復(fù)雜斷塊油藏人工邊水驅(qū)提高采收率機(jī)理分析

張戈

（中國(guó)石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠，山東 東營(yíng) 257000）

人工邊水驅(qū)技術(shù)是近兩年勝利油田提出的一項(xiàng)水驅(qū)開發(fā)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)在復(fù)雜斷塊油藏構(gòu)造低部位大井距大排量注水形成人工強(qiáng)邊水，驅(qū)替特高含水期高度分散的剩余油重新運(yùn)移聚集到構(gòu)造高部位，進(jìn)而提高復(fù)雜斷塊油藏采收率。

受油藏本身高溫、高鹽特征的影響，水驅(qū)開發(fā)成為勝利油田復(fù)雜斷塊油藏的主要開發(fā)手段［1-2］。統(tǒng)計(jì)分析已投入開發(fā)的不同類型斷塊的開發(fā)效果，發(fā)現(xiàn)天然強(qiáng)邊水?dāng)鄩K油藏表現(xiàn)出采油速度高、采出程度高、采收率高、能量保持水平高的特點(diǎn)，開發(fā)效果明顯好于邊水能量較弱的斷塊，且整體表現(xiàn)為天然能量越好，開發(fā)效果越好。因此，勝利油田首先在近廢棄斷塊油藏進(jìn)行了人工邊水驅(qū)礦場(chǎng)實(shí)踐。實(shí)施效果表明，通過(guò)人工邊外大排量注水形成強(qiáng)邊水，能夠達(dá)到改善開發(fā)效果、提高采收率的目的［3］。

1 礦場(chǎng)實(shí)踐

目前，人工邊水驅(qū)礦場(chǎng)實(shí)踐主要在3類斷塊實(shí)施：一是極限含水近廢棄區(qū)塊；二是封閉小斷塊；三是極復(fù)雜封閉小斷塊。

1.1 極限含水近廢棄斷塊大排量邊外注水

辛1沙一4斷塊為一反向屋脊窄條帶油藏，含油面積 1.100 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量 65.00×104t，原始水油體積比為10.0，油層厚度8 m，地層傾角12.5°。該區(qū)塊在進(jìn)行人工邊水驅(qū)前，只剩高部位1口井在生產(chǎn)，含水率達(dá)97.7%，日產(chǎn)油只有1.1 t，其他生產(chǎn)井均因達(dá)到極限含水轉(zhuǎn)注或關(guān)井。人工邊水驅(qū)過(guò)程中，將油水邊界外500～1 000 m的老井轉(zhuǎn)注，形成大井距邊外強(qiáng)注，總注水量達(dá)10.0×104m3；之后對(duì)構(gòu)造高部位油井進(jìn)行了扶停、補(bǔ)孔等措施，實(shí)施3口井均獲較高產(chǎn)能。辛104井扶停日產(chǎn)油4.5 t，辛1-22井扶停日產(chǎn)油10.5 t，辛1-34補(bǔ)孔上返，日產(chǎn)油達(dá)40.0t。層塊整體采收率提高了2.1百分點(diǎn)。

該區(qū)塊實(shí)踐表明，對(duì)于常規(guī)注水開發(fā)近廢棄復(fù)雜斷塊，通過(guò)大排量邊外注水形成強(qiáng)邊水，能夠使分散的剩余油重新運(yùn)移聚集到高部位，提高水驅(qū)波及體積，同時(shí)有效補(bǔ)充體層能量，達(dá)到提高采收率的目的。

1.2 封閉小斷塊超前人工邊水驅(qū)

河68-9沙二7為一典型封閉小斷塊，含油面積為0.086 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量6.30×104t，原始水油體積比為1.2。利用低部位河68井對(duì)沙二7超前注水，累注量達(dá)到10.2×104m3之后，將高部位河68-斜64井補(bǔ)孔，單采沙二7。該井初期自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)液28.6 t，日產(chǎn)油28.5 t，2 a累計(jì)產(chǎn)油1.5×104t，動(dòng)液面仍保持在800 m左右，取得了非常好的開發(fā)效果。

該區(qū)塊實(shí)踐表明，對(duì)于未動(dòng)用封閉復(fù)雜小斷塊，通過(guò)提前注水形成強(qiáng)邊水，能夠有效補(bǔ)充天然能量，達(dá)到高效開發(fā)的目的。

