到井區(qū)水竄水淹問題，但考慮致密油藏儲層埋深相對較淺，普遍使用的調控技術通常存在水竄水淹通道堵不住或將水油都堵住的問題，增油控水成效不佳。

基于此，研究井區(qū)水竄水淹綜合調控關鍵技術，并通過試驗驗證所研究技術的應用效果。

1 井區(qū)水竄水淹綜合調控技術

1.1 調控技術整體架構分析

基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術的核心為具有低分子量與三維網(wǎng)狀結構的新型調控體系，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在成膠時間能控制、流變性能較好。利用自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術優(yōu)化體系，完成各類、各等級水竄水淹通道封堵的目的，緩解井區(qū)水竄水淹同補充底層能量間的沖突性，改善油藏區(qū)域井區(qū)水竄水淹的問題。圖1所示為基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術架構，可從前期與后期兩個環(huán)節(jié)進行分析。前期環(huán)節(jié)的主要工作是分析：分析評價現(xiàn)有成熟調驅劑制備方法與應用性能，并針對井區(qū)水竄水淹通道進行識別分析；后期環(huán)節(jié)包含井區(qū)水竄水淹綜合調控過程中的關鍵技術，其主要工作是試驗：針對自適應逐級調驅過程動態(tài)示蹤監(jiān)測工藝技術進行試驗與完善。

(a)前期 (b)后期

基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術最大限度上應用聚合物復合交聯(lián)協(xié)同效果提升理論，構建三維網(wǎng)絡結構，能夠自適應控制交聯(lián)強度和時間，可在注入水滲入不同類型不同等級水竄水淹通道的條件下，在井區(qū)水竄水淹調控過程中，自適應的確定水竄水淹通道，完成井區(qū)水竄水淹綜合調控的目的。

1.2 調驅劑凝膠制備

以苯乙烯單體為主材料，結合模擬底層水制備成具有相應濃度的溶液。加熱主材料溶液，待其溫度達到(74±4)℃，將相應量的引發(fā)劑置入其中，且將溶液攪拌均勻后，調節(jié)溶液酸堿度，使其處于中性狀態(tài)。將溶液導入燒杯內，在室溫環(huán)境下靜置降溫，待其溫度降至室溫后，向其中置入固定量的交聯(lián)劑，交聯(lián)劑置入過程中持續(xù)攪拌溶液。將混合后的溶液放置在水浴鍋內，溶液形成凝膠后取出，測試其封堵性能。

1.3 井區(qū)水竄水淹通道識別

井區(qū)水竄水淹通道識別是基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術前期環(huán)節(jié)的主要工作之一。井區(qū)水竄水淹通道識別的主要指標選取注水井注入壓力變化率、壓力相對值、‘吸水指數(shù)/米’變化率和超前注水量相對值，各識別指標具體描述情況如表1所示?；诒?內各井區(qū)水竄水淹通道識別指標，采用模糊聚類算法，通過標定、構建模糊相似矩陣、聚類以及最優(yōu)分類閾值確定的過程劃分確定注水井內是否存在水竄淹通道。

表1 井區(qū)水竄水淹通道識別指標描述

1.4 自適應逐級調控過程動態(tài)示蹤監(jiān)測技術

基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術后期環(huán)節(jié)中采用自適應逐級調控過程動態(tài)示蹤監(jiān)測技術對井區(qū)水竄水淹通道實施綜合調控。

示蹤劑測試級次設計方法

作為示蹤監(jiān)測與綜合調控有效完成的基礎，逐級調控不同等級井區(qū)化學示蹤監(jiān)測過程中，示蹤劑監(jiān)測級次確定過程中既需分析示蹤劑監(jiān)測與調控，同時還需要防止產生凝膠段塞注入導致示蹤劑監(jiān)測檢測出現(xiàn)偏差的問題。

