大孔道非均質(zhì)油藏調(diào)堵封竄參數(shù)優(yōu)化模擬研究

尚朝輝

（中國石化勝利油田分公司孤東采油廠，山東 東營 257237）

中國油藏多為河流相沉積的非均質(zhì)疏松砂巖油藏，經(jīng)過長期的注水開發(fā)，油藏中巖石的膠結(jié)作用進(jìn)一步減弱，使儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，且容易在油藏的平面及縱向上形成高滲流通道，導(dǎo)致注入水沿高滲透通道無效循環(huán)[1-3]。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)：水驅(qū)大孔道比相鄰部位地層滲透率高5～20倍，吸水量可達(dá)同層注水總量的90%，嚴(yán)重影響了開發(fā)效果[4-5]。調(diào)剖堵水作為提高波及系數(shù)的一種重要技術(shù)，近年來已得到廣泛應(yīng)用，但是隨著調(diào)堵輪次的增加，常規(guī)調(diào)剖堵水措施已不能滿足經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的需求[6-9]。

目前，對(duì)調(diào)剖堵水的研究多集中于堵劑體系的研制和開發(fā)，而對(duì)其注入工藝和精細(xì)調(diào)堵規(guī)律的研究相對(duì)較少。為此，筆者設(shè)計(jì)并加工了不同類型可視化平板模型，通過室內(nèi)可視化物理模擬實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究了堵劑注入量、注入位置和剩余油分布對(duì)規(guī)則大孔道地層調(diào)堵效果的影響，并對(duì)蚓孔狀彎曲大孔道條件下堵劑的最佳注入位置進(jìn)行模擬，以期為礦場生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)用環(huán)氧樹脂將一定粒徑的石英砂膠結(jié)在特定玻璃板上[10]制得常規(guī)大孔道和蚓孔狀彎曲大孔道2種可視化平板模型，模型規(guī)格為120 mm×120 mm×10 mm，模擬大孔道內(nèi)徑為1 mm。其中，常規(guī)大孔道模型主要用于研究堵劑注入量、注入位置及剩余油分布對(duì)調(diào)堵效果的影響，在研究剩余油分布影響的同時(shí)，為方便模擬不同剩余油富集位置，采取模型背面開孔的方式；蚓孔狀彎曲大孔道模型則是為了模擬并探討真實(shí)油藏大孔道情況下堵劑的最佳注入位置。

實(shí)驗(yàn)用堵劑為成膠時(shí)間短、成膠強(qiáng)度高的無機(jī)鉻堵劑，模擬油為用蘇丹Ⅲ染色的原油，模擬水為生物染色劑（靛藍(lán)）染色過的自來水?？梢暬桨弪?qū)替實(shí)驗(yàn)裝置主要由驅(qū)替系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和采收率模擬計(jì)算系統(tǒng)3大部分組成。

2 常規(guī)大孔道調(diào)堵模擬

2.1 堵劑注入量

根據(jù)阻力最低原理可知，注入的堵劑會(huì)優(yōu)先進(jìn)入高滲透大孔道，因此，堵劑注入量越大，越有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)大孔道的封堵，迫使液流發(fā)生轉(zhuǎn)向，從而達(dá)到改善波及的目的。由于堵劑的注入量存在最優(yōu)經(jīng)濟(jì)值[11]，故在固定堵劑注入位置的條件下，分別注入0.05，0.1，0.15和0.2倍孔隙體積的無機(jī)鉻堵劑，觀察波及改善情況。結(jié)果（圖1）表明，隨著堵劑注入量的增加，原油動(dòng)用程度越來越高。

圖1 不同堵劑注入量下的波及改善情況

采用數(shù)格法對(duì)波及系數(shù)統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)堵劑注入量低于0.1倍孔隙體積時(shí)，隨著堵劑注入量的增加，波及系數(shù)迅速增大；當(dāng)堵劑注入量超過0.1倍孔隙體積后，波及系數(shù)雖繼續(xù)增加，但增幅變緩（圖2）。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)選堵劑注入量為0.1倍孔隙體積。

圖2 波及系數(shù)與堵劑注入量的關(guān)系

2.2 堵劑注入位置

固定堵劑注入量為0.1倍孔隙體積，堵劑分別放置在1/6L，1/3L，1/2L，2/3L和5/6L處（L為油水井間最短距離），觀察波及改善情況。由圖3和圖4可見：當(dāng)選擇近水井調(diào)剖（1/6L和1/3L處）時(shí)，注入水在堵劑前緣發(fā)生繞流，波及系數(shù)提高；但由于注水井附近壓差較高，一旦注入水繞過堵劑，則會(huì)迅速回?cái)n至大孔道；當(dāng)堵劑注入在1/2L位置處時(shí)，形成了寬而長的波及帶，波及系數(shù)達(dá)48%；當(dāng)選擇近油井調(diào)剖（2/3L和5/6L處）時(shí)，由于油井附近壓差相對(duì)較小，與近水井調(diào)剖相比，2/3L處與1/3L處的波及系數(shù)基本相當(dāng)，而5/6L處的波及系數(shù)較1/6L處更大。因此，為了獲得更大的波及系數(shù)，堵劑注入位置應(yīng)盡可能接近1/2L處。

