王 東，白卓立，李 輝，王繁榮，李亞平

(1.延長油田永寧采油廠勘探開發(fā)研究所，陜西 延安 716000；2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

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多段塞多輪次凝膠調(diào)驅(qū)逐級封堵復(fù)雜裂縫的實(shí)驗研究

王 東1，白卓立2，李 輝1，王繁榮1，李亞平1

(1.延長油田永寧采油廠勘探開發(fā)研究所，陜西 延安 716000；2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

裂縫性低滲油藏的注水開發(fā)中，如何將剩余油有效優(yōu)化驅(qū)替出來成為當(dāng)前亟待解決的難題。通過MDMW-1型波場采油多功能動態(tài)模擬系統(tǒng)對多段塞多輪次凝膠調(diào)驅(qū)逐級封堵復(fù)雜裂縫進(jìn)行模擬研究。實(shí)驗研究表明：單段塞連續(xù)注入凝膠后，裂縫未能得到有效的封堵，水驅(qū)壓力也較低。采用凝膠體系封堵劑對裂縫進(jìn)行封堵的過程中，凝膠體系必然優(yōu)先進(jìn)入寬度較大的裂縫，其次進(jìn)入中等寬度裂縫，最后進(jìn)入寬度較小的裂縫，從而達(dá)到逐級封堵的目的，最終不同寬度的裂縫趨近于相同的流動阻力，地層壓力梯度也得以提高。

凝膠調(diào)驅(qū)；裂縫；多段塞多輪次

油田中后期開發(fā)簡單的注水開發(fā)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前長期穩(wěn)定的產(chǎn)量維穩(wěn)局面，勢必會走向下坡。尤其在裂縫性低滲油藏上的注水開發(fā)上，儲層剩余油怎樣有效優(yōu)化驅(qū)替出成為當(dāng)前亟待解決的課題。相關(guān)技術(shù)的不斷提出和改善迫在眉睫。一種在裂縫性低滲油藏中運(yùn)用的多段塞多輪次凝膠調(diào)驅(qū)的方法可有效優(yōu)化驅(qū)替，提升油田采收率。

1 實(shí)驗儀器及材料

實(shí)驗裝置：MDMW-1型波場采油多功能動態(tài)模擬系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括：壓力自動讀取和數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。注入系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)驗要求實(shí)現(xiàn)恒速注入或恒壓注入。

圖1 MDMW-1型波場采油動態(tài)模擬系統(tǒng)

圖2 裂縫物理模型

實(shí)驗?zāi)Ｐ停毫芽p物理模型，如圖2所示，采用兩塊單面毛玻璃制成，通過在玻璃間嵌入不同直徑的銅絲控制裂縫寬度并用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝，模型具有裂縫寬度可控，耐壓，可視化等特點(diǎn)。模型尺寸為 300 mm×45 mm，模型參數(shù)見表1。

表1 模型參數(shù)表

實(shí)驗用水：永寧油田模擬地層水，礦化度76 000 mg/L，離子濃度，水型為CaCl2，pH值為6.8。

實(shí)驗藥品：自適應(yīng)凝膠，有機(jī)金屬交聯(lián)劑，萘酚綠，NaCl，KCl，CaCl2，Na2SO4等。

2 實(shí)驗流程及方案

(1) 檢查實(shí)驗裝置機(jī)械和電子設(shè)備是否工作正常，連接實(shí)驗裝置并檢查管線和閥門的氣密性，準(zhǔn)備實(shí)驗材料；

(2) 檢查裂縫物理模型是否完好，是否漏水，抽真空飽和模擬地層水；

(3) 水測滲透率，改變水驅(qū)速度并記錄各流速下的壓差；

(4) 按照設(shè)計的實(shí)驗方案，進(jìn)行裂縫物理模型凝膠封堵實(shí)驗，凝膠的注入速度為0.1 ml/min，注入凝膠后水驅(qū)速度為1 ml/min，實(shí)驗過程中記錄壓力變化并拍照；

(5) 實(shí)驗結(jié)束后向物理模型內(nèi)注入破膠劑，待縫內(nèi)凝膠破膠后沖洗干凈以備用；

(6) 停泵，實(shí)驗結(jié)束并整理實(shí)驗報告。

在實(shí)際油藏中，油水井間的水竄通道并不是單獨(dú)的某一條裂縫，而是由多條裂縫組成的裂縫帶，且裂縫的寬度也不盡相同，利用可視化裂縫物理模型，開展了不同寬度裂縫體系封堵實(shí)驗。

