层间非均质性对特低渗油藏注水开采的影响.pdf

2 0 1 1年 2月 第 3 0卷第 1期 大庆石油地质与开发 P e t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l fie l d De v e l o p me n t i n Da q i n g F e b ．，2 0 1 1 V0 1 ． 3 O No ． 1 DOI 1 0 ． 3 96 9 ／ J ．I S S N．1 0 0 0． 3 7 5 4． 2 01 1 ． 01 ． 01 9 层 间非 均质 性 对 特低 渗 油藏 注水 开 采 的影 响 岳 湘安 魏 浩光 ’ 刘峰 刚。 赵 永攀 ， 侯永利 1 ．中国石油大学石油工程教育部重点实验 室，北京 3 ．中原油 田采油二厂 ，河南 濮 阳4 5 7 5 3 2 ；4 1 0 2 2 4 9 ；2 ．中国石油大学 提高采收率研究中心 ，北京1 0 2 2 4 9 中海油田服务股份有限公司生产事业部 ，天津3 0 0 4 5 0 摘要 层问非均 质性是影 响油藏开发效果最重要 的地 质 因素之一 。利用 人工压 制的特低 渗 3层非均 质储层模 型 与并联模型 ，进行了4组恒速水驱开采实验。实验结果表明按中、高渗油藏组合层系的原则来组合特低渗油 藏层 系时，层间矛盾非常 突 出。高 渗层段 最先 吸水 ，当压 力梯度 接近最 大值 时 ，低渗层 段才开 始吸水 。随后 ， 注水压力趋于稳定或者下降 ，低渗层段停止 吸水 。低渗层 位吸水 时间很短 ，吸水量很 少 ，采收率很低 。油层厚 度大隔夹层发育 的特低渗油藏组合层系时 ，应更加严 格地 控制层 间渗透率级差 ，才能使低 渗层得 到动用。隔夹 层不发育 、油层厚度不大的油藏 ，水驱后应当对高渗 层或者 高渗条带 进行深部 封堵 ，以启 动 中、低渗层段 中 的 原油为主 ，才能进一步提高油藏的采收率。 关键词 特低渗 ；层间非均质性 ；水驱 ；边界 流体层 ；毛管力 中图分类号T E 3 4 8 文献标识码B 文章编号1 0 0 0 - 3 7 5 4 2 0 1 1 0 1 - 0 0 9 9 - 0 4 THE EFFECT oF I NTERLAYER HETERoGENEI TY oN W ATER I NJ ECTI oN DEVELoP M ENT I N THE EXT REM ELY LoW PERM EABLE RES ERVoI R YUE Xi a ng a n ， W EI Ha o g u a n g ，LI U F e n g g a ng ，ZHAO Yo n g p a n’ ，HOU Yo n g l i 1 ． MO E K e y L a b o r a t o r y o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g of C h i n a P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ，B e ij i n g 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a ； 2 ． E O R R e s e a r c h C e n t e r of C h i n a P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ，B e n g 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a ；3 ． N o ． 2 O i l P r o d u c t i o n G e o l o g i c a l R e s e a r c h I n s t i t u t e of Z h o n g y u a n O i lfi e l d ， P u y a n g 4 5 7 5 3 2 ，C h i n a ；4 ． O i lfie l d Ma n u f a c t u r i n g D i v i s i o n ， C h i n a O i lfie l d S e r v i c e L t d ． ，C N O O C，T i a n fi n 3 0 0 4 5 0 ，C h i na Abs t r a c t I nt e r l a y e r h e t e r o g e n e i t y i s o ne o f t h e mo s t i mp o r t a n t g e o l o g i c a l e l e me n t s t h a t i n flu e n c e o n t h e r e s e r v o i r d e v e l o p me n t e f f e c t ．