王春智，李兆敏，李松巖，李賓飛，葉金橋

（中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東青島266580）

水平井開發(fā)底水稠油油藏氮?dú)馀菽蛢瞿z控水三維物理模擬試驗(yàn)

王春智，李兆敏，李松巖，李賓飛，葉金橋

（中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東青島266580）

針對水平井開發(fā)底水稠油油藏時發(fā)生底水突破產(chǎn)生底水“脊進(jìn)”的問題，設(shè)計(jì)三維物理模擬裝置，研究底水驅(qū)動油藏中的底水脊進(jìn)及水平井中產(chǎn)生的水淹現(xiàn)象，對均質(zhì)底水油藏分別進(jìn)行注氮?dú)馀菽妥瞿z壓水錐的兩組試驗(yàn)，油藏發(fā)生底水突破后，向油藏中注入封堵劑，通過分別注入3個段塞體積為0.1Vp的氮?dú)馀菽蛢瞿z堵劑，對已經(jīng)發(fā)生底水突破的油藏進(jìn)行封堵與壓水，對比分析泡沫、凍膠等堵劑的控水效果。結(jié)果表明，含水率在進(jìn)行氮?dú)馀菽蛢瞿z封堵的初期分別降低了48%和24%，最終采出程度分別提高了27%和51%，底水脊進(jìn)得到了有效壓制。

水平井；氮?dú)馀菽?；凍膠；底水稠油油藏；底水脊進(jìn)

底水油藏與底水接觸充分，油水接觸關(guān)系與其他油藏不同［1］。水平井開發(fā)底水油藏有很多優(yōu)勢：水平井段較長，與油藏充分接觸，接觸面積比直井大得多，這樣就有大量的原油能夠同時入井。由于水平井的生產(chǎn)壓差較小，與直井相比，水平井雖然可以有效延緩水（氣）錐的出現(xiàn)，但并不能從根本上避免水（氣）錐的出現(xiàn)。隨著開采的進(jìn)行，雖然底水可以補(bǔ)充部分虧空的地層能量，保證開發(fā)過程的連續(xù)性，但一旦出現(xiàn)底水錐進(jìn)會導(dǎo)致油井提前見水，水平井含水率上升過快，產(chǎn)油量急劇下降，直至水平井生產(chǎn)模型在水平面方向上布置了兩口位置平行的水平井，分別模擬水平井生產(chǎn)和油藏底水，內(nèi)部填充按照一定配比的石英砂模擬油藏。水平井采用射孔完井方式，水平井置于模型壁面中間處，出口處設(shè)置2 MPa回壓。凍膠與起泡劑溶液分別置于不同的中間容器中，并摻入相同的曙紅染色劑，以便打開模型后觀察堵劑在油藏中的分布。在水驅(qū)之后分別進(jìn)行兩組控水試驗(yàn)，都是通過生產(chǎn)井由平流泵分別將選擇性堵劑打入模型中，其中氮?dú)馀菽闷鹋輨┤芤汉偷獨(dú)庖?∶2的氣液比經(jīng)過泡沫發(fā)生器起泡后再注入模型。

表1 模型和原型參數(shù)Table 1 Parameters of model and prototype

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)實(shí)際油藏條件和試驗(yàn)要求，采用實(shí)際油藏中的原油作為本次試驗(yàn)的模擬用油，測得60℃黏度為373 mPa·s。三維物理模型的主體采用石英砂密封壓實(shí)結(jié)構(gòu)模擬多孔介質(zhì)的孔喉，石英砂粒徑為124～178 μm。為達(dá)到精確模擬實(shí)際儲層的原油飽和度的目的，模型填充過程中采用控制比例的地層水、地層油兩相流體均勻飽和多孔介質(zhì)，具體實(shí)現(xiàn)方法為：采用ISCO型柱塞泵將配置好的地層流體以恒定流量注入三維物理模型中，當(dāng)柱塞泵注入端與模型出口的壓差穩(wěn)定并且出口端流量穩(wěn)定后，繼續(xù)注入地層流體8 h，使地層油在模型內(nèi)部的多孔介質(zhì)中分布均勻且充分飽和充分。由于模擬的地層屬于高滲層，可采用穩(wěn)態(tài)測試法，根據(jù)Darcy滲流定律獲取滲透率等參數(shù)，具體可參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T 5345-1999）。充填后兩個模型參數(shù)如表2所示。