向井區(qū)水竄水淹通道注入凝膠段塞的過程一定會在某種程度上導致底層壓力形成變化，因此需以相應注入壓力條件下，井區(qū)水竄水淹通道的注入流體分布情況為檢測目標。由于凝膠關聯(lián)時間與壓力傳導過程中具有一定時延，因此在一級次示蹤劑濃度滿足上限值標準的條件下，示蹤劑監(jiān)測結果受注入凝膠段塞的影響并不顯著。設定注入的凝膠段塞與級次示蹤劑數(shù)量分別為個和個；井區(qū)水竄水淹綜合調控施工時間為；井區(qū)水竄水淹綜合調控施工過程中不同段塞注入時間、成膠時間和示蹤劑監(jiān)測時間相加所得結果需不高于T。若井區(qū)內井存在個裂縫條帶，各條帶內包含若干水竄水淹通道，因此可利用個流管共同構建的流管束描述第個裂縫條帶；其中表示各流管的直徑。

示蹤劑選取標準及用量計算

在利用基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術對井區(qū)水竄水淹通道實施逐級調控過程中，確定有所差異的示蹤劑與確定不同級次示蹤劑使用量極為重要。

1)多級井區(qū)示蹤劑選取標準

以往普遍使用的單次示蹤劑測試過程中，僅依照示蹤劑性質(物理性質與化學性質)、井區(qū)巖石性質與注入水性質、外部環(huán)境、經濟與政策等標準選取合適的示蹤劑。基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術中，選取示蹤劑過程中，不僅需考慮以上選取標準，同時還需關注各級次示蹤劑間的相互作用和其同注入凝膠性質間的相互作用。

基于以上示蹤劑選取標準，基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術中需通過各級次交替注入的方法選取兩種或兩種以上示蹤劑。同時選取的若干種示蹤劑需實施耐熱性、匹配性以及吸附性等測試，并分析測試結果。通過分析與對比得到，所選取的各類示蹤劑間需確保吸光波長度上限值具有明顯差距，且凝膠吸附性較低的示蹤劑。

2)示蹤劑用量確定

根據(jù)井區(qū)水竄水淹通道特征分析得到，通道內注入水集中于低流動阻力的水竄水淹通道體系，通過示蹤劑追蹤注入水能夠確定井區(qū)水竄水淹通道狀況?；诖嗽贐righam-Smith水驅標準下，采用五點法井區(qū)示蹤劑用量計算方法確定基于自適應的井區(qū)水竄水淹綜合調控技術中示蹤劑用量，計算過程中的含水率可通過以下過程確定：

基于連通單元物質平衡方程的隱式差分離散，能夠獲取壓力求解方程，利用其確定井區(qū)不同井點壓力后，利用式(1)確定不同井點間連同單元內的流量：

=(-)

(1)

式中：、和分別表示第井與第井間的傳導率、第井泄油區(qū)壓力均值和第井泄油區(qū)壓力均值。

由于油藏區(qū)域井區(qū)內含有邊底水，因此需參考前緣推進改變實施分析。以表示某井區(qū)油層上游位置的相對含水飽和度，由此能夠得到油層位置的含水率導數(shù)：

(2)

基于式(2)進行分析能夠獲取時刻下井追蹤至下游的井含水率導數(shù)：

(3)

為提升含水率計算結果的準確率，需優(yōu)化式(3)，對其實施插值處理，獲取井內源于井的含水率；以此為基礎，確定不同上游方向上的含水率，利用式(4)確定井的整體含水率：

(4)

隨著逐級調控技術的實施，井區(qū)水竄水淹通道逐一被封堵，含水率逐漸降低。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗區(qū)域概況

克拉瑪依油田是我國西部第1個千萬噸級別油田，集中針對準葛爾盆地與周邊盆地油氣資源進行探勘、采集、傳輸與銷售。該油田累積產油量高達2億t以上，當前開發(fā)率分別達到23%和4%左右，具有極為廣闊的勘探開發(fā)潛力。

克拉瑪依油田滲透率均值與孔隙度均值分別為1.10×10μm和13.0%，井區(qū)水竄水淹通道為標準的裂縫性通道。受儲集層等外界因素影響，該油田井區(qū)注水過程中存在顯著水竄水淹問題，導致含水率均值高達73%以上。以驗證本文技術調控效果為目的，選取油田內FHW3016井區(qū)進行本文技術試驗。

