厚油層層內(nèi)夾層分布對(duì)水驅(qū)效果影響的物理實(shí)驗(yàn)研究

屈亞光，丁祖鵬，潘彩霞，申 健，姚 澤

（中海油研究總院海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100027）

蘭麗鳳等認(rèn)為厚油層層內(nèi)非均質(zhì)性是制約厚油層開采效果的關(guān)鍵因素[1]，對(duì)層內(nèi)非均質(zhì)性的認(rèn)識(shí)水平影響著開采方案的優(yōu)化和實(shí)施效果[2-3]。一般來說，夾層是指在地層中與油氣層交替分布的不滲透層，夾層巖性致密，孔隙度一般小于6%，滲透率小于0.02×10-3μm2，其將厚油氣層分成多個(gè)獨(dú)立的流體流動(dòng)單元[4-7]。對(duì)于層內(nèi)非均質(zhì)性儲(chǔ)層，夾層是厚油層內(nèi)復(fù)雜水淹形式的主要控制因素[8]，也是油藏開發(fā)動(dòng)態(tài)特征和剩余油分布規(guī)律的重要影響因素[9-12]。油田開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，由于沉積、成巖等地質(zhì)作用不同，會(huì)形成不同的夾層，因其成因、特點(diǎn)和分布有較大差異，因此對(duì)油田水驅(qū)效果的影響也存在不同[12-15]。為此，筆者通過建立夾層分布的理想模型，采用室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)方法，研究了夾層分布對(duì)韻律性油層注水井層內(nèi)射孔位置的影響及層內(nèi)夾層分布位置與范圍對(duì)注采井網(wǎng)開發(fā)效果的影響。

1 夾層分布理想模型與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

一般說來，按成因可以將夾層分為2類：一是沉積作用形成的夾層，包括泥質(zhì)夾層和泥質(zhì)膠結(jié)礫巖夾層；二是沉積物在成巖過程中形成的夾層，即鈣質(zhì)膠結(jié)砂—礫巖夾層。由于沉積環(huán)境和成巖作用不同，油層層內(nèi)夾層分布形態(tài)復(fù)雜，不便于開展理論研究。為此，基于實(shí)際油藏中一般夾層的分布特點(diǎn)，建立了一個(gè)注采單元的層間夾層分布理想模型。理想模型由上、下2個(gè)油層組成，夾層位于兩者之間，三者平行分布，夾層不存在滲透性，上、下2個(gè)油層的滲透率可任意控制，因此可設(shè)計(jì)出韻律性儲(chǔ)層，以模擬油藏的層內(nèi)非均質(zhì)性。模型中油層和夾層形狀均為正方形，夾層的面積比油層小，因此上、下油層間若存在夾層，油層間垂向上是不滲透的，即垂向滲透率為0；若不存在，油層間是可滲透的。

依據(jù)理想模型，首先采用不同的天然露頭巖石加工成邊長(zhǎng)為40 cm的正方體巖塊，然后按照巖塊的滲透率進(jìn)行分類，為確保同一層巖塊滲透率的均質(zhì)性，將滲透率相近的巖塊粘接組合在一起，制作成物理模型中的1個(gè)小層，最后根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)需要，選擇已粘接好的2個(gè)小層進(jìn)行組合。對(duì)于存在夾層的區(qū)域，上、下2個(gè)小層間的巖塊粘接時(shí)粘接面用環(huán)氧樹脂膠完全封堵，以確保上、下層層間不滲透；對(duì)于不存在夾層的區(qū)域，上下2個(gè)小層間的巖塊采用網(wǎng)狀膠線的方式進(jìn)行粘接，保證垂向上層間是可滲透的。通過控制模型中粘接2層巖塊的滲透率可以制作出正韻律、反韻律和均質(zhì)模型，同時(shí)通過控制環(huán)氧樹脂膠封堵區(qū)域可以控制夾層分布的位置與范圍，夾層可分布在模型注水井周圍、采油井周圍和注采井間區(qū)域。

2 層內(nèi)夾層分布對(duì)韻律性儲(chǔ)層注水井射孔位置的影響

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⑽妩c(diǎn)注采井網(wǎng)的1/4作為模擬井網(wǎng)單元，夾層的邊長(zhǎng)為模擬井網(wǎng)單元邊長(zhǎng)的1/2，夾層分布在注水井周圍區(qū)域。設(shè)計(jì)了正韻律、反韻律和均質(zhì)3類物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，每一類模型中采油井射開2個(gè)小層，注水井考慮分別射開上、下小層的情況，因此總共需建立6個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，正韻律和反韻律模型?個(gè)小層間滲透率級(jí)差為3。所有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷纳a(chǎn)控制條件均為定注采壓差，其值為0.1 MPa，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為8 h。正韻律儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)對(duì)比方案如圖1所示，反韻律、均質(zhì)2種韻律性模型與之類似。

