底水油藏高含水期剩余油挖潛可視化驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

馮 鑫, 廖浩奇, 李豐輝, 汪周華*, 王聚鋒

(1.中海石油(中國(guó))有限公司曹妃甸作業(yè)公司， 塘沽 300459； 2.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610500)

利用天然強(qiáng)底水能量進(jìn)行開發(fā)的底水油藏，水體入侵油藏，使開采能量得到及時(shí)補(bǔ)充，但與此同時(shí)，由于油水流動(dòng)性差異油藏產(chǎn)生底水錐進(jìn)，導(dǎo)致油井見水早，形成暴行水淹，嚴(yán)重影響油井產(chǎn)能，剩余油富集[1-3]。準(zhǔn)確表征大底水油層高含水后期剩余油分布特征，特別是其富集部位是高含水油田調(diào)整挖潛、提高采收率的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[4]。陳歡慶等[5]指出，由于中國(guó)屬于陸相沉積地層，儲(chǔ)層非均質(zhì)強(qiáng)烈，隨著油田開發(fā)工作的不斷進(jìn)展，地下油水關(guān)系更加復(fù)雜，剩余油在地下的分布特征也復(fù)雜化，增大了剩余油表征難度。目前剩余油研究的主要技術(shù)為：油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)、油藏精細(xì)描述技術(shù)[6]、油藏模擬技術(shù)[7]。為了提高剩余油動(dòng)用程度，目前主要采用兩大類方法：現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)措施調(diào)控，包括合理注采速度控制、井網(wǎng)完善優(yōu)化、優(yōu)化射孔位置等[8-9]；其次，提高采收率技術(shù)應(yīng)用，包括水平井技術(shù)[10-12]、驅(qū)替開采(頂部注氣、聚合物驅(qū)、氣體泡沫、蒸汽驅(qū)等)[13-18]。

近幾年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室物理模擬技術(shù)發(fā)展迅速。崔傳智等[19]，利用可視化動(dòng)態(tài)仿真驅(qū)替裝置進(jìn)行水驅(qū)油的物理模擬實(shí)驗(yàn)，表征了油藏儲(chǔ)層非均質(zhì)性及邊水發(fā)育等不同因素下的交替采油滲流特征。陳浪等[20]使用平板模型，模擬底水油藏直井水淹，直觀地描述了水錐形態(tài)，反映了直井的水淹動(dòng)態(tài)和模式。楊海博[21]利用大尺寸模型進(jìn)行水驅(qū)油模擬開發(fā)，探尋水驅(qū)波及規(guī)律和井網(wǎng)布井方式，得到的結(jié)果接近油藏開發(fā)的實(shí)際情況。滕起等[22]根據(jù)相似理論，利用平板模型水驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)，再現(xiàn)了油田生產(chǎn)過程，預(yù)測(cè)了剩余油分布，給出了明確的實(shí)驗(yàn)室物理模擬的可行性方法。丁觀世等[23]利用天然露頭巖樣設(shè)計(jì)裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和裂縫溶洞模型，考察了不同底水壓力梯度下各種模型見水特征，分析了不同模型中剩余油分布特征。路輝等[24]應(yīng)用大型三維油藏物理模型，模擬底水油藏水平井的開發(fā)過程，得出驅(qū)替壓差和驅(qū)替速度的降低能使水脊形成、發(fā)展的速度變慢。

為了實(shí)現(xiàn)模擬過程的可視化，張繼紅等[25]采用金屬不銹鋼和藍(lán)寶石有機(jī)玻璃組成小尺度裝置模型，并用染色劑將實(shí)驗(yàn)流體染色來(lái)實(shí)現(xiàn)可視化。王增寶等[26]設(shè)計(jì)了三維可視化填砂物理模型，模型是由高強(qiáng)度的亞克力有機(jī)玻璃黏結(jié)制成的帶蓋的三維腔體結(jié)構(gòu)。鞏磊等[27]和趙修太等[28]在模擬實(shí)驗(yàn)中，將模型放入透明裝置中并用蘇丹三將模擬油染色，從而實(shí)現(xiàn)模擬過程中的可視化。王雷等[29]將微觀二維物理模型裝入特制的高強(qiáng)度透明耐壓橡膠夾持器模具中密封，然后裝入可透視平板巖心夾持器中，從而達(dá)到模擬驅(qū)替過程中的可視化。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)模擬過程可視化的方法主要是利用透明裝置，但是透明裝置的制作成本較高且重復(fù)使用率不高，承壓能力有限，并不能清晰描述模擬巖板內(nèi)部的滲流特征。