采用2、4、7號模型進(jìn)行實(shí)驗，考察不同凝膠注入當(dāng)時對多裂縫的封堵效果。實(shí)驗方案見表2。

表2 實(shí)驗方案

3 實(shí)驗結(jié)果與討論

圖3為單段塞連續(xù)注入凝膠后凝膠在裂縫內(nèi)分布情況。從圖7可明顯看出，單段塞連續(xù)注入凝膠后不同寬度的裂縫內(nèi)進(jìn)入凝膠的體積是不同的。凝膠溶液優(yōu)先進(jìn)入大裂縫(7號)，至大裂縫將要充滿凝膠時才開始進(jìn)入中等寬度裂縫(4號)，注入凝膠溶液結(jié)束后，大裂縫全部充滿凝膠溶液，中等裂縫只進(jìn)入極少的一部分凝膠，而小裂縫(2號)并無凝膠進(jìn)入，待凝膠交聯(lián)后水驅(qū)，注入水必然沿著小裂縫通過，且注入壓力極低，以至于所用壓力表無法測出壓力數(shù)值。

上述情況體現(xiàn)油水井間水竄通道并不是單一的一條裂縫，而是由不同寬度裂縫組成的裂縫帶。凝膠通過單段塞連續(xù)注入時，其只會進(jìn)入寬度較大的裂縫，小裂縫內(nèi)幾乎不進(jìn)入凝膠，所以后續(xù)水驅(qū)時注入水便會沿著小裂縫水竄，無法達(dá)到有效堵水的效果。

單段塞連續(xù)注入凝膠后，裂縫未能得到有效的封堵，水驅(qū)壓力也較低。接下來便考察了多段塞多輪次注入凝膠對多裂縫的封堵效果。圖4為多段塞多輪次注入凝膠水驅(qū)后凝膠在裂縫內(nèi)的分布情況。

圖3 單段塞連續(xù)注入凝膠后凝膠在裂縫內(nèi)的分布形態(tài)

圖4 多輪次注入凝膠水驅(qū)后凝膠形態(tài)

從圖4可看出，1段塞凝膠首先進(jìn)入寬裂縫，大裂縫被暫時封堵，后續(xù)段塞凝膠依次進(jìn)入中等寬度裂縫和小裂縫，此時所有裂縫內(nèi)均存在凝膠段塞，如圖4c所示。如圖4c、圖4d所示，水驅(qū)過程中大裂縫中凝膠被突破，那么后續(xù)注入的凝膠段塞就會進(jìn)入大裂縫，提高大裂縫的流動阻力。后續(xù)水驅(qū)過程中，不斷有不同寬度裂縫內(nèi)的凝膠被突破，則凝膠就會被突破裂縫內(nèi)，如此交替進(jìn)行，如圖8c～圖8i所示。最終，不同寬度裂縫內(nèi)均充滿凝膠(圖8)，可以直觀地觀察到多段塞多輪次注入凝膠的封堵效果要明顯優(yōu)于單段塞連續(xù)注入凝膠。

圖5為多輪次注入凝膠水驅(qū)壓力梯度變化曲線?？傮w來講，隨著凝膠注入段塞數(shù)量的增加，凝膠注入后水驅(qū)壓力梯度也逐漸提高。凝膠全部注入后的穩(wěn)定水驅(qū)壓力梯度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單段塞連續(xù)注入凝膠后的水驅(qū)壓力梯度。

圖6 多輪次注入凝膠后各段塞水驅(qū)后穩(wěn)定壓力梯度變化曲線

與單裂縫下多輪次注入凝膠水驅(qū)后穩(wěn)定壓力梯度曲線類似的，多裂縫下多段塞多輪次注入凝膠后各段塞水驅(qū)后穩(wěn)定壓力梯度變化可分為三個階段(見圖6)。第一階段為凝膠進(jìn)入階段(1～3段塞)，具體表現(xiàn)為注入凝膠首先進(jìn)入大裂縫，中等寬度裂縫與小裂縫并無凝膠進(jìn)入，水驅(qū)過程中注入水沿中等寬度裂縫和小裂縫流動，水驅(qū)壓力梯度較低，至后續(xù)凝膠段塞進(jìn)入中等寬度裂縫和小裂縫后，壓力梯度才有所升高。這也表明，對于由不同寬度裂縫組成的裂縫性水竄通道，僅僅一兩個段塞并不會對水竄現(xiàn)象起到明顯的緩解作用。第二階段為凝膠充填階段(3～8段塞)，這一階段內(nèi)凝膠不斷通過水驅(qū)突破后產(chǎn)生的流動通道進(jìn)入裂縫，逐漸將不同寬度的裂縫充填，水驅(qū)壓力總體成緩慢增長趨勢。第三階段為凝膠壓縮階段(8～10段塞)，此階段下凝膠在水驅(qū)過程中不斷被擠壓、破碎、疊加，最終形成的高強(qiáng)度凝膠滯留在裂縫內(nèi)，水驅(qū)壓力梯度快速升高。這種水驅(qū)壓力梯度變化的特點(diǎn)也與圖8所反應(yīng)的凝膠在裂縫內(nèi)的分布特點(diǎn)相一致。