1.3 極復(fù)雜封閉小斷塊交替注采

根據(jù)勝利油田研究成果，極復(fù)雜封閉小斷塊是指含油面積小于0.050 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量小于5.00×104t，經(jīng)濟(jì)上難以形成注采井網(wǎng)的復(fù)雜小斷塊［2］。河68-10沙二5斷塊含油面積僅為0.047 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量1.97×104t，原始水油體積比為0.5。初期，河68-10井合采沙二53-61小層，3個(gè)月后能量衰竭，不出液，酸化解堵等均無(wú)效。將該井轉(zhuǎn)注沙二5—8小層，累注20×104m3后，停注1a，單采沙二5小層；初期日產(chǎn)液51.0t，日產(chǎn)油33.7 t，累計(jì)增油0.258 4×104t，采收率提高了13百分點(diǎn)。

該區(qū)塊實(shí)踐表明，對(duì)于難以形成注采井網(wǎng)的極復(fù)雜封閉小斷塊，通過(guò)高部位油井交替注采，依靠重力分異作用形成強(qiáng)邊水驅(qū)，能起到有效補(bǔ)充能量的作用，從而提高采收率。

2 提高采收率機(jī)理分析

上述礦場(chǎng)實(shí)踐表明，人工邊水驅(qū)對(duì)不同類型復(fù)雜斷塊油藏具有明顯改善開發(fā)效果、提高采收率的作用，但從開發(fā)角度看，其提高采收率的機(jī)理尚需深入研究。

油藏水驅(qū)采收率從宏觀角度分析，可以表示為［4-5］

式中：ER為水驅(qū)采收率，無(wú)因次；ED為水驅(qū)極限驅(qū)油效率，無(wú)因次；EV為水驅(qū)極限體積波及系數(shù)，無(wú)因次。

因此，研究人工邊水驅(qū)提高采收率的機(jī)理，可從研究提高極限驅(qū)油效率和波及體積2方面入手［6-12］。

2.1 提高驅(qū)油效率

2.1.1 提高注水開發(fā)弱波及區(qū)過(guò)水倍數(shù)

對(duì)于水驅(qū)油藏來(lái)說(shuō)，注水開發(fā)時(shí)水井注水體積倍數(shù)與油藏內(nèi)某一剖面的過(guò)水倍數(shù)差別較大。水井點(diǎn)狀注水開發(fā)，水井附近過(guò)水倍數(shù)最大，距離水井遠(yuǎn)的區(qū)域，過(guò)水倍數(shù)變小，驅(qū)油效率低，注水井間存在弱波及區(qū)（見圖1）。假設(shè)有一含油條帶寬度為300 m的均質(zhì)油藏，將含油條帶平行于油水邊界均分為6 000段，進(jìn)行邊外注水開發(fā)。當(dāng)注水倍數(shù)為每一小段油藏孔隙體積的6 000倍時(shí)，則只有以水井為中心的一定區(qū)域內(nèi)過(guò)水倍數(shù)為6 000倍，離水井越遠(yuǎn)，油藏過(guò)水倍數(shù)越小，水井間存在弱波及區(qū)。對(duì)同樣的油藏，若開發(fā)方式為人工邊水驅(qū)，則邊水近似平行于油水邊界驅(qū)油，油藏過(guò)水倍數(shù)剖面平行于油水邊界，則會(huì)大幅提高注水開發(fā)弱波及區(qū)的過(guò)水倍數(shù)，進(jìn)而提高驅(qū)油效率（見圖2）。

圖1 注水井點(diǎn)狀驅(qū)替過(guò)水倍數(shù)示意

圖2 人工邊水驅(qū)替過(guò)水倍數(shù)示意

2.1.2 增大驅(qū)替壓力梯度

人工邊水驅(qū)通過(guò)人為注水形成強(qiáng)邊水驅(qū)后，邊水能量增強(qiáng)，邊水與油井間的壓降漏斗整體抬升，相應(yīng)的邊水與油井間各點(diǎn)的驅(qū)替壓力梯度增大［13］。室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)表明，驅(qū)替壓力梯度越大，巖心驅(qū)油效率越高，二者之間呈對(duì)數(shù)關(guān)系［13］（據(jù)勝利油田2013年開發(fā)技術(shù)座談會(huì)材料）（見圖 3）。

圖3 驅(qū)油效率與驅(qū)替壓力梯度關(guān)系曲線

依達(dá)西定律，增大驅(qū)替壓力梯度，即提高滲流速度：

從孔隙微觀角度分析，滲流速度增大，會(huì)引起水驅(qū)油的黏滯力增大，從而降低殘余油飽和度。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，隨滲流速度提高，水驅(qū)殘余油飽和度明顯減小，表明水驅(qū)油效率提高（見表1）；因此，人工邊水驅(qū)通過(guò)增大驅(qū)替壓力梯度，可有效提高驅(qū)油效率［14］。