基于已有大模型實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，創(chuàng)造性地將X射線安檢機(jī)改裝為實(shí)現(xiàn)模擬過程可視化的設(shè)備。該設(shè)備與驅(qū)替裝置分離，從而適用范圍廣和承壓能力較好，且X射線的穿透能力強(qiáng)，能夠較好地反映巖心內(nèi)流動(dòng)環(huán)境的變化。本文實(shí)驗(yàn)根據(jù)相似理論，結(jié)合C油田實(shí)際情況，將其按一定比例縮小成平板模型。在底水驅(qū)階段結(jié)束后采用活性水、氣體和泡沫交替兩組介質(zhì)對(duì)該模型進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，在較短時(shí)間內(nèi)模擬實(shí)際油田幾十年的開采過程，從而達(dá)到預(yù)測(cè)開發(fā)效果的目的。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過X射線安檢機(jī)，能夠直觀觀察到流體滲流情況、底水錐進(jìn)現(xiàn)象以及剩余油動(dòng)用程度。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

采用ANER安爾X-CT-K6550型掃描儀、驅(qū)替泵、計(jì)量系統(tǒng)按照實(shí)驗(yàn)流程圖，如圖1所示，組裝驅(qū)替系統(tǒng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)流體

為了真實(shí)地模擬地層條件下的流體流動(dòng)情況，實(shí)驗(yàn)所用的模擬油是根據(jù)研究地區(qū)實(shí)際地層原油性質(zhì)配置而成，黏度為在25 ℃下為30 mPa·s，模擬油是由碘代正丁烷、異辛酸鉛、白油按照質(zhì)量比4∶6∶3混合而成。根據(jù)前期基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇質(zhì)量濃度為1.0%的驅(qū)替用活性水，泡沫質(zhì)量濃度為0.35%和純度為99%的氮?dú)狻?/p>

1.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

館陶3口生產(chǎn)井氣測(cè)滲透率縱向上結(jié)果表現(xiàn)為正韻律特征、滲透率級(jí)差2～4倍，如圖2所示，5口探井縱向K韻律特征表現(xiàn)為正韻律特征、滲透率級(jí)差2～4倍，如圖3所示，11-1館陶平均滲透率為1 600 mD，可以確定下部?jī)?chǔ)層滲透率為1 600 mD，上部?jī)?chǔ)層滲透率為800 mD；參考井組A54H1與A43H，發(fā)現(xiàn)兩井井距350 m，位于上部?jī)?chǔ)層同深度，上部?jī)?chǔ)層厚度約13 m，水平井位于上部?jī)?chǔ)層中部，儲(chǔ)層總厚度約46.5 m；結(jié)合滲透率分布特征，上部?jī)?chǔ)層與下部?jī)?chǔ)層的比例為1∶3。根據(jù)幾何相似原理，實(shí)驗(yàn)巖心物理模型，如圖4所示，尺寸設(shè)計(jì)為40 cm×30 cm×3 cm，模型上部?jī)?chǔ)層厚度為7 cm、滲透率為800 mD，下部?jī)?chǔ)層厚度23 cm、滲透率為1 600 mD，兩口直井(A井和B井)相距25 cm且都位于距頂部5 cm處，井直徑為5 mm。為了模擬底水油藏，在模型底部有一根底水篩管，篩管長(zhǎng)40 cm，均勻分布了共60個(gè)孔徑為1 mm的小孔。實(shí)驗(yàn)巖心的制備是由不同目數(shù)的石英砂、美縫膠和水混合均勻，配方如表1所示，在75 ℃結(jié)膠而成。

圖2 生產(chǎn)井縱向滲透率

圖3 探測(cè)井縱向滲透率

圖4 巖心物理模型

表1 巖心配方

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)從底水入口端采用恒壓(2 MPa)的方式注入館陶砂體地層水進(jìn)行驅(qū)替，每注入0.1 烴類孔隙體積(HCPV)記錄入口壓力、出口壓力、圍壓以及兩口生產(chǎn)井分別產(chǎn)出的油量、水量，并將實(shí)驗(yàn)巖板送入X射線安檢機(jī)內(nèi)進(jìn)行掃描。計(jì)算A井和B井的含水率，當(dāng)某口井的含水率達(dá)到99%以上時(shí)，關(guān)閉該口井繼續(xù)生產(chǎn)，直到A井和B井都關(guān)閉，水驅(qū)結(jié)束。

(2)在注入介質(zhì)驅(qū)替階段，底水恒壓為2 MPa，選擇A井作為注入井，注入速度為5 mL/min。B井作為采出井，進(jìn)行驅(qū)替并記錄數(shù)據(jù)，當(dāng)B井的含水率達(dá)到100%時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。研究共有兩組實(shí)驗(yàn)，第一組為活性水驅(qū)，第二組為氣體泡沫驅(qū)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 恒壓底水驅(qū)階段

兩組實(shí)驗(yàn)巖心的初始含水飽和度都為34%。兩組模型底水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至含水率為99%時(shí)的結(jié)果如圖5所示，可以看出兩者的含水率與累計(jì)注入HCPV，采收率與累計(jì)注入HCPV的關(guān)系曲線非常接近?；钚运?qū)和氣體泡沫驅(qū)模型對(duì)應(yīng)的無(wú)水采出程度分別為13.91%和14.01%，含水率為99%時(shí)對(duì)應(yīng)的采出程度分別為42.03%和41.68%。模型的均質(zhì)性較好，開采效果比較理想，兩組模型的巖心條件接近，對(duì)比性強(qiáng)。

