基于采收率最优的区块整体调剖方案设计研究

钱志鸿，姚 峰，汤元春，邓秀模，闻守斌

1.中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州 225009；2.东北石油大学，黑龙江大庆 163318

整体调剖技术可同时调整油田含水区块的纵向与平面非均质性，已发展成为改善油田含水区块水驱效果的一项综合治理技术[1-3]。目前，此项技术已在国内各油田相继进行了现场试验和规模应用，取得了明显优于单井调剖的经济效益[4-6]。区块整体调剖的成败与否很大程度上取决于调剖方案的合理性。目前，通常采用以下方法进行设计[7-9]：1)以现场经验为主要决策依据，通过定性和定量分析，得到调剖剂用量等关键参数，该方法操作简单，但存在主观因素，无法达科学优化方案的目的；2)以数值模拟为基础，开展调剖方案设计，该方法通常需地质建模、区块历史拟合和方案优化等，工作量大、耗时长，难以满足现场大规模调剖生产的急需。因此，本着方法简便、易操作、针对性强的目标，开展整体调剖的物理模拟研究成为一种有效研究手段，可为制定合理的整体调剖方案提供理论指导。本研究中开展了整体调剖三维物模实验，考察调剖剂用量、调剖顺序、调剖剂用量分配等对最终采收率的影响。

1 实验

1.1 原料和仪器

模拟油，原油加煤油稀释制得，黏度9.8 mPa·s(实验温度77 ℃)；水，模拟油井采出水，矿化度15 032 mg/L，Ca2++Mg2+浓度69.2 mg/L，NaHCO3型;凝胶，酚醛凝胶，聚合物含量0.25%，平均初始黏度为324.2 mPa·s，成胶后平均黏度为2 138 mPa·s。

HBCD-70高温高压岩心驱替装置；高压无脉冲恒压恒速计量泵，A260D；HAAKE流变仪，RS6000；气测渗透率仪，美国岩心公司；恒温箱。

1.2 三维岩心模型制备

环氧树脂浇铸，3层厚度比1∶1∶1，3层气测渗透率分别为：500×10-3，200×10-3，50×10-3μm2。三维岩心模型油水井位置示意见图1，图中标出沿主流线分布的高渗带，该高渗带气测渗透率为1 000×10-3μm2，以模仿水窜严重区域；三维岩心模型尺寸4.5 cm×20 cm×40 cm，按现场井组布井，共2个注水井组。调剖井组：A(Y35)、B(Y11-5)井组。所有三维岩心模型的平均孔隙度、平均含油饱和度和平均束缚水饱和度分别为17.76%，66.69%，33.31%。

图1 三维岩心模型油水井位置示意图

1.3 实验步骤

水驱，饱和水，饱和油，水驱至要求的含水率，水驱速度按照实际油藏体积与模型体积比折算。模拟现有情况下不调剖，衰竭开采至含水100%的最终采收率情况。调剖模拟：A井调剖时B井继续注同量的水； B井调剖时，A井组关闭；候凝；调剖完成后继续水驱，至2井含水都100%，调剖剂注入速度以小排量注入。记录每个过程压力变化并计算提高采收率；其中，调剖剂用量的计算，根据岩心厚度、孔隙度和处理半径确定，采用容积法计算：

Q=π·R2·H·φ

式中：Q为调剖剂用量，mL；R为调剖半径，cm；H为岩心厚度，取4.5 cm；φ为岩心孔隙度，%。

本实验中调剖剂用量的计算除了调剖半径，其他参数均相同。因此，为了直观的区别实验中不同调剖剂用量设计，在实验结果分析时以调剖半径表征调剖剂用量，并以井组内最近的油井井距作为基准调剖半径。

根据水驱过程的监测和分析，发现当水驱进行22 h(即注水量约0.6 PV时)，各对应油井产出液含水情况表现为：A井组，除双向受效的2口油井以外，井组内其他采油井含水80%；B井组内采油井Y31-2和Y11-3含水高于90%，且产水量大。因此，在实验分析中，将B(Y11-5)井定为水窜严重井，将A(Y35)井定为水窜中等井。

