薄互層層間干擾三維物理模擬實驗研究

武云云

(中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東 東營 257015)

薄互層層間干擾三維物理模擬實驗研究

武云云

(中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東 東營 257015)

為了深化對薄互層層間干擾規律的認識，明晰非均質性對水驅油效果的影響, 用恒速法對人造三維膠結物理模型進行水驅油試驗，研究了層間嚴重非均質條件下各類儲層的水驅條件及效果。實驗結果表明：在合注的情況下，高滲模型在進水量、速度、動用程度都明顯大于低滲模型，滲透率級差較小的兩個高滲模型相互干擾，且受重力影響注入水沿底部推進明顯，關閉高滲模型可有效改善低滲模型的水驅效果，因此應盡量控制滲透率級差，合理組合層系和控制壓差以提高采油效果。三維物理模擬實驗結果實用性強，更符合油田實際，所得規律認識對于相似油田的實際礦場生產應用具有一定的指導意義。

薄互層； 層間干擾； 物理模型； 三維； 實驗

0 引 言

薄互層油藏是由幾個甚至幾十個油層所組成，往往滲透率級差高，整體開發難度大。在注水開發過程中常會出現層間干擾嚴重、低滲儲層動用程度低等一系列影響開發效益的問題[1]。因此，研究薄互層油藏層間干擾規律對劃分開發層系和確定單井采油方式具有顯著的工程意義[2]。

三維物理模擬實驗技術是進行油田開發室內試驗的重要技術手段之一。首先要求人造物理模型能真實反映油層的骨架結構, 盡量做到模型的孔隙度、滲透率、孔隙分布等與實際油層相似[3～6],這樣才能在室內有效模擬油藏的實際情況,才能更好地了解流體在油層中的運動過程和變化規律。本文結合渤海油田某薄互層油藏實際儲層特點，運用成熟的模型制作技術制作了人造膠結模型，在此基礎上開展了薄互層層間干擾三維物理模擬實驗，分析了實驗過程中飽和度場的變化，深化了層間干擾規律認識，以期對類似油藏的開發起到一定的借鑒作用。

1 水驅油實驗

1.1 實驗裝置

實驗裝置由實驗模型、驅動系統、計量系統、控制及測量系統等4部分組成[5]，圖1所示為實驗流程的示意圖。驅替ISCO泵連接水容器與油容器，可以向模型飽和模擬地層注入水或者模擬油，并進行水驅實驗模擬油藏開采過程。采出液經油水分離作用后，油在計量管中收集，并用照相機定時拍照，用專用軟件得到精確的油量，消除了人工讀數誤差。采出水直接用天平稱量，拍照和天平計量都是由計算機控制自動采集。

圖1 物理模擬實驗裝置

1.2 實驗模型

結合渤海油田某薄互層油藏的儲層特征，制作了人工膠結模型作為實驗模型。首先根據配方將不同目數的石英砂按不同配比進行混砂，加入少量粘土和膠結劑壓制成型，再經過高溫燒結，獲得膠結模型[4]。模型物性參數見表1。

表1 實驗模型物性參數

在模型上共布置了78對電極測點(通過測定模型電阻值監測模型內油水飽和度的變化)，采出井和注水井各10個，飽和用井35個，如圖2所示。在實驗過程中，假設實驗流體為不可壓縮流體，水驅油過程為絕熱等溫過程[6～9]，因此實驗中不考慮壓力和溫度對流體物性參數的影響，實驗溫度20 ℃。

圖2 模型電阻檢測電極與模擬井布設示意圖(cm)

1.3 實驗流體

實驗用油選用航空煤油，黏度為1.324 mPa·s, 密度為0.789 g/cm3；實驗用水為330 g/L的KCl水溶液，黏度為0.958 mPa·s，密度為1.047 g/cm3。

1.4 實驗方案

采用恒速驅替，4塊模型在速度為2.0 mL/min下合注進行水驅，當高滲模型4#含水達到98%時，關閉高滲模型的進口；保持流速v=2.0 mL/min不變繼續水驅，中高滲模型3#含水98%后，關閉該模型的進口；保持流速不變繼續水驅，中低滲模型2#含水98%后，關閉所有模型進口，實驗結束。在實驗過程中，每塊模型按照油層組合順序豎直放置，考慮重力作用的影響。