圖3 不同堵劑注入位置下的波及改善情況

圖4 波及系數(shù)與堵劑注入位置的關(guān)系

2.3 剩余油分布

不同剩余油分布情況下，堵劑最佳注入位置不同。在研究剩余油分布的影響時(shí)，主要考慮剩余油富集在油井附近和富集在水井附近2種情況。

剩余油富集在油井附近 當(dāng)剩余油富集在油井附近時(shí)，分別將堵劑置于油水邊界的前端、中部和末端，觀察波及改善和最終采收率情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖5）表明：當(dāng)堵劑置于油水邊界前端時(shí)，受油井附近壓差的影響，注入水迅速繞流，波及改善效果較差（圖5b），最終采收率最低（13.1%）；增大堵劑注入深度，注入水在更深部區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)向，剩余油動(dòng)用面積增大（圖5c），最終采收率較高（23.2%）；當(dāng)堵劑置于油水邊界末端時(shí)，剩余油動(dòng)用程度最大（圖5d），最終采收率最高，達(dá)30.1%。由此可見，堵劑封堵位置不同，波及改善效果也明顯不同。這是因?yàn)椋寒?dāng)封堵油水邊界的末端時(shí)，注入水在到達(dá)油水邊界前即發(fā)生液流轉(zhuǎn)向，形成了較寬的波及帶，提高了剩余油動(dòng)用程度，從而實(shí)現(xiàn)采收率的大幅提高。因此，當(dāng)剩余油富集在油井附近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇深部堵水，以最大程度動(dòng)用剩余油。

圖5 剩余油富集在油井附近時(shí)不同堵劑注入位置的波及改善情況

剩余油富集在水井附近 當(dāng)剩余油富集在水井附近時(shí)，封堵剩余油前端，雖然整體動(dòng)用程度較高，但大量剩余油被推向邊際區(qū)域而無法被有效驅(qū)替（圖6），最終采收率較低，僅為6%；而當(dāng)封堵剩余油中部和末端時(shí)，在增大波及體積的同時(shí)，還充分發(fā)揮了高滲透大孔道高導(dǎo)流能力的作用，最終采收率均較高，分別為7.6%和7.7%；對(duì)比封堵中部和封堵末端水驅(qū)剩余油分布情況發(fā)現(xiàn)，封堵末端時(shí)，剩余油被有效采出，而且被推向模型邊際而形成的“死油區(qū)”面積更小。因此，當(dāng)剩余油富集在水井附近時(shí)，應(yīng)合理控制堵劑注入深度，不宜進(jìn)行深部調(diào)剖。

圖6 剩余油富集在水井附近時(shí)不同堵劑注入位置的波及改善情況

3 彎曲大孔道調(diào)堵模擬

將彎曲大孔道模型堵劑注入位置分別設(shè)置在近水井孔道拐點(diǎn)前、拐點(diǎn)處、拐點(diǎn)后和近油井孔道拐點(diǎn)處，觀察各自波及改善及最終采收率情況。由圖7可見：當(dāng)封堵近水井孔道拐點(diǎn)前時(shí)，注入水在近井地帶發(fā)生繞流后繞回高滲透大孔道，在堵劑后緣和模型邊際處形成殘余油；當(dāng)封堵近水井孔道拐點(diǎn)處時(shí)，由于注入水向更深部轉(zhuǎn)向，波及體積有所增大；而封堵近水井孔道拐點(diǎn)后時(shí)，近水井附近區(qū)域受高注入壓差作用，波及程度較高，注入水在模型深部發(fā)生轉(zhuǎn)向，剩余油的整體動(dòng)用程度較高，形成較好的協(xié)同作用；封堵近油井孔道拐點(diǎn)處時(shí)，則因前期注入水依然沿大孔道竄流而措施效果有限。不同堵劑注入位置的最終采收率結(jié)果表明，封堵近水井孔道拐點(diǎn)前、拐點(diǎn)處、拐點(diǎn)后和近油井孔道拐點(diǎn)處的最終采收率分別為29.7%，33.6%，40.0%和31.8%，封堵近水井孔道拐點(diǎn)后的最終采收率最高。因此，在實(shí)驗(yàn)條件下，針對(duì)蚓孔狀彎曲大孔道模型的調(diào)剖堵水，應(yīng)優(yōu)先選擇在近水井孔道拐點(diǎn)后的模型深部設(shè)置封堵。

圖7 蚓孔狀彎曲大孔道模型不同堵劑注入位置的波及改善情況

4 結(jié)論

可視化物理模擬實(shí)驗(yàn)是室內(nèi)評(píng)價(jià)堵劑注入位置的一種行之有效的手段，相對(duì)于填砂管而言，能夠直觀反映不同調(diào)堵工藝對(duì)改善波及效果的影響。

常規(guī)大孔道模型調(diào)堵研究結(jié)果表明，堵劑注入量存在最佳范圍，當(dāng)注入量為0.1倍孔隙體積時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)；當(dāng)封堵大孔道1/2L處時(shí)，波及系數(shù)最大；不同剩余油分布會(huì)影響調(diào)剖堵水工藝的選擇，當(dāng)剩余油富集在油井附近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采取深部堵水工藝挖潛剩余油；當(dāng)剩余油富集在水井附近時(shí)，應(yīng)合理控制堵劑注入深度，堵劑注入位置不宜過深。

蚓孔狀彎曲大孔道模型調(diào)堵結(jié)果表明，將堵劑置于近水井孔道拐點(diǎn)后時(shí)，能充分發(fā)揮近井地帶高注入壓差和深部液流轉(zhuǎn)向的協(xié)同作用，注入水波及范圍最大，最終采收率最高。

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