高含水油田封堵大孔道堵剂用量计算新方法＊

姜汉桥王硕亮张 媛盛常保

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院; 2.中国石油化工勘探开发研究院; 3.中国石油塔里木油田审计处)

高含水油田封堵大孔道堵剂用量计算新方法＊

姜汉桥1王硕亮1张 媛2盛常保3

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院; 2.中国石油化工勘探开发研究院; 3.中国石油塔里木油田审计处)

从一维两相渗流理论出发,综合考虑堵剂在纵向的分布规律和堵剂进入地层后对储层物性的改变,推导出了计算堵剂在不同渗透率地层中进入深度的公式,从而可以较准确地计算出在堵剂到达调剖半径时的堵剂用量。江苏油田某区块的实际计算与施工效果表明,本文方法计算结果准确可靠。

高含水油田 大孔道 堵剂纵向分布 堵剂用量

高含水油田封堵大孔道堵剂用量设计包括两方面内容:一是封堵目标层段的孔隙结构研究,主要是大孔道的识别与计算;二是堵剂运移规律研究,包括堵剂的平面、纵向分布规律。目前关于窜流通道识别的方法很多[1-2],这些方法都可以给出封堵目标层段的孔隙结构参数,但是关于堵剂运移规律方面的研究较少。赵传峰[3]等研究认为堵剂的平面分布规律基本呈叶状分布,并给出了叶状面积的计算公式,但是此方法只考虑了堵剂的平面分布规律,而未考虑堵剂的纵向分布规律(纵向按照均一渗透率近似代替),也未考虑堵剂进入地层后对储层渗透率和油水粘度的影响。另外,虽然在确定了封堵层段后可以利用封隔器对目标层位进行施工,但由于实际情况复杂,具体实施过程中往往会出现无法下封隔器而进行笼统封堵的情况[4-5]。因此,对堵剂的纵向分布规律研究尤为重要。笔者在前人研究的基础上,提出了一种高含水油田封堵大孔道堵剂用量计算的新方法,并在江苏油田某区块进行了应用,取得了良好的实施效果。

1 方法原理

地层的非均质性是不可避免的,大孔道只是存在于调剖堵水层位中的某个部位,堵剂注入地层后其波及前缘并不是均匀推进的[6-7]。因此,当大孔道内的堵剂已经运移到设计位置时,其他渗透率较低层位的堵剂还没有运移到相应位置,这时按照均一渗透率计算所得的堵剂用量往往比实际所需的堵剂用量要大,这不仅会造成经济上的损失,也会加大对非目的层的损害。

堵剂注入地层后,油井近井地带含水饱和度剖面如图1所示。

图1 油井近井地带含水饱和度分布曲线

根据达西定律,地层中某一小层的压力降可以用下式表示

因为封堵目标层段的厚度一般较小,因此可忽略压力在纵向上的差异。假设各个小层注入端的压力相等,则在油层内部压力也相等,所以各个小层注入压差相等。因此,可以得到

计算堵剂用量时,只需知道不同渗透率层位的堵剂进入深度,即可计算出整体的堵剂用量。由于这种计算方法并未考虑堵剂的纵向窜流,所以小层的纵向排列顺序对堵剂用量没有影响。假设第1层为大孔道存在的层,当第1层的堵剂已经运移到设计位置时,即Lp1=Lt,式(6)可变换为

求解式(7)得到Lp2。依次类推,得到不同小层的渗透率(Ki)及其所对应的堵剂进入深度(Lpi),进而得到堵剂在纵向上的分布情况。因此,堵剂用量可以由下式得到

2 实例计算与施工效果

江苏油田某区块已经过长期水驱开发,目前准备进行三次聚驱开发。为避免聚合物沿着大孔道窜流,在注聚合物前要对水井W1进行调剖处理,调剖半径(堵剂设计到达位置)为105m,存在大孔道层位的厚度为2.5m。经过测试,得到了W1井堵水目标层段纵向上的渗透率、厚度分布(图2)。其余主要计算参数见表1。

图2 W1井堵水目标层段纵向上小层渗透率和厚度分布

表1 江苏油田某区块堵剂用量计算参数表

将大孔道所在层的渗透率记为 K1,其余层的渗透率记为 Ki(i=2,3…),利用本文方法计算当 K1层的堵剂达到调剖半径Lp1=105m时,不同渗透率层位堵剂的进入深度Lpi。

