薄互層層間干擾三維物理模擬實(shí)驗(yàn)研究

武云云

(中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257015)

薄互層層間干擾三維物理模擬實(shí)驗(yàn)研究

武云云

(中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257015)

為了深化對(duì)薄互層層間干擾規(guī)律的認(rèn)識(shí)，明晰非均質(zhì)性對(duì)水驅(qū)油效果的影響, 用恒速法對(duì)人造三維膠結(jié)物理模型進(jìn)行水驅(qū)油試驗(yàn)，研究了層間嚴(yán)重非均質(zhì)條件下各類儲(chǔ)層的水驅(qū)條件及效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在合注的情況下，高滲模型在進(jìn)水量、速度、動(dòng)用程度都明顯大于低滲模型，滲透率級(jí)差較小的兩個(gè)高滲模型相互干擾，且受重力影響注入水沿底部推進(jìn)明顯，關(guān)閉高滲模型可有效改善低滲模型的水驅(qū)效果，因此應(yīng)盡量控制滲透率級(jí)差，合理組合層系和控制壓差以提高采油效果。三維物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)用性強(qiáng)，更符合油田實(shí)際，所得規(guī)律認(rèn)識(shí)對(duì)于相似油田的實(shí)際礦場(chǎng)生產(chǎn)應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

薄互層； 層間干擾； 物理模型； 三維； 實(shí)驗(yàn)

0 引 言

薄互層油藏是由幾個(gè)甚至幾十個(gè)油層所組成，往往滲透率級(jí)差高，整體開發(fā)難度大。在注水開發(fā)過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)層間干擾嚴(yán)重、低滲儲(chǔ)層動(dòng)用程度低等一系列影響開發(fā)效益的問(wèn)題[1]。因此，研究薄互層油藏層間干擾規(guī)律對(duì)劃分開發(fā)層系和確定單井采油方式具有顯著的工程意義[2]。

三維物理模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)是進(jìn)行油田開發(fā)室內(nèi)試驗(yàn)的重要技術(shù)手段之一。首先要求人造物理模型能真實(shí)反映油層的骨架結(jié)構(gòu), 盡量做到模型的孔隙度、滲透率、孔隙分布等與實(shí)際油層相似[3～6],這樣才能在室內(nèi)有效模擬油藏的實(shí)際情況,才能更好地了解流體在油層中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和變化規(guī)律。本文結(jié)合渤海油田某薄互層油藏實(shí)際儲(chǔ)層特點(diǎn)，運(yùn)用成熟的模型制作技術(shù)制作了人造膠結(jié)模型，在此基礎(chǔ)上開展了薄互層層間干擾三維物理模擬實(shí)驗(yàn)，分析了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中飽和度場(chǎng)的變化，深化了層間干擾規(guī)律認(rèn)識(shí)，以期對(duì)類似油藏的開發(fā)起到一定的借鑒作用。

1 水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?qū)動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、控制及測(cè)量系統(tǒng)等4部分組成[5]，圖1所示為實(shí)驗(yàn)流程的示意圖。驅(qū)替ISCO泵連接水容器與油容器，可以向模型飽和模擬地層注入水或者模擬油，并進(jìn)行水驅(qū)實(shí)驗(yàn)?zāi)M油藏開采過(guò)程。采出液經(jīng)油水分離作用后，油在計(jì)量管中收集，并用照相機(jī)定時(shí)拍照，用專用軟件得到精確的油量，消除了人工讀數(shù)誤差。采出水直接用天平稱量，拍照和天平計(jì)量都是由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)采集。

圖1 物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

結(jié)合渤海油田某薄互層油藏的儲(chǔ)層特征，制作了人工膠結(jié)模型作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。首先根?jù)配方將不同目數(shù)的石英砂按不同配比進(jìn)行混砂，加入少量粘土和膠結(jié)劑壓制成型，再經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，獲得膠結(jié)模型[4]。模型物性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ臀镄詤?shù)

