注水开发水平井水淹类型识别及堵水技术研究

齐 银 郑 刚 姬振宁 白晓虎 陆红军 顾燕凌

1.中国石油长庆油田公司超低渗透油藏研究中心，陕西 西安 710018；

2.中国石油长庆油田公司超低渗透油藏开发部，陕西 西安 710018

0 前言

长庆油田超低渗透油藏分布广泛， 储量资源丰富，已探明超低渗透油藏三级储量占长庆油田总三级储量的50.6%；占总潜力储量的79%，是长庆油田增储上产的重要资源基础。 HQ 油田为典型的超低渗透油藏以半深湖－深湖相沉积为主，沉积类型以砂质碎屑流、浊流沉积为主；储层物性差，平均孔隙度11.12 %，岩心渗透率0.36 mD；孔吼细小，中值半径0.1～0.2 μm，地层压力系数0.7，属低压超低渗透油藏。

开发初期该类油藏主要采用定向井超前注水开发技术，对于物性相对较好的区块开发效果理想，而对于物性相对较差的区块，直井开发单井产量低，开发效益差。 近年来，开展了超低渗透油藏水平井开发试验，同样采用超前注水技术，试验了交错排状注采井网，直井注水，水平井采油，水平段长度600～800 m，配套6 口注水井，增产优势明显，单井产量达直井产量4 倍左右，且稳产效果好。 然而，在生产过程中，出现了部分井水淹的现象，严重影响了水平井试验效果，由于水平井配套注水井较多，生产动态验证时间长，堵水调剖工作难度大，本文结合生产动态数据，提出了水淹类型识别方法，指导了生产动态验证工作，并提出了相应治理对策。

1 水淹类型识别

关于油田注水开发水淹油层的识别，很多学者都进行了研究［1-4］，研究的对象多为已进入高含水期开发的油田，研究的方法多为通过测井、录井等资料进行归纳对比、模糊神经网络判断等。 而判识水淹井来水方向及水淹类型时，多采用生产动态验证、示踪剂测试等方法，这些方法可以准确判断来水方向，但验证周期长。

1 口采油井对应多口注水井， 如HQ 油田水平井注水开发时，水平井水淹动态验证和测试难度增大、水淹类型识别周期长。 本文根据注水生产动态指标，利用模糊聚类法判断水平井来水方向［5-6］。

1.1 窜流通道识别指标筛选

1.1.1 注水井注入压力变化率

如果注采井之间不存在窜流通道，注水井注入压力在长时期内会保持平稳。 而在窜流通道形成过程中，注水井注入压力在短期内迅速下降。

1.1.2 注水井注入压力相对值

当注水井与水平井之间存在窜流通道时，注入水沿地层内部窜流通道突进至生产井，渗流阻力小，在达到地质配注条件下，地面注水压力相对系统压力偏低。

1.1.3 注水井每米吸水指数变化率

存在窜流通道的井，单井每米吸水指数会比其它井大，吸水指数较大的井存在窜流通道的可能性较大。

1.1.4 注水井超前注水量相对值

注水井超前累计注水量越大，发生窜流的可能性越大。

1.1.5 注采动态相关性

生产过程中的注入量和产液量可以反映注采井之间的相关性，油水井动态相关值越大，窜流通道的发育程度越大。

1.2 窜流通道识别方法

窜流通道模式分为孔隙型或裂缝型。 如果Darcy 径向流公式左端大于右端5 倍或者更多，则近井筒流体流态为线性流，即窜流通道为裂缝型［7］。

q/Δp＞＞∑kh/［141.2 μln（re/rw）］

在确定表征窜流通道的指标后，利用模糊聚类法客观划分注水井类型，即判断确定注水井存在窜流通道的概率，筛选出优势注水井。

1.3 实例应用

QP3 井位于HQ 油田， 该井2010 年12 月13 日投产，排液稳定后日产液18.8 m3，日产油6.1 t，含水61.8%，含盐47 353 mg/L；见水后日产液13.5 m3，日产油2.97 t，含水74.1%，动液面位于井口，含盐12 861 mg/L；水淹后日产液14.4 m3，日产油0 t，含水100 %，动液面位于井口，水型为Na2SO4型，而该区地层水为CaCl2型，可以确定为注入水。

通过整理、分析QP3 井对应注水井的生产动态数据及测试资料，采用窜流通道识别方法计算，见表1。 结果表明：B260-60 井存在窜流通道的概率最大（96.3%），其次为B261-62 井（65.7%）。 计算流态识别指数，B260-60井为线性流（>5），因此该井与QP3 井有裂缝沟通。

