边水对油水过渡带注水井调剖影响研究

刘常清，陈增辉，吴慎渠，于晓涛，徐 浩

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

渤海K油田在开发过程中受边水作用较大，油藏非均质性较强，边底水突进速度较快，导致含水上升速度快，油藏采收率偏低。以K油田S井区为例，S井区为3注6采，渗透率极差为6.8，该区2014年5月投产，截至2016年8月，井区采出程度9.8%，平均含水56.1%，其中该区从2014年到2016年的含水上升率为5.3%，高于标准含水上升率4.3%。含水上升速度较快，开发效果较差，边水水侵是导致该区油藏采收率偏低的重要原因，对边水附近注水井调剖能一定程度抑制边水突进速度，改善开发效果[1-2]。因此，研究边水对油水过渡带注水井调剖的影响，有助于为后期开展调剖措施提供必要的依据。

通过对国内外文献的调研发现，油藏本身的性质如原油粘度、地层倾角、油层厚度、平面非均质性、采油速度等对油水过渡带注水井调剖均会产生影响[3-4]。本文在渤海K油田油藏地质与开发参数的基础上，采用构建数值模拟模型和物理模型的方法，着重研究边水对油水井以及调剖效果的影响。主要选取了边水本身的性质(距离和能量)作为研究对象，此外，为了考虑边水对调剖效果的影响程度，选取注入调剖剂时机作为其中的一个研究对象。

1 物理模拟研究

1.1 物理模型

针对K油田油藏地质特征及开发特征，建立了用以模拟研究K油田边水油藏开采方法的平面模型[5-7]。模型尺寸为：700 mm×100 mm×100 mm，耐压1 MPa，平面模型如图1所示。

图1 模型设计

储层模型为无机胶结石英砂模型，模型A和模型B为两个由不渗透带隔离的独立系统，以避免实验过程中相互干扰，并可实现开采动态、采收率的分段测试和计量。

模型A与模型B根据实验要求调整大小，两模型间装有隔离带，模型内采用两层非均质岩心，渗透率分别为500×10-3μm2和2 000×10-3μm2，模型左右两侧装有边水槽模拟边水侵入；模型上下两侧留有孔槽用以饱和水和饱和油，生产井位于隔离带左右两侧。

1.2 实验步骤

研究共进行两部分实验研究，第一部分为：不同边水距离对生产井的影响研究；第二部分在第一部分研究的基础上选出最优的边水距离，进行不同含水期调剖技术研究。实验中现场脱水原油，模拟原油20 ℃时粘度为160～330 mPa·s，模拟储层渗透率为(500～2 000)×10-3μm2，实验采用定压驱替方式模拟边水能量。

具体实验步骤：

(1)根据实验测试内容准备好驱替液(地层水)和模拟油等。

(2)抽真空饱和水。

(3)模型饱和油。通过操作系统控制，打开驱替管路阀和排液阀，调好泵流量并运行，用油驱水，直至出口含油率达到100%，停泵。

(4)采用恒压边水驱，注入压力为0.3 MPa，测取开采动态曲线。

(5)边水驱至含水98%，计算边水驱采收率。

(6)由边水部位注入调剖剂，注入调剖剂时采用恒速驱，驱替流速为5 mL/min，模拟边水部位注水井调剖。

(7)调剖后采用恒压边水驱，注入压力为0.3 MPa。

(8)测取调剖后边水驱开采动态曲线。

(9)边水驱至含水98%，计算调剖后边水驱采收率。

1.3 实验结果及分析

1.3.1 生产井与边水距离对开采效果及调剖的影响

针对不同边水与生产井距离对采收率的影响研究，最终开展150，250，450，550，700 mm 5组实验，实验结果见表1。

表1 生产井与边水距离对采收率的影响

通过实验可以看出，随着边水距离的增大，调剖后提高采收率值逐渐上升，在550 mm时达到最高，说明岩心长度550 mm范围调剖效果最好。

图2 不同边水距离对采收率的影响

通过图2曲线可以看出，550 mm岩心实验提高采收率高于其他距离岩心实验，分析原因主要为：恒压驱替情况下，注入压力与岩心阻力平衡关系很重要，岩心长度太短易形成水流优势通道(如150 mm岩心)，调剖措施还未进行有效封堵，便被后续水驱破坏，实验过程中提高采收率值更多表现的是水的冲刷效应；岩心长度太长，注入压力低于岩心阻力，表现在注入过程中注入速度不断下降，调剖措施后，由于注入速度低，调剖体系不能有效地推入到水流优势通道，从而削弱对边水的抑制能力。上述情况通过下面的注入速度对采收率的影响分析可以明显看出。

图3 不同岩心长度注入速度曲线

根据实验数据分析，450～550 mm进行调剖效果最佳。岩心过长主要表现为驱替介质的渗流效应，注入调剖体系由于注入压力较低，不能有效推动至高渗通道。而如果岩心过短，主要表现在驱替介质的冲刷效应，注入调剖体系还没有建立起阻力，便被后续高强度驱替介质推至生产井附近，没有有效抑制边水突进(见图3)。