2 结果与讨论

2.1 调剖剂用量对调剖效果的影响

实验中，设计了不同调剖半径的调剖剂用量：1/3，1/5，1/10调剖半径；考察不同调剖剂用量下的调剖效果，调剖顺序设定为先对水窜严重井调剖，后对水窜中等井调剖，结果见表1。随着调剖半径增加，调剖后提高采收率明显增加。实验中3种不同调剖半径下，增产幅度的平均差异级差达到8.48%，说明调剖剂用量是影响增产效果的重要因素。实验中，1/10调剖半径下调剖提高采收率明显低于1/5调剖半径和1/3调剖半径的，说明按照1/10调剖半径设计的调剖剂量未达到调剖的最佳效果；而1/5调剖半径和1/3调剖半径的提高的采收率相差相对较小，说明此时调剖剂用量设计较为合理。

表1 调剖半径对采收率的影响

2.2 调剖顺序对调剖效果的影响

实验设计相邻2口井调剖，分别设计了2口井均以1/3，1/5，1/10井距为半径的调剖剂用量时，考察调剖顺序对调剖效果的影响，结果见表2。

表2 相同调剖剂用量下调剖顺序对提高采收率的影响

从表2可知，调剖顺序采用先调水窜中等井的方案，其调剖后采收率增加幅度均比先调水窜严重井的方案大，且调剖剂用量越大，差距越明显，平均采收率差异增幅为1.44%。分析认为，主要原因是水窜严重井相对非均质程度较高，相同调剖剂用量下，先调剖水窜严重井的方案在调剖后起到的主要作用为水窜方向上的注入水绕流提高波及体积；而先调剖中等水窜井的方案在调剖后易实现井组内各注采方向的均衡受效动用的目的，从而与之后的相邻调剖井产生协同作用，提高2个井组调剖的总采收率幅度。

2.3 调剖剂用量分配对调剖效果的影响

考虑实际施工时，相邻2井组存在的非均质程度、含水率等均不同，所需调剖剂用量也不同，实验设计了不同调剖剂用量分配的调剖方案。实验中水窜严重井注入量采用1/5，1/3调剖半径作为调剖剂用量，水窜中等井注入量以1/3，1/5，1/10调剖半径作为调剖剂用量，对2个注水井进行用量分配设计，并始终保证水窜严重井用量大于或等于中等水窜井，调剖顺序设定为先水窜严重井，后水窜中等井，结果见表3。

表3 调剖剂用量分配对调剖最终提高采收率的影响

从表3看出，水窜严重井和水窜中等井分别采用1/3调剖半径+1/3调剖半径时，调剖提高采收率最大，为22.92%；而采用1/5调剖半径+1/10调剖半径时，调剖提高采收率最小，为9.88%；水窜严重井采用1/3调剖半径为调剖剂用量的3种分配组合比采用1/5调剖半径的调剖剂用量平均提高采收率幅度高5.2%。说明调剖剂用量充分的情况下，采取充分调剖效果更好；同时比较了采用1/3调剖半径+1/10调剖半径和1/5调剖半径+1/5调剖半径的2种调剖剂用量相差不大的分配组合下的调剖效果，从实验结果看， 1/5调剖半径+1/5调剖半径的用量分配的调剖效果好，说明2井均衡分配调剖剂用量更有利于发挥两井调剖后的协同作用。

2.4 调剖剂用量分配和调剖顺序均变化对调剖效果的影响

鉴于前面实验认识，不同调剖顺序下，考察调剖剂用量分配对调剖提高采收率的影响。对水窜严重井和中等水窜井分别设计1/3调剖半径+1/5调剖半径和1/3调剖半径+1/10调剖半径2种调剖剂用量分配，结果见表4。

表4 不同调剖顺序下调剖剂用量分配对提高采收率的影响

从表4看出，在不同调剖剂用量时，调剖顺序对调剖效果的影响是：先调剖中等水窜井效果略好于先调剖水窜严重井，先调剖中等水窜井时，比先调剖严重水窜井提高采收率分别提高1.61%和0.26%。