I n t h i s p a pe r ，f o u r c o n s t a n t r a t e wa t e r flo o d i n g p r o d u c t i o n e x p e rime n t s a r e i mpl e me n t e d b y u s i n g a r t i fic i a l e x t r e me l y l o w pe r me a b l e t hr e e l a y e r s o f h e t e r o g e n e o u s r e s e rvo i r mo d e l a n d p a r a l l e l mo d e 1 ．T h e e x p e r i me n - t a l r e s u l t s s ho w t ha t i f l o w pe r me a b l e f o rm a t i o n c o mb i na t i o n o f r e l a t i v e h i g h a n d mi d d l e p e rm e a b l e l a y e r s i s a d o p t e d f o r p r o du c t i o n，t h e i n t e r l a y e r c o n t r a d i c t i o n i s v e r y o b v i o u s ． F i r s t o f a l l ，t h e h i g h p e r me a b l e l a y e r a b s o r b s wa t e r ， a n d a fte r t h e p r e s s u r e g r a d i e n t a p p r o a c he s t h e ma x i mum v a l u e，t h e l o w p e r me a b l e l a y e r a bs o r bs wa t e r ．L a t e r ，wh e n w a t e r i n j e c t i o n p r e s s u r e a p p r o a c h e s s t a b l e o r d e s c e n d i n g ，t h e l o w - p e rm e a b l e l a y e r s t o p s a b s o r b i n g w a t e r ．I n t h e l o w p e rm e a b l e l a y e r，t h e wa t e r a b s o r p t i o n t i me i s s h o r t ，i n t a k e c a p a c i t y a n d t h e r e c o v e r y r a t e a r e v e ry l o w．F o r e x 一 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 3 -02 改回 日期 2 0 1 0 - 0 9 2 0 基金项 目国家科技重大专 项 “ 大型油气 田及煤层气开发 ” 2 0 0 8 Z X 0 5 0 0 9 资助 。 作者简介 岳湘安 ，男 ，1 9 5 7年生 ，教授 ，博导 ，主要研究 方向为提高采 收率 与采 油化学 。 E ma i l y u e x a v i p． s i na ．