高含水油田封堵大孔道堵劑用量計算新方法＊

姜漢橋王碩亮張 媛盛常保

(1.中國石油大學(北京)石油工程學院; 2.中國石油化工勘探開發研究院; 3.中國石油塔里木油田審計處)

高含水油田封堵大孔道堵劑用量計算新方法＊

姜漢橋1王碩亮1張 媛2盛常保3

(1.中國石油大學(北京)石油工程學院; 2.中國石油化工勘探開發研究院; 3.中國石油塔里木油田審計處)

從一維兩相滲流理論出發,綜合考慮堵劑在縱向的分布規律和堵劑進入地層后對儲層物性的改變,推導出了計算堵劑在不同滲透率地層中進入深度的公式,從而可以較準確地計算出在堵劑到達調剖半徑時的堵劑用量。江蘇油田某區塊的實際計算與施工效果表明,本文方法計算結果準確可靠。

高含水油田 大孔道 堵劑縱向分布 堵劑用量

高含水油田封堵大孔道堵劑用量設計包括兩方面內容:一是封堵目標層段的孔隙結構研究,主要是大孔道的識別與計算;二是堵劑運移規律研究,包括堵劑的平面、縱向分布規律。目前關于竄流通道識別的方法很多[1-2],這些方法都可以給出封堵目標層段的孔隙結構參數,但是關于堵劑運移規律方面的研究較少。趙傳峰[3]等研究認為堵劑的平面分布規律基本呈葉狀分布,并給出了葉狀面積的計算公式,但是此方法只考慮了堵劑的平面分布規律,而未考慮堵劑的縱向分布規律(縱向按照均一滲透率近似代替),也未考慮堵劑進入地層后對儲層滲透率和油水粘度的影響。另外,雖然在確定了封堵層段后可以利用封隔器對目標層位進行施工,但由于實際情況復雜,具體實施過程中往往會出現無法下封隔器而進行籠統封堵的情況[4-5]。因此,對堵劑的縱向分布規律研究尤為重要。筆者在前人研究的基礎上,提出了一種高含水油田封堵大孔道堵劑用量計算的新方法,并在江蘇油田某區塊進行了應用,取得了良好的實施效果。

1 方法原理

地層的非均質性是不可避免的,大孔道只是存在于調剖堵水層位中的某個部位,堵劑注入地層后其波及前緣并不是均勻推進的[6-7]。因此,當大孔道內的堵劑已經運移到設計位置時,其他滲透率較低層位的堵劑還沒有運移到相應位置,這時按照均一滲透率計算所得的堵劑用量往往比實際所需的堵劑用量要大,這不僅會造成經濟上的損失,也會加大對非目的層的損害。

堵劑注入地層后,油井近井地帶含水飽和度剖面如圖1所示。

圖1 油井近井地帶含水飽和度分布曲線

根據達西定律,地層中某一小層的壓力降可以用下式表示

因為封堵目標層段的厚度一般較小,因此可忽略壓力在縱向上的差異。假設各個小層注入端的壓力相等,則在油層內部壓力也相等,所以各個小層注入壓差相等。因此,可以得到

計算堵劑用量時,只需知道不同滲透率層位的堵劑進入深度,即可計算出整體的堵劑用量。由于這種計算方法并未考慮堵劑的縱向竄流,所以小層的縱向排列順序對堵劑用量沒有影響。假設第1層為大孔道存在的層,當第1層的堵劑已經運移到設計位置時,即Lp1=Lt,式(6)可變換為

求解式(7)得到Lp2。依次類推,得到不同小層的滲透率(Ki)及其所對應的堵劑進入深度(Lpi),進而得到堵劑在縱向上的分布情況。因此,堵劑用量可以由下式得到

2 實例計算與施工效果

江蘇油田某區塊已經過長期水驅開發,目前準備進行三次聚驅開發。為避免聚合物沿著大孔道竄流,在注聚合物前要對水井W1進行調剖處理,調剖半徑(堵劑設計到達位置)為105m,存在大孔道層位的厚度為2.5m。經過測試,得到了W1井堵水目標層段縱向上的滲透率、厚度分布(圖2)。其余主要計算參數見表1。