2.5 调剖剂用量固定时调剖方式对调剖效果的影响

2.1～2.4实验均以2井协同调剖模拟整体调剖，为进一步考察整体调剖的综合效果优势，调剖剂用量固定时，对2口井分别实施不同时间段单井调剖和2井整体调剖，结果见表5。

从表5可知，2口井整体调剖明显好于单调1口井，当2口井采取不同时间段单井调剖后，总计提高采收率为20.06%，比先调水窜严重井的整体调剖方案(22.92%)和先调中等水窜井的(25.83%)分别低2.86%，5.77%。即当调剖剂用量一定时，建议开展整体调剖，发挥整体调剖时井与井的协同效应，达到最佳经济性的目的。

表5 调剖剂用量固定时调剖方式对调剖提高采收率的影响

2.6 整体调剖方案设计影响因素大小排序

综上所述，调剖方案设计时，在技术和经济可行的前提下，建议优先采取多井组的整体调剖，本实验中整体调剖较单井调剖可提高采收率幅度4.32%。整体调剖方案设计时，调剖剂用量、调剖堵剂分配、调剖顺序等因素变化对调剖提高采收率的影响幅度分别为8.48%，3.26%，1.44%。说明调剖剂用量是影响整体调剖效果的首要影响因素，在经济性合理的前提下，可适当加大调剖剂用量；调剖剂用量分配对调剖效果的影响介于调剖剂用量和调剖顺序之间，调剖剂用量分配合理，可进一步发挥整体调剖的效果；调剖顺序对调剖提高采收率影响最小，实验结果表明，调剖时应优先开展中等水窜或含水相对较低的井组。

3 结论

1)在调剖堵剂总用量一定的前提下，采用2口井整体调剖的方式调剖效果明显好于分别单井调剖。

2)整体调剖时，随着调剖剂用量增加，调剖后采收率明显增加，考虑经济因素，1/5和1/3调剖半径的综合效益较好的，1/10调剖半径时，调剖提高采收率增加较少。

3)整体调剖时，2口相邻注水井组进行整体调剖时，应先调含水相对较低，水窜程度相对较低的1口井，能发挥协同效益，提高调剖效果。

4)整体调剖时，各井组的调剖剂用量分配对调剖效果具有一定的影响，调剖剂的分配原则，主要遵循调剖剂用量充足的前提下，宜充分调剖；调剖剂量相对不足时，则采取均衡调剖的原则。

5)在整体调剖过程中，各因素对采收率影响的大小顺序为调剖剂用量>调剖剂用量分配>调剖顺序。

[1] 张贵才,葛际江,殷艳玲,等.注水开发油田区块整体调剖堵水决策方法:中国， 200410023614.8[P].2005-01-05.

[2] 冯其红,陈月明.区块整体调剖一体化技术研究[J].石油钻采工艺,1999,21(2):74-79.

[3] 白宝君,唐孝芬.区块整体调剖优化设计技术研究[J].石油勘探与开发,2000,27(3):60-63.

[4] 王正欣,王优先,赵心红.双河油田I5Ⅱ1-3层系聚驱后整体调剖研究及应用[J].长江大学学报(自科版)理工卷,2007，4(2):190-192.

[5] 于春涛,毕秀范,张娥.吉林油田含油污泥整体调剖技术[J].天然气与石油,2015,33(1):40-43.

[6] 王天慧,陈维余,孟科全.锦州9-3油田整体调剖探索与实践[J].石油化工应用,2014,33(3):20-22.

[7] 毛云龙,高永亮,居迎军,等.区块整体调剖堵水决策及施工设计软件的研制及应用[J].中国石油和化工,2008(1):52-55.

[8] 尹相文,汪庐山,靳彦欣,等.聚合物驱后整体调剖参数优化设计[J].科学技术与工程,2013,13(5):1285-1288.

[9] WANG J,LI X,LI H,Prediction of injection profile of an injector using a fuzzy mathematical method [J].JournalofSouthChinaUniversityofTechnology,2005,35(12):71-75.