基于核磁共振的正韻律厚油層高含水期挖潛室內(nèi)實(shí)驗(yàn)*

姜漢橋宋 亮張賢松劉 凡

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.中石油阿姆河天然氣勘探開發(fā)(北京)有限公司;3.中海油研究總院)

基于核磁共振的正韻律厚油層高含水期挖潛室內(nèi)實(shí)驗(yàn)*

姜漢橋1宋 亮2張賢松3劉 凡1

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.中石油阿姆河天然氣勘探開發(fā)(北京)有限公司;3.中海油研究總院)

設(shè)計(jì)了三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn),應(yīng)用核磁共振技術(shù),從孔隙尺度研究了河流相儲(chǔ)層高含水后期水平井和注入凝膠2種方法挖潛時(shí)剩余油分布規(guī)律及不同孔喉波及規(guī)律。結(jié)果表明,水驅(qū)后在頂部(低滲層)布置水平井挖潛,可以對(duì)低滲層大孔隙有很好的動(dòng)用,但剩余油依然主要富集于低滲層以及中滲層的中—小孔隙;注入凝膠段塞可以有效調(diào)整吸水剖面,對(duì)后續(xù)水驅(qū)有著重要作用,而且與水平井挖潛相比可以有效動(dòng)用低滲層的大—中孔隙,對(duì)低滲層小孔隙也有動(dòng)用。

河流相油藏;孔隙尺度;高含水期;三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn);巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn);核磁共振;剩余油分布

河流相油藏特殊的韻律性特征使得注水開發(fā)時(shí)注入水容易從下層高滲透帶竄流,從而導(dǎo)致剩余油在頂部富集[1],開發(fā)至高含水期后如何進(jìn)一步提高原油采出程度成為研究的重要課題[2]。從機(jī)理上看,提高采出程度的關(guān)鍵在于提高波及系數(shù)和驅(qū)油效率。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究以巖心整體作為研究對(duì)象,雖然可以通過測(cè)量產(chǎn)量和壓力變化從宏觀上對(duì)油藏開發(fā)效果有一定認(rèn)識(shí),但是這種方法不能對(duì)孔隙中的流體分布有更為準(zhǔn)確的理解。近年來,隨著核磁共振技術(shù)的進(jìn)步,可以計(jì)算表征不同尺度孔隙內(nèi)的流體分布,進(jìn)一步了解不同級(jí)別孔隙中原油動(dòng)用狀況[3-8]。為此,筆者設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn),即三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn),應(yīng)用核磁共振技術(shù),從微觀孔隙角度出發(fā),分別對(duì)高含水期水平井開發(fā)和注入凝膠2種方法進(jìn)行研究,分析孔隙尺度剩余油分布和驅(qū)油過程,討論2種方法對(duì)擴(kuò)大波及系數(shù)和提高采收率的影響,以期對(duì)河流相正韻律油藏開發(fā)后期的綜合調(diào)整提供理論支持。

1 三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

為了研究河流相油藏高含水期水平井開發(fā)驅(qū)油過程,設(shè)計(jì)了三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中物性參數(shù)和注采參數(shù)均參考孤島油田中一區(qū)N g53厚油層地質(zhì)特點(diǎn)及實(shí)際注采狀況。

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?大型膠結(jié)模型(示意圖見圖1),尺寸為30 cm×30 cm×4.5 cm,分3層填砂,自上而下滲透率分別為600、2000、5000 m D,呈正韻律特性;水平井(模擬采油井)布置于低滲透層中部。

圖1 三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)物理模擬模型示意圖

實(shí)驗(yàn)用品:模擬油(粘度25 mPa·s),模擬地層水(高濃度MnCl2溶液),真空泵,回壓閥,平流泵2臺(tái),大型核磁共振儀Superstar-0.35T,管線、燒杯若干。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:將模型抽真空,飽和模擬地層水,靜置24 h后飽和模擬油,恒溫靜置24 h后備用。

實(shí)驗(yàn)過程:首先模擬正韻律油藏直井開發(fā)(關(guān)閉水平井),開發(fā)速度0.5 m L/min,至油井含水率為95%后停止;然后改為水平井開發(fā)(關(guān)閉直井),開發(fā)速度1.0 m L/min。實(shí)驗(yàn)過程中利用大型核磁共振儀測(cè)量T2譜。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2為三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的T2譜隨時(shí)間的變化情況,T2譜長(zhǎng)度截止值與孔隙大小成正比,其幅度與對(duì)應(yīng)孔隙的流體含量成正比[7-10]。曲線包絡(luò)面積反映了含油飽和度的變化。可以看出,直井長(zhǎng)期水驅(qū)后(fw=95%)模型整體含油飽和度相對(duì)較高;水平井開發(fā)初期,含油飽和度降低非?？?。與直井開發(fā)相比,高含水階段(fw＞80%)水平井產(chǎn)量較高。

圖2 三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)T2弛豫時(shí)間譜

根據(jù)核磁共振機(jī)理,弛豫時(shí)間與孔隙半徑有如下關(guān)系:

