窄屋脊断块油藏人工边水驱三维物理模拟实验

2015-07-02杨海博武云云张红欣孙志刚

石油地质与工程 2015年6期

关键词：采出程度点状断块

杨海博,武云云,王涛,张红欣，孙志刚

(1.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营 257015;2.中国石油集团钻井工程技术研究院)

窄屋脊断块油藏人工边水驱三维物理模拟实验

杨海博1,武云云1,王涛2,张红欣1，孙志刚1

(1.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营 257015;2.中国石油集团钻井工程技术研究院)

为了研究人工边水驱技术的提高采收率机理与可行性，以胜利油区辛1沙一4窄屋脊断块油藏为原型，通过自主研发的三维物理模拟实验装置开展了水驱油实验。实验结果表明，高注水倍数下，模型的最终采出程度可达到70%左右；转边水驱之后，点状模型平均提高采出程度15.69%；点状注水会将一部分油推向边水方向，转边水驱后这部分油可反推回来；“静置”一段时间后，重新生产时可取得良好的效果，但后续效果依次减弱；人工边水驱可提高油藏采出率。研究成果应用于胜利油田现河采油厂矿场试验，已取得良好的开发效果。

断块油藏；人工边水驱；物理模拟；提高采收率

“十五”以来，胜利断块油藏普遍进入特高含水阶段，迫切需要新的提高采收率技术[1-5]。生产实践表明，边水能量较强的断块油藏一般可以获得较好的开发效果[1-3]。

在胜利东辛油田辛1沙一4断块油藏开展了人工边水驱矿场试验[4]。该单元地质储量65×104t，有效厚度12.5 m，地层倾角12.5°，油层孔隙度25%，渗透率464×10-3μm2，原油地面黏度310 mPa·s。试验前，单元开井2口，日产液28 m3，日产油1.1 t，含水96.2%，基本处于技术废弃状态。2008 年 4 月，先后在原始含油边界之外利用邻块报废的油水井上返注水，最高单井日注水达到500 m3，在累计注水量达15×104m3后，2 口停产井恢复生产。这两口井都停产近10年的时间，停前的含水都在97.5%以上，恢复生产后含水分别下降到55%和88%，日产油达到10 t，之后又先后在构造高部位补孔上返了2口油井，其中1口最高日产油40 t，自喷生产。实施人工边水驱试验以来，该单元已累增油3.2×104t，提高采收率5.9%，取得了很好的开发效果。

借助于生产实践的成功经验，为进一步解释现象、明晰机理，本文以辛1 沙一4断块油藏为原型设计物理模型，直接模拟油藏流体、储集层物性等参数，真实地研究油藏渗流规律，对比开展边水驱、边内点状注水转边水驱的模拟实验，分析人工边水对提高采收率的影响。

1 物理模型及模拟实验

1.1 实验装置

实验装置是自主研发的三维物理模拟实验装置，主要由模型系统、注入系统、流场测量系统、计量系统四部分组成。模型系统包括边水模型、点状转边水模型，模型尺寸为40 cm×33.4 cm×1.6 cm。注入系统包括两台ISCO泵、中间容器及连接管线组成，提供的压力最小可达1.0 kPa；流场测量系统由电极探片、电阻测量仪、多路数据采集器和计算机组成，电阻测量范围为0.0001～9 999 kΩ。计量系统包括油水分离器、天平、相机和计算机，计量精度可达0.01 mL。

1.2 实验参数

基于前人对油藏物理模型相似准则的研究与归纳[5-10]，物理模型的设计应满足几何相似、运动相似、动力相似等，对油藏特征参数进行相似性设计，实际油藏参数及模拟实验参数见表1。假设实验流体是不可压缩的，水驱过程是绝热等温度，不考虑压力和温度对流体的影响，因此实验是在常温常压条件下进行，实验温度为25 ℃，实验流体介质为模拟原油和3%KCl溶液。

1.3 模型设计

模型及井网示意图如图1所示，井网为一注两采，其中模型下方③为边内点状注水井，上方④和⑤为采出井；在模型下方安装一个40 cm×1.5 cm×1.6 cm的水槽来模拟边水；模型上布置了11口用来饱和油水的模拟井；在模型上下面对称布置了40对电极探片；设置油水过渡带。其中，注入井①和②作为边外井模拟边水驱,注入井③作为点状转边水模型的注水井，用注入井③下部的一排饱和用井和电极监测的电阻值来控制饱和油的过程。