表2 底水油藏三維物理填砂模型參數(shù)Table 2 3-D physical sand-filled model parameters

第一組試驗(yàn)以2 mL/min的速度模擬底水驅(qū)動開采，前期依靠底水油藏自身能量進(jìn)行驅(qū)油，底水突破脊進(jìn)后，采出液含水率大幅上升，此時向水平井中注入一個段塞的凍膠，然后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)。后續(xù)水驅(qū)進(jìn)行每0.5Vp后注入第二個段塞的凍膠，共進(jìn)行3次凍膠段塞注入，每個段塞體積為0.1Vp，燜井后重新開井生產(chǎn)，待生產(chǎn)結(jié)束后打開模型觀察模型內(nèi)部油水分布情況。第二組試驗(yàn)與第一組試驗(yàn)步驟基本相同，先進(jìn)行2 mL/min的模擬底水驅(qū)動生產(chǎn)井，在底水突破后每進(jìn)行0.5Vp后續(xù)水驅(qū)再向模型中注入氮?dú)馀菽稳總€段塞體積為0.1Vp，生產(chǎn)結(jié)束后打開模型觀察模型內(nèi)部油水分布和堵劑分布情況。

圖2 底水驅(qū)動2VP后凍膠控水驅(qū)替效果Fig.2 Effect of water control by injection gel after 2VPbottom water driving

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 采油特征

圖2為底水驅(qū)動2VP后凍膠控水驅(qū)替效果。由圖2可以看到，在進(jìn)行了2VP底水驅(qū)動后，采出液含水率達(dá)到了98%，此時進(jìn)行了第一次凍膠控水，含水率立即大幅下降了24%，然后又進(jìn)行了0.5VP后續(xù)水驅(qū)，該階段開始時含水率又上升到了77%，產(chǎn)油量得到了提升。之后又進(jìn)行了兩次0.5VP的后續(xù)水驅(qū)，每次水驅(qū)前注入同樣段塞體積的凍膠堵劑進(jìn)行控水，可以看到在第二次后續(xù)水驅(qū)時，注入的凍膠對與水平井生產(chǎn)時產(chǎn)生的“水脊”的控制效果已經(jīng)減弱，含水率與產(chǎn)油量變化均不明顯。第三次后續(xù)水驅(qū)進(jìn)行后的控水效果已經(jīng)不明顯，已不能控制底水“脊進(jìn)”對水平井生產(chǎn)的影響。最終的采出程度達(dá)到了42%，相比純底水驅(qū)動提高了27%。

圖3為底水驅(qū)動2VP后泡沫控水驅(qū)替效果。由圖3可以看到，在第一次進(jìn)行氮?dú)馀菽厮?，含水率立即大幅下降?8%，同時采出程度也得到了明顯提高，而后進(jìn)行的兩次氮?dú)馀菽目厮Ч廊皇置黠@，每一次注入氮?dú)馀菽螅M(jìn)行0.5VP后續(xù)水驅(qū)，水平井生產(chǎn)時的含水率與產(chǎn)油均能得到明顯的抑制與提升，說明氮?dú)馀菽軌蛴行У匾种频姿摹八埂薄?/p>

圖3 底水驅(qū)動2VP后泡沫控水驅(qū)替效果Fig.3 Effect of water control by injection nitrogen foam after 2VPbottom water driving

通過圖2和圖3進(jìn)行凍膠控水和氮?dú)馀菽厮蟮玫降牟捎吞卣麝P(guān)系曲線可以看出，在進(jìn)行了2VP的底水驅(qū)動開采之后其含水率都已經(jīng)達(dá)到了98%左右，由圖2（a）、圖3（a）可以發(fā)現(xiàn)，在底水驅(qū)動的條件下，水平井開采的含水率上升曲線斜率趨勢較緩，說明在開采過中模型內(nèi)部的底水均勻推進(jìn)，而見水之后含水率上升速度很快，同時產(chǎn)油量遞減嚴(yán)重。

2.2 模型內(nèi)部現(xiàn)象

驅(qū)替試驗(yàn)結(jié)束之后，打開三維模型后可以觀察到部分凍膠集中在注入端近井地帶，并且頂層原油較多，表明凍膠封堵了大部分高滲孔道之后部分原油被驅(qū)替至模型頂層，無法被驅(qū)入水平井中。進(jìn)行氮?dú)馀菽厮牡诙M模型在打開后發(fā)現(xiàn)其模型頂部依然有部分氮?dú)獯嬖?，同時模型頂部的原油較少，原因是氮?dú)馀菽坏蟹舛麓罂椎赖淖饔?，而且?dāng)?shù)獨(dú)馀菽龅皆褪蛊淦屏褧r，部分氮?dú)庠谥亓Τ沧饔孟略谀Ｐ晚敳啃纬伞皻忭攲印?，這個“氣頂層”抑制了由于底水驅(qū)動時產(chǎn)生的油水界面上升，即抑制了水淹起到了提升采收率的作用。