经动态验证，B260-60 井2010 年12 月31 日停注后，QP3 井于2011 年1 月6 日含水由96.0%下降至48.4%。

表1 QP3井对应注水井计算结果

2 治理对策研究

2.1 典型模型的建立

采用CMG 数值模拟软件（STARS 模块），结合HQ 油田长6 油藏物性和渗流特征，以QP3 井为例，建立了水平井井组优势注水井凝胶深部调剖数值模型。 水力压裂裂缝是通过模型中局部网格加密和 “等效导流能力”的方法实现，即适当扩大缝宽并同时等比例缩小裂缝渗透率，保持裂缝导流能力不变来处理裂缝［8-12］。

2.2 深部调剖技术研究

从QP3 井水淹类型识别可见，该井属于裂缝见水特征，应对注水井深部调剖达到对窜流通道的“填、堵”，对油层纵向调剖，横向提高水驱效率的作用。 目前的堵剂品种众多， 依据该井油层和水淹特征采用低强度堵剂+多功能强凝胶+弱凝胶体系具有较强的针对性。 利用数值模拟计算的方法确定了堵剂注入浓度、 堵剂用量、堵水时机及段塞设计。

2.2.1 堵剂注入浓度

堵剂注入浓度不同，措施效果不同。 模拟计算结果表明，相同的堵剂用量条件下（1 500 m3），堵剂注入浓度增加，水平井含水下降，但堵剂注入浓度在30 kg/m3后下降幅度逐渐趋缓。 确定堵剂浓度在30 kg/m3为最佳堵剂浓度值，见图1。

2.2.2 堵剂用量

图1 QP3 含水率与不同堵剂浓度曲线

在水平井含水达到90%时，不同的堵剂用量得到不同的措施效果。 模拟计算结果表明，随着堵剂用量的增加，水平井含水下降增多，但下降幅度逐渐趋缓。 相对应的深部调剖井注入压力也随着堵剂用量的增加而增大，B260-60 井口压力上升空间4～5 MPa， 综合确定合理的堵剂用量为1 500～2 000 m3，见图2。

2.2.3 堵水时机

对于微裂缝发育的超低渗透油藏而言，在注水开发过程中，一旦注入水沿微裂缝突进，则注入时间越长，水淹优势渗流通道越明显。 在裂缝窜流发生后，应及时对优势注水井进行深部堵水调剖，改变注入水沿优势渗流通道的渗流能力，达到注水均匀驱替的作用。QP3 井模拟计算结果表明，相同的堵剂用量下（1 500 m3），窜流注水井累计注水量越大，调剖措施效果越差，即调剖时机越早越好，见图3。

图3 QP3 含水率与不同累注量曲线

2.2.4 段塞设计

在堵剂类型、堵剂用量确定条件下，优化注入段塞设计影响堵水调剖的措施效果。 结合该区油层特征、水淹类别，分别模拟计算了单段塞、强凝胶与弱凝胶组合段塞条件下的堵水效果。 相同的堵剂用量下（1 500 m3），多段塞效果好于单段塞，而封堵段塞“强-弱-强”组合降含水效果较优，见图4。

图4 QP3 含水率与不同段塞组合变化曲线

2.3 调剖堵水实施效果

在上述水淹类型识别、动态验证和模拟计算的基础上，对B260-60 井进行了复合堵水调剖试验，凝胶段塞采用“强-弱-强”组设计方式，其中强凝胶用量985 m3，弱凝胶用量699 m3，累计用量1 684 m3，实际堵剂注入浓度28.2 kg/m3，堵水调剖措施后，效果明显。

2.3.1 注水压力升高、压降趋势明显变缓

从图5 调剖前后的压降曲线来看，调剖后注水井注水压力升高2.0 MPa，调剖前后测压6 h，压降速率分别为1.01 MPa/h 和0.33 MPa/h，压降曲线明显变缓，调剖起到了一定效果。

2.3.2 QP3 井含水下降

在堵水调剖过程中，QP3 井含水100%， 日产液14 m3，动液面位于井口，堵水调剖结束后生产3 个月，含水下降至20%，动液面下降至1 200 m，日产油5.0 t，生产形势基本稳定，效果良好，见图6。

3 结论

a）在1 口水平井对应多口注水井开发的条件下，水平井水淹后，利用模糊聚类法可快速判断水平井来水方向、确定优势注水井，QP3 井对应的6 口注水井分析计算结果与实际生产动态验证结果一致，表明该方法具有一定的实用性。

b）在对水平井来水方向判识的基础上，利用数值模拟的方法对最佳堵水时机、堵剂用量、堵剂注入浓度、段塞设计、施工参数进行了优化研究，确定合理施工方案，在QP3 井对应的注水井进行深部调堵后，该水平井含水下降至20%，动液面下降至1 200 m，产油量恢复到5 t，取得了良好的应用效果。

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