在模型上共布置了78對(duì)電極測(cè)點(diǎn)(通過(guò)測(cè)定模型電阻值監(jiān)測(cè)模型內(nèi)油水飽和度的變化)，采出井和注水井各10個(gè)，飽和用井35個(gè)，如圖2所示。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，假設(shè)實(shí)驗(yàn)流體為不可壓縮流體，水驅(qū)油過(guò)程為絕熱等溫過(guò)程[6～9]，因此實(shí)驗(yàn)中不考慮壓力和溫度對(duì)流體物性參數(shù)的影響，實(shí)驗(yàn)溫度20 ℃。

圖2 模型電阻檢測(cè)電極與模擬井布設(shè)示意圖(cm)

1.3 實(shí)驗(yàn)流體

實(shí)驗(yàn)用油選用航空煤油，黏度為1.324 mPa·s, 密度為0.789 g/cm3；實(shí)驗(yàn)用水為330 g/L的KCl水溶液，黏度為0.958 mPa·s，密度為1.047 g/cm3。

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

采用恒速驅(qū)替，4塊模型在速度為2.0 mL/min下合注進(jìn)行水驅(qū)，當(dāng)高滲模型4#含水達(dá)到98%時(shí)，關(guān)閉高滲模型的進(jìn)口；保持流速v=2.0 mL/min不變繼續(xù)水驅(qū)，中高滲模型3#含水98%后，關(guān)閉該模型的進(jìn)口；保持流速不變繼續(xù)水驅(qū)，中低滲模型2#含水98%后，關(guān)閉所有模型進(jìn)口，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每塊模型按照油層組合順序豎直放置，考慮重力作用的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 采出情況

驅(qū)替速度為2.0 mL/min，實(shí)驗(yàn)開始后高滲模型4#首先見(jiàn)水，隨后依次是中高滲模型3#、中低滲模型2#，低滲模型1#未見(jiàn)水。高滲模型4#見(jiàn)水時(shí)刻的采出程度為65.47%，當(dāng)含水達(dá)到98%時(shí)，關(guān)閉高滲4#模型進(jìn)口，4#模型的采出程度為68.18%，3#模型的采出程度為57.58%，2#模型的采出程度為20.83%，1#模型的采出程度為3.68%；中高滲模型3#見(jiàn)水時(shí)刻的采出程度為55.73%，當(dāng)含水達(dá)到98%時(shí)，關(guān)閉3#進(jìn)口，3#模型的采出程度為59.36%，2#模型的采出程度為41.05%，1#模型的采出程度為11.59%；中低滲模型2#見(jiàn)水時(shí)刻的采出程度為61.468%，當(dāng)含水達(dá)到98%時(shí)，關(guān)閉2#進(jìn)口，2#模型的采出程度為63.38%，1#模型的采出程度為48.17%。

高滲模型4#見(jiàn)水時(shí)刻的注水倍數(shù)為0.433，當(dāng)含水達(dá)到98%時(shí)，4#模型的注水倍數(shù)為0.813，3#模型的注水倍數(shù)為0.398，2#模型的注水倍數(shù)為0.124，1#模型的注水倍數(shù)為0.025；中高滲模型3#見(jiàn)水時(shí)刻的注水倍數(shù)為0.322，當(dāng)含水達(dá)到98%時(shí)，3#模型的注水倍數(shù)為0.726，2#模型的注水倍數(shù)為0.296，1#模型的注水倍數(shù)為0.100；中低滲模型2#見(jiàn)水時(shí)刻的注水倍數(shù)為0.367，當(dāng)含水達(dá)到98%時(shí)，2#模型的注水倍數(shù)為0.801，1#模型的注水倍數(shù)為0.287。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)綜合生產(chǎn)曲線，如圖3所示，分析如下：

(1) 由于油水黏度比比較小(1.318)，水驅(qū)前緣推進(jìn)比較均勻，無(wú)水采出程度高，模型見(jiàn)水后含水上升迅速。

(2) 高滲模型見(jiàn)水后，由于注入速度變化不大，采出程度沒(méi)有明顯提高。關(guān)閉高滲模型時(shí)，對(duì)中低滲模型影響明顯，其采油速度快速提高，低滲模型也有明顯受益，但時(shí)效較短。