表1 水驱实验参数值

图1 模型及井网设计示意图

1.4 模型制备

利用大物理模型实验能够更为真实地模拟实际油藏条件，物理模型采取烧结方式制作[11-12]，模型以多级目数的石英砂及大青土为主要材料，加入一定比例的磷酸铝胶结剂充分混合，填置于特制的模具中以20 MPa的压力压制而成，后经高温烧结。将制成的模型切割成符合要求的尺寸，在切下来的部分可以钻取小岩心测量孔隙度和渗透率等物性参数。得到符合几何尺寸的模型两块，渗透率1140×10-3μm2，孔隙度27.3%。然后在模型上布置电极探片，采用特殊材料固定密封在模型上，对模型整体浇铸密封。浇铸采用耐压耐高温的特殊材料，保证模型能够在0～1.5 MPa注采压差和0～100℃温度下进行实验。按照图1在模型上钻深孔模拟注入井、采出井、饱和井，再进行最后的密封。

1.5 实验方法

(1)物理模型抽真空，饱和水。对模型抽真空，饱和3%的KCl溶液，得到模型总孔隙体积和孔隙度，测量模型平面各测点原始电阻值。

(2)饱和油。对于大尺寸模型来说，饱和油过程是决定实验成败的关键环节。开始阶段速度要慢，先由模型上方的一排饱和井注入，然后依次下移。在饱和过程中交替改变入口和出口，同时通过观察监测点电阻值反映饱和油的均匀程度，直至模型不再出水，得到模型的初始含油饱和度。用模型下方的饱和井和电极来控制模型油水过渡带上的饱和程度。

(3)水驱油实验。采用定压的方法，进行了高低压差下两组水驱油实验，实时测量注入过程中模型测点的电阻值和产液量，当含水达到高含水阶段，边内点状模型转为边水驱，对边水模型和点状转边水模型提速，直至实验结束。记录各井的采出油量及采出水量，计算采出程度及阶段含水率。

(4)数据处理。通过对产液量的计算得到不同时间段油水的产出值，绘制注水倍数与综合含水、采出程度的关系曲线。通过对电阻率值归一化处理，绘制模型内油水饱和度场分布图。

2 实验结果及分析

共完成了两组实验，初始压力分别为16 kPa和3.3 kPa，模拟实验经历了见水、点状转边水、提速等几个过程。

表2是不同压差下两组水驱实验的对比结果，图2是初始压力为16 kPa下点状转边水模型与边水模型综合生产的对比曲线。可以看出，经过转边水、提高注水倍数后，两个模型的总体采出程度相接近，总采出程度可达到70%左右。点状转边水模型的含水率上升是比较快的，无水期采出程度要小于边水模型，尤其是在高压差的情况下，点状转边水模型更容易突进，见水较早，无水期采出程度低，为11.58%。在转为边水驱之后，两组实验中点状转边水模型分别提高采出程度16.61%和14.76%。在相同的注水倍数下，边水模型的采出程度始终要高于点状转边水模型的采出程度。

对比驱替压差对采出程度的影响发现，在较大的驱替压力下，点状转边水模型和边水模型的采出程度分别提高了3.75%和4.46%，说明无论是点状转边水模型还是边水模型，强注的效果是比较好的。

绘制了两组实验水驱过程的饱和度场分布图，如图3和图4。在饱和油阶段，点状模型和边水模型饱和油是比较均匀的。图2反映了实验过程中的几个关键点，即见水时刻、转边水时机、提速时刻等，总体说来，边水模型的水线推进是比较均匀的，但是两者差别不大，总注入倍数都为30 PV左右；图3反映了转边水时机前含水率达到90%、95%和99%时饱和度场的分布情况，边水模型的水线推进确实要比点状转边水模型均匀得多，而且注水倍数更高;点状转边水模型含水率到99%时注水倍数为3.87 PV，出现了水侵“优势通道”，造成水驱的无效循环；而边水模型的注水倍数达到7.16 PV含水率才到99%，说明点状转边水模型更快进入特高含水阶段，提高采收率难度大，边水模型更容易消耗大量的污水。