圖1 正韻律儲(chǔ)層注水井射孔位置實(shí)驗(yàn)對(duì)比方案

實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表1）表明：對(duì)于正韻律儲(chǔ)層，射開下層比射開上層的累積產(chǎn)油量高127.3 mL；對(duì)于反韻律儲(chǔ)層，射開上層比射開下層的累積產(chǎn)油量高131.3 mL；而均質(zhì)儲(chǔ)層，射開上層比射開下層的累積產(chǎn)油量?jī)H高2 mL?？梢妼?duì)于層內(nèi)滲透率存在韻律性的儲(chǔ)層，當(dāng)注水井射孔位置不同時(shí)，累積產(chǎn)油量差別較大，即水驅(qū)開發(fā)效果差異較大；而對(duì)于均質(zhì)儲(chǔ)層，射孔位置不同時(shí)，累積產(chǎn)油量差別不大。

由于儲(chǔ)層不同層位的滲透率不同，注水井周圍滲流阻力不同，在相同注入壓力下，注水量則不同。分析表1可知：對(duì)于正韻律儲(chǔ)層，射開高滲透層的累積注水量比射開低滲透層的高225.6 mL，注入效率相對(duì)較高；對(duì)于均質(zhì)儲(chǔ)層，射開不同層位時(shí)，油水井間平均滲流阻力差別不大，2種射孔位置間累積注水量差別較小，引起差別的原因主要是受重力作用影響，對(duì)于反韻律儲(chǔ)層，射開高滲透層的累積注水量比射開低滲透層高248.5 mL。

表1 3種韻律性模型注水井不同射孔層位時(shí)的生產(chǎn)指標(biāo) mL

綜上所述，當(dāng)層內(nèi)夾層發(fā)育且存在滲透率級(jí)差時(shí)，特別是對(duì)于厚油層中存在夾層時(shí)，注水井射孔時(shí)應(yīng)盡量射開層內(nèi)高滲透區(qū)域，以減小射孔作業(yè)對(duì)油藏水驅(qū)開發(fā)效果的影響，從而提高油藏水驅(qū)開發(fā)效果。

3 夾層對(duì)注采井網(wǎng)開發(fā)效果的影響

3.1 夾層分布位置

一般情況下，層內(nèi)夾層厚度較薄，但分布復(fù)雜多變，其主要受砂體形成時(shí)期的沉積環(huán)境所控制。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇反韻律儲(chǔ)層模型，保證所有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭心M夾層的面積相同，夾層邊長(zhǎng)為模擬井網(wǎng)單元邊長(zhǎng)的1/2，采油井2層均射開，注水井只射開高滲透層，共設(shè)計(jì)了3個(gè)方案，方案Ⅰ夾層分布在注水井周圍，方案Ⅱ夾層分布在注采井間，方案Ⅲ夾層分布在采油井周圍，各方案工作制度均為定注采壓差，其值為0.1 MPa。

模擬結(jié)果表明：方案Ⅰ、方案Ⅱ和方案Ⅲ的累積產(chǎn)油量分別為667.2，743.5和754.7 mL，累積產(chǎn)水量分別為806.7，851.4和843.8 mL，方案Ⅰ的累積產(chǎn)油量最低，方案Ⅱ和方案Ⅲ的累積產(chǎn)油量均顯著高于方案Ⅰ的累積產(chǎn)油量，但差別較小，僅相差11.2 mL，且其累積注水量也具有相似的特征。同時(shí)從各方案的含水率變化（圖2）可看出，方案Ⅰ含水率上升速度大于方案Ⅱ和方案Ⅲ。主要原因是：當(dāng)夾層分布在注水井周圍時(shí)，因?yàn)閵A層在垂向上是不滲透的，在高滲透層注水時(shí)，注入水不會(huì)在重力作用下滲流到低滲透層，注入水僅在注水井周圍水平方向上流動(dòng)，垂向上不會(huì)發(fā)生流動(dòng)，波及不到夾層下部區(qū)域，而方案Ⅱ和方案Ⅲ在注入水附近區(qū)域不僅有水平方向上的流動(dòng)，而且由于重力作用，在垂向上也會(huì)流到下層，夾層下部原油也會(huì)被驅(qū)替，相對(duì)方案Ⅰ而言，上層注入水推進(jìn)速度慢，所以含水率上升速度低，層內(nèi)油藏波及效率高。