(3) 兩個(gè)滲透率較高模型都關(guān)閉后，中低滲模型采油速度急劇提高，迅速見(jiàn)水，然后采出程度提高緩慢；低滲模型在兩個(gè)高滲模型關(guān)閉后，采出程度大幅提高，在中低滲模型含水98%時(shí)仍未見(jiàn)水，還有一定生產(chǎn)潛力。

(4) 關(guān)閉兩個(gè)高滲模型后，在注入速度不變的情況下，注入壓力快速增大，并且連續(xù)攀升，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍然處于上升狀態(tài)，可見(jiàn)關(guān)閉高滲層對(duì)低滲層挖潛至關(guān)重要。

(5) 依次關(guān)閉高滲模型，壓力曲線呈階梯式上升，說(shuō)明封堵高滲對(duì)提高低滲區(qū)域的動(dòng)用程度具有明顯作用。

圖3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中綜合生產(chǎn)曲線對(duì)比

2.2 飽和度演化規(guī)律

定速水驅(qū)，滲透率高的模型分流速度大，過(guò)水倍數(shù)高，相應(yīng)的含水飽和度高。水驅(qū)過(guò)程中不同時(shí)刻下實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀退柡投鹊姆植记闆r如圖4所示，可以看出，4#模型的含水飽和度變化最快，3#、2#次之，1#最慢。隨著注入水體積的增加，油水剖面整體是往前移動(dòng)的，最終驅(qū)替完成后，各模型內(nèi)除了殘余油外就基本上都是地層水，含水飽和度達(dá)到最高[10-11]。關(guān)閉高滲模型可提高低滲模型的動(dòng)用程度，說(shuō)明封堵高滲條帶、建立合理壓差能夠顯著提高實(shí)際油藏的整體開發(fā)效果[12-16]。

圖4(a)所示為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮陲柡陀椭?、水?qū)油之前的初始含油飽和度分布圖?？紤]到模型填砂壓制的影響，各模型的孔隙度及滲透率存在差異，飽和油后的原油分布情況也有所不同，整體來(lái)講，模型飽和油是比較均勻的。

如圖4(b)所示，注水初期，不同模型注入水推進(jìn)速度與滲透率大小正相關(guān)，中低滲和低滲模型注入水推進(jìn)極慢。重力作用尚不明顯，1#模型未動(dòng)用。此時(shí)，4#模型采出程度22.504%,注水倍數(shù)0.152；3#模型采出程度4.587%,注水倍數(shù)0.028；2#模型采出程度0.175%,注水倍數(shù)0.004。

如圖4(c)所示，高滲模型注入水推進(jìn)速度明顯加快，見(jiàn)水時(shí)其大部分區(qū)域已水淹，頂部剩余油分布明顯。中低滲、低滲模型注入水推進(jìn)緩慢。圖4(d)中，高滲3#模型見(jiàn)水，此時(shí)高滲4#含水為95%。中高滲模型注入水推進(jìn)稍慢，水淹比高滲模型均勻，見(jiàn)水時(shí)水淹程度較低。中低滲、低滲模型注入水推進(jìn)依然緩慢。

如圖4(e)所示為高滲模型含水98%時(shí)，關(guān)閉4#模型進(jìn)口，由于過(guò)水量比較大，油水黏度比較小，故水淹程度比較高。中高滲、中低滲模型由于注入水推進(jìn)比高滲模型慢，水淹相對(duì)均勻，水淹程度較低。低滲模型推進(jìn)極慢。

如圖4(f)為中低滲2#模型見(jiàn)水時(shí)刻的飽和度分布圖,4#和3#模型已關(guān)閉。中高滲模型進(jìn)口關(guān)閉后，中低滲模型注入水推進(jìn)速度加快，迅速見(jiàn)水，低滲模型推進(jìn)較前期明顯加快，中低滲模型水淹程度快速提高。關(guān)閉高滲模型對(duì)提高低滲模型的動(dòng)用程度效果顯著。

如圖4(g)所示為中低滲2#模型含水達(dá)到98%時(shí)，關(guān)閉所有進(jìn)口，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。兩個(gè)滲透率較高模型關(guān)閉后，中低滲、低模型注水推進(jìn)速度急速提高，同時(shí)由于模型厚度較小，水淹程度明顯加大。