4 多段塞多輪次液流調(diào)控竄流通道機(jī)理分析

4.1 單裂縫液流調(diào)控機(jī)理

如圖7所示，凝膠以不同注入方式注入裂縫內(nèi)，水驅(qū)后凝膠的分布特征和分布形態(tài)存在很大差別。單段塞大劑量的注入凝膠后，水驅(qū)過程中會有一部分強(qiáng)度較小的凝膠發(fā)生運(yùn)移，留下一條區(qū)域較大的沖刷帶，水驅(qū)后的壓力為△P；多段塞小劑量注入時，每次注入后水驅(qū)，水驅(qū)過程中低強(qiáng)度的凝膠被沖走，留下高強(qiáng)度的不動凝膠，并且隨著凝膠段塞的不斷注入，凝膠被不斷擠壓，強(qiáng)度也會升高，高強(qiáng)度的凝膠逐漸疊加使得流動通道不斷縮小，相較于單段塞其優(yōu)勢通道相當(dāng)微小，最終水驅(qū)壓力為△P多，且△P多=△P1+△P2+△P3+…+△Pn。以上論述可明顯說明：△P多>△P，也就是說，多段塞小劑量的液流調(diào)控效果要優(yōu)于單段塞大劑量的液流調(diào)控效果。

圖7 不同凝膠注入方式水驅(qū)后裂縫內(nèi)凝膠形態(tài)示意圖

4.2 復(fù)雜裂縫液流調(diào)控機(jī)理

裂縫性低滲透油藏油水井水竄后，形成的水竄通道主要由一系列不同寬度的裂縫組成。由于裂縫寬度大小不同而導(dǎo)致的流動阻力的差異，采用凝膠體系封堵劑對這些裂縫進(jìn)行封堵的過程中，凝膠體系必然優(yōu)先進(jìn)入寬度較大的裂縫，其次進(jìn)入中等寬度裂縫，最后進(jìn)入寬度較小的裂縫。

圖8 多段塞凝膠在不同寬度裂縫內(nèi)的分布示意圖

圖8為不同注入方式下凝膠在不同寬度裂縫內(nèi)的分布示意圖。若采用單段塞大劑量注入凝膠體系，體系便會優(yōu)先進(jìn)入大裂縫至充滿凝膠，而中等寬度裂縫僅有小部分凝膠進(jìn)入，窄縫內(nèi)則幾乎無凝膠進(jìn)入，注入凝膠后水驅(qū)，則注入水便會沿窄縫迅速水竄，無法達(dá)到封堵裂縫的效果；相反的，采用多段塞小劑量注入凝膠過程中，小段塞的凝膠也會優(yōu)先進(jìn)入大裂縫，但大裂縫內(nèi)凝膠體系交聯(lián)后形成高強(qiáng)度的封堵，后續(xù)段塞逐漸進(jìn)入中縫和窄縫，除大裂縫外，其它微小裂縫也得到有效封堵，從而達(dá)到逐級封堵的目的，最終不同寬度的裂縫趨近于相同的流動阻力，地層壓力梯度也得以提高(圖9)。

圖9 多輪次多段塞凝膠注入下各段塞后油水井壓力分布圖

5 結(jié)語

(1)單段塞連續(xù)注入凝膠后，裂縫未能得到有效的封堵，水驅(qū)壓力也較低。

(2)采用凝膠體系封堵劑對裂縫進(jìn)行封堵的過程中，凝膠體系必然優(yōu)先進(jìn)入寬度較大的裂縫，其次進(jìn)入中等寬度裂縫，最后進(jìn)入寬度較小的裂縫，從而達(dá)到逐級封堵的目的，最終不同寬度的裂縫趨近于相同的流動阻力，地層壓力梯度也得以提高。

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2016-10-12

王東(1988-)，男，陜西西安人，助理工程師，主要從事油氣勘探、生產(chǎn)及開發(fā)方面的研究工作。

P618.13

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1004-1184(2017)02-0202-03