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      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

      2014-05-26 00:44:04屈亞光丁祖鵬潘彩霞
      油氣地質(zhì)與采收率 2014年3期
      關(guān)鍵詞:產(chǎn)油量水驅(qū)韻律

      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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