如圖4(h)所示為模型靜置放置24 h后的飽和度分布圖。實(shí)驗(yàn)停止保持模型垂直放置24 h后，模型內(nèi)部油水重新分布：隨靜置時(shí)間延長(zhǎng)和滲透率增大油水分離越明顯。

2.3 流速分析

另外，通過(guò)對(duì)模型出口油水產(chǎn)出數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析得到各個(gè)模型的流速隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，如圖5所示，經(jīng)分析，主要有以下特點(diǎn)：

(1) 注水剛開始時(shí)，高滲模型啟動(dòng)較快，其注入速度接近總注入速度，其他模型反應(yīng)較慢。

(a) 初始含油飽和度

(b) 水驅(qū)1 h后

(c) 4#模型見(jiàn)水時(shí)刻

(d) 3#模型見(jiàn)水時(shí)刻

(f) 2#模型見(jiàn)水時(shí)刻

(g) 2#模型含水98%

(h) 靜置24 h后

圖4 不同時(shí)刻油水飽和度分布圖

圖5 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ土魉匐S時(shí)間變化曲線

(2) 隨著其他模型注入壓差的逐步建立，中高滲模型注入速度明顯上升，高滲模型注入速度開始明顯下降，兩者之間呈現(xiàn)明顯的相互干擾、交替上升，見(jiàn)水后流速均發(fā)生明顯下降現(xiàn)象。

(3) 中低滲、低滲模型注入速度明顯受高滲、中高滲模型的抑制。高滲、中高滲模型關(guān)閉后，中低滲模型注入速度快速提高，低滲模型受效也很明顯，但注入速度仍較低。兩者相互干擾影響小，2#模型見(jiàn)水后流速持續(xù)上升。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 本次實(shí)驗(yàn)的油水黏度比很低，與一般模型相比，水驅(qū)前緣推進(jìn)比較均勻，無(wú)水采出程度高，見(jiàn)水后含水上升快。

(2) 厚度較大模型，受重力影響注入水沿底部推進(jìn)明顯，并且注入速度越高，沿底部突進(jìn)越明顯。

(3) 在合注的情況下，高滲模型和中高滲模型的分流量明顯高于中低滲和低滲模型，并且兩者相互干擾、交替上升，滲透率級(jí)差較小的兩個(gè)層系合注合采可取得不錯(cuò)的開發(fā)效果。

(4) 利用三維物理模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)開展相關(guān)的水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，對(duì)于深化規(guī)律認(rèn)識(shí)、減緩層間矛盾、重新劃分層系、指導(dǎo)多層系非均質(zhì)油藏調(diào)整開發(fā)方案具有重要意義。

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Experimental Research on Interlayer Interference of Thin Interbed Reservoirs by 3-D Physical Simulation

WUYun-yun

(Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Sinopec，Dongying 257015，Shandong, China)

In order to deepen the interference among the thin alternating layers of law awareness, clear heterogeneity influence on effect of water flooding, constant speed method was applied for artificial three-dimensional cementation physical model test of water flooding. Severe heterogeneity between layers is studied under the condition of all kinds of reservoir water flooding. The experimental results show that: under the condition of high permeability model, water inflow and speed were significantly greater than low permeability model, two high permeability models interfere each other if permeability is smaller, and the propulsion affected by gravity is obvious at the bottom of the injected water. It also shows closing the high permeability model can effectively improve the water flooding effect of low permeability model. Hence, we should control permeability difference, combine reasonably formation in order to improve oil recovery effect. The three-dimensional physical simulation experiments holds strong practicability, and meets well the practice of oil field. The laws obtained have certain guiding significance.

thin interbed; interlayer interference; physical model; experiments

2016-03-14

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“勝利油田特高含水期提高采收率技術(shù)”(2011ZX05011-003)

武云云(1983-)，女，河北衡水人，碩士，工程師，研究方向：油氣勘探綜合評(píng)價(jià)。

Tel.：13561040190；E-mail：yanghaibo370.slyt@sinopec.com

TE 357.6

A

1006-7167(2017)01-0025-05