2 實驗結果分析

2.1 采出情況

驅替速度為2.0 mL/min，實驗開始后高滲模型4#首先見水，隨后依次是中高滲模型3#、中低滲模型2#，低滲模型1#未見水。高滲模型4#見水時刻的采出程度為65.47%，當含水達到98%時，關閉高滲4#模型進口，4#模型的采出程度為68.18%，3#模型的采出程度為57.58%，2#模型的采出程度為20.83%，1#模型的采出程度為3.68%；中高滲模型3#見水時刻的采出程度為55.73%，當含水達到98%時，關閉3#進口，3#模型的采出程度為59.36%，2#模型的采出程度為41.05%，1#模型的采出程度為11.59%；中低滲模型2#見水時刻的采出程度為61.468%，當含水達到98%時，關閉2#進口，2#模型的采出程度為63.38%，1#模型的采出程度為48.17%。

高滲模型4#見水時刻的注水倍數為0.433，當含水達到98%時，4#模型的注水倍數為0.813，3#模型的注水倍數為0.398，2#模型的注水倍數為0.124，1#模型的注水倍數為0.025；中高滲模型3#見水時刻的注水倍數為0.322，當含水達到98%時，3#模型的注水倍數為0.726，2#模型的注水倍數為0.296，1#模型的注水倍數為0.100；中低滲模型2#見水時刻的注水倍數為0.367，當含水達到98%時，2#模型的注水倍數為0.801，1#模型的注水倍數為0.287。

結合實驗綜合生產曲線，如圖3所示，分析如下：

(1) 由于油水黏度比比較小(1.318)，水驅前緣推進比較均勻，無水采出程度高，模型見水后含水上升迅速。

(2) 高滲模型見水后，由于注入速度變化不大，采出程度沒有明顯提高。關閉高滲模型時，對中低滲模型影響明顯，其采油速度快速提高，低滲模型也有明顯受益，但時效較短。

(3) 兩個滲透率較高模型都關閉后，中低滲模型采油速度急劇提高，迅速見水，然后采出程度提高緩慢；低滲模型在兩個高滲模型關閉后，采出程度大幅提高，在中低滲模型含水98%時仍未見水，還有一定生產潛力。

(4) 關閉兩個高滲模型后，在注入速度不變的情況下，注入壓力快速增大，并且連續攀升，在實驗結束時仍然處于上升狀態，可見關閉高滲層對低滲層挖潛至關重要。

(5) 依次關閉高滲模型，壓力曲線呈階梯式上升，說明封堵高滲對提高低滲區域的動用程度具有明顯作用。

圖3 實驗過程中綜合生產曲線對比

2.2 飽和度演化規律

定速水驅，滲透率高的模型分流速度大，過水倍數高，相應的含水飽和度高。水驅過程中不同時刻下實驗模型油水飽和度的分布情況如圖4所示，可以看出，4#模型的含水飽和度變化最快，3#、2#次之，1#最慢。隨著注入水體積的增加，油水剖面整體是往前移動的，最終驅替完成后，各模型內除了殘余油外就基本上都是地層水，含水飽和度達到最高[10-11]。關閉高滲模型可提高低滲模型的動用程度，說明封堵高滲條帶、建立合理壓差能夠顯著提高實際油藏的整體開發效果[12-16]。

圖4(a)所示為實驗模型在飽和油之后、水驅油之前的初始含油飽和度分布圖。考慮到模型填砂壓制的影響，各模型的孔隙度及滲透率存在差異，飽和油后的原油分布情況也有所不同，整體來講，模型飽和油是比較均勻的。

如圖4(b)所示，注水初期，不同模型注入水推進速度與滲透率大小正相關，中低滲和低滲模型注入水推進極慢。重力作用尚不明顯，1#模型未動用。此時，4#模型采出程度22.504%,注水倍數0.152；3#模型采出程度4.587%,注水倍數0.028；2#模型采出程度0.175%,注水倍數0.004。

如圖4(c)所示，高滲模型注入水推進速度明顯加快，見水時其大部分區域已水淹，頂部剩余油分布明顯。中低滲、低滲模型注入水推進緩慢。圖4(d)中，高滲3#模型見水，此時高滲4#含水為95%。中高滲模型注入水推進稍慢，水淹比高滲模型均勻，見水時水淹程度較低。中低滲、低滲模型注入水推進依然緩慢。