表2 不同压差下两组水驱实验结果对比

图2 点状转边水模型与边水模型综合生产曲线(16kPa)

为了更好地研究转边水对提高采收率的作用机理，对比分析了模型油水过渡带上电极监测的电阻值曲线，如图5。实验开始后，边水模型油水过渡带上的电阻值始终呈现下降的趋势，经高注水倍数后，残余油饱和度较低，电阻值维持在很低的状态；点状转边水模型油水过渡带上的电阻值先略有升高，随实验进行开始下降，转边水驱后又出现了一次“抬高”现象，最后电阻值维持在较低的状态。分析原因是边水模型是将油一直推向采出井方向，油水过渡带的含油饱和度是一直减小的；点状注水会将注水点周围的一部分油推向模型下方，造成过渡带上的含油饱和度增大；当水线继续推进造成电极处水淹时，电阻值会急剧下降，改为边水驱后，油水过渡带上电极监测的电阻值几乎在同一时刻开始升高，说明水线均匀推进，下移的这部分油形成“油墙”上移至电极处，电极位置油饱和度变大，电阻值升高，当“油墙”通过电极位置，电阻值一直变小直至稳定。因此，点状注水会将一部分油推向边水方向，转边水驱后这部分油可反推回来。

图3 物理模拟饱和度场分布(驱替压力16.5kPa)

图4 物理模拟饱和度场分布(驱替压力3.3 kPa)

图5 模型油水过渡带电阻值变化曲线(左图为点状转边水模型，右图为边水模型)

另外，实验考察了“静置”对提高采收率的影响，水驱至含水95%时，停止实验，将模型水平放置10天，重新水驱发现，含水率从95%降至88%，稳产持续时间较长；当含水升至97%时进行第二次“静置”，倾斜放置七天，重新生产含水下降至87%，但持续时间较上次短；依此又“静置”了三次。停注“静置”一段时间后，模型内部油水重新分布，再次生产时，含水会发生明显下降，但后续效果依次减弱。这也是现场一些油井在关停多年后重新开井时又取得良好效果的重要原因。

综合物理模拟实验结果分析，可以得出，人工边水驱在注水方式上属边外注水，可提高边外水体的能量，一方面缓解了点状注水“水舌”的快速推进；另一方面也避免了注水井间干扰产生井间滞留区域，扩大水驱波及体积，提高平面波及系数。

3 现场实施效果

(1)河76沙二6-8区块具有弱边水特征，含油面积0.28 km2，地质储量56.7×104t，油水黏度比3.5，渗透率651×10-3μm2，地层倾角15°，条带宽度300 m，油层厚度30.9 m，水油体积比0.8，综合含水达到96.5%。2013年11月开始实施人工边水驱，实施后该区块单井初增油16.0 t/d，半年区块累增油0.313×104t，累注水6.25×104m3。

(2)河46区块沙二9上稳层系具有封闭型弱边水特征，含油面积0.20 km2，地质储量79.5×104t，渗透率585×10-3μm2，油藏埋深2 150 m，地层倾角12°，含油条带300 m，水油体积比5.1，综合含水达到90.5% 。实施人工边水驱后该区块单井初增油26.8 t/d，年区块累增油1.98×104t，累注水5.75×104t。

仅对现河复杂断块人工边水驱进行分析，按提高采收率5个百分点估算，人工边水驱具有450多万吨的可采储量潜力，按平均含水97%、30倍注水量计算，总采出水量15×108m3，总注水量27×108m3，可解决污水近12×108m3，具有可观的经济和社会效益。截至到2014年6月底，共选择了14个断块进行了推广应用，动用地质储量775×104t，已累计增油2.6×104t，减少污水外排104×104m3。

4 结论

通过三维物理模拟实验发现，边水模型的水线推进更加均匀，水的利用率更高；点状注水会将一部分油推向边水方向，转边水驱后能将外推边水方向的油反推回来；“静置”一段时间后重新生产可获得较好的开发效果但后续效果会逐渐变差。因此，通过边外大排量注水形成人工边水驱，既有效补充地层能量，又提高注入倍数及驱替压力梯度，从而扩大水驱波及体积，提高储量动用程度，大幅度提高油藏采出率。

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