图3为W1井堵水目的层段不同渗透率比值(K1/Ki)下堵剂相对进入深度(Lpi/Lp1)曲线。从图中可以看到:随着 K1/Ki的增加,Lpi/Lp1呈指数型减小;当 K1/Ki<50时,Lpi/Lp1递减非常迅速;当K1/Ki>200时,Lpi/Lp1变化相对不大。

图3 W1井堵水目标层段不同渗透率比值下堵剂相对进入深度曲线

在不考虑堵剂纵向分布不均匀的情况下,计算得到W1井的合理堵剂用量为2 500m3。若考虑堵剂在不同渗透率层位进入深度不同的差异性,利用本文方法计算得到W1井的合理堵剂用量为1 850m3;而且采用由本文方法计算所得的堵剂用量设计施工后,W1井的吸水剖面较之前有了很大改善(图4),注入压力也从20MPa提高到了24MPa,基本达到了设计方案要求。由此可以看到,如果不考虑堵剂纵向上分布的不均匀情况,将给堵剂用量计算带来较大的误差。

图4 W1井调剖前后剖面改变情况

3 结论

根据达西定律,考虑堵剂在纵向上的分布规律和堵剂进入地层后对储层物性的改变,推导出了计算堵剂在不同渗透率地层中进入深度的公式,通过各小层堵剂用量的加和得到整体的堵剂用量。江苏油田某区块采用由本文方法计算得的堵剂用量进行了水井调剖,实际施工效果表明,本文方法计算结果可靠。

符号注释

Δp—井底与地层的压力差,MPa;

q—产量,m3/d;

K—渗透率,mD;

A—横截面积,m2;

μp—堵剂粘度,mPa·s;

μw—水粘度,mPa·s;

Lt—堵剂设计到达位置,m;

Lp—堵剂前缘位置,m;

n—纵向上不同渗透率的小层数;

Q—堵剂用量,m3;

fpw—含堵剂比率,%;

fw—含水率,%;

Krw—水的相对渗透率;

i—小层号。

[1] 曾流芳,赵国景,张子海,等.疏松砂岩油藏大孔道形成机理及判别方法[J].应用基础与工程科学学报,2002,10(3): 268-275.

[2] 宋万超,孙焕泉,孙国,等.油藏开发流体动力地质作用——以胜沱油田二区为例[J].石油学报,2002,23(3):52-55.

[3] 赵传峰,姜汉桥,李秀生,等.扶余油田+13-8.2区块深部封窜技术[J].石油钻采工艺,2005,27(6):57-59.

[4] PARII J A,STEPP A K,EVANS D B,et al.Transport and stability of polymer-producing bacteria in porous media[C]. SPE39670.

[5] 姜汉桥,陈月明.最优化方法在埋东油田控水稳油中的应用[J].石油大学学报:自然科学版,1997,21(5):49-52.

[6] 姜汉桥,姚军,陈月明.胜二区沙二3封堵大孔道方案优化设计[J].石油大学学报:自然科学版,1994,18(4):90-94.

[7] 谢俊,张金亮.剩余油描述与预测[M].北京:石油工业出版社, 2003.

[8] ATES H,KASAP E,TOMUTSA L,et al.Use of statistical dispersion model to study polymer clogging in sandstone samples[C].SPE/DOE35473.收稿日期:2010-03-30 改回日期:2010-04-20

(编辑:杨 滨)

Abstract:From the theory of biphase percolation in one dimension,the vertical distribution of blocking agent and the changes in reservoir petrophysics due to blocking-agent plugging are comprehensively considered,and then a formula to calculate the entering depth of blocking agent into formations with different permeability is derived,by which it is possible to calculate more accurately the blocking agent volume required when its reaching to the profile correction radius.An actual calculation by the formula and its engineering effects in a block of Jiangsu oilfield have shown that this new method is accurate and reliable in calculation.

Key words:oilfield with high water cut;channel; vertical distribution of blocking agent;blocking agent volume required

A new method to calculate blocking agent volume required for plugging channels in oilfields with high w ater cut

Jiang Hanqiao1Wang Shuoliang1Zhang Yuan2Sheng Changbao3
(1.College ofPetroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing,102249;2.Petroleum Exploration and Production Research Institute,S INOPEC, Beijing,100083;3.A uditing Department ofTarim Oilf ield Company,PetroChina,Korla,841000)

＊国家高技术研究发展计划资助项目“海上油田调剖堵水预警系统研究”(项目编号:2006AA09Z341)部分研究成果。

姜汉桥,男,教授,主要从事油气田开发理论与油藏渗流理论研究工作。E-mial:jhqlf@163.com。