圖5 恒壓底水驅(qū)油階段

2.2 注入介質(zhì)驅(qū)替階段

活性水驅(qū)模型的驅(qū)油曲線如圖6所示。從含水率的變化來(lái)看，當(dāng)模型注入活性水，含水率降至92.3%，隨著累加注入HCPV數(shù)的增加，含水率逐漸上升。在累計(jì)注入1.9 HCPV時(shí)，含水率達(dá)到99%，活性水驅(qū)階段的增加采收率僅為0.73%。

圖6 活性水驅(qū)油曲線

氣體和泡沫交替驅(qū)模型的驅(qū)油曲線如圖7所示。從含水率的變化來(lái)看，當(dāng)模型交替注入氣體和泡沫時(shí)，含水率降至86.57%。隨著累計(jì)注入HCPV數(shù)的增加，含水率總體上逐漸上升。在累計(jì)注入2.5 HCPV時(shí)，含水率達(dá)到99%，氣體泡沫交替驅(qū)階段增加采收率為2.14%，比利用活性水驅(qū)提高的采收率高1.41%，因此氣體和泡沫交替驅(qū)的效果更好。

圖7 氣體和泡沫交替驅(qū)油曲線

兩組模型在實(shí)驗(yàn)過程中利用X射線安檢機(jī)掃描出來(lái)的剩余油的分布情況如圖8和圖9所示，圖像中黃色代表含油飽和度最高，藍(lán)色代表含水飽和度最高。由于兩個(gè)模型的巖心條件接近，所以在底水驅(qū)階段，兩者的剩余油分布情況和水錐現(xiàn)象基本一致。底水驅(qū)階段，水體縱向上錐進(jìn)，初期見水快，油水界面整體抬升速度快，但并沒有形成明顯水錐現(xiàn)象。水驅(qū)階段后期，在近井地帶周圍形成一個(gè)小型水錐。在活性水驅(qū)階段，活性水注入后主要沿著高含水帶滲流，平面驅(qū)替不顯著?；钚运?qū)結(jié)束后，由X射線安檢機(jī)掃描出的圖像能夠直觀地看出，在油藏頂部和邊部有剩余油富集。在氣體泡沫交替驅(qū)階段，泡沫注入后，起到一定調(diào)剖作用。氮?dú)馀菽?qū)中后期階段，在重力分異和泡沫調(diào)剖的作用下，油藏上部聚集形成一個(gè)小型氣頂，將井間上部的剩余油往下驅(qū)替，形成頂部氣驅(qū)與平面水驅(qū)的特征，波及效率提高，從而提高井間剩余油的動(dòng)用程度。

圖8 活性水驅(qū)過程圖

圖9 氣體泡沫交替驅(qū)過程圖

2.3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)巖心模型數(shù)模與物模的對(duì)比

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)巖心模型數(shù)值模擬采用的流體參數(shù)與物理模型一致。數(shù)值模擬過程圖和物理實(shí)驗(yàn)過程圖對(duì)比如圖10所示。根據(jù)數(shù)值模擬過程圖顯示，在底水驅(qū)油階段，底水水平向上推進(jìn)，并無(wú)明顯的水錐現(xiàn)象出現(xiàn)，近井地帶附近在驅(qū)替末期出現(xiàn)小型水錐。在活性水驅(qū)階段，活性水沿水通道進(jìn)入生產(chǎn)井，并未動(dòng)用井間剩余油。數(shù)值模擬過程圖與物理實(shí)驗(yàn)過程圖吻合，并且數(shù)模結(jié)果顯示水驅(qū)采收率41.98%和最終采收率42.18%，與物理實(shí)驗(yàn)水驅(qū)采收率42.03%和最終采收率42.76%相當(dāng)，證明室內(nèi)實(shí)驗(yàn)巖心模型數(shù)模與物模的相似性。

圖10 數(shù)模與物模過程圖對(duì)比

3 結(jié)論

利用X射線安檢機(jī)發(fā)明了一種可視化模擬油藏裝置，利用該裝置能直觀看到流體在模擬巖層中的流動(dòng)和分布情況，可用于研究不同模型的波及規(guī)律，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際油藏開發(fā)具有重要意義。

采用活性水和氣體泡沫分別對(duì)高含水期的剩余油進(jìn)行驅(qū)替研究，注入氣體和泡沫驅(qū)提高采收率程度比注入活性水驅(qū)高?；钚运馗吆畮B流，平面驅(qū)替不顯著；氣體泡沫在油藏上部形成氣頂，形成頂部氣驅(qū)和平面水驅(qū)從而增加波及效率，提高井間和頂部剩余油動(dòng)用程度。

實(shí)際生產(chǎn)證明，對(duì)進(jìn)入高含水開發(fā)階段的強(qiáng)底水油藏，進(jìn)行注入氣體和泡沫交替驅(qū)的開發(fā)調(diào)整是成功的，大大提高了最終采收率。