c o n 1 O O 大庆石油地质与开发 2 0 1 1 年 t r e me l y l o w pe r me a b l e t h i c k o i l l a y e r s wi t h d e v e l o p e d i n t e r be d，i n t e r l a y e r pe r me a b i l i t y c o n t r a s t s h o u l d b e c o n t r o l l e d s t r i c t l y S O a s t o ma k e l o w p e r me a b l e l a y e r s d e v e l o p e d． F o r n o t t o o t h i c k o i l l a y e r wi t h un d e v e l o p e d i n t e r b e d，t he h i g h p e r me a b l e l a y e r o r h i g h p e r me a b l e b e l t s h o ul d b e p l u g g e d d e e p l y a f t e r wa t e r d r i v e，ma i n l y p r o d uc i n g o i l f r o m mi dd l e l o w p e rm e a b l e l a y e r s ，wh i c h c a n f u r t h e r i mp r o v e t h e r e c o v e r y r a t e ． Ke y wo r d s e x t r e me l y l o w p e r me a b i l i t y；i n t e r l a y e r h e t e r o g e n e i t y；wa t e r flo o d i n g；b o u n d a ry flu i d l a y e r ；c a p i l l a r y pr e s s ur e 层问非均质性是影响油藏开发效果最重要的地 质因素之一 l J 。前人进行了大量研究，并 已认识 到 注入水 优先 进 人高 渗层 ，各 油层 的吸水 能 力不同，层间干扰严重 ，划分层系时应将渗透率级 差控制在 5～1 0等。但这些研究主要是为中、高渗 油藏开发提供理论依据，针对特低渗层间非均质油 藏的研究却很少。 特低渗油藏物性与中、高渗油藏物性存在很大 差异 。 ，例如喉道细小 、孔喉 比大 等。所 以， 不能将中、高渗油藏的研究结果直接应用于特低渗 油藏开发。本文依据特低渗油藏物性特征 ，利用物 理模拟实验 ，研究特低渗非均质油藏水驱油时的压 力特征与开采特征 ，分析层间渗透率级差对水驱采 收率的影响，从而为划分开发层系以及水驱后进一 步挖潜提供依据。 1实验部分 1 ． 1实验仪器与设备 主要的实验仪器与设备有 2 P B 0 0 C型平流泵 、 恒温箱、精密压力传感器 、微电极测油水饱和度装 置 、回压 阀、岩心夹持器 、油水分离与计量仪等物 理模拟常用实验设备。 1 ． 2实验流体 1 原 油安 塞油 田长 6储 层 脱 气 原 油， 5 0℃时黏度 为 6 m P a S 。 2 模 拟 地 层 水 水 型 为 C a C 1 ， ，矿 化 度 为 9 0 g ／ L 。 3 注人水 水驱实验过程 中注人清水 为蒸 馏水加一定含量 的 N a C 1 、K C 1 ，二者的含量分别为 0． 2 g ／ L、 1 ． 3 L。 注入流体在实验前均被过滤。 1 ． 3物理模型 并联模型实验是最常用的实验方法，具有模型 简单 、操作方便的特征，能模拟隔夹层发育 良好的 油藏。但与实际油藏的相似程度低 ，影响实验结果 的因素较多 ，例如某一岩心 的入 口管线发生堵 塞。3层非均质模型与油藏的相似程度更高，不存 在上述问题。但压制模型困难 ，实验过程复杂。本 文在研究中综合考虑二者的优缺点来设计实验。 1 并联模 型按 中高渗油藏层系组合 与划 分经验 ，渗透率级差控制在 5左右。设计了 3组并 联模型实验，渗透率级差分别为 4 ． 5 、4 ． 9 、5 ． 5 ， 基本物性参数见表 1 。 表 1 并联非均质储层模型基本 物性 Tab l e 1 Ba s i c p hy s i c a l p r op e r t i e s of pa r a l l e l he t e r o g e ne o u s r e s e r vo i r mod e l 23层 非 均 质 模 型规 格 为 4 ． 