式(1)中:r為孔隙半徑,μm;T2為核磁共振弛豫時(shí)間,ms;C為轉(zhuǎn)換系數(shù),ms/μm,本文中取1.71 ms/μm,此時(shí)得到的孔隙半徑分布曲線與常規(guī)壓汞曲線擬合較好。

根據(jù)H原子在流體(油或水)中弛豫時(shí)間的不同,可以將孔隙分為大孔隙(＞100 ms)、中孔隙(10～100 ms)、小孔隙(＜10 ms)等三大類,其反演計(jì)算得到的孔喉半徑分別為小于4.3μm,4.3～21.5μm和大于21.5μm[11]。通過計(jì)算每種尺度孔徑內(nèi)的曲線包絡(luò)面積與束縛水曲線包絡(luò)面積的比值,得到該尺度孔徑內(nèi)模擬油采出程度。本次實(shí)驗(yàn)中,將水平井驅(qū)替后的模型分層取若干樣品,計(jì)算得到不同孔隙類型采出程度的分布情況(圖3)。

圖3 三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)不同孔隙類型采出程度分布

由圖3可以看到,在水平井開發(fā)高含水階段(fw=95%),高、中、低滲層的大—中孔隙中的原油采出程度基本相同(平均為50%左右),然而,小孔隙的原油采出程度在高、中、低滲層中變化很大。同時(shí)還可以看出,雖然正韻律油藏底部水淹后,通過在頂部(低滲層)布置水平井挖潛可以對(duì)低滲層大孔隙有很好的動(dòng)用,但剩余油依然主要富集于低滲透層以及中滲透層中—小孔隙。

2 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

礦場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明,正韻律油藏經(jīng)過長(zhǎng)期水驅(qū)開發(fā)后,油藏底部水淹嚴(yán)重,頂部低滲層剩余油富集。雖然可以通過層系調(diào)整、分層注水等方法改變注水層位,但油田實(shí)施經(jīng)驗(yàn)證明,重力作用可使注入水仍然通過底部高滲層竄流。在這種情況下,如何進(jìn)一步在高含水期挖潛剩余油是長(zhǎng)期以來研究的課題[12]。在現(xiàn)有的技術(shù)手段下,調(diào)剖堵水是最常見的防止竄流、調(diào)整吸水剖面和產(chǎn)液剖面的方法。為了研究河流相油藏高含水期調(diào)剖過程,設(shè)計(jì)了注入凝膠段塞的巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備:大慶油田巖心兩段(直徑2.5 cm,長(zhǎng)度10 cm,氣測(cè)滲透率分別為1339 mD和264 mD),去氫氟油(粘度8.4 mPa·s),模擬地層水(礦化度9029 mg/L),凝膠(CC/AP體系);巖心夾持器,真空泵,回壓閥,平流泵,大型核磁共振儀SPEC-023,管線、燒杯若干。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:將巖心抽真空,烘干,測(cè)重;真空狀態(tài)下飽和模擬地層水,靜置24 h后飽和去氫模擬油,恒溫靜置24 h后備用。

實(shí)驗(yàn)過程:將兩段巖心分別固定于巖心夾持器中,同時(shí)以0.3 m L/min注水驅(qū)替,至出口端綜合含水率為98%;以0.3 m L/min速度注入凝膠段塞0.25 PV;繼續(xù)以相同速度注入水至出口端綜合含水率為98%。驅(qū)替過程中應(yīng)用核磁共振儀SPEC-023測(cè)量T2譜。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖4為驅(qū)替過程中高滲透巖心段塞和低滲透巖心段塞分別進(jìn)行核磁共振T2譜測(cè)試結(jié)果。由于本次實(shí)驗(yàn)用去氫氟油作為模擬油,在圖4中的T2譜包絡(luò)面積反映了驅(qū)替過程中含水飽和度的變化。對(duì)比低滲巖心和高滲巖心T2譜幅度,可以清楚地看到高滲透巖心具有較少小孔隙,同時(shí)具有較多大孔隙。

圖4 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)T2弛豫時(shí)間譜

在水驅(qū)階段,顯然高滲巖心的原油驅(qū)替效率更高,低滲巖心的原油驅(qū)替效率較低。其中,高滲巖心大孔隙動(dòng)用尤其顯著,高滲巖心小孔隙原油難以動(dòng)用。然而值得一提的是,對(duì)于低滲層,盡管大孔隙的原油驅(qū)替效率對(duì)于整個(gè)低滲巖心相對(duì)較高,但是小孔隙也能略有動(dòng)用,其動(dòng)用程度甚至高于高滲巖心的小孔隙。

