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        高含水率油藏人工強(qiáng)邊水驅(qū)技術(shù)研究

        2022-12-16 08:56:44張?zhí)煅?/span>
        石油化工應(yīng)用 2022年10期

        張?zhí)煅?/p>

        (1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安 710065;2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710065)

        現(xiàn)階段,我國(guó)大部分陸上油田已進(jìn)入特高含水率期[1-3]。特高含水率邊底水油藏含水率高、日產(chǎn)油量低、采油速度較低、耗水量大和剩余油分散、開(kāi)發(fā)效益差[4-7]。水驅(qū)開(kāi)發(fā)是油田主要經(jīng)濟(jì)有效的開(kāi)采方式,由于邊底水油藏的復(fù)雜性及地質(zhì)參數(shù)的適應(yīng)性,提高并改善水驅(qū)技術(shù)是挖潛邊底水油藏強(qiáng)有力的措施之一[8-11]。近年來(lái),勝利油田通過(guò)對(duì)人工強(qiáng)邊水驅(qū)技術(shù)提高采收率機(jī)理的研究,對(duì)廢棄的斷塊油藏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)人工強(qiáng)邊水驅(qū)能夠進(jìn)一步提高采收率[12]。人工強(qiáng)邊水驅(qū)的實(shí)質(zhì)就是,通過(guò)人工注水,注入油藏邊底水中驅(qū)替油,形成水驅(qū)開(kāi)發(fā)油藏的過(guò)程。在剩余油研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)邊底水油藏“局部富集”區(qū)域剩余油,應(yīng)用特殊結(jié)構(gòu)井和開(kāi)發(fā)工藝技術(shù)實(shí)施措施挖潛取得了明顯成效,但對(duì)于特高含水率邊底水油藏普遍分布的剩余油如何強(qiáng)化水驅(qū)、改善開(kāi)發(fā)效果方面研究應(yīng)用存在不足。隨著局部富集剩余油空間的減少,如何挖掘剩余油成為特高含水率邊底水油藏改善開(kāi)發(fā)效果和提高采收率的重要研究方向。如何有效動(dòng)用高部位普遍存在的小規(guī)模富集剩余油,需要攻關(guān)提高采收率技術(shù)。因此,開(kāi)展特高含水率邊底水油藏強(qiáng)化水驅(qū)技術(shù)研究更為迫切。受地質(zhì)條件的影響,高含水率油藏?cái)鄩K構(gòu)造,破碎復(fù)雜,埋藏深,物性差,非均質(zhì)性強(qiáng),開(kāi)發(fā)難度大。隨著開(kāi)發(fā)的深入和生產(chǎn)年限的延長(zhǎng),該油藏已進(jìn)入特高含水率開(kāi)發(fā)階段。如何應(yīng)用強(qiáng)化水驅(qū)技術(shù)改善開(kāi)發(fā)效果,提高邊底水油藏原油采收率具有重要的意義。

        1 人工強(qiáng)邊水驅(qū)技術(shù)

        人工強(qiáng)邊水驅(qū)技術(shù)是模擬自然水驅(qū),在大井距注水,在儲(chǔ)層下部大位移,在高含水率油田超高含水率期進(jìn)一步注水開(kāi)發(fā),從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上認(rèn)為,人工強(qiáng)邊水驅(qū)改善采收率的機(jī)理主要體現(xiàn)在提高驅(qū)油效率、改善波及系數(shù)和加速剩余油再聚集。

        1.1 提高驅(qū)油效率機(jī)理

        在油藏注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中,注水倍數(shù)與油藏某一段的注水倍數(shù)相差很大。點(diǎn)狀驅(qū)替過(guò)水倍數(shù)的注水井圖(圖1a)。從圖1a 中可以看出,點(diǎn)狀注水,過(guò)水倍數(shù)隨著距離水井的距離增大而減小。

        圖1 注水井點(diǎn)狀和人工邊水驅(qū)替過(guò)水倍數(shù)示意圖Fig.1 Schematic diagram of water flooding multiples of point-like and artificial edge water flooding in water injection wells