1.3.2 边水驱调剖时机对调剖效果的影响

根据生产井与边水距离实验研究，确定两者距离为550 mm，在调剖效果实验中，按照实验方案设计，分别研究了生产井含水50%，70%，98%时调剖(注入调剖剂0.3 PV，然后转水驱至含水99%以上)对生产井的影响。

不同含水时机进行边水调剖的实验中，选择含水50%，70%，98%三个调剖时机，将3组实验在不同含水时机进行调剖对应的PV数、含水和采收率实验数据进行对比，如表2所示。

表2 不同含水时机调剖对采收率的影响

通过3组实验数据对比分析：

(1)3组实验在含水70%时提高采收率值比较相近，其中含水到达98%时，1#含水50%进行调剖的岩心采收率>2#含水70%进行调剖的岩心采收率>3#含水98%进行调剖的岩心采收率。含水在70%～98%范围对采收率贡献较大，主要是因为含水50%进行调剖时处于含水快速上升阶段，含水50%上升至70%时间较短，驱替的PV数较小，所以调剖效果不明显。

(2)含水50%，70%，98%进行调剖的3组实验，在含水98%水驱的基础上提高采收率值分别为16.11%，14.48%，13.12%，调剖时机越早，提高采收率值相应较高，早期调剖对采收率提升效果比较显著。

2 数值模拟研究

2.1 数模模型建立

由于本次模拟涉及到调剖作业，采用传统的黑油模型不能满足模拟的要求，因此采用CMG公司的CMG-STARS模拟器作为模拟计算的软件。本次模拟采用的参数见表3。

表3 模拟采用的参数

模型研究采用网格水体，并采用加大孔隙体积的方式来实现不同水体大小，进而研究边水能量对生产的影响。由于定液生产中油藏整体压力保持平衡，导致加入边水后，水体侵入并不明显，不适合边水影响分析。为了更好地反映边水侵入的影响，选择采用定井底压力生产的方式进行研究。

2.2 研究内容

(1)采用9组不同水体倍数的水驱模型和9组不同水体倍数的调剖模型，研究水体倍数对生产井调剖效果影响，见表4。

表4 边水模型

(2)改变生产井与边水的距离，分别取与边水80，180，330 m的距离，研究生产井与边水距离对开采效果及调剖的影响。

(3)分别在含水50%，70%，90%时进行调剖，研究边水驱调剖时机对调剖效果的影响。

2.3 结果分析

2.3.1 水体倍数对生产井调剖效果的影响

从计算结果可以看出，随着水体倍数的增加，调剖降低含水率效果逐渐变差，水体倍数越大，降水效果越差(见图4)。累产油量明显增加，但是调剖的增油效果逐渐变差，见图5。

图4 不同水体倍数调剖降水效果

图5 不同水体倍数累产油变化

为了进一步深入研究水体倍数对调剖效果的影响，定义增油幅度和降水幅度如下：

(1)

(2)

根据数值模拟计算结果，可以得到不同水体倍数条件下的增油幅度和降水幅度，如表5所示。

表5 不同水体倍数的调剖增油幅度及含水率下降幅度

可以看出，随着水体倍数的增大，调剖增油幅度大幅下降，在6倍水体以上时，增油幅度降为1%以下；随着水体倍数的增大，含水率下降幅度减小，在6倍水体以上时，含水率下降幅度在5%以下。水体对调剖效果影响较大。

2.3.2 生产井与边水距离对开采效果及调剖的影响

计算结果见图6和表6。

图6 不同边水距离累产油变化

从计算结果可以看出，由于与边水距离增加，边水影响面积增加，因此累积产油量增加。但当井距较大时，注入调剖体系由于渗流阻力增加，而注入压力较低，不能有效推动至高渗通道。而井距距离过小时，注入调剖体系还未建立起阻力，便被后续高强度驱替介质推至生产井附近，未有效抑制边水突进。因此适中的边水距离有利于开展调剖作业。

2.3.3 边水驱调剖时机对调剖效果的影响

计算结果见图7。

图7 不同含水时机调剖累产油变化

从图7可以看出，分别在含水50%，70%，90%进行调剖时，其累产油量较未调剖累产油量逐渐降低，因此调剖时机越早，提高采收率值也相应较高，早期调剖对提高采收率效果比较显著。

3 结论

(1)水体对调剖效果影响较大。随着水体倍数的增大，调剖增油幅度大幅下降，在6倍水体以上时，增油幅度降至1%以下；随着水体倍数的增大，含水率下降幅度减小，在6倍水体以上时，含水率下降幅度在5%以下。

(2)随着边水与生产井距离的增加，调剖后提高采收率幅度越大，岩心长度550 mm以上时增幅变缓，到一定距离后，影响越来越小，说明适中的边水距离开展调剖效果较好。

(3)调剖时机越早，提高采收率值也相应较高，早期调剖对采收率提升效果比较显著。

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