如圖4(e)所示為高滲模型含水98%時，關閉4#模型進口，由于過水量比較大，油水黏度比較小，故水淹程度比較高。中高滲、中低滲模型由于注入水推進比高滲模型慢，水淹相對均勻，水淹程度較低。低滲模型推進極慢。

如圖4(f)為中低滲2#模型見水時刻的飽和度分布圖,4#和3#模型已關閉。中高滲模型進口關閉后，中低滲模型注入水推進速度加快，迅速見水，低滲模型推進較前期明顯加快，中低滲模型水淹程度快速提高。關閉高滲模型對提高低滲模型的動用程度效果顯著。

如圖4(g)所示為中低滲2#模型含水達到98%時，關閉所有進口，實驗結束。兩個滲透率較高模型關閉后，中低滲、低模型注水推進速度急速提高，同時由于模型厚度較小，水淹程度明顯加大。

如圖4(h)所示為模型靜置放置24 h后的飽和度分布圖。實驗停止保持模型垂直放置24 h后，模型內部油水重新分布：隨靜置時間延長和滲透率增大油水分離越明顯。

2.3 流速分析

另外，通過對模型出口油水產出數據的監測分析得到各個模型的流速隨時間變化的關系曲線，如圖5所示，經分析，主要有以下特點：

(1) 注水剛開始時，高滲模型啟動較快，其注入速度接近總注入速度，其他模型反應較慢。

(a) 初始含油飽和度

(b) 水驅1 h后

(c) 4#模型見水時刻

(d) 3#模型見水時刻

(f) 2#模型見水時刻

(g) 2#模型含水98%

(h) 靜置24 h后

圖4 不同時刻油水飽和度分布圖

圖5 實驗模型流速隨時間變化曲線

(2) 隨著其他模型注入壓差的逐步建立，中高滲模型注入速度明顯上升，高滲模型注入速度開始明顯下降，兩者之間呈現明顯的相互干擾、交替上升，見水后流速均發生明顯下降現象。

(3) 中低滲、低滲模型注入速度明顯受高滲、中高滲模型的抑制。高滲、中高滲模型關閉后，中低滲模型注入速度快速提高，低滲模型受效也很明顯，但注入速度仍較低。兩者相互干擾影響小，2#模型見水后流速持續上升。

3 結 語

(1) 本次實驗的油水黏度比很低，與一般模型相比，水驅前緣推進比較均勻，無水采出程度高，見水后含水上升快。

(2) 厚度較大模型，受重力影響注入水沿底部推進明顯，并且注入速度越高，沿底部突進越明顯。

(3) 在合注的情況下，高滲模型和中高滲模型的分流量明顯高于中低滲和低滲模型，并且兩者相互干擾、交替上升，滲透率級差較小的兩個層系合注合采可取得不錯的開發效果。

(4) 利用三維物理模擬實驗技術開展相關的水驅油實驗，對于深化規律認識、減緩層間矛盾、重新劃分層系、指導多層系非均質油藏調整開發方案具有重要意義。

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Experimental Research on Interlayer Interference of Thin Interbed Reservoirs by 3-D Physical Simulation

WUYun-yun

(Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Sinopec，Dongying 257015，Shandong, China)

In order to deepen the interference among the thin alternating layers of law awareness, clear heterogeneity influence on effect of water flooding, constant speed method was applied for artificial three-dimensional cementation physical model test of water flooding. Severe heterogeneity between layers is studied under the condition of all kinds of reservoir water flooding. The experimental results show that: under the condition of high permeability model, water inflow and speed were significantly greater than low permeability model, two high permeability models interfere each other if permeability is smaller, and the propulsion affected by gravity is obvious at the bottom of the injected water. It also shows closing the high permeability model can effectively improve the water flooding effect of low permeability model. Hence, we should control permeability difference, combine reasonably formation in order to improve oil recovery effect. The three-dimensional physical simulation experiments holds strong practicability, and meets well the practice of oil field. The laws obtained have certain guiding significance.

thin interbed; interlayer interference; physical model; experiments

2016-03-14

國家科技重大專項“勝利油田特高含水期提高采收率技術”(2011ZX05011-003)

武云云(1983-)，女，河北衡水人，碩士，工程師，研究方向：油氣勘探綜合評價。

Tel.：13561040190；E-mail：yanghaibo370.slyt@sinopec.com

TE 357.6

A

1006-7167(2017)01-0025-05