        假設(shè)一個(gè)含油條帶寬度為300 m 的均質(zhì)油藏分為6 000 個(gè)段,邊緣外注水開(kāi)發(fā),人工邊水驅(qū)替過(guò)水倍數(shù)示意圖(圖1b)。在水井中心地區(qū)中,水流倍數(shù)最高。離水井越遠(yuǎn),油藏的過(guò)水倍數(shù)逐漸減小,水井之間存在弱波及區(qū)。若采用人工強(qiáng)邊水驅(qū),進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大排量注水,邊水的推進(jìn)已從“舌進(jìn)”轉(zhuǎn)向平行于油水邊界的驅(qū)油,這大大提高了弱波及區(qū)的過(guò)水倍數(shù),提高了油藏的驅(qū)油效率。因此,人工強(qiáng)邊水驅(qū)可以通過(guò)提高注水開(kāi)發(fā)的波及系數(shù)和過(guò)水倍數(shù)來(lái)改善驅(qū)油效率。

        1.2 提高波及系數(shù)機(jī)理

        邊外注水驅(qū)替阻力差異小,有利于提高平面波及系數(shù),其特點(diǎn)是平面掃描系數(shù)高。邊內(nèi)注水驅(qū)流線(xiàn)分布圖和人工強(qiáng)邊水驅(qū)流線(xiàn)分布圖見(jiàn)圖2。

        圖2 邊內(nèi)注水驅(qū)和人工強(qiáng)邊水驅(qū)流線(xiàn)分布圖Fig.2 Streamline distribution of internal water injection and artificial strong edge water flooding

        從圖2 可以看出,邊內(nèi)注水和油水井之間的主流線(xiàn)阻力較小,主流線(xiàn)區(qū)的流量遠(yuǎn)大于非主流線(xiàn)區(qū)的流量,且水線(xiàn)舌明顯。人工強(qiáng)邊水驅(qū)裝置具有均勻的滲透阻力、均勻的流線(xiàn)分布和整個(gè)含油帶的均勻流動(dòng),實(shí)現(xiàn)了含油帶內(nèi)的均勻推進(jìn)。此外,對(duì)比圖2a 和圖2b 可知,實(shí)行人工強(qiáng)邊水驅(qū)后,流線(xiàn)分布發(fā)生了明顯的改變。在生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)人工強(qiáng)邊水驅(qū)形成后,邊水和油井之間的區(qū)域形成低壓區(qū)。由于人工強(qiáng)邊水驅(qū)帶來(lái)了邊水能源的補(bǔ)充,油井之間形成高壓區(qū),從而達(dá)到驅(qū)替常規(guī)注水開(kāi)發(fā)滯留區(qū)剩余油的目的。

        1.3 剩余油再聚集機(jī)理

        在經(jīng)歷不同開(kāi)發(fā)階段后仍留在油藏地質(zhì)環(huán)境中的原油稱(chēng)為剩余油。當(dāng)油藏進(jìn)入高含水率階段后,通過(guò)研究剩余油再聚集機(jī)理,提高采油率以達(dá)到油田高效開(kāi)發(fā)的目的。油藏中剩余油沿垂直方向和地層傾角方向再運(yùn)移聚集規(guī)模取決于油藏中油水運(yùn)移的速度差。通過(guò)分析研究得出,在常規(guī)開(kāi)發(fā)下,剩余油的聚集速率與儲(chǔ)層的滲透率和含量之間存在線(xiàn)性關(guān)系。隨著滲透率的增加,含水率飽和度變大,剩余油成藏速度變快。應(yīng)用數(shù)模分別模擬了地層傾角1°和15°時(shí)停采后剩余油再聚集運(yùn)移情況,地層傾角1°和15°時(shí)停采10 年后剩余油變化對(duì)比情況見(jiàn)圖3。從圖3 可以看出,在停采時(shí)間相同的情況下,傾角大的油藏更有利于在高部位形成相對(duì)富集的剩余油。綜上所述,人工強(qiáng)邊水驅(qū)提高采收率的機(jī)理以提高驅(qū)油效率、提高波及系數(shù)和加速剩余油再聚集三方面為主。通過(guò)三個(gè)機(jī)理的相互作用,能夠改善高含水率油藏的開(kāi)發(fā)效果。