5 c m 4 ． 5 C ff l 3 0 C IT I ，各层 渗透率分别 为 l x l 0 、3 x 1 0～、1 01 0 ～ m ，呈正韵律分布。3对微电极 在距人 口 1 0 c m处分别平行布在各层的两侧 ，每对 微电极实时监测各层的油水饱和度变化情况。 1 ． 4实验步骤 1 并联模型实验步骤①压制岩石，钻取、 烘干后 ，测量 岩 心 的基 础物 性 参数 ；② 抽真 空 2 4 h ， 饱和地层水，称湿重 ，计算孔 隙度 ；③连接 实验装置 ，回压设为 1 0 M P a ；④ 以 0 ． 0 1 m L ／ m i n 的速度进行油驱水 ，完全不出水后再驱替 5倍孔隙 体积 。将岩 心老化 4 8 h ，以 0 ． 0 2 m L ／ m i n的速度 进 行油驱水，完全不出水后再驱替 2倍孔隙体积；⑤ 以0 ． 0 5 m L ／ m i n的速度用清水驱替模 型中的原油 ， 直到含水率达到 9 8 ％时停止。 2 3层非均质模型 实验步骤 ①将压制成型的 3层非均质岩石按规格 4 ． 5 c m 4 ． 5 c m3 0 c m进行切割 ，并烘干；②焊 接电极 ，电极分别布在各层的两侧。将岩心模型装 第 3 0卷第 1期 岳湘安等层间非均质性对特低渗油藏注水开采的影响 1 0 1． 入岩心夹持器 ，密封接 口，然后连接实验设备 ，回 6 0 压设为 l O MP a ；③抽真空 2 4 h ，并饱 和油 ；④ 在 地 层温 度压 力 条件 下 ，以 0 ． 2 m L ／ mi n的速 度 用 清 水驱替模型 中的原油 ，直到含水率达到 9 8 ％ 时停 4 0 ＼ 止。 墼 2实验结果与分析 图 l 至 图3说明 ，渗透率级差在 5左右的特低 渗非均质模型恒速 注水 开采 时 ，高渗层段 最先启 动。当压力梯度接近最大值时 ，低渗层段才开始启 动。随后 ，注水压力趋于稳定或者下降，低渗层段 停止吸水。低渗层段的吸水时间短 ，吸水量小 ，层 问矛盾 非常 突 出。在级 差为 5 ． 5 、4 ． 9 、4 ． 5的 3组 特低渗并 联模 型 中，低渗 层 的采 收率 分别 为 0 、 3 ． 2 ％、5 ． 2 ％ ，高渗 层 的采 收 率分 别 为 4 4 ． 8 ％ 、 4 0 ． 0 ％、4 9 ． 1 ％ ， 总 采 收 率 分 别 为2 5 ． 1 ％ 、 2 7 ． 9％ 、 2 3 ． 3％ ＼ 褂 0 0 ． 2 0． 4 0 ． 6 0 ． 8 1 注入孔隙体积倍数 0． 4 0 宝 0． 2 墼 -R 图 l第一 组并联 非均 质模 型水 驱开 采特征 Fi g．1 P ro du cti o n c ha ra ct e ri s ti cs of No．1 p ar all el h et er Og e ne Ous mo del b y wa te r fl o odi n g 6 0 ＼ 0 ． 2 窭 0 0． 2 0． 4 0． 6 0． 8 l 注入孔隙体积倍数 图2第二组并联非均质模型水驱开采特征 Fi g． 2 P rod u cti o n c ha ra ct eri s ti CS of N o． 2 pa r al l el he te r og en e0 us mo del by wat e r fl oo di ng 注入孔隙体 积倍数 图3 第三 组并联 非均 质模 型水 驱开 采特征 Pi g． 3 P ro du cti o n c ha ra ct e ri s ti c s o f No ．3 par al l e l h et e r0g e ne ous mo de l b y wa t er fl o od i ng 蓉 叟 出 3层非均质模型高渗层与中渗层、低 渗层的级 差分别为 3 ． 3 、l O 。注水过程 中，中渗层一直在吸 水采油 图 4 ，而低渗层只在注水压力非常高时 才开始吸水采油 ，但吸水时间很短。水驱结束时 ， 高渗层采收率为 5 6 ． 6 ％ ，中渗层采收率为 3 5 ． 1 ％ ， 低渗层采收率为 5 ． 5 ％，总采收率为 4 8 ． 1 ％。