圖4為驅(qū)替結(jié)束后模型內(nèi)部含油飽和度分布。

圖4 驅(qū)替結(jié)束后三維物理模型內(nèi)部含油飽和度分布Fig.4 Distribution of oil saturation in 3-D physical model after displacement

由圖4可以看出，在經(jīng)過底水驅(qū)動后的均質(zhì)模型中，注入水沿注水井向生產(chǎn)井均勻推進(jìn)，跟端原油飽和度降低的范圍最大，由跟端向趾端黏度遞增。形狀為水平井跟端飽和度最高、沿程逐漸減小的喇叭形。從機(jī)制上分析，底水脊進(jìn)過程中水平井垂向的底部會匯聚形成不同梯度的勢，其必然影響油水界面層的結(jié)構(gòu)，水錐為油水界面層的高位點(diǎn)，因此水錐的位移與井勢的梯度值密不可分，并且受油水密度差帶來的重力及垂向壓力的變化影響。油井生產(chǎn)過程中，隨著地層油含量的減少，油水界面不斷上升，水錐會逐漸靠近生產(chǎn)井，導(dǎo)致水淹形成。

經(jīng)過調(diào)剖后的模型中，靠近水平井跟端區(qū)域的含油率也明顯低于水平井趾端區(qū)域，在井的跟端端部位存在含油率最低的區(qū)域，說明經(jīng)過多次調(diào)剖后該區(qū)域原油采出率較高，在水平井的趾端吸液指數(shù)較高。在靠近水平井趾端的部位剩余油飽和度較高，說明在水平井的趾端其吸液效果較差，調(diào)剖方法須進(jìn)一步調(diào)整。

3 結(jié) 論

（1）利用相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)和制作了與能夠模擬油藏原型條件的三維物理模擬模型。經(jīng)過氮?dú)馀菽c凍膠調(diào)剖后，生產(chǎn)井含水率在初期明顯下降，隨著注入段塞輪次的增多含水率升高，效果變得逐漸不明顯。

（2）泡沫和凍膠對地層滲透率差異和相對滲透率差異具有選擇性，誘導(dǎo)堵劑大量進(jìn)入導(dǎo)致底水竄流發(fā)生的油藏優(yōu)勢滲流通道，即出水層，使驅(qū)替液轉(zhuǎn)向儲層剩余油含量較高的部位，為原油建立高效流動通道，提高了波及系數(shù)。

（3）泡沫和凍膠可以隔開油層和底水層，壓制水錐。氮?dú)庠谒信c油中的溶解性較差，泡沫破裂后，重力分異引起氣體上浮，氮?dú)饩奂谀Ｐ晚敳啃纬纱紊鷼忭?，氣頂中氣體的膨脹驅(qū)動生產(chǎn)井上部儲層中的原油流向水平井，從而啟動儲層上部的剩余油，相比凍膠控水更能增加水平井開采效率，提高對儲層內(nèi)原油的動用程度。

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（編輯 李志芬）

Experimental study on water control and oil recovery in bottom water driving reservoirs using plugging agents

WANG Chunzhi，LI Zhaomin，LI Songyan，LI Binfei，YE Jinqiao
（School of Petroleum Engineering in China University of Petroleum，Qingdao 266580，China）

For using horizontal wells in a heavy oil reservoir with bottom water，the bottom water breakthrough can pose a difficult problem for oil production.In this study，laboratory experiments were conducted using a three dimensional physical model to simulate oil production driven by bottom water with horizontal wells.During the experiments，when the bottom water started breakthrough，plugging agents were injected through the horizontal well.The performances of N2foam and gels were tested for water control.A similar injection scheme was followed for the plugging agents，in which three slugs with a volume of 0.1 VPper slug were injected.The experimental results demonstrate that，after the treatments using N2foam and the blocking gel in the early stage of water breakthrough，the water cut can be decreased by 48%and 24%，respectively，while the corresponding oil recovery increased by 27%and 51%for each plugging agent.

horizontal wells；nitrogen foam；gel；bottom water reservoirs；bottom water breakthrough

TE 349

A

王春智，李兆敏，李松巖，等.水平井開發(fā)底水稠油油藏氮?dú)馀菽蛢瞿z控水三維物理模擬試驗(yàn)［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，39（6）：118-123.

WANG Chunzhi，LI Zhaomin，LI Songyan，et al.Experimental study on water control and oil recovery in bottom water driving reservoirs using plugging agents［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2015，39（6）：118-123.

1673-5005（2015）06-0118-06

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.06.016

2015-05-25

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51274228）

王春智（1985-），男，博士研究生，研究方向?yàn)槌碛烷_采理論與技術(shù)。E-mail：wcz_healme@163.com。