FHW3016井區(qū)注水量和注入壓力通常為14.5 m/d和4.2 MPa，井區(qū)內1井、2井和3井的含水率均達到80%以上。本文設計調控調驅劑整體用量為421.65 m，其中前4級和第5級主體段塞分別為71.25 m/級、74.98 m。

2.2 調驅劑凝膠性能分析

調驅劑凝膠封堵性能測試采用雙液法模擬填砂管方法進行，基于侯凝時間同填砂管突破壓力以及滲透率等參數(shù)間的相關性，確定調驅劑凝膠封堵率，結果如表2所示。

表2 調驅劑凝膠封堵率

由表2可知，在凝膠時間為18 h的前提下，水驅突破壓力達到1.94 MPa/m，且隨著凝膠時間的延長，滲透率與阻力系數(shù)變化幅度均較為微弱。而封堵率達到93.68%時，與凝膠時間為6、12 h時相比具有顯著差異；但同凝膠時間為24 h時相比差異并不顯著。由此說明，在凝膠時間為18 h的條件下，調驅劑完成聚合產生了高封堵能力的凝膠體系，封堵效果滿足實際應用需求。

2.3 逐級調控多級井間化學示蹤結果分析

圖2～圖4所示分別為FHW3016井區(qū)逐級調控生產動態(tài)曲線、壓降曲線變化和水竄水淹滲透率波動情況。

(a)日產油量與產液量

圖3 FHW3016井區(qū)逐級調控壓降曲線變化趨勢

(a)1井 (b)2井 (c)3井

由圖2可知，采用本文技術調控前，井區(qū)產油量均值為3.17 m/d左右，而其中含水率均值在83%左右。采用本文技術進行調控過程中，井區(qū)含水率與調控前相比呈現(xiàn)顯著下降趨勢，下降幅度在10%以上；而井區(qū)產油量與調控前相比呈現(xiàn)上升趨勢，上升幅度接近0.9 m/d。采用本文技術調控后，井區(qū)產油量進一步提升，與調控前相比上升幅度接近1.15 m/d；而其中含水率均值則持續(xù)下降至68.7%。

由圖3可知，采用本文技術調控前，井區(qū)注入壓力在5.5 MPa左右，注停6.5 h后降至0 MPa；由此說明，注入水無法對地層能量提供動力，井區(qū)存在嚴重的水竄水淹問題。在調控過程中，井區(qū)注入壓力明顯提升，達7.1 MPa，注停10 h后依舊達2.6 MPa左右；這說明井區(qū)水竄水淹問題被有效控制。采用本文技術調控后，井區(qū)注入壓力繼續(xù)提升，注停10 h后保持在6.2 MPa左右；由此說明，采用本文技術可顯著提升注入水持壓時間，控制水竄水淹問題，實現(xiàn)增油降水目的。

由圖4可知，采用本文技術調控前，井區(qū)各井間都形成明顯的水竄水淹通道，不同通道發(fā)育程度各有差異。其中3井內包含的水竄水淹通道滲透率最高，達到1.1 μ m左右。

采用本文技術調控過程中，井區(qū)間水竄水淹通道滲透率與采用本文技術前相比呈現(xiàn)顯著下降趨勢，由此說明采用本文技術進行井區(qū)水竄水淹調控能夠有效封堵水竄水淹通道，提升注水利用率。同時采用本文技術調控前，井區(qū)水竄水淹通道滲透率呈現(xiàn)繼續(xù)下降趨勢，說明本文技術的應用具有持續(xù)性效果。

3 結語

本文研究井區(qū)水竄水淹綜合調控關鍵技術，以自適應為基礎，實現(xiàn)油田井區(qū)水竄水淹通道封堵與增油降水的目的。試驗結果顯示本文技術應用效果較好，具有推廣應用的意義，有利于老油田可持續(xù)開發(fā)。