以上 实验说明特低渗油藏细分层系时必须更为严格地控 制 层 间渗透率 级差 。 ＼ 铸 6 0 0． 6 1 ． 2 l 2． 4 3 注入孔隙体积倍数 0 6 ，、 o ． 4 营 图4 3 层非 均质模 型水 驱开 采特征 Fi g ．4 Pro d uct i o n c h ar ac te ri st i CS o f t hr ee l a ye rs o f he t er Og e neO us re se r voi r m od el 皇 出 与中、高渗储层相 比，特低渗储层水驱油阻 力差异主要体现在液体低速非达西渗流阻力与毛管 阻力作用强烈 孓 。受 固体表面力场的作用 ，油、 水被吸附在孔道壁面上形成边界流体层 ，使有效流 动半径变小 。边界流体层厚度与特低渗储层的喉道 半径处于同一数量级 ，是关 于水动力学参数 的函 数。渗透率越低 ，边界流体层厚度 占喉道半径 比例 就越大，液体渗透率损失率就越大。通常所用级差 一 目 。 6 4 O O 1 0 2 大庆石油地质与开发 2 0 1 1矩 都是由空气渗透率实验得到的，而特低渗储层液体 渗流级差要比气体渗流级差大得多。所以，按中、 高渗油藏开发经验划分层 系，低渗层段采 出程度 低 ，甚至不吸水。 高渗层的喉道半径较大 ，非达西渗流阻力与毛 管阻力较小 ，注入水优先进入高渗层段。随着高渗 层段含水饱和度增加 ，油水界面越多 ，注水压力增 加。注水压力达到低渗层段的吸水压力时 ，低渗层 段开始吸水产油。低渗层的喉道半径较小 ，油水两 相流的毛管阻力很大。随着驱替过程的进行 ，低渗 层段的油水界面增加，需要更大的注入压力才能吸 水采油。而高渗层段内的油水界面与流场已经基本 趋于稳定 ，形成一定的水流通道，注水压力稳定甚 至下降 ，注入水完全进人高渗层段 ，低渗层段的采 收率很低。 特低渗层问非均质油藏的层间干扰要 比中、高 渗层问非均质油藏的层问干扰严重得多 ，不能直接 照搬中、高渗油藏开发的经验。对隔夹层发育、油 层厚度大的油藏 ，需要做到细分层系，渗透率级差 尽可能控制在 3左右。对于隔夹层不发育 、油层厚 度不大的油藏 ，水驱后进一步提高采收率需要以深 部封堵高渗层或高渗条带为基础，从而启动中、低 渗层 中的原 油 。 3结 论 1 用微电极测油水饱和度技术 ，在特低渗 3 层非均质储层模型上成功地进行了水驱油开采特征 研究 ，实时监测水驱过程中各层的油水饱和度 。 2 非均质模型注水开采实验说明特低渗层 间非均质油藏开发不能照搬中、高渗油藏层系划分 经验，否则，层间矛盾非常突出 ，低渗层的采出程 度很低。特低渗储层喉道细小 ，吸附在 固体壁面的 边界流体层使有效流动喉道半径变小。油藏条件下 的级差要比空气渗透率级差大得多。低渗层位水驱 油的毛管阻力比高渗层位大得多 ，当高渗层段 中的 流场趋于稳定后 ，注入水完全进人高渗层。低渗层 段吸水时间短 ，吸水量少 ，采出程度低。 3 隔夹层发育 的特低渗层 间非均质油藏分 层注水 、分 层开采 时 ，层 内级 差尽可 能控制在 3左 右。隔夹层不发育的油藏水驱后以深部封堵高渗层 与高渗条带为基础 ，启动中、低渗层的原油。 参考 文献 [ 1 ]刘丁 曾多油层砂 岩油 田开发[ M]．北京 石油 工业 出版 社 ，1 9 8 6 ． [ 2 ]陈永生 ．油藏流场 [ M]． 北京 石油工业 出版社，1 9 9 8 ． [ 3 ]于春生 ，李 闽，乔 围安 ，等 ．纵 向非均质油藏水驱 油实验研 究 [ J ] 西南石油大学学报 自然科学版 ，2 0 0 9 ，3 ／ 1 8 4 8 6 [ 4 ]马圣贤 ．多油层水驱油实验在桥 口油 田开发 中的应用 [ J ]． 西安石 油大学学报 自然科学版 ，2 0 0 3 ，l 8 6 4 7 - 4 9 ． [ 5 ]巢庆华大庆油田提高采收率研究与实践 [ M]．北京 石油 丁业 出版社 ，2 0 0 6 ． [ 6 ]高辉 ，宋广寿 ，高静乐 ，等 ．西峰油 田微 观孔隙结构对注水 开发效果的影响 [ J ]．西北大 学学报 自然科学版，2 0 0 8， 3 8 1 1 2 1 - 1 2 5 ． [ 7 ]王瑞飞 ，沈平平，宋 子齐，等 ．特低渗砂 岩油藏储层微观 孔 喉特征 [ J 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