表1 黏滯力、毛細(xì)管力對(duì)殘余油飽和度的影響

2.2 提高體積波及系數(shù)

2.2.1 通過(guò)改變流場(chǎng)，提高平面波及系數(shù)

利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)點(diǎn)狀注水和人工邊水驅(qū)水驅(qū)流線進(jìn)行了模擬。

結(jié)果表明，常規(guī)注水開發(fā)時(shí)，注入水在向油井驅(qū)替過(guò)程中，注采井間形成高壓區(qū)，同時(shí)也是高壓差條帶區(qū)，易形成水竄，水驅(qū)波及系數(shù)小。油井間以及斷塊邊角處被切割形成低壓區(qū)，油無(wú)法被有效驅(qū)替，從而形成滯留區(qū)（見圖4）。

圖4 邊外注水?dāng)鄩K驅(qū)替模式

人工邊水驅(qū)形成強(qiáng)邊水后，整個(gè)水驅(qū)流線發(fā)生明顯變化，點(diǎn)狀注水滯留區(qū)流線由疏變密，剩余油得到有效驅(qū)替（見圖5）。這是由于形成強(qiáng)邊水驅(qū)后，油井生產(chǎn)過(guò)程中泄壓，導(dǎo)致邊水與油井間形成低壓區(qū)，油井間區(qū)域由于邊水能量的補(bǔ)充，形成相對(duì)高壓區(qū)，從而達(dá)到了驅(qū)替常規(guī)注水開發(fā)造成的滯留區(qū)剩余油的目的。

圖5 強(qiáng)邊水驅(qū)替流場(chǎng)分布

2.2.2 通過(guò)增大驅(qū)動(dòng)力，提高縱向波及系數(shù)

理論研究表明，同一口油井合采傾角、厚度、物性等完全相同的2個(gè)層，水油體積比為100的層縱向波及系數(shù)明顯高于水油體積比為1的層（據(jù)勝利油田地質(zhì)院2011年開發(fā)技術(shù)座談會(huì)材料）（見圖6）。

圖6 不同水油體積比水驅(qū)縱向波及范圍對(duì)比

分析其內(nèi)在原因在于：水驅(qū)油過(guò)程中，驅(qū)替相（水相）受到驅(qū)動(dòng)力及自身重力的影響，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力非常小的時(shí)候，所受合力變?yōu)樗?qū)油的阻力，此時(shí)以重力作用為主，水驅(qū)油達(dá)到一種相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，水驅(qū)油前緣不會(huì)發(fā)生突進(jìn)現(xiàn)象；如果油水界面上油水相壓力相等，即忽略毛細(xì)管壓力，則此時(shí)會(huì)存在一個(gè)近乎水平的油水界面。

對(duì)于實(shí)際水驅(qū)油藏來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)定驅(qū)替的臨界驅(qū)動(dòng)力，因此，驅(qū)替相所受合力在重力影響下，方向沿驅(qū)動(dòng)力方向斜向下。這就使得驅(qū)替相（水相）沿油層底部推進(jìn)較快，形成不穩(wěn)定驅(qū)替，水驅(qū)前緣呈底部指進(jìn)狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)力越大時(shí)，所受合力方向與油層傾向夾角越小，油層頂部與底部的水驅(qū)速度會(huì)越接近；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大到極限、重力可以忽略時(shí)，則水相所受合力近乎平行于油層，則此時(shí)的水驅(qū)前緣垂直于油層，油層頂部與底部水驅(qū)推進(jìn)速度一致，即可達(dá)到縱向最大波及的理想狀態(tài)（見圖7）。

綜上所述，人工邊水驅(qū)技術(shù)是一種通過(guò)優(yōu)化能量補(bǔ)充方式形成人工強(qiáng)邊水，變點(diǎn)狀驅(qū)油為面積掃油，實(shí)現(xiàn)中、低含水階段高效驅(qū)替和特高含水階段普遍分布剩余油有效動(dòng)用的高效水驅(qū)技術(shù)，對(duì)于提高復(fù)雜斷塊油藏水驅(qū)采收率具有重要作用。

圖7 不穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)縱向水驅(qū)油示意

3 結(jié)束語(yǔ)

從礦場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)看，人工邊水驅(qū)能夠有效提高復(fù)雜斷塊油藏開發(fā)效果；但該項(xiàng)技術(shù)仍處于探索階段，尤其對(duì)礦場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中的區(qū)塊選取，合理注采井網(wǎng)、合理注采參數(shù)的制定，需要與實(shí)際區(qū)塊緊密結(jié)合，因地制宜地制定相應(yīng)實(shí)施方案，才能取得較好的開發(fā)效果。

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