圖2 W1井堵水目標層段縱向上小層滲透率和厚度分布

表1 江蘇油田某區塊堵劑用量計算參數表

將大孔道所在層的滲透率記為 K1,其余層的滲透率記為 Ki(i=2,3…),利用本文方法計算當 K1層的堵劑達到調剖半徑Lp1=105m時,不同滲透率層位堵劑的進入深度Lpi。

圖3為W1井堵水目的層段不同滲透率比值(K1/Ki)下堵劑相對進入深度(Lpi/Lp1)曲線。從圖中可以看到:隨著 K1/Ki的增加,Lpi/Lp1呈指數型減小;當 K1/Ki<50時,Lpi/Lp1遞減非常迅速;當K1/Ki>200時,Lpi/Lp1變化相對不大。

圖3 W1井堵水目標層段不同滲透率比值下堵劑相對進入深度曲線

在不考慮堵劑縱向分布不均勻的情況下,計算得到W1井的合理堵劑用量為2 500m3。若考慮堵劑在不同滲透率層位進入深度不同的差異性,利用本文方法計算得到W1井的合理堵劑用量為1 850m3;而且采用由本文方法計算所得的堵劑用量設計施工后,W1井的吸水剖面較之前有了很大改善(圖4),注入壓力也從20MPa提高到了24MPa,基本達到了設計方案要求。由此可以看到,如果不考慮堵劑縱向上分布的不均勻情況,將給堵劑用量計算帶來較大的誤差。

圖4 W1井調剖前后剖面改變情況

3 結論

根據達西定律,考慮堵劑在縱向上的分布規律和堵劑進入地層后對儲層物性的改變,推導出了計算堵劑在不同滲透率地層中進入深度的公式,通過各小層堵劑用量的加和得到整體的堵劑用量。江蘇油田某區塊采用由本文方法計算得的堵劑用量進行了水井調剖,實際施工效果表明,本文方法計算結果可靠。

符號注釋

Δp—井底與地層的壓力差,MPa;

q—產量,m3/d;

K—滲透率,mD;

A—橫截面積,m2;

μp—堵劑粘度,mPa·s;

μw—水粘度,mPa·s;

Lt—堵劑設計到達位置,m;

Lp—堵劑前緣位置,m;

n—縱向上不同滲透率的小層數;

Q—堵劑用量,m3;

fpw—含堵劑比率,%;

fw—含水率,%;

Krw—水的相對滲透率;

i—小層號。

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[4] PARII J A,STEPP A K,EVANS D B,et al.Transport and stability of polymer-producing bacteria in porous media[C]. SPE39670.

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[7] 謝俊,張金亮.剩余油描述與預測[M].北京:石油工業出版社, 2003.

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(編輯:楊 濱)

Abstract:From the theory of biphase percolation in one dimension,the vertical distribution of blocking agent and the changes in reservoir petrophysics due to blocking-agent plugging are comprehensively considered,and then a formula to calculate the entering depth of blocking agent into formations with different permeability is derived,by which it is possible to calculate more accurately the blocking agent volume required when its reaching to the profile correction radius.An actual calculation by the formula and its engineering effects in a block of Jiangsu oilfield have shown that this new method is accurate and reliable in calculation.

Key words:oilfield with high water cut;channel; vertical distribution of blocking agent;blocking agent volume required

A new method to calculate blocking agent volume required for plugging channels in oilfields with high w ater cut

Jiang Hanqiao1Wang Shuoliang1Zhang Yuan2Sheng Changbao3
(1.College ofPetroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing,102249;2.Petroleum Exploration and Production Research Institute,S INOPEC, Beijing,100083;3.A uditing Department ofTarim Oilf ield Company,PetroChina,Korla,841000)

＊國家高技術研究發展計劃資助項目“海上油田調剖堵水預警系統研究”(項目編號:2006AA09Z341)部分研究成果。

姜漢橋,男,教授,主要從事油氣田開發理論與油藏滲流理論研究工作。E-mial:jhqlf@163.com。