圖2 不同方案含水率變化

在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，以注水井一?cè)為起點(diǎn)，在上、下2層均勻布置了3個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，編號(hào)依次為1，2和3。由不同方案各層的測(cè)壓點(diǎn)數(shù)據(jù)（表2）可以看出，方案Ⅰ測(cè)壓點(diǎn)1處下層的壓力為0.153 MPa，而方案Ⅱ和方案Ⅲ在測(cè)壓點(diǎn)1處下層的壓力均為0.174 MPa，明顯高于方案Ⅰ，說明方案Ⅰ中夾層下部區(qū)域能量補(bǔ)充不夠充分，注入水未波及到，該區(qū)域?yàn)槭Ｓ嘤透患瘏^(qū)。綜合以上分析可得出，當(dāng)夾層處于采油井附近區(qū)域時(shí)，夾層對(duì)水驅(qū)效果的影響程度最小，開發(fā)效果最好，其次是夾層位于注采井間，夾層位于注水井附近時(shí)的水驅(qū)開發(fā)效果最差。因此，在實(shí)際油藏中，在明確夾層分布的前提下，應(yīng)對(duì)注采井位進(jìn)行優(yōu)化部署。

表2 不同方案測(cè)壓點(diǎn)數(shù)據(jù) MPa

3.2 夾層分布范圍

通過以上分析可知，當(dāng)夾層位于注水井附近時(shí)對(duì)水驅(qū)效果的影響程度最大，基于此進(jìn)一步研究夾層分布范圍對(duì)水驅(qū)開發(fā)效果的影響。選擇反韻律儲(chǔ)層模型，夾層位于注水井附近區(qū)域，注水井只射開高滲透層，采油井全部射開。設(shè)計(jì)了3個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，方案Ⅳ是夾層邊長(zhǎng)為注采井網(wǎng)單元邊長(zhǎng)的1/4；方案Ⅴ夾層邊長(zhǎng)為注采井網(wǎng)單元邊長(zhǎng)的1/2；方案Ⅵ夾層邊長(zhǎng)為注采井網(wǎng)單元邊長(zhǎng)的3/4，各方案工作制度均為定注采壓差生產(chǎn)，其值為0.1 MPa。

各實(shí)驗(yàn)方案結(jié)果（表3）表明，方案Ⅳ的累積產(chǎn)油量最高，為715.1 mL，含水率最低，為79.4%，方案Ⅳ的累積產(chǎn)油量比方案Ⅴ和方案Ⅵ累積產(chǎn)油量分別高77.9和199.5 mL，說明方案Ⅳ的水驅(qū)效果最好，方案Ⅴ次之，方案Ⅵ最差。這是因?yàn)椋悍桨涪舻膴A層邊長(zhǎng)僅為模擬注采井網(wǎng)單元邊長(zhǎng)的1/4，一部分注入水在重力作用下很快滲流到下層，使得上層水驅(qū)前緣推進(jìn)速度減緩，采油井見水時(shí)間延長(zhǎng)，含水率上升速度也會(huì)隨之降低，同時(shí)下層油層波及體積較大，從而提高了整個(gè)油層的驅(qū)油效率；而方案Ⅴ和方案Ⅵ夾層分布范圍較大，注入水流到下層的時(shí)間相對(duì)比較滯后，注入水在上層水平方向的流動(dòng)速度要快于方案Ⅳ，所以方案Ⅴ和方案Ⅵ見水時(shí)間短，含水率上升速度快，同時(shí)方案Ⅴ和方案Ⅵ由于注入水滲流到下層時(shí)水驅(qū)前緣推進(jìn)距離相對(duì)較大，導(dǎo)致下層注入水波及到的體積相對(duì)較小，整個(gè)油層的驅(qū)油效率降低。由此可知，夾層在此生產(chǎn)條件下對(duì)水驅(qū)效果影響較大，夾層范圍越小，水驅(qū)效果越好，隨著夾層范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，水驅(qū)效果逐漸變差。

表3 不同方案生產(chǎn)指標(biāo)

4 結(jié)論

基于設(shè)計(jì)的夾層分布理想模型，分別研究了夾層分布對(duì)韻律性儲(chǔ)層注水井層內(nèi)射孔位置的影響及層內(nèi)夾層分布位置、范圍對(duì)注采井網(wǎng)開發(fā)效果的影響。結(jié)果表明：當(dāng)層內(nèi)夾層發(fā)育且存在滲透率級(jí)差時(shí)，注水井射孔時(shí)應(yīng)盡量射開層內(nèi)高滲透區(qū)域；對(duì)于反韻律儲(chǔ)層，當(dāng)夾層位于采油井附近區(qū)域時(shí)，夾層對(duì)水驅(qū)影響程度最小，水驅(qū)效果最好，夾層位于注水井附近，水驅(qū)開發(fā)效果最差；反韻律儲(chǔ)層中隨著層內(nèi)夾層范圍擴(kuò)大，水驅(qū)效果逐漸變差。

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