        圖3 地層傾角1°和15°時(shí)停采10 年后剩余油變化對(duì)比圖Fig.3 Comparison of remaining oil changes after 10-year suspension of production at formation dips of 1° and 15°

        2 人工強(qiáng)邊水驅(qū)技術(shù)敏感因素分析

        2.1 地層傾角

        地層傾角是影響人工強(qiáng)邊水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的主要因素之一。地層傾角決定了水驅(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重力作用大小。在基礎(chǔ)方案的基礎(chǔ)上,分別設(shè)置儲(chǔ)層傾角為0°、10°、15°和30°四個(gè)方案,對(duì)比儲(chǔ)層傾角對(duì)水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的影響,不同儲(chǔ)層傾角下采收率對(duì)比見(jiàn)圖4。從圖4可以看出,隨著地層傾角的不斷增加,儲(chǔ)層的最終采收率不斷下降。

        圖4 不同儲(chǔ)層傾角下采收率對(duì)比Fig.4 Comparison of recovery factors under different reservoir dip angles

        在相同的邊水強(qiáng)度下,儲(chǔ)層傾角越大,邊水驅(qū)替原油需要克服的重力作用越大,有效驅(qū)替壓差越小,使得最終采收率越小。

        通過(guò)改變?nèi)斯?qiáng)邊水驅(qū)的強(qiáng)度,模擬不同地層傾角的儲(chǔ)層來(lái)提高采收率的幅度,不同儲(chǔ)層傾角提高采收率幅度情況見(jiàn)圖5。從圖5 可以看出,地層傾角越大,人工強(qiáng)邊水驅(qū)提高采收率的幅度越大。

        圖5 不同儲(chǔ)層傾角提高采收率幅度對(duì)比Fig.5 Comparison of enhanced oil recovery amplitude with different reservoir dips

        2.2 儲(chǔ)層因素

        儲(chǔ)層厚度、地層傾角、最大含油條帶寬度和最小含油條帶寬度之間的關(guān)系為:

        式中:L-最小含油條帶寬度,m;W-最大含油條帶寬度,m;d0-儲(chǔ)層厚度,m;θ-地層傾角,°。

        在此基礎(chǔ)上,分別設(shè)置儲(chǔ)層厚度為2 m、4 m、6 m、8 m、10 m 五個(gè)方案對(duì)比儲(chǔ)層厚度對(duì)強(qiáng)化水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的影響,不同儲(chǔ)層厚度的采收率之比見(jiàn)圖6。

        圖6 不同儲(chǔ)層厚度的采收率之比Fig.6 The ratio of recovery factors for different reservoir thicknesses

        由圖6 可以看出,在強(qiáng)化水驅(qū)初期,儲(chǔ)層厚度越大,采收率上升幅度越緩;在強(qiáng)化水驅(qū)后期,采收率差異不大,厚度大的儲(chǔ)層略高于厚度小的儲(chǔ)層。當(dāng)儲(chǔ)層厚度從2 m 增加到10 m,最終采收率無(wú)明顯的差異,表明儲(chǔ)層厚度對(duì)最終采收率無(wú)明顯影響。

        2.3 流體因素

        2.3.1 油水黏度比 通過(guò)改變油水黏度比,模擬了流體因素對(duì)人工強(qiáng)邊水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的影響,不同油水黏度比下的采收率對(duì)比見(jiàn)圖7。從圖7 可以看出,地層油水黏度比對(duì)人工強(qiáng)邊水驅(qū)影響很大。當(dāng)油水黏度比大于50 時(shí),采收率的變化逐漸平緩。因此,選擇人工強(qiáng)邊水驅(qū)的油藏最好將油水黏度比控制在50 之內(nèi)。

        圖7 不同油水黏度比下的采收率對(duì)比Fig.7 Recovery factor comparison under different oil-water viscosity ratios