在凝膠驅(qū)替階段,大孔隙的T2譜曲線包絡(luò)線面積與注水結(jié)束后相比略有減小,這表明所檢測(cè)到的氫信號(hào)降低。這是因?yàn)橹苽涞哪z屬于大分子化學(xué)劑,相同體積條件下的凝膠溶液中含有的氫核數(shù)量比水少,在驅(qū)替過程中凝膠替代水溶液進(jìn)入大孔隙而導(dǎo)致氫信號(hào)減弱。仔細(xì)分析對(duì)比曲線可以看出,在高滲透巖心中,凝膠不僅能擠進(jìn)大孔隙,也可以少量擠進(jìn)中小孔隙;而在低滲透巖心中,凝膠僅僅可以擠入大孔隙,并且將大孔隙中的水和原油擠入相對(duì)較小的孔隙中。

后續(xù)水驅(qū)過程中,對(duì)比高、低滲透率巖心的T2譜曲線可以看到,高滲透巖心的原油波及系數(shù)很低,尤其是高滲透巖心的中—小孔隙,原油幾乎不動(dòng)用;而對(duì)于低滲透巖心,與此相反,原油產(chǎn)量明顯增加,大、中、小孔隙的原油波及系數(shù)均有不同程度的增加,說明注入凝膠后可以起到調(diào)剖作用,后續(xù)水驅(qū)過程中的主要原油產(chǎn)量來源于低滲透巖心大孔隙。由于2個(gè)巖心和流體性質(zhì)一樣,經(jīng)過長(zhǎng)期注水開發(fā),低滲透巖心大孔道的最終采出程度與高滲透巖心大孔道基本相同。

3 結(jié)論

1)深入研究開發(fā)過程中剩余油分布是有效挖潛剩余油的首要前提。在長(zhǎng)期水驅(qū)開發(fā)后,正韻律油藏所面臨的共同問題是油藏底部水淹,為了最大程度提高水驅(qū)波及面積,不僅需要在油藏頂部應(yīng)用水平井進(jìn)行挖潛,而且需要注入化學(xué)劑調(diào)整吸水剖面。

2)三維平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,正韻律油藏頂部水平井開發(fā)后,對(duì)于頂部低滲透層,其大孔隙的采出程度僅僅略低于底部水淹層大孔隙的采出程度,大量剩余油富集于頂部低滲層的中—小孔隙。

3)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,注入凝膠段塞可以有效調(diào)整吸水剖面,封堵水淹層大孔道,同時(shí)可以少量封堵低滲透層的大孔道。注入凝膠段塞對(duì)后續(xù)水驅(qū)有著重要作用,低滲透層產(chǎn)量明顯升高,以大—中孔隙為主,且中—小孔隙驅(qū)油效率也有不同程度提高;而高滲透層產(chǎn)量明顯降低,其中大孔隙還有少量產(chǎn)油,而小—中孔隙幾乎不再動(dòng)用。最終,低滲透層大孔隙的采出程度與高滲層相近。

4)對(duì)比水平井挖潛方法和注入化學(xué)劑調(diào)整吸水剖面方法可以得出,與水平井挖潛相比,注凝膠可以有效動(dòng)用低滲層的大—中孔隙,對(duì)低滲層小孔隙也有動(dòng)用,但是其采收率提高幅度取決于剩余油潛力。由于凝膠用量大、費(fèi)用高,因此油田采取調(diào)剖措施前進(jìn)行潛力評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)具有重要意義。

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Laboratory NMR experiments on tapping the production potential of positive rhythmic and thick oil reservoirs in high water-cut stage

Jiang Hanqiao1Song Liang2Zhang Xiansong3Liu Fan3
(1.China University of Petroleum,Beijing,102249; 2.Turkmenistan Branch,China National Petroleum Corporation(International Ltd.),Beijing,100101; 3.CNOOC Research Institute,Beijing,100028)

By designing the three-dimension physical-model experiment and core flooding experiment and using the technique of nuclear magnetic resonance(NMR),the remaining oil distribution and various pore-throat conformances were researched from the pore size for fluvial-facies reservoirs when tapping their production potential by horizontalwell development and gel treatment.The results show that:(1)Drilling a horizontal well in the top interval(low-permeability layer)after waterflooding may efficiently exploit large-pore oil in the lowpermeability layer,but the remaining oil will still be concentrated in mid-small pores within the lowor mid-permeability layers;(2)Gel slug injection will be effective in the injection profile modification that has an important effect on the subsequent waterflooding,by which large-or mid-pore oil and some small-pore oil in the low-permeability layer can be exploited efficiently.

fluvial-facies reservoir;pore size;high water-cut stage;three-dimension physical-model experiment;core flooding experiment;nuclear magnetic resonance(NMR);remaining oil distribution

2014-03-10改回日期:2014-05-12

(編輯:楊 濱)

*“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“海上稠油高效開發(fā)新技術(shù)”課題“海上稠油化學(xué)驅(qū)油技術(shù)”子課題“海上油田聚合物驅(qū)油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)控與評(píng)價(jià)技術(shù)研究(編號(hào):2011ZX05024-004-07)”部分研究成果。

姜漢橋,男,教授,博士生導(dǎo)師,1982年畢業(yè)于原華東石油學(xué)院,現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)理論與系統(tǒng)工程及提高采收率等方面的研究。地址:北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號(hào)(郵編:102249)。E-mail:jhqlf@163.com。