利用探针法研究层间非均质模型水驱开发效果

李桂云 杨胜来 李武广 娄 毅 李芳芳

中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京 102249

0 前言

储层非均质性是储层表征的核心内容，其研究水平将直接影响到对储层中油气水分布规律的认识和开发效果的好坏［1］。 层间非均质性的研究重点是同时驱替不同渗透率的各层间驱替波及程度及层之间采出程度，要明确了解这些就得动态监测油水运移规律。饱和度探针法在均质模型中的应用研究很多，但在大型非均质物理模型中的应用很少，本文主要利用探针法来监测层间非均质模型水驱时的油水饱和度分布情况。饱和度探针法［2-5］的原理是原油电阻率很高而地层水电阻率很低，利用电阻率的不同可以分辨油水，实际实验时有一套电阻采集系统，测量准确方便。水驱过程中， 利和电阻测量仪测量层间模型的电阻值，利用拟合公式得到含水饱和度值， 根据数值画出饱和度图，可以很直观地看到油水运移情况［6-8］。

1 实验部分

1.1 实验装置与模型

实验装置包括超长岩驱替系统，美国ISCO 泵，高温高压中间容器，压力表，电阻采集系统（电阻仪，单片机，数据输出软件，计算机）。

实验用物理模型为石英砂胶结模型，500、150、30 mD模型尺寸均为30.3 cm×30.3 cm×3.8 cm。每块模型上布49对探针，总共147 对探针，探针对与探针对之间的距离为4 cm，一个探针对的两个探针间距离为1 cm。 模型用环氧树脂进行密封浇筑。

标定实验模型为物性参数与实验模型参数相同的长方体模型，模型尺寸为：31 cm×4 cm×4 cm，标定模型上布7 对探针， 探针之间距离与实验模型相同。 图1 为标定试验流程图。

图1 标定实验流程图

1.2 实验流体与实验条件

注入水为矿化度104mg/L 的KCl 溶液， 实验用油为濮城油田西区沙二上2+3 油藏的原油与煤油配制的模拟油，在实验温度55 ℃下黏度为1.25 mPa·s。

1.3 实验标定

为了准确确定各点的含水饱和度变化情况，在实验前要先通过标定实验得到电阻值与饱和度之间的关系。将油水按设定的比例（19∶1、9∶1、4∶1、1∶1、1∶4）注入模型，测定在不同含水饱和度下的电阻值，得到探针的电阻值与饱和度之间的关系见图2［9］。

图2 电阻值与饱和度关系标定图

大模型实验最后是通过电阻值求得含水饱和度值，所以通过曲线拟合出了利用电阻值求饱和度的关系式：Sw=525.31×R^（-0.532 9），通过该式就可通过各点的电阻值算出该点的饱和度。

1.4 实验关键点及步骤

实验关键点：

a）测定模型孔渗参数时，先用氮气吹一下模型内可能存在的石英砂碎屑，以防实验过程中阻塞井眼。

b）实验前对模型进行抽真空操作，以减小饱和水时存在的气水两相流阻力，实验模型很大，故抽真空时间要维持在12 h 以上。

c）饱和水之前要对管线进行排空，当管线内充满水后再开模型入口阀门，每次切换釜时都要对釜内流体进行排空，避免三相流流动。

d）模型浇铸时会使探针表面附一层胶，连接导线时要先把探针上的胶刮干净，否则电阻值会很大。 探针与导线之间一定要焊接牢固， 同时要避免导线间的干扰，以保证测量数据的准确性。

实验步骤：

a） 模型基本参数测定：模型称干重，测定系统死体积，气测渗透率和孔隙度，模型抽真空

b） 饱和水：以恒速3 mL/min 饱和水，充分饱和且稳定后测水相渗透率，饱和完后称湿重，称重法算孔隙体积及孔隙度。

c）饱和油：以恒压0.3 MPa 饱和油，待出口端完全出油后饱和完毕，测定完全饱和油后的电阻值。

d）水驱油：以恒压0.3 MPa 驱油，开始高渗模型流速快，每隔15 min 测一次电阻，后期可每隔1 h 测定一次电阻值，驱替到1.2 PV 以上且三块模型均没有油产出后停泵，实验结束。

2 实验结果及分析

2.1 水驱采出程度

实验过程为了得到相同驱替条件下三层的分流情况，层间模型的三层产量是分别记录的，根据水驱过程中分别记录的产油量，得到每层的采出程度见图3。

通过三块模型采出程度图可以清楚地看到500 mD模型的采出程度最高，初期产油量最多，最先驱替完全；150 mD 模型采出程度稍低一些，采出程度达到最大的时间晚一些；30 mD 模型前期采出程度很低。 这是因为：定压驱替时高渗层位流动阻力小使得流体的流速大，注入水主要沿高渗层位流动，高渗层波及范围广，采油速度大，对比初期三层的饱和度分布图可以看出在注入倍数相同时，高渗层的波及程度大于中低渗层，甚至高渗层见水后低渗层还没有被动用。 三块模型同时开采的情况下500 mD 模型采出程度最高为63.35%，150 mD 模型采出程度为49.06%，30 mD 模型采出程度为23.44 %。 待高渗模型驱替完全后将其关闭，这时中、低渗模型的采出程度都相应增大，150、30 mD 的采出程度分别提高到56.79%、48.57%。

2.2 含水饱和度分布

图4 为三块模型饱和完油后的含水饱和度分布图。由于各模型的孔隙度及渗透率不同，而且考虑到模型压制情况的影响， 饱和油后的原油分布情况也有所不同，整体来讲，基本算饱和完全［10］。

定压水驱，渗透率高的模型采出速度快且进入模型的地层水多，相应含水饱和度要高。 水驱过程中饱和度的分布情况见图5、6、7，可以看出500 mD 模型的含水饱和度变化最快，150 mD 的次之，30 mD 的最慢。 随着注入水体积的增加，油水剖面整体是往前移动的，最终驱替完成后， 各模型内除了残余油外就基本上都是地层水，含水饱和度达到最高［11］。 不同注入量下三块模型含水饱和度分布见图5～7。

3 结论及建议

a） 由水驱后三层的饱和度分布图可得层间非均质油藏的开发调整措施：开发过程中，在高渗层开发完后，封堵高渗层，或分层注水开采，可以提高中低渗层的采出程度；调整开发井网，加密现有井网，把五点法井网调整为九点法井网，降低残余油饱和度，提高采出程度。

b） 本文将探针法应用到层间非均质的三维大型物理模型中， 测量过程中形成了一套完整的电阻测量系统，可以将该测量原理应用于更大的物理模型中，方便研究任何尺寸模型的波及规律。

c）应用大型物理模型进行水驱油研究，认识油水运移规律，可以根据这些规律指导油田实际开发。 实验用大型物理胶结模型既满足所需的物性参数又能耐高温高压，比较符合油田实际情况，实验结果的油田实用性很强。

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