        2.3.2 含油條帶寬度 設(shè)置含油條帶寬度為200 m、300 m、400 m、500 m、600 m 五個(gè)方案,模擬含油條帶寬度對(duì)人工強(qiáng)邊水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的影響。不同含油條帶寬度下的采收率比較情況見(jiàn)圖8。從圖8 可以發(fā)現(xiàn),在強(qiáng)化水驅(qū)初期,含油條帶寬度越窄,采收率曲線(xiàn)上升速度越快。在注采條件相同的情況下,隨著含油條帶寬度逐漸變窄,地層的能量補(bǔ)充越及時(shí),單位時(shí)間內(nèi)采出幅度越大。

        圖8 不同含油條帶寬度下的采收率對(duì)比Fig.8 Comparison of recovery under different oil-bearing strip widths

        2.3.3 剩余油飽和度 將含油飽和度分別設(shè)置為25%、30%、40%、50%和60%,并在不同剩余油飽和度下模擬人工強(qiáng)邊水驅(qū)提高采收率的效果。不同剩余油飽和度下采收率對(duì)比見(jiàn)圖9、不同剩余油飽和度下提高采收率幅度對(duì)比見(jiàn)圖10。從圖9、圖10 可以發(fā)現(xiàn),剩余油飽和度越高,人工強(qiáng)邊水驅(qū)的最終采收率也更高。當(dāng)剩余油飽和度為25%時(shí),最終采收率已增加約5%,表明該油藏仍具有經(jīng)濟(jì)可采性。

        圖9 不同剩余油飽和度下采收率對(duì)比Fig.9 Comparison of recovery factor under different residual oil saturation

        圖10 不同剩余油飽和度下提高采收率幅度對(duì)比Fig.10 Comparison of enhanced oil recovery amplitudes under different remaining oil saturation

        分析剩余油飽和度對(duì)能量?jī)?chǔ)集的影響,人工邊水強(qiáng)度相同的情況下,剩余油飽和度越高,油藏壓力下降速度越慢。當(dāng)剩余油飽和度為50%時(shí),油藏的最終壓力保持水平越高。因?yàn)楫?dāng)剩余油飽和度越高,含水率飽和度越低,水相相對(duì)滲透率越低,水竄速度越慢;反之剩余油飽和度越低,水竄速度則越快。

        3 結(jié)論

        (1)人工強(qiáng)邊水驅(qū)改善采收率的機(jī)理主要體現(xiàn)在提高驅(qū)油效率、改善波及系數(shù)和加速剩余油再聚集。人工強(qiáng)邊水驅(qū)通過(guò)提高注水倍數(shù)增加洗油效率,提升驅(qū)替壓力梯度擴(kuò)大微觀孔隙剩余油動(dòng)用范圍來(lái)提高驅(qū)油效率。通過(guò)邊外注水均阻效應(yīng)保持水線(xiàn)均勻推進(jìn)來(lái)提高水驅(qū)壓力,增加縱向上小層動(dòng)用程度來(lái)提高波及效率,通過(guò)注水施加額外的附加壓力來(lái)加速剩余油再聚集。

        (2)人工強(qiáng)邊水驅(qū)技術(shù)是通過(guò)優(yōu)化能量補(bǔ)充方法,將點(diǎn)狀驅(qū)油方式轉(zhuǎn)變?yōu)槊鏍铗?qū)油方式。該水驅(qū)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了中低含水率期的高效驅(qū)替和超高含水率期剩余油的有效開(kāi)采,對(duì)改善復(fù)雜斷塊油藏的水驅(qū)采收率具有重要作用。

        (3)人工強(qiáng)邊水驅(qū)油藏開(kāi)發(fā)效果主要受地層傾角、儲(chǔ)層滲透率、油水黏度比、含油條帶寬度和剩余油飽和度的影響較大。地層傾角越大,人工強(qiáng)邊水驅(qū)對(duì)采收率的改善作用越大。含油條帶的寬度越窄,采收率曲線(xiàn)上升速度越快;剩余油飽和度越高,人工強(qiáng)邊水驅(qū)的最終采收率也越高。

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